JPS62143845A - 耐放射線性の光伝送路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、耐放射線性に優れた通信用の光ファイバ、イ
メージガイド用マルチプル光ファイバ。

あるいは照明用のライトガイドなどの石英ガラス系の光
伝送路に関する。

従来の技術及び問題点 近年、原子力炉、原子力船および人工衛星など放射線の
照射をうける可能性がある場所での通信や計測、制御用
に光伝送路が多用されている。

一般に、光伝送路は光エネルギ（光信号）通路であるコ
アとコア周上に設けられた光エネルギ反射層であるクラ
ッド層とからなり、多モード光ファイバの場合には、ク
ランド層は単一モード光ファイバの場合に起こるクラッ
ド層への光エネルギのにじみ出しが少ないのでクラッド
層厚を数μ巾と極めて薄くしている。このような光伝送
路はＴ線、電子線等の放射線の照射をうけると光伝送貫
失が急激に増加する。このため放射線の影響をうける可
能性のある放射線場において光伝送路による光信号の良
好な伝送および長期的な光伝送路の使用に問題があった
。

一般に９石英ガラス系の光伝送路は多成分ガラス系のそ
れらと比較して耐放射線性に優れていると評価されてい
るが１本発明者らの綿密な研究によれば１石英ガラス系
の光伝送路といえどもその耐放射線性は区々であってコ
ア及びクランド層を構成する材料によって大きく変動す
る。

本発明の目的は、高線量率下において耐放射線性に優れ
た可視光領域用の石英ガラス系の種々の光伝送路を提供
することにある。

本発明の他の目的は、耐放射線性に優れた石英ガラス系
の通信用光ファイバを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、工業用イメージスコープの画
像伝送路として用いられる耐放射線性に優れたマルチプ
ル光ファイバを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、耐放射線性に優れた照明用の
ライトガイドを提供することにある。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、光の通路となるコアが、塩素含有量が１０ｐ
ｐｍ以下の純石英ガラスからなり、上記コアの外側に設
けられたクラッド層がドーパントとしてＢおよびＦを含
有する石英ガラスからなる少なくとも１×１０４Ｒ／Ｈ
の高線量率下並びに可視光領域で用いられる耐放射線性
の光伝送路を提供せんとするもので、シ５ろ。

作用 上記の構成により、即ち、コアを構成する純石英ガラス
が塩素含有量においてＩＯｐｐｍ以下である点並びにク
ラッド層を構成する石英ガラスにおけるドーパントの種
類の点がすべて満足されることにより、少なくとも１×
１０４Ｒ／Ｈの高線量率下並びに可視光領域において優
れた耐放射線性を有する光伝送路が得られる。

第１図〜第４図において、各光伝送路１は、裔純度石英
ガラスにて構成されたコア２．及びドープド石英ガラス
にて構成されたクラッドＮ３とからなる。第２図に示す
光伝送路は、クラ、ド層３の上に更に石英ガラスにて構
成されたサポート層４を有する。第３図に示す光伝送路
（マルチプル光ファイバ）１は、コア２．クラッド層３
．及びサポート層４とからなる単位光伝送路１゛の多数
本が互いのサポート層４同士が融着した構造を有する。

第１図に示す構造の光伝送路１は１例えば、コア２とな
るべき純石英ガラス棒の上にクラッド層３となるべきド
ープド石英ガラスを外付けし、あるいは、後記のロッド
・イン・チューブ法で得た３層構造ブリホームのサポー
ト層４　（第２図）をたとえば火炎研磨法により除去し
てコア２とクラッド層３の２Ｎ構造とし１次いで線引き
することにより製造することが可能である。第２図に示
す構造の光伝送路１は、上記のドープド石英ガラス層の
上に更にサポート層を外付けして線引する方法、あるい
はサポート層４となるべき石英ガラ支管の内側にクラッ
ド層３を内付けしたガラス管にコア２となるべき純石英
ガラス棒を挿入し、ロッド・イン・チューブ法にて母材
を製造し１次いで咳母材を線引きすることにより製造可
能である。

