(57)【要約】【課題】  高出力レーザーに対しても高い耐レーザー性を得ることができる合成シリカガラスを提供する。【解決手段】  合成シリカガラスは、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３であることを特徴とする合成シリカガラス。
【請求項２】
請求項１に記載された合成シリカガラスにおいて、
含有ＯＨ基の質量百分率が５ｐｐｍ以下であることを特徴とする合成シリカガラス。
【請求項３】
光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
コアと、該コアを被覆するクラッドと、を備えた光ファイバにおいて、
上記コアは、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項５】
請求項４に記載された光ファイバにおいて、
ＹＡＧレーザー用レーザーガイドであることを特徴とする光ファイバ。
【請求項６】
ケイ素含有物質と酸素とを化学反応させる合成シリカガラスの製造方法において、
ケイ素含有物質に含まれるケイ素のモルよりも酸素のモルの方を少なくして該ケイ素含有物質と該酸素とを化学反応させることにより、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３である合成シリカガラスを形成することを特徴とする合成シリカガラスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された合成シリカガラスの製造方法において、
上記ケイ素含有物質のモルに対する酸素のモルの比を６０／１００〜９５／１００とすることを特徴とする合成シリカガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成シリカガラス及びその製造方法、並びに、それを用いた光学素子及び光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光を伝送するレーザーガイドとして合成シリカガラス製の光ファイバが広く用いられている。そのような光ファイバでは、伝送するレーザー光による劣化が少なくなるように種々の手段によってその耐レーザー性が高められている。
【０００３】
特許文献１には、酸水素炎加水分解法に基づいて合成された塊状高純度透明合成シリカガラスを出発母材として製造されたシリカガラスからなる光学部材を、ＯＨ基含有高純度透明合成シリカガラスで形成すると共に、シリカガラスの絶対屈折率（ｎｄ)を１．４６０以上とし、且つ、水素分子濃度を略５×１０16分子／ｃｍ3以上含有させることが開示されている。そして、これによれば、経時的な耐レーザー性その他の耐光ダメージ若しくは耐放射線ダメージ性（以下耐レーザー性等という）を保証し、これにより長期間に亙って使用可能なレーザー若しくは耐放射線用光学部材を得ることができる、と記載されている。
【０００４】
特許文献２には、光ファイバの母材であるガラス母材を製造する方法であって、ガラス母材のコアを形成するコア形成ステップと、コアの周囲にガラス母材のクラッドを形成するクラッド形成ステップとを備え、コア形成ステップは、 出発棒の周囲にガラス微粒子を堆積することにより多孔質ガラス母材を形成する堆積ステップと、多孔質ガラス母材をフッ素化合物ガスを含む混合ガスの雰囲気下で焼結することによって、コアの中心からの距離の増加に伴って屈折率が連続的に減少するＧＩ型の屈折率分布を形成する焼結ステップとを有するものが開示されている。そして、これによれば、耐光強度が強く、通過後のパワー密度が大きい光ファイバのガラス母材を製造することができる、と記載されている。
【０００５】
特許文献３には、４００ｎｍ以下の特定波長領域の高出力パルスレーザーの光学系に使用される石英ガラス部材において、レーザーの光を照射する前の１９０ｎｍ〜４００ｎｍの波長領域での内部透過率が９９．９％以上であり、且つレーザーを照射したときの照射パルス数に対する２１５ｎｍの吸収係数の変化量が、レーザーの繰り返し周波数に関わらず一定であるものが開示されている。そして、これによれば、エキシマレーザーステッパーやその他の高出力パルスレーザーの光学系の寿命を短縮させることがない、と記載されている。
【特許文献１】特開平５−４３２６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２３５号公報
【特許文献３】特開平７−２９１６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー用の光ファイバを形成する合成シリカガラスとしては、ＯＨ基の吸収が９４５ｎｍ、１２４０ｎｍにあって伝送損失への影響があることから、一般に、含有ＯＨ基の少ないものが使用されている。しかしながら、レーザーの高出力化が進んだことにより、これまでの合成シリカガラスでは、高出力ＹＡＧレーザーのレーザー光に対する耐久性が十分ではなくなり、そのために高い信頼性が得られないという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高出力レーザーに対しても高い耐レーザー性を得ることができる合成シリカガラスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成する本発明は、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３であることを特徴とする合成シリカガラスである。
【０００９】
上記の構成によれば、後述の実施例で明らかにするように、高出力レーザーに対しても高い耐レーザー性を得ることができる。ここで、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３と高いということは、Ｓｉ−Ｓｉ結合が多く含まれることを意味する。また、吸光度とは、平行光線が物体中を通過するとき、入射光強度をＩ0、透過光強度をＩとしたときに、ｌｏｇ10（Ｉ0／Ｉ）で表わされる物体の光吸収の強さをいう。
