JPS5814102A - 赤外線用光フアイバ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は赤外線用光ファイバーに係り、特に金属ハロゲ
ン化合物からなるファイバーにより、炭酸ガスレーザ等
により発生する波長１０μｍ前後の大パワーレーザ光を
伝送する赤外線用光ファイバーに関する。

最近炭酸ガスレーザ等の数＋Ｗ以上のパワーを効率よく
出せるレーザ光はレーザ・ビーム加工、医用レーザメス
等に応用されている。これ等の応用ではレーザ光の方向
と射出位置を自由に操作できる事が必要であり、可撓性
に優れ、かつ大パワー赤外光を低損失で伝送できる赤外
線用光ファイバーの開発が要求されていた。

そこで波長１０μｍ前後の赤外線光を低損失で伝送する
光ファイバーのコアとしてアルカリ金属のハロゲン化合
物あるいは銀、タリウム等のハロゲン化合物を用いる事
が知られている。

これ等のハロゲン化合物は、機械的強度が小さく、また
耐湿性が低い為、直接的な外部応力、および水分から前
記コアを保護する為に、コアを気密乾燥状態に保持する
保護管が必要とされている。

又この保護管としては所定の曲率限界内では繰り返し曲
げても塑性変形あるいは破壊を起さないものでなければ
ならない。

そこで従来は金属ハロゲン化合物からなるファイバーの
外表面をａ）有機ポリマーで被覆したり、ｂ）鉛、錫、
＠、銅等の低融点金属で被覆したり、Ｃ）溶融状態の低
融点軟質ガラスを塗布する事により上記欠点を改良する
事が試みられていた。

しかしながらａ）の場合には水分子の透過速度はかなり
大きく、マた剛性も小さいので水分と外力に対する保護
効果は必ずしも充分でなく、ｂ）の場合には塑性変形に
よる座屈等を生じ易く、さらにＣ）の場合には被覆され
た低融点ガラスの疲労（張力が働くと、表面に存在する
微少な傷が成長する事によって機械的強度が低下を破壊
する現象）による破壊の為に実用上充分な許容曲率を得
る事が困難であった。

本発明は上記の点に鑑み可撓性に優れ、かつ金属ハロゲ
ン化合物からなるコアが劣化する事のない低損失の赤外
線用光ファイバーを提供する事を目的とする。

本発明は金属ハロゲン化合物からなるファイバーと、前
記ファイバーが挿入される石英ガラス管と、前記石英ガ
ラス管の外表面に設けられた有機ポリマーからなる被覆
層と、前記石英ガラス管の両端に設けられた赤外光透過
窓体又は光コネクタとを具備し、かつ、前記ファイバー
が石英ガラス管及び赤外光透過窓体又は石英ガラス管８
よび光コネクタにより気密乾燥状態に保持されている赤
外線用光ファイバーであり、さらに前記被覆層を石英ガ
ラス管より低い屈折率を有する有機ポリマーとする事に
より、実用上利用価値の高いものになる。

つまり本発明ζこおいては石英ガラスよりなる保護管ヲ
用い金属ハロゲン化合物ファイバを湿度および外力から
保護する事を最大の特徴とする。

以下本発明の赤外線用光ファイバーを実施例を示す図を
用いて説明する。石英ガラス管■は、外径１０顛前後、
肉厚２Ｈ前後の透明石英ガラス管を希フッ酸エツチング
により表面の傷を除いてから約２１５０°０に加熱し、
外径が１１１前後の所定の寸法になるように引張速度を
制御しながら伸延した。

伸延の前と後で石英ガラス管の肉厚／外径比はほぼ一定
に保たれている。加熱部から１ｍ程度離れた所で伸延し
た石英ガラス管の外表面に有機ポリマー被覆層■を施し
た。有機ポリマーとしてはシリコーン樹脂等が適してい
る。

石英ガラス管■の中に金属ハロゲン化物ファイバ■を装
入してから金属製端末金具■を接着した。

この端末金具■にはＯＩＪング■を介して赤外透過レン
ズ■を装着し、別の端子■′を■にねじ込むことによっ
て○リングを圧し赤外光透過窓体（又は光コネクタ−）
を構成して石英ガラス管■の内部を気密乾燥状態に保持
した。

