專利名稱：石英類單芯光纖、石英類多芯光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對在傳輸可見光區(qū)域(約400nm 約800nm左右)的 光時產(chǎn)生的可見光區(qū)域中的發(fā)光現(xiàn)象進行抑制的石英類單芯光纖、石 英類多芯光纖及其制造方法，特別涉及適合在利用光纖的共焦式熒光 成像及熒光檢測、發(fā)光檢測、光譜分析等中使用的石英類單芯光纖、 石英類多芯光纖及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，以熒光診斷為主，正在利用可見光領(lǐng)域中的光進行熒光分 析、發(fā)光檢測、光譜分析，進而利用上述熒光分析、發(fā)光檢測、光譜 分析進行診斷、分析，特別是隨著半導體激光技術(shù)的發(fā)展，所使用的 波長逐漸變短。
近年來，在以消化器官科、呼吸器官科或心臟科為主的各種醫(yī)療 領(lǐng)域中，使用內(nèi)窺鏡來直接觀察組織表面或作為治療的輔助器材。另 外，近年來，使用內(nèi)窺鏡的熒光診斷法倍受關(guān)注。
熒光診斷法是利用由激發(fā)光激發(fā)的生物組織發(fā)出具有預定光譜的 熒光這一特性，著眼于病變部位(癌腫瘤等)產(chǎn)生與正常部位不同的 熒光的診斷法。
這種診斷法由于不需要過度地采集病變部位的組織，所以具有可 以減輕患者負擔的優(yōu)點。另外，適于該診斷法的熒光診斷裝置已被公 開(例如參照專利文獻1)。另外，在熒光診斷法中，特別是使用多芯光纖的共焦式成像法倍 受關(guān)注。根據(jù)這種方法，可以鮮明地且以高析像度來觀察發(fā)出熒光的
觀察部位，而且可以對位于距該部位數(shù)十um至數(shù)百um的深度(表
面下)的組織進行分析。
利用多芯光纖的共焦式熒光成像裝置也已被公開(例如參照專利
文獻2)。
在該共焦式熒光成像裝置中，對多芯光纖的多個纖芯中的一個纖 芯，從入射端一側(cè)入射例如具有波長為405nm、 488nm、 635nm的激發(fā) 光束(輸出功率約10mW 約30mW左右、光束直徑約lym 約數(shù)u m左右)，從多芯光纖的出射端射出的激發(fā)光照射到觀察對象的機體 組織上。
其結(jié)果是在比激發(fā)光的波長更長的區(qū)域中，從該機體組織發(fā)出 與該組織狀態(tài)相對應的自發(fā)熒光。該熒光與激發(fā)光一起通過相同的纖 芯傳輸?shù)饺肷涠?，分離激發(fā)光后進行預定的處理，從而獲得自發(fā)熒光 所具有的特定信息(光譜強度和形狀)。
以每秒12幀的速度對整個光纖端面進行掃描，得到每個像素的共 焦圖像，由此獲得2維圖像。另外，由于利用同一個纖芯來進行對機 體組織的激發(fā)光照射和自發(fā)熒光的傳輸，因此通過空間濾光效果除去 來自焦平面以外的熒光，結(jié)果實現(xiàn)了共焦特性。
本發(fā)明的發(fā)明人通過改良在上述共焦式熒光成像法中使用的多芯 光纖，為了利用共焦式熒光成像法得到高質(zhì)量的圖像，進行了實驗， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下問題。按順序?qū)υ搶嶒炦M行說明。
圖1表示適用于測定現(xiàn)有多芯光纖的發(fā)光光譜的發(fā)光光譜測定裝置ioo的示意結(jié)構(gòu)圖。
如圖1所示，適用于測定現(xiàn)有多芯光纖的發(fā)光光譜的發(fā)光光譜測
定裝置100主要由下述部分構(gòu)成射出波長為488nm的激光作為激發(fā) 光的光源102、將來自光源102的激光會聚成直徑約為2 3um左右的 光束的光學透鏡104、入射透過光學透鏡104的光束的多芯光纖106、 設置在多芯光纖106的出射端的物鏡108、與物鏡108光學結(jié)合的 CCDUO。
