(57)【要約】【課題】光ファイバのコア部内へ紫外線光を効率良く閉じ込めて伝送できること、透過率の高い光ファイバ材料で構成した光ファイバを提供すること、そして光ファイバ内に入射した紫外線光によって生じる劣化（吸収損失の増大）を少なくすることができる光ファイバの構造を提供すること。【解決手段】高屈折率の円形状のコア部とその周りを覆う低屈折率のクラッド部とからなる光ファイバにおいて、前記コア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮを用いたことを特徴とする。【選択図】図１
2011048173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率の円形状のコア部とその周りを覆う低屈折率のクラッド部とからなる光ファイバにおいて、前記コア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮを用いたことを特徴とする、紫外線伝送用光ファイバ。
【請求項２】
前記クラッド部内には空孔が少なくとも４個設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記クラッド部にＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コア部と前記クラッド部との間に、前記クラッド部の屈折率よりも低いフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を介在させたことを特徴とする、請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記クラッド部にフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層は、少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有していることを特徴とする、請求項４又は５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記コア部と前記クラッド部との比屈折率差が少なくとも１．５％よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記空孔の直径は少なくとも２μｍよりも大きいことを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記クラッド部内の空孔内には水素ガスが充填されていることを特徴とする、請求項２〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記光ファイバの入力端面及び出力端面の空孔を封止した後に該両端面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記クラッド部の外周に金属被膜が形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の紫外線伝送用光ファイバを製造する方法であって、
ＭＣＶＤ法により、ＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスをキャリアガスと共に用いてＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成する工程、次いで、
前記フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層内壁に、ＳｉＨ４ガスと、Ｎ２Ｏガス又はＮＨ３ガスとを、キャリアガスと共に用いてＳｉＯＮ層を形成する工程、
前記ガラス管の外周を加熱源で加熱、融着して中心に円形状のＳｉＯＮ部、その外周にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を有するガラスロッドを作製する工程、及び
前記ガラスロッドを、加熱炉で加熱、延伸してコア部に少なくともＳｉ‐Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮ、その外周に少なくともＳｉ−ＨとＯＨ基とを含有しているフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層、最外層のクラッド部にＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる光ファイバに線引きする工程、
からなることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項２に記載の紫外線伝送用光ファイバを製造する方法であって、
中心に円形状の空孔を有したＳｉＯ２を主成分とするガラス管の厚み部の円周方向に少なくとも４個の空孔を有する該ＳｉＯ２を主成分とするガラス管を作製する工程、
ＭＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガス又はＮＨ３ガスとをキャリアガスと共に用いて石英ガラス管内壁にＳｉＯＮ層を形成後に前記石英ガラス管の外周を、加熱源で加熱、融着して中心に円形状のＳｉＯＮ部を有するガラスロッドを作製する工程、
前記ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内の中心の空孔内に前記ガラスロッドを挿入して一体に加熱、融着して中心部にＳｉＯＮ部、その外周に少なくとも４個の空孔を有するＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる光ファイバプリフオームを作製する工程、及び
前記光ファイバプリフオームを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバに線引きする工程、
からなることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
ＭＣＶＤ法によりＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にＳｉＯＮ層を形成する前に、ＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスをキャリアガスと共に用いてＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成しておく工程を付加したことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光ファイバプリフォームを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバにする工程の際に、光ファイバプリフォームの空孔内に水素ガスを封入して光ファイバを線引きすることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大パワーの紫外線レーザ光を効率良く伝搬させることができる紫外線伝送用光ファイバ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、紫外線光を用いた各種装置が実用化されるようになってきた。たとえば、フォトレリスト膜の直接描画装置、光造形装置、高速コールドマーキング装置、高速トリミング装置などである。これらの装置には深紫外域のレーザビームを複雑な経路で伝搬させるための微細で精密なレンズ、ミラー等の光学部品類、及びそれらを保持、固定するための機械部品類が多く用いられている。ところが、これら部品類の熱膨張係数の違いによる光学系の光軸ずれやレーザビームの揺らぎやレーザビームのパワー分布の変動を抑制し、ガウス分布を保持したビーム伝播などを実現するためには、上記レンズ、ミラー、超精密微動調整機構等で伝搬路を構成する代わりに深紫外域伝送用ファイバが徐々に用いられるようになってきている。
【０００３】
この深紫外域伝送用ファイバは、図１７に示すように、コア３０がＯＨ基の極めて少ないＳｉＯ２ガラス、クラッド３１がフッ素を添加したＳｉＯ２ガラスで構成されている。ところが紫外線光が高エネルギーの場合には上記光ファイバを伝搬させると深紫外域に吸収を持つ欠陥が生成し、透過率が短時間で低下するので、実用的には大きな課題があった。