【００１０】
本発明の合成シリカガラスは、伝送損失を低く抑えるという観点からは、含有ＯＨ基の質量百分率が５ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００１１】
このような合成シリカガラスを製造するには、ケイ素含有物質と酸素とを化学反応させればよいが、そのとき、ケイ素含有物質に含まれるケイ素のモルよりも酸素のモルの方を少なくして両者を反応させればよい。
【００１２】
また、ケイ素含有物質のモルに対する酸素のモルの比を６０／１００〜９５／１００とするのがよい。
【００１３】
上記比が６０／１００よりも小さくなると、合成シリカガラスの形成が困難となるからであり、一方、上記比が９５／１００よりも大きくなると、耐レーザー性能が低下するからである。
【００１４】
本発明の合成シリカガラスは４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域で使用される各種レンズ等の光学素子を形成する材料として使用することができる。典型的には、レーザーガイドを構成する光ファイバのコアを形成する材料とすることが考えられる。また、特に、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー用レーザーガイドの光ファイバを製造するのに好適である。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように、本発明によれば、高出力レーザーに対しても、高い耐レーザー性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係るＹＡＧレーザー用レーザーガイドである光ファイバ心線１０を示す。
【００１８】
この光ファイバ心線１０は、ファイバ中心をなすコア１１ａ及びコア１１ａを被覆するクラッド１１ｂとが一体となって形成された光ファイバ１１と、光ファイバ１１の外側を順に被覆するシリコーン被覆１２及びナイロン被覆１３と、からなる。
【００１９】
光ファイバ１１は、コア１１ａ及びクラッド１１ｂのいずれもが合成シリカガラスで形成されているが、本発明の特徴として、コア１１ａは、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３であり且つ含有ＯＨ基の質量百分率が５ｐｐｍ以下である合成シリカガラスで形成されている。一方、クラッド１１ｂは、コア−クラッド間の屈折率差を構成するために、屈折率を低めるＦ（フッ素）、Ｂ（ホウ素）等がドープされた合成シリカガラスで形成されている。
【００２０】
ここで、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３と高いということは、Ｓｉ−Ｓｉ結合が多く含まれることを意味する。また、吸光度とは、平行光線がコア１１ａを通過するとき、入射光強度をＩ0、透過光強度をＩとしたときに、ｌｏｇ10（Ｉ0／Ｉ）で表わされるコア１１ａの光吸収の強さをいう。
【００２１】
図２は、コア１１ａを構成する合成シリカガラスの一例について、照射する光の光子エネルギーと吸光度との関係を示す。
【００２２】
図２に示すように、従来例の合成シリカガラスは、光子エネルギー５ｅＶにおいて吸光度がほんの僅かなピークしか示さないのに対し、本発明の光ファイバ１１のコア１１ａを構成する合成シリカガラスは、光子エネルギー５ｅＶにおいて吸光度が０．１を越えるようなピークを示す。なお、図２に示す吸光度は反射成分を含んでいるため、計測値からその反射成分を減じたものが真の吸光度である。
【００２３】
以上のような光ファイバ１１は、原料であるケイ素含有物質と酸素とを化学反応させて光ファイバ母材のコア形成部を作製する際に、ＳｉＣｌ4などのケイ素含有物質に含まれるケイ素のモルよりも酸素のモルの方を少なくし、典型的には、ケイ素含有物質（例えば、ＳｉＣｌ4）のモルに対する酸素のモルの比を６０／１００〜９５／１００という条件で作製した光ファイバ母材を線引き加工することにより製造することができる。
【００２４】
光ファイバ母材の製法としては、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法及びプラズマ法等、公知の方法で製造することができる。但し、ＶＡＤ法による場合には、ＯＨ基の含有量を５ｐｐｍ以下と低く抑えるために、スートを加熱して透明化させる前、或いは、透明化させる際、多量のＣｌ2を流通させて徹底した脱水を行うことが必要である。
【００２５】
以上の光ファイバ心線１０では、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３であり且つ含有ＯＨ基の質量百分率が５ｐｐｍ以下である合成シリカガラスでコア１１ａが形成されているので、高出力のＹＡＧレーザーのレーザー光に対しても高い耐レーザー性を得ることができる。
【００２６】
なお、上記実施形態は、光ファイバ心線１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、レンズ等のその他の光学素子であっても、さらにその他の合成シリカガラス部材であってもよい。
【実施例】
【００２７】
実際に行った試験評価について説明する。
【００２８】
（試験評価サンプル）
以下の例１〜７の合成シリカガラスを準備した。それぞれの構成は表１にも示す。
【００２９】
＜例１＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を７０／１００としてプラズマ法により作製した合成シリカガラスを例１とした。
【００３０】
＜例２＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を６０／１００としてＶＡＤ法により、スートを多量のＣｌ2雰囲気下に置いて徹底した脱水を行い、その後にＨｅ雰囲気下でガラス化して作製した合成シリカガラスを例２とした。
【００３１】