第３図に示す構造の光伝送路１は、第２図に示す構造の
光伝送路そのもの、あるいはその母材の多数本たとえば
１０”〜１０５本を束ねて線引きすることにより製造す
ることができる。第３図の実施例とはべつに、第１図に
示す２層構造の光伝送路又はその母材の多数本を上記と
同様に束ねて線引きしてなるマルチプル光ファイバも本
発明における重要な一実施態様である。

少なくともｌ　ｘ　１０’　Ｒ／Ｈ，特に少なくとも１
Ｘ１０’Ｒ／Ｈの高線量率下での優れた耐放射線性を実
現するうえで９本発明において用いるコア２は塩素含有
量がｌＱｐｐｍ以下なることを必須とするが、とくにｌ
ｐｐｍ以下、更には０．ｌｐｐｍ以下であることが望ま
しい、またコア２のＯＨ基含有量は、２００〜１，５０
０ｐｐｍの範囲であれば問題はないが、一層優れた耐放
射線性のものを得るためには、ＯＨ基含有量は、３００
−〜１，２００ｐｐｍ、特に５００〜１，０００ｐｐｍ
とすることが望ましい。

上記の２要求を満足する石英ガラスは、たとえば次の方
法により得ることができる。

Ｓ　ｉ　　（ＯＣｔ　Ｈｓ　）　ａ　、　　Ｓ　ｉ　　
（ＯＣＨｚ　）　、　。

Ｓ　ｉ　Ｈａなどの塩素を含まない珪素化合物の少なく
とも一種と０２とからなる混合ガスを燃焼させる。かく
すると、珪素化合物は混合ガス中の０゜により酸化され
て塩素を含まないＳｉｎｇを生成する。

本発明で採用するクラッド層は、ドーパントとしてＢと
Ｆとを含有する石英ガラスにて構成されることを必須と
する。ドーパントＢ、ドーパントＦのうちいずれが欠け
ても本発明の目的は達成されない。ただし１本発明にお
いて上記両ドーパントの石英ガラス中での存在状態は問
わない。たとえば、ＢとＦとは、互いに別々に物理的ま
たは化学的に石英ガラス構成分子と結合して存在してよ
く、またＢとＦとが結合した状態で物理的に又は化学的
に石英ガラス構成分子と結合して存在してもよい。Ｂ、
Ｆは、いずれも酸化物又はその他の元素との化合物の状
態で存在してもよい。この様なドープド石英ガラスは、
たとえば、ＢＣｌ２゜Ｂ　Ｆ　２１　　Ｓ　ｉ　ＣＩ　
４および酸素との混合ガス。

ＢＣｌ３．５ｔＦ４及び酸素との混合ガス、あるいは　
ＢＦ、又はＢＣｌツ、と５ｉＦａ及び酸素との混合ガス
などを原料として用いて良く知られた化学気相沈着法（
ＣＶＤ法）にて形成することができる。原料ガス中にお
けるＢおよびＦの量はＳｉ景（原子状態に換算した重量
比）　１００重量部あたりＢは５〜２００重量部、好ま
しくは、１０〜１００重景部であり、Ｆは１０〜５００
重量部、好ましくは、５０〜４００重量部である。

上記した原料混合ガスのうち、一層耐放射線性の優れた
光伝送路を製造するうえで特に好ましいものは、ＢＣｌ
、、５ｉＦａ及び０□との混合ガスである。

本発明において、コア２とクラッド層３との屈折率差（
Δｎ）は、少なくとも０．００Ｂ、特に０．０１〜０．
０１５程度が好ましい。一般にクラッド層３の厚さに対
してコア２の径が大であるほど耐放射線性の点で有利で
あり、特に、コア２の外径（ｄ１）とクラッド層３の外
径（ｄ２）の比（ｄ＋／ｄ２）は、０．４５〜０．９．
就中。