【０００４】
このような課題を克服するために、シリカガラスコア光ファイバに水素をドープすることが試みられている（船橋ら、三菱電線工業時報、第９９号、Ｐ１０−Ｐ１３、２００２年７月）。これにより耐紫外線特性は向上することが報告されている。また上記報告には光ファイバの外周に金属膜を被覆することにより上記水素の拡散を抑制する方法も提案されている。またフォトニック結晶ファイバを用いる方法も提案されている（特開２００２−２１４４６６号公報、特開２００４−１９１３９９号公報及び特開２００４−２０８４１号公報）。更にフォトニック結晶ファイバの空孔内に水素ガスを充填する構造も提案されている（特開２００４−３６１５２６号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１４４６６号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１３９９号公報
【特許文献３】特開２００４−２０８４１号公報
【特許文献４】特開２００４−３６１５２６号公
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】船橋ら、三菱電線工業時報、第９９号、Ｐ１０−Ｐ１３、２００２年７月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記紫外線伝送用光ファイバには次のような課題が存在していることがわかった。即ち、（１）シリカガラスコア光ファイバはコアとクラッドとの比屈折率差が０．５％以下と低いために紫外線光を効率良く光ファイバに入射させるのが難しく、また曲率半径を小さくして曲げて装置内に収容しようとすると光曲げ損失が大きくなり、効率良く紫外線光を伝送させることが難しい。特に、シングルモードファイバのコア内に紫外線光を効率良く光ファイバに入射させるのが極めて難しかった。（２）シリカガラスコア光ファイバに水素をドープすることにより、耐紫外線特性は向上するが、従来の水素ドープ方法では高圧での水素処理、高温での水素処理、高温高圧での水素処理が必要であり、価格及び安全上の問題があった。（３）フォトニック結晶ファイバを用いる方法も提案されているが、ファイバの構造パラメータを精度良く制御して製造することが難しいことと、損失が大きく、しかも比屈折率差も低いために紫外線光を効率良く光ファイバに入射させるのが難しく、曲率半径を小さくして曲げて装置内に収容しようとすると光曲げ損失が大きくなり、効率良く紫外線光を伝送させることが難しい。しかも非常に高価である。（４）上記フォトニック結晶ファイバの空乳内に水素ガスを充填する構造も提案されているがこれも上記理由により実用化は非常に難しい。（５）紫外線伝送用光ファイバ内に大パワーの紫外線光を伝搬させると、前記したように、光ファイバの入、出射端面が徐々に劣化してきて着色し、また紫外線光が光ファイバ内を伝搬するにつれて深紫外域に吸収を持つ欠陥が生成して大幅に減衰してしまう。そのために、紫外線伝送用光ファイバ内に入射させる光パワーは数十μｗ程度に抑えて用いなければならず、この程度の光パワーでは十分な加工は難しく、また生産性も極めて思い。（６）特に、上記悪現象は湿度に大きく関係して発生しており、これを軽減させるためには装置内を常に乾燥したドライ雰囲気内に保っておかなければならず、装置の価格が高くなってしまう。更に（７）いずれにしても大パワーの紫外線レーザ光を伝搬させることが難しく、そのために生産用の装置としては使えず、スループットの低い、非常に特殊な使い方しかできない状況にある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は前記した従来の問題点を解決することができる、紫外線伝送用光ファイバ及びその製造方法を提供することにある。すなわち、光ファイバのコア部内へ紫外線光を効率良く閉じ込めて伝送できること、透過率の高い光ファイバ材料で構成した光ファイバを提供すること、そして光ファイバ内に入射した紫外線光によって生じる劣化（吸収損失の増大）を少なくすることができる光ファイバの構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による紫外線伝送用光ファイバは、高屈折率の円形状のコア部とその周りを覆う低屈折率のクラッド部からなる光ファイバにおいて、該コア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有しているＳｉＯＮを用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の好ましい態様として、前記クラッド部内には空孔が少なくとも４個設けられている。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様として、前記クラッド部にＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いてもよい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様として、前記コア部と前記クラッド部との間に、該クラッド部の屈折率よりも低いフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を介在させてもよい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様として、前記クラッド部にフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いてもよい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様として、前記フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層は、少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有していてもよい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様として、前記コア部と前記クラッド部との比屈折率差が少なくとも１．５％よりも大きい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様として、前記空孔の直径は少なくとも２μｍよりも大きい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様として、前記クラッド部内の空孔内には水素ガスが充填されていてもよい。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様として、前記光ファイバの入力端面及び出力端面の空孔を封止した後に該両端面に反射防止膜が形成されていてもよい。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様として、前記クラッド部の外周に金属被膜が形成されていてもよい。
【００２０】
本発明の別の態様である、上記紫外線伝送用光ファイバを製造する方法は、ＭＣＶＤ法により、ＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスをキャリアガスと共に用いてＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成する工程、次いで、
前記フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層内壁に、ＳｉＨ４ガスと、Ｎ２Ｏガス又はＮＨ３ガスとをキャリアガスと共に用いてＳｉＯＮ層を形成する工程、
前記ガラス管の外周を加熱源で加熱、融着して中心に円形状のＳｉＯＮ部、その外周にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を有するガラスロッドを作製する工程、及び
前記ガラスロッドを、加熱炉で加熱、延伸してコア部に少なくともＳｉ‐Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮ、その外周に少なくともＳｉ−ＨとＯＨ基とを含有しているフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層、最外層のクラッド部にＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる光ファイバに線引きする工程、
からなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の別の態様である、上記紫外線伝送用光ファイバを製造する方法は、中心に円形状の空孔を有したＳｉＯ２を主成分とするガラス管の厚み部の円周方向に少なくとも４個の空孔を有する該ＳｉＯ２を主成分とするガラス管を作製する工程、
ＭＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガス又はＮＨ３ガスとをキャリアガスと共に用いて石英ガラス管内壁にＳｉＯＮ層を形成後に前記石英ガラス管の外周を、加熱源で加熱、融着して中心に円形状のＳｉＯＮ部を有するガラスロッドを作製する工程、
前記ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内の中心の空孔内に前記ガラスロッドを挿入して一体に加熱、融着して中心部にＳｉＯＮ部、その外周に少なくとも４個の空孔を有するＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる光ファイバプリフオームを作製する工程、及び
前記光ファイバプリフオームを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバに線引きする工程、
からなることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様として、ＭＣＶＤ法によりＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にＳｉＯＮ層を形成する前に、ＳｉＨ４、ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスをキャリアガスと共に用いてＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成しておく工程を付加してもよい。
【００２３】
前記光ファイバプリフォームを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバにする工程の際に、光ファイバプリフォームの空孔内に水素ガスを封入して光ファイバを線引きしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高屈折率の円形状のコア部とその周りを覆う低屈折率のクラッド部からなる光ファイバにおいて、上記コア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有しているＳｉＯＮを用いることにより、深紫外域にＥ’センターによる波長帯２１５ｎｍでの吸収や非架橋酸素空孔欠陥による波長帯２６０ｎｍでの吸収が無いので、コア部内を大パワーの紫外線光を伝送させてもＳｉＯＮ内にＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているので欠陥が生じにくく、結果的に低損失で伝送させることが可能となる。しかも後述するように、高屈折率を有するＳｉＯＮ部を気相化学反応を利用して作製するので、非常に透過率が高くて、コア部とクラッド部との比屈折率差の大きい光ファイバを実現することが可能となる。また上記クラッド部内には空孔が少なくとも４個設けられた構造を用いることによって光ファイバをより小さな曲率半径で曲げて使用することが可能となる。
【００２５】
また、クラッド部に軟化温度の高い材質のＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いているので、光ファイバ製造時及び長期的にもコア部に含有しているＳｉ‐Ｈ基とＯＨ基が外部に拡散するのを抑えることが可能となり、紫外線伝送用光ファイバとしての高い信頼性を期待できる。
【００２６】
また、コア部とクラッド部との間に該クラッド部の屈折率よりも低いフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を介在させることにより、ＳｉＯＮのコア部内紫外線光をより一層に強く閉じ込めて伝送させることが可能となることと、紫外線光を伝送させても劣化による吸収損失が生じにくい。
【００２７】
また、フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層にも少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているので、深紫外域にＥ′センターによる波長帯２１５ｎｍでの吸収や非架橋酸素空孔欠陥による波長帯２６０ｎｍでの吸収が無い。そのため上記フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層にわずかに漏れて伝搬する紫外線光もほとんど劣化を生じないので、光ファイバ内に入射した光パワーを光ファイバの出射端まで極めて低損失で伝送させることが可能となる。
【００２８】
また、コア部とクラッド部との比屈折率差は少なくとも１．５％よりも大きいことを特徴とする紫外線を伝送させる光ファイバであるので、紫外線光をＳｉＯＮのコア部内にほぼ完全に閉じ込めて、かつ経時劣化をほとんど生じさせることなく伝搬させることが可能となる。
【００２９】
また、上記空孔の直径は少なくとも２μｍよりも大きくしてあるので、曲げに対しても光ファイバは強く、狭い装置内や狭い空間内をより小さい曲率半径で曲げて光ファイバを使用することが可能となり、超小型の装置を実現する上で非常に有効となる。
【００３０】
また、クラッド部内の空孔内には水素ガスが封入されているので、光ファイバ作製時に水素をコア部内への拡散を促進させることも可能となり、それによってコア部内を伝送する紫外線光の減衰を更に抑えて伝送させることが可能となる。
【００３１】
光ファイバの入力端面及び出力端面の空孔は使用する際に樹脂やガラス微粒子などを埋め込んで封止した後に上記両端面に反射防止膜を形成するので、空孔内に不純物の混入や水分の混入による経時劣化を抑制することが可能となると共に、光ファイバ端面の紫外線レーザ光吸収による着色劣化も生じにくくなり、また上記端面からの反射も抑制することが可能となる。また必要に応じて、光ファイバのどちらかの端面を上記方法で反射防止膜を形成後に、反対の端面側から空孔内に強制的に水素ガスを封入するようにしてもよい。
【００３２】
またコア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有し、屈折率が１．５〜１．６の範囲にある高屈折率ＳｉＯＮを用い、かつコア部とクラッド部との間に該クラッド部の屈折率よりも更に低いフッ素とＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を用いて屈折率を１．４５程度にまで低くした構造の場合には、紫外線光をコア部内に閉じ込めて伝送させることが可能となり、この場合にはクラッド部の空孔は無い構造とすることにより、より簡単な構造となり、光ファイバを低コストで製造可能となる。
【００３３】
またクラッド部の外周に金属被膜を形成しておくことにより、光ファイバの機械的補強と光ファイバ内のＳｉ−Ｈ基及びＯＨ基の外部への拡散を抑圧することが可能となる。
【００３４】
本発明の紫外線伝送用光ファイバの製造方法によれば、上記のような構造を有する光ファイバを低コストで製造することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の製造方法によれば、ＭＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガス又はＮＨ４ガスとを用いて石英ガラス管内壁に気相化学反応を利用してＳｉＯＮ層を形成するので、上記コア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮを実現することが可能となり、また上記Ｓｉ−Ｈ基とＯＨ基との含有量もガス流量により制御可能である。これにより光ファイバコア部内に紫外線光を伝送させても紫外線光の劣化を大幅に小さく抑えることが可能となる。また、ＳｉＯＮコア部を気相化学反応を利用して形成するので、不純物の混入の極めて少ない低損失光ファイバを製造可能である。また、中心に円形状の空孔を有したＳｉＯ２を主成分とするガラス管の厚み部の円周方向に少なくとも４個の空孔を有する該ＳｉＯ２を主成分とするガラス管を作製する工程を経ることにより、クラッド部内には空孔が少なくとも４個設けられた構造を容易に実現することが可能となる。