另外，發(fā)光光譜測定裝置100包括選色鏡112，來自光源102 的激光透過選色鏡112，并且反射由物鏡108反射且依次透過多芯光纖 106和光學透鏡104的光；光譜分析儀114，其接受由選色鏡112反射 的光(由物鏡108反射的光)，并對該反射光進行分析。
另外，發(fā)光光譜測定裝置100中設有XYZ鏡臺116，其調(diào)整多 芯光纖的位置，以使光學透鏡104和多芯光纖106之間光學連接；和 用于降低雜音的反射濾光器118。
從光源102射出488nm的激光(單模式，例如約22mW)，通過 光學透鏡104進行聚光，入射到多芯光纖106的一個至數(shù)個纖芯中， 用光譜分析儀114對由物鏡108反射而返回的光進行分析，結(jié)果如圖2 所示，可以確認波長在515nm附近的比較尖銳的發(fā)光峰值和波長在約 520nm 約750nm附近區(qū)域的寬范圍發(fā)光。
另外，將激發(fā)光的波長設為440nm時，如圖3所示，可以確認以 波長在460nm附近為中心的發(fā)光峰值和波長在約500nm 約720nm左 右的范圍的寬范圍發(fā)光。
另外，即使將激發(fā)光的波長設為635nm時，也可觀察到涉及激發(fā) 波長從635nm至約200nm的長波長的光成分。
8來自這種可見光區(qū)域的光纖的自發(fā)熒光處于與來自觀察的組織的 熒光相同程度的波長區(qū)域。因此，成為熒光診斷的精度變差、S/N比降 低的原因。
另外，推測出不僅是在使用上述多芯光纖的熒光成像法中，而 且在使用單芯光纖的熒光檢測、發(fā)光檢測、光譜分析法中，有時同樣 的發(fā)光現(xiàn)象也會產(chǎn)生問題。
專利文獻l:日本特開平8-224240號公報 專利文獻2:日本特表2005-532883號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供通過高析像度、高S/N比可以使熒光診斷 精度提高的石英類多芯光纖及其制造方法。
本發(fā)明的目的在于提供在來自觀察組織的熒光檢測、發(fā)光檢測、 光譜分析等方面可以改善S/N比且提高檢測精度和分析精度的石英類 單芯光纖及其制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種石英類單 芯光纖，其特征在于，纖芯中具備Ge濃度15重量％以上、F濃度0.05 重量°/。以上且2重量％以下，并且抑制在入射具有400nm 650nm波長 的激發(fā)光時波長600nm 800nm處的發(fā)光。
利用上述構(gòu)成，可以得到高S/N比的石英類單芯光纖。
根據(jù)本發(fā)明的其他方式，提供一種石英類多芯光纖，其特征在于， 包括多個纖芯，所述纖芯具有GeOrSi02類玻璃，所述Ge02-Si02類玻 璃包括Ge濃度15重量。/。以上、F濃度0.05重量％以上且2重量％以下，在入射400 650nm的激發(fā)光時，抑制600~800nm處的發(fā)光。
利用上述構(gòu)成，可以得到高S/N比的石英類多芯光纖。
根據(jù)本發(fā)明的其他方式，提供一種石英類多芯光纖，其特征在于， 包括多個纖芯，所述纖芯具有Ge(VSi02類玻璃，所述GeCVSi02類玻 璃包括Ge濃度15重量％以上、F濃度0.05重量％以上且2重量％以 下，包層和纖芯的相對折射率差為3%以上，且包層直徑與纖芯直徑之 比(包層/纖芯)為1.02-3.0，包括石英類包層和氯，在入射400 650nm 的激發(fā)光時，抑制600 800nm處的發(fā)光。
利用上述構(gòu)成，可以得到高析像度、高S/N比的石英類多芯光纖。