例えばこのようにして得た本発明に係る赤外線用光ファ
イバー〇可撓性と石英ガラス管内部への透水性を評価し
て、下記の結果を得た。まず可撓性を評価するため石英
ガラス管を室温で破壊するまで曲げる試験を行ない、破
壊を起す曲率半径Ｒ。

を測定した結果を第１表に示す。

第１表　石英ガラス管が破壊する曲率半径Ｒ，と表面歪
τｆ 上記実施例としてはシリコーン樹脂を１００μｍの厚さ
に被覆したものを用いた。Ｒｆの測定はＦｒａｎｃｅ等
の方法（Ｐ、Ｗ、Ｆｒａｎｃｅ　ｅｔ　ａｔ　、　Ｊ　
、Ｍａｔ、　Ｓｃｉ　、　１５（ＩｇＢ□）８２５−８
３０　）に従った。すなわち、　　　　−蒋、二枚の溝
付き平板が平行を保ったまま距離を変えられる試験装置
を作り、平板の間に石英ガラス管をＵ字形に曲げてはさ
み、平板間の距離を１ＯＮ／分の割合でせばめて破壊し
た点の距離を記録した。この時、石英ガラス管の平行部
分の管中心の距離をＤｆとすると、破壊曲率半径Ｒｆと
外表面に生ずる歪τｆは次式で算出される＃。

几（＝　０．４２　Ｄ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（１）τ（＝　ｒ　／几ｆ（２） ここでｒは石英ガラス管の外径のｌ／２を表わす。

第１表のデータは、記載した寸法の石英ガラス管を各々
開本ずつ試験した平均値を示す。標準偏差は平均値の約
７％であった。

また、石英ガラス管の中に挿入するファイバの材質ニツ
イてはＣｓＩ、ＣｓＢｒ、ＫＲ８−５（Ｔ／Ｂｒと’１
’ｌ！Ｉの固溶体）等を用い、ファイバの外径について
は０．３〜０．５顛の範囲で変えて上記曲げ破壊試験を
行なったが、ｆＬｆの値には有意差は認められなかった
。

これ等のハロゲン化物の剛性率は石英ガラスの１１５以
下であるから、破壊は石英ガラス自体の内部応力がほぼ
支配していると考えられる。

次に、金属ハロゲン化物ファイバを水分から保瑣する効
果を確認するため、第１表の実施例を各寸法につき３本
ずつ恒温恒湿槽内に入れ、ｂＯ℃相対湿度８０チの条件
で２ケ月保持した。試料を取出（力 してファイバの端面、側面を顕微鏡で観察したが、何の
変化も認められず、また伝送特性も変わらなかった。

以上の結果から明らかな如を本発明の赤外線用光ファイ
バーを構成する有機ポリマー被覆層附き石英ガラス管は
、第１表の曲げ試験結果が示すように約０．０４の表面
歪に耐える。

なお上記のような短時間測定で得られる破壊時単位の寿
命を持つ事がよく知られている。

従って上記石英ガラス管の常用最大許容歪τ、と常用最
小許１容曲率ｆＬｓｌ′ｉ次のように設定できるτ、＝
τｆ／３中０．０１４ Ｒ，＝ｒ　／　ｆ　、　＊　３　Ｒ（中７Ｏｒ赤外線用
光ファイバをパワー伝送路として使う場合、金属ハロゲ
ン化物ファイバは内部のパワー密度が破壊開直を越さな
いようにするためパワーに比例した１８？而槓が必要で
あり、従って保護管の外径もそれに伴ない太くなるから
、保護管の材料時（８） 性としてはτ、　−ｒ　／　Ｒ，が林いことが重要であ
る。