【００３６】
また、上記ＭＣＶＤ法により石英ガラス管内壁にＳｉＯＮ層を形成する前にＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを用いて石英ガラス管内壁にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成しておく工程を付加することにより、フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ量とを含有させ、かつそれらの含有量も制御した紫外線伝送用光ファイバを実現することが可能となる。これにより、更に紫外線光による劣化を抑制することが可能となる。
【００３７】
また、光ファイバプリフォームを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバにする工程の際に、光ファイバプリフォームの空孔内に水素ガスを充填して光ファイバを線引きするようにすることによって、光ファイバのクラッド部の空孔内に水素ガスを充填することが可能になる。また、光ファイバの曲げによる伝送損失を極めて小さくするようにした構造で、かつ光ファイバ断面内にたくさんの空孔が開けられていて曲げに対しても強いので、装置内の狭い空間内に紫外線伝送用光ファイバを小さな曲率半径で曲げて実装することが可能となる。
【００３８】
また、本発明の紫外線伝送用光ファイバを用いれば、フォトレジスト膜の直接描画装置、光造形装置、高速コールドマーキング装置、高速トリミング装置、高速光ＣＶＤ装置等の高性能化が実現可能となる。すなわち、単一モード条件で大パワーの紫外線レーザビーム光を伝搬させたり、上記レーザビームの品質をガウシャン分布に保って伝搬させたり、上記ビーム内のパワー変動を抑えて伝送させることが可能となる。またマルチモード構造の光ファイバにすれば紫外線レーザビーム光の大パワー伝搬が可能となり，高速の光加工が容易となり、高スループットで種々の機能を持った部品の生産を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による紫外線伝送用光ファイバの一実施態様における断面図を示したものである。
【図２】本発明による紫外線伝送用光ファイバの他の実施態様における断面図を示したものである。
【図３】本発明による紫外線伝送用光ファイバの他の実施態様における断面図を示したものである。
【図４】本発明による紫外線伝送用光ファイバの他の実施態様における断面図を示したものである。
【図５】本発明による紫外線伝送用光ファイバの他の実施態様における断面図を示したものである。
【図６】本発明による紫外線伝送用光ファイバの他の実施態様における断面図を示したものである。
【図７】本発明による紫外線伝送用光ファイバの他の実施態様における断面図を示したものである。
【図８】本発明による紫外線伝送用光ファイバの他の実施態様における断面図を示したものである。
【図９】本発明による紫外線伝送用光ファイバの製造方法の一実施態様を示した概略図である。
【図１０】本発明による紫外線伝送用光ファイバの製造方法の他の実施態様を示した概略図である。
【図１１】ＳｉＯＮ膜のＮ２ＯガスとＳｉＨ４ガスとの流量比と屈折率との関係を示したものである。
【図１２】ＳｉＯＮ膜の熱処理温度と屈折率との関係を示したものである。
【図１３】ＳｉＯＮ膜の透過率特性結果を示したものである。
【図１４】紫外線伝送用光ファイバの伝送損失測定結果を示したものである。
【図１５】フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラスのＯ２ガス／Ｃ２Ｆ６ガス流量比と屈折率との関係を示したものである。
【図１６】紫外線伝送用光ファイバの伝送損失測定結果を示したものである。
【図１７】従来の紫外線伝送用光ファイバの断面構造を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
＜紫外線伝送用光ファイバ＞
図１は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの一実施態様を示したものである。図１（ａ）は光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線方向の側断面図を示したものである。この光ファイバ１は、高屈折率の円形状のコア部２とその周りを覆う低屈折率のクラッド部３からなる光ファイバであり、上記コア部２に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮを用い、上記クラッド部にはＳｉＯ２を主成分とするガラスが用いられ、このクラッド部３内には空孔４が８個設けられ、上記光ファイバ１の入力端面５−１及び出力端面５−２の空孔は封止した後に該両端面に反射防止膜６−１及び６−２が形成された構造の紫外線を伝送させる光ファイバである。
【００４１】
この構造において、コア部２（例えば、コア径２μｍ、屈折率１．５７）に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮを用いることにより、後述するように、深紫外域にＥ′センターによる波長帯２１５ｎｍでの吸収や非架橋酸素空孔欠陥による波長帯２６０ｎｍでの吸収が無くなるため、実際に波長が１９０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長帯にわたる紫外線光をコア部２内に伝搬させることができる。そして、この波長帯における上記吸収による減衰がほとんどないことを確認でき、これによって紫外線光を低損失で伝送できることを確認することができた。また、紫外線光を約１時間にわたって光ファイバ内に伝送させていたが、上記吸収に起因するような劣化による紫外線光の減衰がほとんど生じないことがわかった。
【００４２】
また、後述する結果から示されるように、コア部の屈折率を１．４９〜１．６０程度の範囲から選ぶことによりコア部２とクラッド部３との比屈折率差を２〜７％の範囲にすることができる。その結果、コア部２内に紫外線光を効率良く閉じ込めて伝送させることができると共に、小さな曲げ半径で曲げて使用することができる。本実施態様の場合には、コア部２の屈折率は１．５７を選択している。上記コア部２の直径は、比屈折率差が大きければ小さく、逆に、比屈折率差が小さければ大きく選び、紫外線光の波長に対しては、シングルモードファイバの場合には１〜２．５μｍの範囲、マルチモードファイバの場合には数十μｍ〜百数十μｍの範囲に選ばれる。本実施態様は、シングルモードファイバの場合である。上記クラッド部３（本実施態様ではＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いた。）の直径は、１００〜２００μｍの範囲から選択されてよいが、本実施態様の場合では１２５μｍである。そして、上記クラッド部３内の空孔４は８個設けられているが、上記空孔４の直径は、曲げに強い構造にするために、２〜１０μｍの範囲が好ましく、本実施態様では３μｍである。上記空孔４の数量は、本実施態様では８個としたが、少なくとも４個よりも多く、数十個程度を設けてもよい。上記空孔４が少ない場合には空孔径は大きく、多い場合には空孔径は小さく構成される。
【００４３】
図２は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの別の実施態様を示したものである。図２（ａ）は光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線方向の側断面図を示したものである。光ファイバ１は、高屈折率の円形状のコア部２とその周りを覆うフッ素を含有した低屈折率のＳｉＯ２を主成分とするガラスのクラッド部８からなる光ファイバであり、上記コア部２に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ墓を含有しているＳｉＯＮを用い、上記クラッド部８内には空孔４が８個設けられ、上記光ファイバ７の入力端面５−１及ぴ出力端面５−２の空孔は封止した後に骸両端面に反射防止膜６−１及び６−２が形成された構造の紫外線を伝送する光ファイバである。