根據(jù)本發(fā)明的其他方式，提供一種石英類多芯光纖的制造方法， 其特征在于，具有制作為了滿足預定的相對折射率分布而添加有鍺 的石英纖芯預制套管的工序；將上述預制套管在燒結(jié)爐中加熱而進行 透明玻璃化，從而形成纖芯用玻璃棒的工序；在上述纖芯用玻璃棒的 外周利用等離子外包法或套管外包法，形成作為石英類多芯光纖的共 用包層的石英玻璃層或加氟玻璃層或加硼玻璃層，從而形成光纖母材 的工序；對上述光纖母材進行拉絲來制作具有預定外徑的光纖線材的 工序；以一定的長度切斷上述光纖線材來制作預定條數(shù)的光纖線材的 工序；以及將上述光纖線材插入到預定的石英管中，利用拉絲來制作 具有預定外徑的石英類多芯光纖的工序。
根據(jù)本發(fā)明的其他方式，提供一種石英類單芯光纖的制造方法， 其特征在于，具有以SiCU和GeCU作為起始原料來制作添加有鍺和 微量氯的石英纖芯預制套管的工序；將上述預制套管在燒結(jié)爐中并且 在He氣氛圍中與SiF4氣體、SF6氣體或氟類氣體一起加熱，進行透明 玻璃化，從而制作在纖芯中摻雜預定量的F的玻璃棒的工序；在上述 玻璃棒的外周利用外包法形成石英包層，從而形成光纖預制件的工序；以及對上述光纖預制件進行拉絲來形成具有預定的光纖直徑和纖芯直 徑的光纖的工序。
根據(jù)本發(fā)明的其他方式，提供一種石英類多芯光纖的制造方法，
其特征在于，具有以SiCU和GeCl4作為起始原料來制作添加有鍺和 微量氯的石英纖芯預制套管的工序;將上述預制套管在燒結(jié)爐中與SiF4 氣體、SF6氣體或氟類氣體一起加熱，進行透明玻璃化，從而形成在纖
芯中摻雜預定量的F的玻璃棒的工序；在上述玻璃棒的外周利用外包
法形成作為石英類多芯光纖的共用包層的加氟玻璃而制造光纖預制件
的工序；對上述光纖預制件進行拉絲來制作具有預定外徑的光纖線材 的工序；以一定的長度切斷上述光纖線材來制作預定條數(shù)的光纖線材 的工序；以及將上述光纖線材插入到預定的石英管中，通過拉絲來制 作具有預定外徑的石英類多芯光纖的工序。
根據(jù)本發(fā)明的石英類多芯光纖及其制造方法，由于具有高析像度、 高S/N比，所以可以提高熒光診斷的精度。
根據(jù)本發(fā)明的石英類單芯光纖及其制造方法，在來自觀察組織的
熒光檢測、發(fā)光檢測、光譜分析等方面，可以改善S/N比，提高檢測
精度和分析精度。


圖1是適用于現(xiàn)有多芯光纖的發(fā)光光譜測定的發(fā)光光譜測定裝置 的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示使波長為488nm的激發(fā)光入射到現(xiàn)有的多芯光纖中并 對其返回光進行測定的發(fā)光光譜圖。
圖3是表示使波長為440nm的激發(fā)光入射到現(xiàn)有的多芯光纖中并 對其返回光進行測定的發(fā)光光譜圖。
圖4是表示入射波長為408nm的激發(fā)光時的出射功率衰減率(％) 與照射時間(小時)的關(guān)系的圖，即，表示在波長為650nm處的出射光的發(fā)光峰值的經(jīng)時變化圖。
圖5是本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖的示意截面結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖的纖芯和共用
包層的折射率分布圖。
圖7是適用于本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖的發(fā)光光譜 測定的發(fā)光光譜測定裝置的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖8是在本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖中Ge濃度為30 重量％ (Ge02)的纖芯和30重量％ (Ge02-F)的纖芯的發(fā)光強度的比 較特性圖。