０．５５〜０．８．特に０．６〜０．７５であることが
好ましい。

本発明の光伝送路がマルチプル光ファイバであるとき、
それは前記した通り、光ファイバ又はその母材の多数本
１例えば１０２〜１０’本を束ねて得た結束体を例えば
１，８００〜２．２００℃の温度に加熱して軟化させ、
これを線引きして所定の太さ例えば０．４〜３１−２就
中、０．７〜２龍のものとすることで製造することがで
きる。本発明においては、マルチプル光フアイバ内にお
ける各単位光伝送路１゛はそのコアが５〜３０μｍであ
り、クラッド層３が１．５〜１０Ｉ！ｍであるものが耐
放射線性の点で好ましい。

第２図、第３図に示す実施例は、サポート層４を有する
が、該サポート層４の構成材料が不純物を多量に含む石
英ガラスであると、耐放射線性に悪影響を及ぼす場合が
ある。従って、サポート層４の構成材料としては綿引き
作業温度が少なくとも１８００℃の石英ガラス、たとえ
ば天然石英ガラスや合成石英ガラスなど、特に純度９９
．９９重量％以上の５就中９９．９９９９重量％以上の
高純度合成石英ガラスが好ましい。

また、マルチプル光ファイバを製造するに際しては１例
えば石英ガラスパイプなどを用いてこれに光ファイバを
充填した状態で線引きし、かくして相互に融着した光フ
アイバ群の外周にさらに当該パイプに相当するスキン層
が融着したものとすることが、得られるマルチプル光フ
ァイバの可撓性や折れ難さなどの点で好ましい。

本発明において、クラッド層、サポート層、あるいはス
キン層を構成する各石英ガラスは、塩素を含んでいても
差し支えないが１本発明の光伝送路の耐放射線性を一層
向上させるために、いずれも塩素含有量をｓｏｐｐｍ以
下特にｉｏｐｐｍ以下とすることが望ましい。

実施例 実施例Ｉ Ｓｉ　　（ＱＣ，Ｈ５）４　と酸素とを混合して燃焼さ
せ５その炎を石英棒ターゲット上に吹きつけ。

いわゆる気相ベルヌーイ法に準じて石英ガラスを生成さ
せ外径約３５■１．長さ２００龍の石英ガラス棒を得た
。該ガラス棒の塩素含有量はｔｐｐｍ以下、ＯＨ基含有
量はｓ５ｏｐｐｍ、また２０℃における屈折率は１．４
５８５であった。

石英ガラス中の塩素含有量はＥ　Ｓ　ＣＡ　（Ｅｌｅｅ
　−ｔｒｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ　Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により測定し、またＯ
Ｈ基含を景は次の方法で測定した。

ＯＨ基含有量の測定： ＯＨ基含有星がｌｐｐｍ以上であるときは９式（１）に
より、またｌｐｐｍより小なるときは。

式（ＩＩ）により求めた。

０Ｈ＝１．２　ｘ　（Ｌ＋　　　Ｌｏ）　　・・・（１
）ＯＨ”１．８５　ｘ　（Ｌ３−１．）　　”　’　　
（ＩＩ）ここにし、は、波長０．９４μＩにおける光伝
送路のｔｎｎ価値ｄ　Ｂ　／　ｋｍ）　、　　Ｌ　ｏは
同波長における該光伝送路のＯＨ基含有量が零であると
仮定したときの損失値である。Ｌ３は波長１．３８μｍ
における光伝送路の損失値（ｄ　Ｂ／ｋｍ）　、　　ｌ
、２は該同波長における該光伝送路のＯＨ基含有量が雰
であると仮定したときの損失値である。