【００４４】
この構造は、後述するように、コア部２にＳｉＯＮを用いることにより屈折率を１．４９〜１．６の範囲に容易に実現することができ、またクラッド部３’にフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いることにより屈折率を１．４５程度にまで低くすることができるので、コア部２とクラッド部３’との比屈折率差を３〜１０％程度にまで大きくすることができる。これにより、コア部内に紫外線光を極めて強く閉じ込めて伝搬させることができる。また、図１に示した光ファイバと同様に、コア部２にＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有しているＳｉＯＮを用いているので、紫外線光の減衰を抑えて伝送させることができる。また、比屈折率差が非常に大きいので、光ファイバ１を小さな曲率半径で曲げても伝送損失の劣化を抑えることができ、かつクラッド部３’内には空孔４が８個も設けられているので、強度的にも十分に小さい曲率半径で曲げて使用することができるため、装置内の狭い空間や細部であっても光ファイバを折り曲げて配置させることができるという利点がある。
【００４５】
図３は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの別の実施態様を示したものである。図３（ａ）は、光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線方向の側断面図を示したものである。光ファイバ１は、高屈折率の円形状のコア部２と低屈折率のＳｉＯ２を主成分とするガラスからなるクラッド部３’との間に該クラッド部３’の屈折率よりも更に低いフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層１０を介在させた光ファイバであり、コア部２に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮを用いた構造である。なお、フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層１０内にもＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有させておいてもよい。このように上記フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層１０内にもＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有させておくことによりこのフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層１０も深紫外域にＥ’センターによる波長帯２１５ｎｍでの吸収や非架橋酸索空孔欠陥による波長帯２６０ｎｍでの吸収を抑えることができる。そのためフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層にわずかに漏れて伝搬する紫外線光もほとんど劣化を生じないので、光ファイバ内に入射した光パワーを光ファイバの出射端まで極めて低損失で伝送させることができる。
【００４６】
フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラスス層１０の厚みは厚い方が好ましいが、紫外線光の波長の５倍〜１０倍の範囲の２μｍ〜５μｍの範囲から選べばよい。クラッド部３’内には空孔４が８個設けられている。そして、光ファイバ１の入力端面５−１及び出力端面５−２の空孔は、ガラス微粒子や樹脂などで封止した後に該両端面に反射防止膜６−１及び６−２が形成されている。
【００４７】
図４は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの別の実施態様を示したものである。図４（ａ）は光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ線方向の側断面図を示したものである。光ファイバ１は、図２に示したような高屈折率の円形状コア部２とその周りを覆うフッ素を含有した低屈折率のＳｉＯ２を主成分とするガラスのクラッド部３’’からなる光ファイバであって、コア部２に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有しているＳｉＯＮを用い、クラッド部３’’のフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層にも少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有させたものである。クラッド部のフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層にも少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているので、フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層にわずかに漏れて伝搬する紫外線光もほとんど劣化を生じないので、光ファイバ内に入射した紫外線光の光パワーを光ファイバの出射端まで極めて低損失で伝送させることができる。
【００４８】
図５は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの別の実施態様を示したものである。図５（ａ）は光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＥ−Ｅ線方向の側断面図を示したものである。光ファイバ１は、図１に示した光ファイバにおいて、クラッド部３内の空孔４’内には水素ガスを充填したものである。空孔４’内への水素ガスの充填方法は、光ファイバ１を製造する工程（光ファイバのプリフォームを高温電気炉で加熱しながら光ファイバに線引きする工程）の際に、予め空孔４’内に水素ガスを充填しておいて線引きするか、又は線引きした光ファイバの一方端を封止し、他方端から水素ガスを加圧封入していく方法を採用することができる。特に、光ファイバ製造時に水素をコア部内への拡散を促進させることができ、それによってコア部内を伝搬する紫外線光の減衰を更に抑えて伝送させることができる。
【００４９】
図６は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの別の実施態様を示したものである。図６（ａ）は光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のＦ−Ｆ線方向の側断面図を示したものである。光ファイバ１は、シングルモード伝送用の光ファイバであり、高屈折率の円形状のコア部２とその周りを覆うフッ素を含有した低屈折率のＳｉＯ２を主成分とするガラスのクラッド部３’’からなる光ファイバ１であって、コア部２に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮを用い、クラッド部３’’内には空孔４が８個設けられており、クラッド部３’’の外周に金属被膜１５が形成された構造である。そして、光ファイバ１の入力端面５−１及び出力端面５−２の空孔はガラス微粒子や樹脂などで封止した後に該両端面に反射防止膜６−１及び６−２が形成された構造の紫外線伝送用光ファイバである。
【００５０】
金属被膜１５はＡｌ、Ａｇ、Ａｕなどからなる。また、金属被膜１５の膜厚は１〜十数μｍ程度とすることができる。本実施態様においては、光ファイバをＡｌＣｌ３の蒸気雰囲気に保たれた加熱炉（加熱炉の温度５００℃、ＡｌＣｌ３の蒸気雰囲気はＡｒガスにて搬送されて加熱炉内に送り込まれている。）内を通過させることによって光ファイバ外周にＡｌ膜を被覆させることができる。これにより光ファイバの機械的補強と光ファイバ内のＳｉ−Ｈ基とＯＨ基の外部への拡散防止を図ることができる。
【００５１】