圖9是表示對于Ge濃度為0重量％、 4重量％、 10重量％、 15重 量％和26重量％的石英類單芯光纖，使用發(fā)光光譜測定裝置測定的發(fā) 光強度與波長的關(guān)系的圖。
圖10是在本發(fā)明第一實施方式的石英類單芯光纖中Ge濃度為26重量 % (Ge02)的纖芯和30重量％ (Ge02-F)的纖芯的發(fā)光強度的比較特性圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明，其中，為了略去重復說明， 以類似的附圖標記來指定類似的構(gòu)件或要素，并且為了簡便，以相同的附圖 標記來指定一些層和它們的附加區(qū)域。附圖為示意圖，并不是實際圖，因此 在規(guī)格、比例等方面可以存在不一致。
下述實施方式為本發(fā)明的技術(shù)方案和主旨，但本發(fā)明并不限于這些實施 方式，可以在不偏離權(quán)利要求的主旨和范圍的前提下進行變更。
另外，附圖僅是示意地表示實施方式涉及的石英類多芯光纖。因 此，應該注意纖芯的直徑與包層的直徑的比例等并不限于實際設計所 示。特別是纖芯的截面在附圖中被描繪為圓，然而，實際上有時也會 變形為橢圓形或多邊形等。另外，在附圖中纖芯以六方最密堆積狀配 置，但并不限定于此。
12第一實施方式
(石英類多芯光纖的基本結(jié)構(gòu)) 圖5表示本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖的示意截面結(jié)構(gòu)。
如圖5所示，本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖10由圖像傳
輸用的圖像圈12、覆蓋圖像圈12的外周的石英玻璃套14以及覆蓋石 英玻璃套14的外周的被覆層16構(gòu)成。
如圖5中放大所示，圖像圈12由允許光傳輸并作為石英類多芯光 纖10的像素發(fā)揮作用的多個纖芯1和這些多個纖芯1貫通的共用包層 2構(gòu)成。
共用包層2為多個纖芯1所共有。圖像圈12的直徑例如為約600 um，其中，形成約1萬個 3萬個左右的纖芯1。通過這樣構(gòu)成，在石 英類多芯光纖10的端面上成像的圖像在空間上被分割成各像素并傳輸 到其他端面上，可以在上述其他端面上形成圖像。
圖6表示本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖10的纖芯1及共 用包層2的折射率分布。
纖芯1由添加有折射率上升劑、例如氧化鍺(Ge02)的石英構(gòu)成， 如圖6所示，具有在其中心部(中心軸)添加量達到最大的凸狀的折 射率分布。該折射率分布是以折射率分布系數(shù)a例如約為2.0 3.0左右 所表示的分布。
另外，纖芯1的直徑d例如約為1.0um 10um左右，相鄰的2 個纖芯1的中心之間的間隔(纖芯間隔)D例如約為3.0"m 15um左 右。另外，石英類多芯光纖10具有例如約0.30以上且約0.45以下的數(shù)值孔徑(NA)。
另外，折射率分布系數(shù)a是指下式中的a 。 n(r)=nl[l-2A (r/a) a ]1/2 (0《r《a)
在此，n(r)表示在距纖芯1的中心軸的距離為r處的折射率，nl表 示纖芯1的中心軸處的折射率，A表示相對于共用包層2的纖芯1的 中心軸處的相對折射率差，a表示纖芯1的半徑。共用包層2由純石英 或添加有作為折射率下降劑的例如氟(F)的石英構(gòu)成。在共用包層2 中，折射率基本恒定。
(制造方法) 這種石英類多芯光纖IO可以如下制造。
(a) 首先，利用VAD法(Vapor-phase Axial Deposition:氣相軸 向沉積法)，制造為了滿足上述的折射率分布系數(shù)a而添加有例如鍺
