JPH10504656A

JPH10504656A - 内孔がコートされたコヒーレントで可撓性のある中空繊維導波管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10504656A
Application number: JP7519075A
Authority: JP
Inventors: ジェムズエイ．ハリントン; トッドシー．エイベル; ジェフリーハーシュ
Original assignee: ラトガーズザステイトユニバーシティオブニュージャージー
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1995-01-10
Publication date: 1998-05-06
Also published as: IL112228A0; EP0744034A4; DE69535032T2; WO1995019580A1; DE69535032D1; US5440664A; CA2180828A1; US5567471A; EP0744034B1; CA2180828C; EP0744034A1; AU2599795A; IL112228A; KR100348170B1; ATE329281T1

Abstract

(57)【要約】入力赤外レーザ光線の優れた横空間的コヒーレンスを保持することができかつ該光線のかなりのパワーを低減衰で伝送する耐久性の高い可撓性の中空繊維導波管（１）。本発明は、好ましくは、小直径で薄壁のシリカガラスのチューブ（３）、該チューブの外面上の保護コーテイング（２）、該チューブ（３）の内面上の充分な反射層（４）、および該反射層（４）の露出面上の、対象の波長に対して最適な厚みを有する誘電膜で構成されている。繊維（１）は、内孔の平滑度を維持する方法で製造される。

Description

【発明の詳細な説明】内孔がコートされたコヒーレントで可撓性のある中空繊維導波管およびその製造方法発明の背景１．発明の分野本発明は、赤外線を伝送するための導波管に関し、さらに詳しくは、低減衰で中間赤外線を伝送する可撓性のある中空繊維導波管に関する。２．関連技術の説明可視、近紫外及び近赤外のレーザからの放射光は、簡単で強靭で安価で非毒性の固体酸化物ガラス繊維（solid oxide-glass fiber）によって充分に伝送される。しかし、中間赤外レーザからの放射光線を、その光線を適用したい点まで輸送するための送達システムを案出するには根強い問題点がある。これら波長のレーザ光は、大部分の固体では充分に伝送されない。用途が工業用であろうと外科用であろうと、中間赤外線の満足すべき送達システムとしては、以下のことがなされなければならない。すなわち、（１）特定の用途に対して妥当な作動距離で、大きな最終光学系（final optic）を必要とせずにフォーカルスポットの大きさを直径０．５ｍｍ以下（好ましくは０．１ｍｍまで）にてきる、（２）少なくとも数十ワットの平均電力を低減衰で伝送する、（３）移動に対する抵抗がほとんどなく、適用場所への接近とその場所の観察を妨害する大きさが最小で、かつ出力特性が実質的に変化することなく、適用場所のまわりで容易に操作される、そして（４）簡単で強靭でそして比較的安価である、ことが実現できていなければならない。外科用途の場合、送達システム自体が患者に対して危険であってはならない（例えば、体液に可溶の毒性物質を含有する繊維のように）。レーザ応用の技術分野の当業者であれば、集束性（focusability）に優れかつ出力特性が変化しないための条件は、必然的に、レーザがガウスモードまたはＴＥＭ₀₀モードで作動し、かつその送達システムがそのモードを実質的に劣化させないことである、ということが分るであろう。差迫って現在関心のあるレーザの波長（約２．５〜１２μｍ）に対して、いままで満足すべき送達系が全くなかった。多関節形アームは、優れたビーム品質と優れた伝送性を提供するが、扱いにくく複雑でかつ高価であり、再調整をしばしば行う必要がある。この波長領域に用いる固体繊維は、ビーム品質が劣り伝送性能がまあまあで、一般に毒性でかつ高価であり、そしてごく限られた回数でしかもかなり限られた程度しか曲げることができない。したがって、この技術分野では、中空導波繊維を使用する試みがなされてきた。従来技術の中空のｎ＞１の導波管は、ビーム品質が劣っている（横方向空間的コヒーレンス（transverse spatial coherence）が劣っている）。