図７は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの別の実施態様を示したものである。図７（ａ〉は光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）のＧ−Ｇ線方向の側断面図を示したものである。光ファイバ１は、マルチモード伝送用の光ファイバであり、高屈折率の円形状のコア部２’（直径５０μｍ、屈折率１．５７）とその周りを覆うフッ素を含有した低屈折率のＳｉＯ２を主成分とするガラスのクラッド部３’’からなる光ファイバ（直径１２５μｍ）であって、コア部２’に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有しているＳｉＯＮを用い、クラッド部３’’内には空孔４が１６個設けられ、クラッド部３’’の外周に金属被膜１５が形成された構造である。そして光ファイバ１の入力端面５−１及び出力端面５−２の空孔はガラス微粒子や樹脂などで封止した後に該両端面に反射防止膜６−１及び６−２が形成された構造の紫外線を伝送させる光ファイバである。
【００５２】
このマルチモード光ファイバ内に波長が２４８ｎｍ、パルス発振の繰り返し周波数が４ＫＨｚ、出力４０ｗのＫｒＦエキシマレーザ光を入射させて紫外線光による劣化が生じるかどうかを調べたところ、劣化による光ファイバの伝送損失の増大は確認できなかった。また別のレーザ光として波長が１９３ｎｍ、パルス発振の繰り返し周波数が６ＫＨｚ、出力６０ｗのＡｒＦエキシマレーザ光を入射させて光ファイバの損失増大を調べたところ、劣化による光ファイバの伝送損失の増大は確認できなかった。
【００５３】
図８は、本発明による紫外線伝送用光ファイバの別の実施態様を示したものである。図８（ａ）は光ファイバの長さ方向の断面図を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）のＨ−Ｈ線方向の側断面図を示したものである。光ファイバ１は、図３に示した光ファイバのクラッド部内における空孔４が無い構造の光ファイバである。これは、コア部２に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有している高屈折率のＳｉＯ２を主成分とするガラスを用いることによって、屈折率を１．５〜１．６の範囲から選択し、コア部２とクラッド部３との間にクラッド部３の屈折率よりも更に低いフッ素とＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層１０を用いて屈折率を１．４５程度にまで低くした構造である。これにより、コア部２とフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層１０との比屈折率差を３〜５％の範囲とすることができる。また、フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層１０の厚みを伝搬させる紫外線光の波長の１５倍以上に厚くするように設定することにより、クラッド部に空孔が存在しなくてもコア部２内に紫外線光を強く閉じ込めて伝搬させることができる。
【００５４】
＜紫外線伝送用光ファイバの製造方法＞
本発明による紫外線伝送用光ファイバの製造方法の一実施態様について説明する。本態様においては、先ず、第１工程として、ＭＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを、ＡｒやＮ２ガス等のキャリアガスと共に用いて、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にガスを加熱源（例えば、酸水素バーナ）によって熱分解させて気相化学反応を利用して、フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成する。次いで、第２工程として、前記フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層内壁に、ＳｉＨ４ガスと、Ｎ２Ｏガス又はＮＨ３ガスとを、ＡｒやＮ２ガス等のキャリアガスと共に用いて、気相化学反応によりＳｉＯＮ層を形成する。その後、第３工程として、前記ガラス管をその外周方向から加熱源（例えば、酸水素バーナ）を用いて加熱、融着して、中心に円形状のＳｉＯＮ部、その外周にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を有するガラスロッドを作製する。そして最後に、第４工程として、前記ガラスロッドを加熱炉で加熱、延伸してコア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮ、その外周に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層、最外層のクラッド部にＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる光ファイバに線引きすることにより、上記した紫外線伝送用光ファイバを得ることができる。
【００５５】
本実施態様においては、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にフッ素を十分に添加し、かつＳｉ-Ｈ基とＯＨ基とを含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を紫外線光の伝搬波長の１５倍以上に厚く形成させるようにすること、並びに、その後に前記フッ素及びＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層の表面にＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有し、かつ屈折率が１．５〜１．６の範囲のＳｉＯＮ層を形成させる必要がある。この製造方法を用いることにより材料費の削減及び製造工程の短縮を図ることができ、低コスト化が達成できる。
【００５６】
本発明による紫外線伝送用光ファイバの製造方法の他の実施態様について説明する。先ず、第１工程として、中心に円形状の空孔を有したＳｉＯ２を主成分とするガラス管の厚み部の円周方向に少なくとも４個の空孔を有する該ＳｉＯ２を主成分とするガラス管を作製する。次いで、第２工程として、ＭＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガス又はＮＨ３ガスとを、ＡｒやＮ２ガス等のキャリアガスと共に用いて、石英ガラス管内壁にガスを加熱源（例えば、酸水素バーナ）によって熱分解させて気相化学反応を利用してＳｉＯＮ層を形成する。その後、第３工程として、石英ガラス管をその外周方向から加熱源(例えば、酸水素バーナ)によって加熱、融着して中心に円形状のＳｉＯＮ部を有するガラスロッドを作製する。次いで、第４工程として、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内の中心の空孔内に該ガラスロッドを挿入して一体に加黙、融着して中心部にＳｉＯＮ部、その外周に少なくとも４個の空孔を有するＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる光ファイバプリフォームを作製する。最後に、第５工程として、光ファイバプリフォームを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバに線引きする、ことにより紫外線伝送用光ファイバを製造することができる。なお、本明細書中、ＳｉＯ２を主成分とするガラスとは、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５その他の不純物がＳｉＯ２中に微量含まれているガラスを意味し、石英ガラスとは、それら不純物をほとんど含まない、ＳｉＯ２からなるガラスを意味するものとする。
【００５７】
石英ガラス管を加熱、融着させる加熱源としては、急速加熱及び急速冷却できる熱源が好ましく、酸水素バーナ、赤外線電気炉、高周波誘導加熱炉などを好適に用いることができる。なお、本発明による製造方法の一実施態様として、加熱源は酸水素バーナを用いた場合を説明するが、加熱源として赤外線電気炉や高周波誘導加熱炉を用いる場合は、石英ガラス管の外周にガスを吹き付ける機構を設けることが好ましい。
【００５８】