上記の純石英ガラスからなる外径１１■■のコアロッド
、並びに、　　Ｓ　ｉ　Ｃｌａ　、　　ＢＦ３　、　　
Ｏｚ　−および天然石英ガラス管（外径２６ｍ■、肉厚
１．５ｍｍ、ｎ”：１．４５９）を用い７．ＭＣＶＤ法
ノ適用下に形成したＢ、Ｆ系ドープド石英ガラス層（ｎ
！Ｏ：　１　、　４４６５　　）を内周に有する該ガラ
ス管とを用い２　ロッド・イン・チューブ法を通用して
３層構造のプリホーム（外径１８．９ｍ■）を得たのち
、これを加熱（２，０００℃）下に線引きして外径３０
０μｍの光ファイバを得た。

上記の光ファイバ（長さ２０Ｃｎｔ）の６．０００本を
１断面が最密整列充填形状となるように束ねてその一端
を石英ガラス管に挿入したのち加熱融着させ、これをフ
ッ酸水溶液（５容計％）中で。

更に蒸溜水中で超音波洗浄したのち乾燥させた。

得られた光ファイバの束を２，０００℃に加熱して線引
きし、光ファイバの隣接するもの同士が相互に融着した
外径１．ＯＮのマルチプル光ファイバを得た。

得られたマルチプル光ファイバにおけるコア径は７．５
μｍ、クラッド層の厚さは２．０μｍ。

光フアイバ径は１２μｍ、コアとクラッド層との屈折率
差（Δｎ）は０．０１２であった。また。

マルチプル光ファイバは、全長にわたり正確な画像配列
を有するものであった。

次に、得られたマルチプル光ファイバの耐放射線１生を
９周べた。

評価試験は、第４図に示す通りＣｏｂ０γ線照射源によ
る所定の線量率の位置に、長さ２０ｍのマルチプル光フ
ァイバにおける１０ｍ長をコイル状に束ねておくととも
に、マルチプル光ファイバの両端を遮蔽壁を通して取り
出し、その一端よりマルチハロゲン水銀光源（３００Ｗ
）からの光を入射させ、他端からの出射光をモノクロメ
ータ・、フォトメータで測定し、レコーダに記録した。

照射は空気中で行い、測定時以外はマルチプル光ファイ
バを光源より外し、フォトブリーチングの影宮を防止し
た。

マルチプル光ファイバの損失値は、ＣｕｔＢａｃｋ法に
より測定した。

実施例２ 実施例１において得られた３層構造のプリホームを火炎
研磨処理して天然石英ガラス管部を取り除き、２層構造
のもの（光フアイバ径１１．８μｍ）としたほかは実施
例１と同様にしてマルチプル光ファイバを得、その耐放
射線性を調べた。

実施例３．４ 光ファイバの３，０００本を用いて、マルチプル光ファ
イバにおける光ファイバのコア径が１１μｍ、クラッド
層の厚さ２．５μｍ、光ファイツマ径１７μｍ（実施例
３）、または、２，０００本を用いてマルチプル光ファ
イバにおける光ファイバのコア径が１０μｍ、クラッド
層の厚さ２．０μｍ、光フアイバ径１５μｍ（実施例４
）としたほかは実施例１と同様にしてマルチプル光ファ
イバを得、その耐放射線性を調べた。

実施例５，６．７ 光ファイバ６．０００本を用いて９マルチプル光フアイ
バにおける光ファイバのコア径７μ請。

クラッド層厚さ１．９μ量、光フアイバ径１２μｍ（実
施例５）を。

または、は光ファイバ３，０００本を用いて。

マルチプル光ファイバにおける光ファイバのコア径が１
２μｍ、クラッド層厚さ２．２μｍ、光フアイバ径１７
μＩＩ＋（実施例６）を。

または光ファイバ１，０００本を用いて、マルチプル光
ファイバにおける光ファイバのコア径が１４μｍ、クラ
ッド層厚さ２．５μｍ、光フアイバ径２０μｍ　（実施
例７）、とじたほかは実施例１と同様にしてマルチプル
光ファイバを得、その耐放射線性を調べた。

比較例１ 四塩化珪素と酸素を用い、プラズマ法で作製した塩素含
有量が約４５０ｐｐｍのコア材を用いたほかは実施例１
と同様にしてマルチプル光ファイバを得、その耐放射線
性を調べた。