これに対し従来知られている前記の低融点金属。

被覆では、弾性限界τｅを越えると数回曲げただけで複
雑な塑性変形や屈曲を起して光ファイバの伝送特性を劣
化させるから、τ５≦τ８　とする必要がある。上記金
属ではτ８はたかだか０．００５　である。石英ガラス
管のτ、はこれ等の金属のτ、の約３倍に相当するから
、保護管あるいは保護被覆を必要とする赤外ファイバの
可撓性・操作性に関する制約をゆるめるのに、顕著な効
果をもたらした。

更に、石英ガラスが有機ポリマーに対してはもとより、
前記低融点金属と比較してはるかに大きな弾性率を持つ
ので、断面の局部的な変形や軸方向に過度に小さな曲率
半径で曲げようとする外力に対して強い反撥力を示す。

従って、外部応力から金属ハロゲン化物ファイバを保護
する効果は従来の金属又は有機ポリマー保画材より大き
い。

また、本発明に係る石英ガラス管は、水または水蒸気を
実質上完全に遮断するので、水分に弱い金属ハロゲン化
物ファイバを保護する点では、有機ポリマーよりはるか
に優れていることが確認された。

又本願において、有機ポリマーからなる被覆層として可
視光に対して透明でかつ石英ガラスよシ低い屈折率を有
するものを用いた場合には、石英ガラス管が保護管とし
ての機能の上にさらに可視光の導波路としての機能を有
し、実用上有効なものとなる。つまυ、この石英ガラス
管にＨｅ　−Ｎｅレーザ光等の可視光を送る事により、
金属ハロゲン化合物のコア中を伝送される炭酸ガスレー
ザ光の出射方向、照射位置を肉眼で確認する事が可能と
な９、レーザメス、レーザ加工に用いる場合に、その位
置決め等が極めて容易となる。

この効果は下記の実験で確認した。

前述の実施例で用いた保護管ではシリコーン樹脂の屈折
率がｎｏ　＝　１．４０６　（２５°０）であシ、石英
ガラスの屈折率がＩｌｏ　””　１．４５８であるから
、導波路が形成されている。

この保護管を１ｍの長さに切断して両端面を研磨し、同
じ長さの金属ハロゲン化物ファイバを挿入した。保護管
とファイバの端面と軸が一致するように固定した。保護
管の石英ガラス部分端面にｆ（ｅ’−Ｎｅレーザ光を入
射させ、同時に金属ハロゲン化物ファイバ端面にＣ０２
レーザ光を同じ向きに入射させた。他端から出射する二
種のレーザ光を一つのＺｎ５ｅ製凸レンズ結像させたと
ころ、保護管のリング状可視光像の内部にＣＯ２レーザ
光が結像し、保護管を曲げてもこのような像の位置関係
は実質上変化しなかった。

又、本願において、石英ガラス管の代りに、硬質ガラス
管を用いても、石英ガラス管と同様の保護効果を得るこ
とができる。

例を示す断面図 １・・・金属ハロゲン化合物からなるファイバー２・・
石英ガラス管　　　３・・・被　覆　層４．４′・・・
端末金具　　　　５・・・赤外透光レンズ代理人　弁理
士　　　則　近　憲　佑 （ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）金属ハロゲン化合物からなるファイバーと、前記フ
   ァイバーが挿入される石英ガラス管と、前記石英ガラス
   管の外表面に設けられた有機ポリマーからなる被覆層と
   、前記石英ガラス管の両端に設けられた赤外光透過窓体
   又は光コネクタとを具備し、かつ前記ファイバーが石英
   ガラス管及び赤外光透過窓体又は石英ガラス管及び光コ
   ネクタにより気密乾燥状態に保持されている事を特徴と
   する赤外線用光ファイバー。 ２、特許請求の範囲第１項において、有機ポリマーから
   なる被覆層が石英ガラス管より低い屈折率を有する有機
   ポリマーからなる事を特徴とする赤外線用光ファイバー
   。 ３）特許請求の範囲第１項において有機ポリマーからな
   る被覆層がシリコン樹脂からなる事を特徴とする赤外線
   用光ファイバー。 ４）特許請求の範囲第１項又は第２項において石英ガラ
   ス管を硬質ガラス管としたことを特徴とする赤外線用光
   ファイバー。