空孔を形成する方法としては、ゾル・ゲル法によりガラス管を作製する際に、所望の径を有する樹脂繊維を型の長手方法に予め埋設させた状態で焼成してガラススリーブ管を形成することにより、ガラス管の厚み円周方向に所望数の空孔を形成する方法や、ガラス管の断面にレーザ等により孔穴加工を施して、ガラス管の厚み円周方向に所望数の空孔を形成する方法等の公知の方法が挙げられる。
【００５９】
本発明の好ましい実施態様においては、第１の工程と第２の工程の間、即ち、ＭＣＶＤ法によりＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁に気相化学反応を利用してＳｉＯＮ層を形成する前に、ＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを、ＡｒやＮ２ガス等のキャリアガスと共に用いて、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁にガスを加熱源（例えば、酸水素バーナ）によって熱分解させて気相化学反応を利用してフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成しておく工程を更に含んでもよい。
【００６０】
本発明においては、上記のいずれも実施態様においても、ＳｉＨ４ガスに代えて、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４等の有機オキシシラン系の液体ソースの蒸気を用いてもよく、また、ＳｉＨ２Ｃｌ２やＳｉＣｌ４を用いてもよい。
【００６１】
上記の製造方法において、光ファイバプリフォームを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバにする工程の際に、光ファイバプリフォームの空孔内に水素ガスを封入して光ファイバに線引きするようにしてもよい。
【００６２】
図９は、本発明による光ファイバ用コア部を形成する方法の一実施態様を示したものである。矢印１９で示す円周方向に回転しているＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０の管内に一方方向２１からＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガス又はＮＨ３ガスとを送り込み、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０の他方側から矢印２２のごとく排気しつつ、前記ＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０の側面を矢印２５−１、２５−２方向に複数回にわたって往復移動する酸水素バーナ２４（Ｏ２ガスとＨ２ガスとからなるバーナ）を用いて、前記ＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０を加熱してＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁面に上記のガスを熱分解させて気相化学反応を利用して、Ｓｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有しているＳｉＯＮ層２７を複数層形成させる。
【００６３】
図１０は、本発明による光ファイバ用のフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層とコア部との形成方法の一実施態様を示したものである。図１０において、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内面内にＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有しているＳｉＯＮ層２７を多層状に形成する前に、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０の管内に一方方向２８からＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを送り込み、前記ＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０の他方側から矢印２２のごとく排気しつつ上記ＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０の側画を矢印２５−１、２５−２方向に複数回にわたって往復移動する酸水素バーナ２４（Ｏ２ガスとＨ２ガスとからなるバーナ）を用いて、上記ＳｉＯ２を主成分とするガラス管２０を加熱してＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁面に上記ガスを熱分解させて気相化学反応を利用して、フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層２９を所望の厚みに形成する。続いて、前記フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層２９上に、図１２に示したのと同様の方法でＳｉＯＮ層２７を所望の厚みに多層状に形成することができる。
【００６４】
図１１は、本発明による光ファイバに用いるＳｉＯＮコア部の屈折率特性を示したものである。これは、ＳｉＯＮコア部の最適特性を求めるために行った予備実験の結果である。即ち、プラズマＣＶＤ装置を用い、その装置内に設けた上部電極と下部電極の間に高周波電力（高周波周波数１３．５６ＭＨｚ）を印加しつつ、装置内を真空排気（プラズマＣＶＤ装置内の真空度：０．３Ｔｏｒｒ）し、下部電極上に設置したＳｉＯ２を主成分とするガラス基板を下部電極のヒーターで加熱した状態で両電極間にＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスを送り込んでＳｉＯ２を主成分とするガラス基板に成膜したＳｉＯＮ膜の屈折率とプロセス条件との関係を示した結果である。横軸にＮ２ＯとＳｉＨ４との流量比を示し、縦軸に波長０．６３μｍで測定したＳｉＯＮの屈折率の値を示す。高周波電力とヒーター加熱温度をパラメータにとってＳｉＯ２を主成分とするガラス基板に成膜したＳｉＯＮ膜の屈折率特性を求めた。図１１に示した結果からわかるように、ＳｉＯＮ膜の屈折率は、プロセス条件によって１．４５〜２．３程度まで広範囲に変えられることがわかった。
【００６５】
次に、上記で得られたＳｉＯ２を主成分とするガラス基板に成膜したＳｉＯＮ膜を高温で熱処理し、その後に室温に戻して屈折率を測定した結果を図１２に示す。図１２に示したグラフにおいて、横軸は熱処理温度を示し、縦軸は波長０．６３μｍで測定したＳｉＯＮの屈折率の値を示す。図１２に示した結果からわかるように、ＳｉＯＮ膜の屈折率は高温熱処理してもあまり変わらずに安定していることがわかった。
【００６６】
次に、上記で得られたＳｉＯＮ膜の透過率特性を測定した結果を図１３に示す。この測定結果から、ＳｉＯＮ膜にはＳｉ−Ｈ基とＯＨ基を含有していることがわかった。しかも、屈折率の値１．５〜１．６の範囲においても、ＳｉＯＮはＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有していることがわかった。
【００６７】