GregoryおよびHarringtonの図１２Ｂ、ならびにCroitoru他、“Chararcterization of hollo w fibers for the transmission of infrared radiation”、Appl．Opt.、２９巻Ｗ１８０５〜１８０９頁（１９９０年４月２０日）の図５と６、およびDror他、“Hollow Tubes for Transmitting IR Laser Energy for Surgery Applicatio ns”、ＩＣＡＬＥＯ ’８９（１月１５〜２０日、ロスアンゼルス）に提出、は、従来技術の中空ｎ＞１導波管の特性の代表的なものである。このような導波管は、伝送性がまあまあである。一典型的に、MatsuuraおよびMiyagi、“Low-loss metallic hollow waveguides coated with durable and nontoxic ZnS”、Appl．Phys．Lett.、６１巻、１６２２〜１６２３頁（１９９２年１０月５日）に開示されているような導波管は、優れている。コーティングに対する支持構造として役立つ金属製管壁を有する導波管（例えば、Laakman他の米国特許第５，００５，９４４号およびLevyの米国特許第４，９１３，５０５号に開示されている導波管）は、かなりの電力を扱えるが、よくても半可撓である。プラスチック製管壁を有する導波管（例えば、Cr oitoru他の米国特許第４，９３０，８６３号に開示されている導波管）は、可撓性であるが、よくてもパワー取扱性能（power-handling capability）が限界に近く、損失が大きく、コヒーレンス性に欠けている。したがって、この導波管は、主として信号を扱うのに適している。例えば、Comteの米国特許第３，４３６，１４１号、Marcatiliの米国特許第３，５８３，７８６号、およびOnoda他の米国特許第３，９６３，８２８号に開示されているようなさらに以前の装置は、今日関心を持たれている波長での今日関心を持たれている用途に対して有用であることは、証明されていない。屈折率が１未満の中空導波繊維は、多くの用途に必要な伝送特性と可撓性には両方ともまだ到達していない。しかし、他の局面では、これらの導波繊維は、選択された波長では全く良好である（GregoryおよびHarrington、“Attenuation， modal and polarization properties of n<1，hollow dielectric waveguides” 、Appl．Opt.、３２巻、５３０２〜５３０９頁（１９９３年９月２０日）を参照。本発明は、損失が比較的少なくかつＴＥＭ₀₀モードを劣化させることなくレーザ光線を伝送する可撓性のある中間赤外レーザ伝送媒体に対する要求を満たす導波管およびその製造方法を提供するものである。発明の概要本発明は、可撓性のある中空繊維導波管およびその製造方法の発明である。本発明の導波管は、かなりの平均パワー（例えば、約５００Ｗまでの平均パワー）または２μｍ未満〜約２０μｍのスペクトル領域内の設計波長またはその近傍のパルスエネルギーを受入れることができる。このパワー／エネルギーは、ＴＥＭ₀₀ レーザから本発明の導波管の近位端（近い側の端部＝手前端）に入力され、ほぼＨＥ₁₁繊維の固有モードで低い減衰で、導波管の遠位端（遠い側の端部＝後方端）まで伝搬する。その遠位端で、このパワー／エネルギーは、目立った減損なく、あたかも入力ＴＥＭ₀₀固有モードの単なる延長であるかのように放出される。本発明のいくつかの実施態様では、その空間プロフィール（spatial profile ）が入力でのそれと異なっている。本発明の導波管は、簡単で、強靭で、製造費が比較的安価で、内科／外科の用途に利用するのに安全である。本発明による繊維は、その入力端で可視光線をも受け入れ、その光の有用な量を導波管の内孔および／または環状壁を通して出力端まで伝送して、可視照明および／または赤外レーザ照射を照準する（狙いを定める）ための補助を行うことができる。本発明の装置の一般的な実施態様は、内径が約２．５ｍｍ未満で内面が滑らかな内孔を有する中空可撓管を備えている。しかし、好ましい実施態様では、内径が０．５ｍｍである。この管としては、市販されている、可撓性があって壁の厚みが薄いシリカガラス管が好ましく、また摩耗および物理的減損に対して保護する保護シースをバレルの外表面に有するものが好ましい。中間赤外線の波長領域を光学的に反射する物質の層を、内孔の表面上に、出来上がりの内孔が上記波長で光学的に平滑であるようなやり方で、内孔の面に堆積させる。