＜例３＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を９５／１００としてＭＣＶＤ法により作製した合成シリカガラスを例３とした。
【００３２】
＜例４＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を６０／１００としてプラズマ法により作製した合成シリカガラスを例４とした。
【００３３】
＜例５＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を１２０／１００としてプラズマ法により作製した合成シリカガラスを例５とした。
【００３４】
＜例６＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を１００／１００としてＶＡＤ法により作製した合成シリカガラスを例６とした。このとき、スートを多量のＣｌ2雰囲気下に置いて徹底した脱水を行い、その後にＨｅ雰囲気下でガラス化した。
【００３５】
＜例７＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を８０／１００としてＶＡＤ法により、脱水処理を行い、Ｈｅ雰囲気下でガラス化して作製した合成シリカガラスを例７とした。
【００３６】
＜参考例＞
ＳｉＣｌ4のモルに対するＯ2のモルの比を５０／１００としてプラズマ法により合成シリカガラスを作製しようとしたが、合成シリカガラスを作製することはできなかった。
【００３７】
【表１】
2005298222.tif 000002
【００３８】
（試験評価方法）
＜吸光度・ＯＨ基含有量＞
例１〜７のそれぞれの合成シリカガラスについて、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度及びＯＨ基含有量のそれぞれを計測した。
【００３９】
＜耐レーザー性＞
図３は、耐レーザー性試験装置２０を示す。
【００４０】
この耐レーザー性試験装置２０は、ＹＡＧレーザー２１からのパルスレーザー光を、９０度プリズム２２、λ／２板２３、ポラライザー２４、９０度プリズム２５、１０６４ｎｍ用高反射ミラー２６、石英基板２７及び非球面レンズ２８の順に伝搬させて試験片３０に照射すると共に、石英基板２７の反射光をバイプラナー２９で受光してモニタするようになっている。
【００４１】
例１〜７のそれぞれの合成シリカガラスにより、図４に示す形状の試験片３０を作成した。
【００４２】
そして、上記の耐レーザー性試験装置２０を用い、例１〜７のそれぞれの試験片３０について、１−ｏｎ−１法により、１ショットで損傷を受けるレーザーエネルギーのしきい値を求めると共に、Ｓ−ｏｎ−１法により、しきい値より低い所定のレーザーエネルギー（しきい値の９５％）を周波数１０Ｈｚで与えて損傷を受けるまでのショット数（照射数）を求めた。なお、最長試験時間を２０分として最大ショット数を１２０００回とした。なお、パルス幅は、７ｎｓとし、試験片の内部にレーザー光の焦点を合わせた。
【００４３】
（試験評価結果）
試験結果を表１に示す。
【００４４】
例１〜４は、しきい値の９５％のレーザーエネルギーを１２０００ショット照射しても損傷を受けないのに対し、例５〜７は、しきい値の９５％のレーザーエネルギーを１２０００ショットするまでに損傷を受けているのが分かる。なお、１−ｏｎ−１法での損傷しきい値は３４〜３６Ｊ／ｃｍ2で同等だった。
【００４５】
図５は、例５のしきい値を基準としたレーザーエネルギー相対値と損傷を受けるまでのショット数との関係を例２と例５について示す。
【００４６】
図５によれば、いずれのレーザーエネルギーにおいても例５よりも例２の方が損傷を受けるまでのショット数が格段に多いということが分かる。
【００４７】
例１〜４と例５〜７との相異は、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度、及び、ＯＨ基含有量である。
【００４８】
従って、以上によれば、光子エネルギーが５ｅＶである光に対する吸光度が０．１〜０．３であり且つ含有ＯＨ基の質量百分率が５ｐｐｍ以下である例１〜４は、吸光度及び含有ＯＨ基量の少なくともいずれか一方の条件が満たされていない例５〜７のものに比較して連続照射を行ったときの耐レーザー性が極めて優れており、実用上有用であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、合成シリカガラス及びその製造方法、並びに、それを用いた光学素子及び光ファイバに関して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係るＹＡＧレーザー用レーザーガイドである光ファイバ心線を示す斜視図である。
【図２】コアを構成する合成シリカガラスの一例について、照射する光の光子エネルギーと吸光度との関係を示すグラフである。
【図３】耐レーザー性試験装置の構成を示す図である。
【図４】試験片の斜視図である。
【図５】例２及び例５のしきい値を基準としたレーザーエネルギー相対値と損傷を受けるまでのショット数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  光ファイバ心線
１１  光ファイバ
１１ａ  コア
１１ｂ  クラッド
１２  シリコーン被覆
１３  ナイロン被覆
２０  耐レーザー性試験装置
２１  ＹＡＧレーザー
２２，２５  ９０度プリズム
２３  λ／２板
２４  ポラライザー
２６  １０６４ｎｍ用高反射ミラー
２７  石英基板
２８  非球面レンズ
２９  バイプラナー
３０  試験片
【図１】
2005298222.tif 000003
【図２】
2005298222.tif 000004
【図３】
2005298222.tif 000005
【図４】
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【図５】
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