上記の予備実験結果に基づいて、本発明による紫外線伝送用光ファイバを実際に試作した。先ず、ＭＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを、用いてＳｉＯ２を主成分とするガラス管内壁に気相化学反応を利用してフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を膜厚が５０μｍとなるまで形成した。この時、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスとの流量比（Ｏ２／ＣＦ４）は約１５とし、用いた石英ガラス管は、長さが１０００ｍｍ、直径２０ｍｍ、肉厚２ｍｍであった。次いで、フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層内壁にＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスとを、キャリアガスと共に用いて気相化学反応によりＳｉＯＮ層を膜厚が約８０μｍとなるまで形成した。この時、ＳｉＨ４ガス及びＮ２Ｏガスの流量はいずれも１０００ｃｃ／分以下であり、ＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスとの流量比（Ｎ２Ｏ／ＳｉＨ４）は２．５とした。また、キャリアガスとしてＡｒ又はＮ２ガスを用い、その流量を、上記の原料ガスの総流量の１／４〜１／２となるようにした。次いで、石英ガラス管をその外周方向から酸水素バーナを用いて加熱、融着して中心に円形状のＳｉＯＮ部、その外周にフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を有するガラスロッドを作製した。そして最後に、ガラスロッドを加熱炉で加熱、延伸して光ファイバに線引きし、コア部に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているＳｉＯＮ、その外周に少なくともＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有しているフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層、最外層のクラッド部にＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる紫外線伝送用光ファイバを得た。得られた光ファイバは、図８に示したような断面構造を有しており、コア径が２μｍ、屈折率が１．５６０５の高屈折率のＳｉＯＮを用い、コア部とクラッド部との間に、クラッド部の屈折率よりも更に低いフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を用いて屈折率を１．４５にまで低くし、その層の厚みを６μｍにした構造であり、クラッド部の直径は１２５μｍであり、光ファイバ長は５２０ｍであった。
【００６８】
上記で得られた光ファイバの伝送損失の波長依存性を調べた。結果は図１４に示される通りであった。この結果からわかるように、本発明による光ファイバは、深紫外域にＥ’センターによる波長帯２１５ｎｍでの吸収や非架橋酸素空孔欠陥による波長帯２６０ｎｍでの吸収が無いことを明らかにすることができた。また、この吸収を抑える要因を作り出しているＳｉ−Ｈ基及びＯＨ基に起因する吸収ピークの存在により、ＳｉＯＮ膜はＳｉ−Ｈ基とＯＨ基とを含有していることもわかった。しかも、これらＳｉ−Ｈ基とＯＨ基の吸収基による損失値が大きいことからＳｉ−Ｈ基及びＯＨ基も数ｐｐｍ以上の量を含有していることがわかった。
【００６９】
上記コア部とクラッド部との間に設けるフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層の特性についても予備実験を行った。先ず、上記と同様のプラズマＣＶＤ装置を用い、その装置内に設けた上部電極と下部電極との間に高周波電力（高周波周浪数１３．５６ＭＨｚ、高周波電力６００ｗ）を印加しつつ、その装置内を真空排気（プラズマＣＶＤ装置内の真空度：０．３Ｔｏｒｒ）し、下部電極上に設置したＳｉＯ２を主成分とするガラス基板を上部電極（加熱温度３５０℃）と下部電極のヒーターで加熱（加熱温度４００℃）した状態で両電極間にＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４の蒸気とＣ２Ｆ６ガスを送り込んでＳｉＯ２を主成分とするガラス基板にフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス膜を成膜した。得られたフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス膜の屈折率とプロセス条件との関係を図１５に示す。図１５に示したグラフにおいて、横軸はＯ２とＣ２Ｆ６の流量比を示し、縦軸は波長０．６３μｍで測定した、フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス膜の屈折率の値を示す。
【００７０】
図１５に示した結果に基づいて、本発明に用いるフッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラスからなるクラッドとして、屈折率１．４５のものを用いることにした。図１２に示した形成方法により、ＳｉＯ２を主成分とするガラス管内面内に、ＳｉＨ４ガス、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを、Ｎ２キャリアガスと共に用いてフッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成するに際して、先のＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４の蒸気の代わりにＳｉＨ４ガスを、Ｃ２Ｆ６ガスの代わりにＣＦ４ガスを用いて、フッ素を添加したＳｉＯ２を主成分とするガラス層を形成した。
【００７１】
上記のようにして得られた本発明による紫外線伝送用光ファイバの伝送損失の波長依存性を調べた。結果は図１６に示される通りであった。この光ファイバは、ＳｉＯＮ層を形成するに際して、上記した光ファイバに比してＳｉＨ４ガスを１．４倍増加させて製造したものである。図１６に示した結果からわかるように、Ｓｉ−Ｈ基とＯＨ基との含有に依存した吸収基による吸収損失が増大していることから、Ｓｉ−Ｈ基とＯＨ基との添加量をＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスとの流量比を調整することによって制御できることがわかった。この光ファイバ内に波長が１９３ｎｍ、パルス発振の繰り返し周波数が６ＫＨｚ、出力６０ｗのＡｒＦエキシマレーザ光を入射させ、入射直後、３０分後、１時間後の伝送損失の変化を観測したが、ほとんど劣化による伝送損失の増大は確認できなかった。
【００７２】
本発明は紫外線伝送用光ファイバ以外にも、紫外線伝送用光ファイバを用いた装置として、光信号処理回路の光学特性（波長特性、振幅特性、位相特性など）の微調な特性トリミング用、極微細光回路、あるいは電子部品や電子回路形成用等にも適用することができる。この装置を用いれば、大パワーの近接場光を試料の表面に照射することができるので、上記のような種々の応用に適用することができる。しかも長期的に経時劣化をほとんど生じないので、信頼性の高い装置として使うことができる。
【００７３】
本発明は上記した実施態様に限定されるものではなく、例えば、本発明による紫外線伝送用光ファイバを束ねてバンドルファイバとして用いてもよい。また、本発明による紫外線伝送用光ファイバの外周に樹脂を被覆して用いてもよい。更に、本発明による紫外線伝送用光ファイバを並列に配置して光ファイバアレイを構成してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  紫外線伝送用光ファイバ
２、２’  コア部
３、３’、３’’  クラッド部
４、４’、  空孔
５−１、５−２  光ファイバ端面
６−１、６−２  反射防止膜
１０  中間層（フッ素を含有したＳｉＯ２を主成分とするガラス層）
１５  金属被膜
【図１】
2011048173.tif 000003
【図２】
2011048173.tif 000004
【図３】
2011048173.tif 000005
【図４】
2011048173.tif 000006
【図５】
2011048173.tif 000007
【図６】
2011048173.tif 000008
【図７】
2011048173.tif 000009
【図８】
2011048173.tif 000010
【図９】
2011048173.tif 000011
【図１０】
2011048173.tif 000012
【図１１】
2011048173.tif 000013
【図１２】
2011048173.tif 000014
【図１３】
2011048173.tif 000015
【図１４】
2011048173.tif 000016
【図１５】
2011048173.tif 000017
【図１６】
2011048173.tif 000018
【図１７】
2011048173.tif 000019