誘電膜を、上記反射層の露出面上に、出来上がりの誘電膜が反射層との界面および空気との界面の両方において平滑であるように、そしてその誘電膜の厚みが設計波長に適合するように、生成させるかまたは堆積させる。以下に説明する好ましい実施態様は、反射層として銀を使用し、誘電膜としてヨウ化銀を使用する。他の実施態様では、反射層として金属を用い（例えば、金、銀、アルミニウム、ニッケル、白金、モリブデンおよび亜鉛）、および無機化合物（例えば、臭化銀、ヨウ化銅、セレン化銅、硫化銀、セレン化亜鉛および硫化亜鉛）のような他の誘電膜が用いられる。上記背景および以下の説明から、本発明の装置が入力ビームの優れた品質（優れた横方向空間的コヒーレンス）を保護し維持して、従来技術に対して質的改善をすることが明らかであろう。また、本発明は、そのような装置の製造方法をも提供するものであり、平滑な内孔を有する管（例えば、ガラス質管）から出発し、内孔の平滑度を減損せずおよび／または反射層が平滑な反射面に「平らに仕上がる」溶液と方法を用いて内孔に反射層をめっきし、次に内孔の平滑度を減損しない溶液と方法を用いて、反射層の露出面上に適切な厚みの誘電膜を生成させる、各ステップを含んでいるものである。本発明の好ましい実施態様の詳細を、添付図面と以下の説明によって述べる。本発明の詳細が一旦分かれば、多くの追加の改変は、当該技術分野の当業者にとって自明になるであろう。図面の簡単な説明図１は、本発明の光ファイバーの実施態様の概略端面図であり、本発明の光ファイバーの構造を示す。図２は、本発明にしたがって製造された光ファイバーの、２種の異なる設計波長に対するスペクトル応答を示すグラフである。図３は、本発明にしたがって製造されたいくつかの異なる光ファイバーに対するスペクトル干渉効果（spectral interference effect）を示すグラフである。図４は、本発明にしたがって製造された光ファイバーからのパワー出力の空間分布の三次元投影グラフであり、その入力はＣＯ₂レーザによって正しく照射されている。図５は、本発明にしたがって製造された、内孔の大きさが異なるいくつかの光ファイバーの性能対曲げの関係を示すグラフである。図６は、本発明にしたがって製造された光ファイバーが性能の理論的限界にいかに近いかを示すグラフである。図７は、本発明にしたがって製造された光ファイバーのパワー取扱性能を示すグラフである。図８は、本発明にしたがって製造された光ファイバーに対する誘電膜の厚みを最適化することおよび制御することの重要性を示すグラフである。各種の図面における同じ参照番号および名称は、同じ部材を意味する。発明の詳細な説明この説明全体を通して、示されている好ましい実施態様と実施例は代表例とみなすべきであり、本発明を限定するとみなすべきではない。図１は、インコヒーレント源とコヒーレント源の両者から赤外線を伝送する、本発明の好ましい実施態様によって構成した中空繊維の導波管１を概略図的に示す。保護シース２（ポリマーコーティング、ポリイミド、シリコーン／ナイロン、金属などの材料でよい）が、市販の薄い壁のシリカガラスチュービング３のような、滑らかな内孔を有する中空繊維導波管のバレルの外面のまわりまたは上に形成されていることが好ましい。本発明の導波管１は、人体内の組織部位に切断用放射光線（cutting radiation）を運ぶような用途に適切な厚みのものが好ましい。したがって、本発明のチューブ３は、本発明の導波管を可撓性にする（すなわち、１０ｃｍ未満の半径まで容易に曲がる）外径でなければならない。シース２としては、チュービングを、摩耗などの機械的減損から保護し、チュービング３を物理的に減損させる湿気や他の物質に対してシールするものが好ましい。反射層４は、反射層４として滑らかな外面を保持する方式でまたは反射層４が滑らかな反射面に「平らに仕上がる」ように、チュービング３の内孔上に堆積される。反射層は、厚さが１μｍ未満の銀が好ましい。しかし、他の実施態様では、反射層は異なる厚みのことがある。さらに、他の実施態様では、反射層として金属類（例えば、金、銅、アルミニウム、白金、モリブデン、亜鉛およびニッケルなど）および半導体（例えばゲルマニウムなど）を用いられることがある。誘電膜５は、屈折率が反射層４より小さくて、反射層４の内孔上に、その露出面の平滑度を実質的に保持するかまたは改善するやり方で、形成させるかまたは堆積させる（すなわち、「生成させる」）。誘電膜５は、導波管１の内孔の反射率を増強する。誘電膜の正確な厚みは、光学測定法で測定され、特定の赤外線波長の損失が最低になるよう注意深く制御される。