比較例２ 酸水素バーナを用いたフレーム加水分解法で作製した塩
素含有量が約６００ｐｐｍのコア材を用いたほかは実施
例１と同様にしてマルチプル光ファイバを得、その耐放
射線性を調べた。

比較例３ ＳｉＦａを用いてＦドープド石英ガラス層を内周に有す
る天然石英ガラス管を用いたほかは実施例１と同様にし
てマルチプル光ファイバを得、その耐放射線性を調べた
。

上記の各実施例および比較例についての耐放射線性を下
表に示す。

表 波長　　増加損失（ｄＢ／１０ｍ　　）実施例１０．４
　　　　４．０　　　　　１５０．５５　　　３．５　
　　　　１２ 実施例２０．４　　　　４．０　　　　　１３０．５５
　　　３．０　　　　　１１ 実施例３０．４　　　　３．４　　　　　１１０．５５
　　　１．８　　　　　　８ 実施例４０．４　　　　３．５　　　　　１３０．５５
　　　２．０　　　　　１１ 実施例５０．４　　　　４．２　　　　　１６０．５５
　　　３．２　　　　　１１ 実施例６０．４　　　　２．２　　　　　１００．５５
　　　１．５　　　　　　８ 実施例７０．４　　　　１．５　　　　　　８０．５５
　　　１．０　　　　　　６ 比較例１０．４　　　２５　　　　　　３０＜０．５５
　　　１０　　　　　　１８ 表（つづき） 波長　　増加損失（ｄＢ／１０ｍ　　）比較例２０．４
　　　２７　　　　　　３０＜０．５５　　　１２　　
　　　　２０ 比較例３０．４　　　２７　　　　　　３０＜０．５５
　　　９　　　　　　１６　　　・効果 本発明の光伝送路は、これまで説明した通り。

直線量率下においても優れた耐放射線性を有しているの
で、放射線の照射がある場所、あるいは照射を受ける可
能性のある場所において用いることができる。その結果
、当該ファイバを用いればかかる場所での可視光での光
通信が可能となり、イメージガイドを用いて各種の可視
光での観察、制御、あるいは測定などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図２．第２図は９通信用光フアイバ又は照明用のラ
イトガイドとして用いられる本発明の光伝送路の実施例
の断面図である。 第３図は１本発明の光伝送路の１種たるマルチプル光フ
ァイバの実施例の断面図である。 第４図は、光伝送路についてのＣｏ６０γ線を線源とす
る大気中での耐放射線性の試験方法の説明である。 １　：　光伝送路 １゛　：　単位光伝送路 ２　；　コア ３　：　クラッド層 ４　：　サポート層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光の通路となるコアが、塩素含有量が１０ｐｐｍ以
   下の純石英ガラスからなり、上記コアの外側に設けられ
   たクラッド層がドーパントとしてＢおよびＦを含有する
   石英ガラスからなる、少なくとも１×１０＾４Ｒ／Ｈの
   高線量率下並びに可視光領域で用いられる耐放射線性の
   光伝送路。 ２、コアを構成する純石英ガラスのＯＨ基含有量が、２
   ００〜１，５００ｐｐｍである特許請求の範囲第１項記
   載の光伝送路。 ３、クラッド層の外側にサポート層を有する特許請求の
   範囲第１項乃至第２項記載の光伝送路。 ４、コアの外径（ｄ＿１）とクラッド層の外径（ｄ＿２
   ）との比（ｄ＿１／ｄ＿２）が、０．５５〜０．８であ
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の光伝送路。 ５、光伝送路が、マルチプル光ファイバである特許請求
   の範囲第１項乃至第４項記載の光伝送路。 ６、光伝送路が、通信用の光ファイバである特許請求の
   範囲第１項乃至第４項記載の光伝送路。 ７、光伝送路が、照明用のライトガイドである特許請求
   の範囲第１項乃至第４項に記載の光伝送路。