誘電膜５の厚みは、約０．１μｍ〜０．８μｍが好ましい。好ましい実施態様では、誘電膜はヨウ化銀である。しかし、他の実施態様では、誘電膜は無機化合物でもよい（例えば、臭化銀、ヨウ化銅、セレン化銅、硫化銀、セレン化亜鉛および硫化亜鉛などがある）。誘電膜５の内側露出面は、導波管１の好ましくは中空の内容積６を画定し、その内容積には空気、他のガスもしくはガス混合物、真空または好ましくは屈折率が約１に等しい他の媒体が入っている。反射層４と誘電膜は、最終の導波管が特に、赤外波長における損失が極めて小さい導波管を製造するため内孔に特別のコーティングを堆積させた可撓性のチューブであるように、薄くて可撓性であることが好ましい。本発明による導波管は、工業用の溶接、切断および熱処理に用いる高パワー（＜５００ワット）の赤外レーザ光線を送達するのに用いることができる。また、本発明には、約２．０〜２０μｍで作動する高帯域赤外線ファイバーセンサ（broadband infrared fiber sensor）としての用途がある。この役割で、本発明の導波管は、赤外線信号を遠隔の光検出器に中継する。特に、これらの導波管は、遠隔地での分光法、および放射測定法（温度測定法）の用途に光ファイバーリンクとして役立てることができる。好ましい実施態様で、反射層４を設ける前の導波管１の内径は、約１．０ｍｍ未満〜約１００ミクロンであり、このことによって優れた伝送特性と優れた機械的可撓性が与えられ、特に、大きさが小さいので内科用に適している。好ましい実施態様で、仕上げ加工前のチュービング３の内孔の平滑度は約０．０５ミクロン以下である。仕上げ加工後の導波管は、平滑度が類似していることが好ましい。このような平滑度が本発明の高い性能特性に大きく寄与していることが見出されたのである。この平滑度は、一般にガラスまたはガラス様の中空繊維のチューブによってのみ得ることができる。しかし、本発明には、上記の平滑度で製造できるいずれの可撓性チュービングも含まれる。本発明にしたがって製造された導波管の遠位端で出力されるレーザビームの空間プロフィールは、導波管の内孔の直径、入力レーザビームの純度および導波管の曲げ半径に依存している。一般に、内孔が小さければ小さいほど、一層純粋なモードになる。したがって、遠位端のレーザビーム出力の空間プロフィールは、近位端のレーザビーム入力の空間プロフィールに比較的類似している。これは、内孔が小さければ小さいほど、底次モード（lower-order mode）よりも高次モード（high-order mode）に対してより大きな損失を起こすためである。内孔が比較的小さい導波管（例えば、約１．０ｍｍ）は、導波管の近位端で光ファイバー中に放射されるＴＥＭ₀₀モードを最高に保持する。波長が約２．０μｍ〜約２０μｍの中間赤外線に対して、減衰が非常に少なくかつ横方向空間的コヒーレンスが高い、約３ｍ長の中空光ファイバーを、本発明を用いて製造することができる。実施例本発明の好ましい実施態様の、内孔が滑らかで壁厚が薄いシリカガラスのチュービング３（外側に保護ポリマーシース２を具備するものが好ましい）はいくつかの市販元から入手できる（例えば、米国ニュージャージー州スターリング所在のFiberguide Industries社および米国アリゾナ州フェニックス所在のPolymicro Technologies社など）。ガラスは、高いパワー取扱性能を有する（例えば、約５００ワットまでの平均パワーが実証されている）ため、好ましい。本明細書で考案される本発明の実施態様は、内孔の直径が７００、５３０および３２０μｍであるが、これらは代表例として提供されるものであり、本発明を限定するものではない。これらの光ファイバーは、内孔の平滑度が０．０５ミクロンに過ぎない。これら光ファイバーは、市販元から受入れたままで使用することが好ましい。したがって、本発明の好ましい実施態様では、エッチング法を全く使用しない。チュービング３の内孔は、反射層４の露出面の平滑度を維持するように、反射層４（例えば、銀、金、銅、アルミニウムなど）をメッキする。このメッキ法については、以下に詳細に述べる。次に、予め決められた屈折率を有しかつ設計波長に対して最適の厚みを有する平滑な誘電膜５（好ましくはヨウ化銀）を、反射層４の表面に形成させる。これらのことを以下に詳述する方式で組合せて実施することが本発明の新規な方法であり、本発明の新規な光ファイバー導波管１が製造される。前処理：エッチング／増感／活性化銀のコーティングを用いて反射層４を形成させる本発明の一実施態様では、ポリマーでコートされたチュービング３が、入手したままの状態で、前処理をしないで用いられる。前処理は、従来技術の中空光ファイバーがコヒーレントでなかった原因の一部分と考えられる。というのは、このような前処理によって、基材の表面すなわち反射層の表面がくぼみやその他で粗くされる（光の波長の尺度で）と考えられるからである。しかし、金および銅などの他の金属を用いて反射層４を形成する別の実施態様では、金および銅をコートする技術では標準になっているチュービング３に対する前処理が必要である。また銀、金および銅以外の金属でチュービングをコートする前にも前処理は必要である。銀の溶液本発明の一実施態様によれば、銀溶液は、純度が９９．９９９％の硝酸銀（ＡｇＮＯ₃）約１．１５ｇから始めて、蒸留脱イオン水（Ｈ₂Ｏ）約４００ｍｌに溶解して製造される。水酸化アンモニウム水溶液（ＮＨ₄ＯＨ、１５％）を一度に一滴づつ添加して、褐色沈澱を生成させ、溶液が透明になるまで続ける。次に、蒸留水１００ｍｌに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）約０．２２ｇを溶解した溶液を、上記硝酸銀／水酸化アンモニウム溶液に添加して、濃厚な褐色沈澱を生成させる。次に、水酸化アンモニウムを、一度に一滴つづ添加し、溶液が透明になるまで続ける。還元溶液蒸留脱イオン水で約５００ｍｌまで希釈したデキストロース（Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ₆、５重量％水溶液）約２２．５ｍｌからなる還元溶液を用いる。他のこのような還元溶液は当該技術分野で公知であり、使用することができる。銀めっき法チュービング３は、水平または垂直に配置することが好ましい。上記の銀溶液と還元溶液を、ほぼ同量づつ、チュービング３の入口の直前のＴ字形継手中で混合することが好ましい。目標の波長はもとより、製造される導波管の内孔の大きさによって、使用される溶液の容積は変わる。ＣＯ₂レーザの波長の場合、７００μｍの内孔の光ファイバーには各溶液を各々約５００ｍｌ／２時間使用し、一方５３０μｍと３２０μｍの光ファイバーには各々、各溶液を約１００ｍｌ／１時間使用する。Ｅｒ：ＹＡＧレーザ波長の場合、７００μｍの光ファイバーには各溶液を約１００ｍｌ／３０分間使用し、そして５３０μｍと３２０μｍの光ファイバーには各々、各溶液を約５０ｍｌ／３０分間使用する。これらの溶液は、溶液が入るチュービング３の末端における圧力を、例えばペリスタポンプによって上昇させるか、またはチューブの反対側の末端における圧力を例えば真空ポンプによって低下るかして、チュービング３中を強制的に通過させる。チュービング３は、水平である場合、一層均一なコーティングを得るため、めっき中、その長軸上を約１８０°回転させることが好ましい。追加して、または代わりに、めっき手順の中間でチューブの両端の位置を逆にするか、または該溶液を、予め決められた時間チューブ３を強制通過させ、次いで別の予め決められた期間チューブ３中を引戻して、一層均一なめっきを容易に行えるようにすることができる。さらに、本発明は、一実施態様によれば、該溶液は、チューブ３を流動通過させる時間の少なくともいくらかの時間再循環させる。メッキされたチュービング３は、次に、好ましくは非反応性のすすぎ溶液、例えばエタノール（エチルアルコール、ＣＨ₃ＣＨ₂ＯＨ）ですすぎ、次いで、例えば圧縮空気を吹き付けることによって乾燥する。各溶液の量と、各溶液を強制通過させる速度は、実験に基づいて決定した。ヨウ素化好ましい実施態様で、１ｇのヨウ素を添加した約１００ｍｌのシクロヘキサンの溶液を、加温超音波浴中で混合する。得られた溶液をほぼ室温まで冷却させる。生成した溶液を、内孔の大きさ、目標の波長および使用されるポンプの種類によって、所定量を計り出して使い、損失が最低で回析が制限された（すなわち、空間的にコヒーレントなまたはガウス分布状の）出力が得られるような最適のヨウ化銀層を生成させる。例えば、ＣＯ₂波長において、７００μｍの光ファイバーの場合、ヨウ素／シクロヘキサン溶液を、ペリスタポンプを使って約２２ｍｌ／５ｍｉｎの流量でチュービング３中を強制通過させるか、または真空ポンプを使用して約５０ｍｌ／４．５ｍｉｎの流量で強制通過させることが好ましい。５３０μｍの光ファイバーの場合、好ましい値は、ペリスタポンプによる約２０ｍｌ／４ｍｉｎの流量か、または真空ポンプによる約５０ｍｌ／４ｍｉｎの流量である。３２０μｍの光ファイバーの場合、ペリスタポンプを使用する約１５ｍｌ／３ｍｉｎの流量が好ましい（この場合、真空ポンプは、上記溶液が導波管１の内側で凍結するので使用できない）。Ｅｒ：ＹＡＧ波長の場合、７００μｍの光ファイバーは、上記いずれかのポンプを用いて約２．５ｍｌ／０．５ｍｉｎの流量を採用することが好ましい。５３０μｍの光ファイバーは、いずれかのポンプを用いて約４ｍｌ／１ｍｉｎの流量を採用することが好ましい。３２０μｍの光ファイバーの場合、ペリスタポンプを用い約２．０ｍｌ／０．５ｍｉｎの流量を採用することが好ましい。上記いずれの場合も、各々圧力は、該溶液が凍結しないよう制御しなければならない。いずれにせよ、得られたチュービング３は、エタノールなどの非反応性すすぎ溶液ですすぐことが好ましく、次いで例えば圧縮空気を吹きつけることによって乾燥する。その結果、導波管１が完成する。上記は、限定するように解釈すべきではない。例えば、別の一実施形態では、臭素化が有効であり、シクロヘキサン以外の健康に対する作用を無視できる非極性溶媒が有用である。考察図２、３および８は、本発明によって、誘電膜の最適の厚みを決定して提供することによって、選択されたスペクトル領域に対して損失がいかに最小になるかを示す。誘電膜の厚みを適正に制御することは、損失を最小にするのに重要である。本発明によれば、内孔が小さい光ファイバーの場合でも、誘電膜５の厚みを正確に制御することができる。図４は、本発明によって構成された導波管の優れたモード態様（mode behavio r）を示す。その出力は、GregoryおよびHarrington（１９９３年）の図１２Ａおよび図１３とほとんど同じであり、本発明の製造方法が内孔表面を劣化させないことを示している。本発明の中空繊維導波管は、モード混在（mode-mixing）を起こして（最初はモードが整合している場合）結果的に曲率半径が変化するにつれて過剰の曲げ損失と出力分布の実質的変化とともに多モード出力を起こすということのない、唯一のｎ＞１の導波管である。導波管内孔の平滑度が重要であることは、従来技術では教示されていないし、このような平滑度は従来得ることができなかった。図５と６は、本発明に従って構成した導波管が理論的限界に近い減衰を示すことを実証している。Croitoruらの米国特許第４，９３０，８６３号の教示のような従来技術で製造された導波管は、比較すると、約３００倍劣っている。図５と８は、本発明にしたがって製造した導波管１の、優れた可撓性と低い曲げ損失を示し、そして図７は、導波管１のパワー取扱性能を示す。本発明による導波管は、内孔が７００μｍの繊維導波管の場合０．１ｄＢ／ｍと低い損失であり、単一モードの出力に近いことが測定されたのである。内径が５００μｍに近い本発明の導波管は、９μｍ線のＣＯ₂ レーザに対して用いると、損失は０．３ｄＢ／ｍと低い。２．９４μｍのＥｒ：ＹＡＧレーザ波長では、内径が約７００μｍの導波管の場合、損失は０．３ｄＢ／ｍを越える。５００μｍの内孔の場合、わずか約１．７ｄＢ／ｍの損失で、曲げ半径を５ｃｍと小さくすることが可能である。本発明の中空ガラス導波管は、米国特許第４，９３０，８６３号のプラスチック製導波管を用いてCroitoruが教示しているような同等な従来技術の導波管と比べて、損失が約１／２７５である。このことは、少なくとも一部分は、反射層４と誘電膜５の極めて平滑な露出内面を保持する本発明の能力が原因である。その結果、散乱損失が低下し、かつモード変換が最小になる。本発明の損失が小さいことは、一部は、誘電膜の厚みが注意深く制御されていることも原因である。さらに、本発明の導波管の特性に時間の経過に伴う変化が全くみとめられず、そして少なくとも一つの本発明の繊維導波管は、エチレンオキシドによる病院グレードの滅菌の後に良好に作動した。表面が粗いと、特に曲げた場合、損失が高くなる。さらに、本発明の導波管は、耐久性が高い（rugged）ので、約２０ワットを超えるパワーを伝送すると容易に溶解することがある従来技術のプラスチック製繊維導波管に比べて、かなり高いパワーに耐えることができる。本発明は、簡単な溶液化学と安価な可撓性ガラスチュービングを用いて製造される単純な構造を提供する。本発明は、上記の諸損失が、本発明の導波管の内孔の露出内面の平滑度が極めて優れているために、非常に小さい点で、従来技術と異なっている。また、本発明は、非常に高度な可撓性と優れた横方向空間的コヒーレンスを保持しかつ非毒性である。本発明のいくつかの実施態様を説明してきたが、本発明の思想と範囲から逸脱することなく各種の変形を行うことができることは、理解されるであろう。例えば、本発明の一実施態様による導波管は、バレルのまわりに保護外側コーティングまたはシースを備えている。このような実施態様では、上記コーティングまたはシースは、導波管にボンド付けしてもよい。しかし、本発明の導波管は、代わりに、そのようなシース中に取外し可能に挿入してもよい。他の実施態様で、導波管は、熱を加えると導波管の外面に順応するカバリング（「熱収縮チュービング」として一般に知られている）で保護してもよい。さらに、例えば、内科の用途などの極めて限られた期間、導波管が使用される用途の場合、導波管はそのようなコーティングで保護されなくてもよい。中空繊維の内側露出面に金属をなめらかに適用する手段はいずれも、本発明の導波管を製造するのに使用することができる。また、反射層を堆積させるのに使用される溶液は、１種の単独金属を含めて金属合金を含むいずれの反射性物質でもよい。さらに、本発明の実施例の上記説明は、反射層の形成に使用される物質として銀を使用することに集中しているが、高い反射率を有しかつ中空繊維の内孔を流通させることによって該内孔の露出内面に滑らかに堆積させることができるいずれの物質も、本発明の範囲内にある。さらに、適当な屈折率を有しかつ反射層の露出表面に堆積させることができる誘電物質も本発明の範囲内にある。したがって本発明は、特定の例示実施態様に限定されるべきではなく本明細書の特許請求の範囲によってのみ限定されると解すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者エイベルトッドシー. アメリカ合衆国ニュージャージー州 08701 レイクウッドヒルリッジプレイス 12 (72)発明者ハーシュジェフリーアメリカ合衆国ニュージャージー州 08542 プリンストンチェスナットストリート 51

Claims

【特許請求の範囲】１．表面が滑らかな内孔、その内孔の表面に堆積された反射層、およびその反射層の露出面上に形成された誘電膜を具備し、中間赤外電磁波線を伝送するのに用いる中空導波管の製造方法であって、（ａ）内孔の近位端と遠位端の間に圧力差を生じさせることによって、反射性物質を含有する第一溶液を内孔の表面に接触させて、本質的に不透明の反射性物質の被膜を内孔の表面上に堆積させるステップと、（ｂ）内孔の近位端と遠位端の間に圧力差を生じさせることによって、反射性物質の被膜の露出面に第二溶液を接触させて、厚みを制御できる誘電物質の被膜を、反射性物質の被膜の露出面上に形成させるステップとを含んでなる製造方法。２．反射性物質が金属合金である請求の範囲１記載の方法。３．金属合金が、（ａ）金、（ｂ）銀、（ｃ）銅、（ｄ）アルミニウム、（ｅ）ニッケル、（ｆ）白金、（ｇ）モリブデン、および（ｈ）亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含有している請求の範囲２記載の方法。４．反射性物質が半導体である請求の範囲１記載の方法。５．半導体がゲルマニウムである請求の範囲４記載の方法。６．第一溶液が単糖類を含有している請求の範囲１記載の方法。７．第一溶液がデキストロースを含有している請求の範囲１記載の方法。８．誘電膜が無機化合物である請求の範囲１記載の方法。９．誘電膜が、（ａ）臭化銀、（ｂ）ヨウ化銅、（ｃ）セレン化銅、（ｄ）硫化銀、（ｅ）セレン化亜鉛、および（ｆ）硫化亜鉛からなる群から選択される化合物である請求の範囲８記載の方法。１０．さらに、反射性物質の層を堆積させた後、非反応性のすすぎ溶液で内孔をすすぐステップを含んでなる請求の範囲１記載の方法。１１．さらに、反射性物質の被膜の露出面上に誘電膜を形成させた後、非反応性のすすぎ溶液で内孔をすすぐステップを含んでなる請求の範囲１記載の方法。１２．第一溶液を内孔の表面に接触させる、内孔の近位端と遠位端との間の圧力差を、ペリスタポンプで発生させる請求の範囲１記載の方法。１３．第一溶液を内孔の表面に接触させる、内孔の近位端と遠位端の間の圧力差を、真空ポンプで発生させる請求の範囲１記載の方法。１４．第二溶液を反射層に接触させる圧力差をペリスタポンプで生成させる請求の範囲１記載の方法。１５．第二溶液を反射層に接触させる、内孔の近位端と遠位端の間の圧力差を、真空ポンプで生成させる請求の範囲１記載の方法。１６．第一の予め決められた期間、内孔の近位端の圧力が内孔の遠位端の圧力より大であり、そして第一の予め決められた期間の後に起こる第二の予め決められた期間、内孔の近位端の圧力が内孔の遠位端の圧力より小さい請求の範囲１記載の方法。１７．第一の予め決められた期間、内孔の近位端の圧力が内孔の遠位端の圧力より小さく、第一溶液が、第一期間の少なくとも一部の期間、内孔の表面に接触し、そして第一の予め決められた期間の後に起こる第二の予め決められた期間、内孔の近位端の圧力が内孔の遠位端の圧力より大であり、第一溶液が、第二期間の少なくとも一部の期間、内孔の表面に接触する請求の範囲１に記載の方法。１８．中間赤外電磁波線を伝送する導波管であって、（ａ）約１．０ｍｍより小さくかつ滑らかな内孔表面を有する内孔を具備する中空の可撓性チューブと、（ｂ）内孔の表面上に配置され、その露出面が内孔の表面とほぼ同様に滑らかである反射層と、（ｃ）反射層の滑らかな露出面上に形成され、その厚みが中間赤外線の特定の波長に対して選択され、かつその露出面が反射層の表面とほぼ同様に滑らかである誘電膜、を含んでなる導波管。１９．誘電膜の屈折率が反射層の屈折率より小さい請求の範囲１１記載の導波管。２０．内孔を有する滑らかな内表面の基材と、その内孔の表面上に配置されていて露出面が内孔の表面とほぼ同様に滑らかな反射層と、その反射層の滑らかな露出表面上に配置されていて厚みが中間赤外線の特定の波長のために選択された誘電膜とを具備してなり、そして前記内孔の直径が１．０ｍｍより小であることを特徴とする、中間赤外電磁波線を伝送する導波管であって、（ａ）内孔の第一末端と内孔の第二末端との間に圧力差を生じさせることによって、滑らかな内部表面の基材を通って反射性物質を含有する第一溶液を進ませて、前記内孔の表面上に反射性物質の被膜を堆積させるステップと、（ｂ）内孔の第一末端と内孔の第二末端との間に圧力差を生じさせることによって、滑らかな内部表面の基材を通って第二溶液を進ませて、反射性物質の被膜の露出表面上に、厚みを制御することができる誘電物質の被膜を生成させるステップと、を含んでなる方法で製造される導波管。２１．ほぼ無限の曲率半径で９〜１１μｍの波長の損失が１ｄＢ／ｍより小さく、かつ約１０ｃｍの曲率半径で９〜１１μｍの波長の損失が１．５ｄＢ／ｍより小さくて、近ガウスモードの中間赤外電磁波線を伝送する導波管であって、（ａ）内孔の第一末端と内孔の第二末端との間に圧力差を生じさせることによって、滑らかな内部表面の基材を通って反射性物質の第一溶液を進ませて、前記内孔の表面上に反射性物質の被膜を堆積させるステップと、（ｂ）内孔の第一末端と内孔の第二末端との間に圧力差を生じさせることによって、滑らかな内部表面の基材を通って第二溶液を進ませて、反射性物質の被膜の露出面上に、厚みを制御することができる誘電物質の被膜を生成させるステップと、を含んでなる方法で製造される導波管。２２．ほぼ無限の曲率半径で３μｍの波長の損失が１ｄＢ／ｍより小さく、かつ約１０ｃｍの曲率半径で３μｍの波長の損失が１．５ｄＢ／ｍより小さくて、近ガウスモードの中間赤外電磁波線を伝送する導波管であって、（ａ）内孔の第一末端と内孔の第二間端との間に圧力差を生じさせることによって、滑らかな内部表面の基材を通って反射性物質の第一溶液を進ませて、前記内孔の表面上に反射性物質の被膜を堆積させるステップと、（ｂ）内孔の第一末端と内孔の第二末端との間に圧力差を生じさせることによって、滑らかな内部表面の基材を通って第二溶液を進ませて、反射性物質の被膜の露出面上に、厚みを制御することができる絶縁物質の被膜を生成させるステップと、を含んでなる方法で製造される導波管。２３．内孔を有する滑らかな内表面の基材と、その内孔の表面上に配置されていて露出面が内孔の表面とほぼ同様に滑らかな反射層と、その反射層の滑らかな露出表面上に配置されていて厚みが中間赤外線の特定の波長のために選択された誘電膜とを具備してなり、そして前記内孔の直径が２．５ｍｍより小であることを特徴とする、中間赤外電磁波線を伝送する導波管であって、（ａ）滑らかな内部表面の基材を反射層でめっきするステップと、（ｂ）上記反射層の上に誘電膜を形成させるステップと、を含んでなる方法で製造される導波管。２４．ほぼ無限の曲率半径で９〜１１μｍの波長の損失が１ｄＢ／ｍより小さく、かつ約１０ｃｍの曲率半径で９〜１１μｍの波長の損失が１．５ｄＢ／ｍより小さくて、近ガウスモードの中間赤外電磁波線を伝送する導波管であって、（ａ）滑らかな内部表面の基材を反射層でめっきするステップと、（ｂ）上記反射層の上に誘電膜を堆積させるステップと、を含んでなる方法で製造される導波管。２５．ほぼ無限の曲率半径で３μｍの波長の損失が１ｄＢ／ｍより小さく、かつ約１０ｃｍの曲率半径で３μｍの波長の損失が１．５ｄＢ／ｍより小さくて、近ガウスモードの中間赤外電磁波線を伝送する導波管であって、（ａ）滑らかな内部表面の基材を反射層でめっきするステップと、（ｂ）上記反射層の上に誘電膜を堆積させるステップと、を含んでなる方法で製造される導波管。