(Ge)的石英纖芯預制套管。
(b) 然后，將該預制套管在燒結(jié)爐中加熱，進行透明玻璃化，得 到纖芯用玻璃棒。
(c) 接著，在該纖芯用玻璃棒的外周利用等離子外包法或套管外 包法，形成作為石英類多芯光纖10的共用包層2的石英玻璃層或加氟 玻璃層或加硼玻璃層，由此得到光纖母材。也可以利用PCVD法(Plasma Chemical Vapor Deposition:等離子體化學氣相沉積法)或MCVD法
(Modified Chemical Vapor Deposition:改良式化學氣相沉積法)，制 造摻氟管和摻硼管，并設置石英玻璃套14。
(d) 接著，對該光纖母材進行拉絲，制作外徑約為數(shù)百iim的光 纖線材。
(e) 然后，以一定的長度切斷該光纖線材，得到例如約1000條 30000條左右的光纖線材。
(f) 接著，將這些光纖線材插入到預定的石英管中，通過對其進行拉絲而制作外徑約為150um 2500um左右的石英類多芯光纖。
(g)最后，通過在其周圍形成長度約為20um 100um左右的被 覆層16，得到石英類多芯光纖IO。
(可見光區(qū)域的發(fā)光峰值的測定結(jié)果) 下面，為了研究上述可見光區(qū)域中的發(fā)光峰值的原因，對發(fā)明人 所進行的實驗進行說明。圖7表示適用于本發(fā)明第一實施方式的石英 類多芯光纖的發(fā)光光譜測定的發(fā)光光譜測定裝置200的示意結(jié)構(gòu)圖。
如圖7所示，適用于本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖的發(fā) 光光譜測定的發(fā)光光譜測定裝置200與圖1所示的適用于現(xiàn)有的多芯 光纖的發(fā)光光譜測定的發(fā)光光譜測定裝置100具有幾乎相同的結(jié)構(gòu)， 在以下方面與發(fā)光光譜測定裝置100不同。
艮P，在發(fā)光光譜測定裝置200中，不使用物鏡108、 CCD110和選 色鏡112，而是在石英類多芯光纖106和/或石英類單芯光纖的出射端 直接光學性連接光譜分析儀114。另外，作為光源102，例如使用單模 式的半導體激光。半導體激光的波長例如為408nm，輸出功率約為
20mW左右。
(石英類單芯光纖的基本結(jié)構(gòu)) 為了研究上述可見光區(qū)域中的發(fā)光峰值產(chǎn)生的原因，首先使用纖 芯直徑大的石英類單芯光纖進行了實驗。具體而言，制成在纖芯1中 含有微量的氯、且Ge濃度為0重量。/。、 4重量％、 10重量％、 15重量 %和26重量％的石英類單芯光纖，對發(fā)光強度與波長的關(guān)系(發(fā)光光 譜)進行測定。另外，石英類單芯光纖的纖芯1的直徑例如約為 m 數(shù)百u m左右。
在此，含有微量氯是由于形成光纖時的起始原材料是SiCU和 GeCl4。在日本專利第2699231號公報中公開的"耐放射線光纖、傳像
15纖維及它們的制造方法"中，公開了為了提高耐放射線特性而使用烷
氧基鍺(Ge (CH30) 4、 Ge (C2H50) 4等)作為起始原料。這些原料 價格高。在成本、操作便利性方面，更優(yōu)選使用SiCU和GeCU作為形 成光纖時的起始原料。
圖9表示對于Ge濃度為0重量％、 4重量％、 10重量％、 15重量 %及26重量％的石英類單芯光纖，使用發(fā)光光譜測定裝置200 (圖7) 測定的發(fā)光光譜的測定結(jié)果。
如圖9所示，在Ge含量為15重量％以上的石英類單芯光纖的發(fā) 光光譜中，以波長650nm附近為最大，觀察到從波長約500nm附近波 及到波長超過約800nm的范圍的寬范圍發(fā)光。著眼于該發(fā)光強度時， 可知纖芯的Ge濃度越高，其強度越高。另外，在Ge濃度為0重量n/。、 4重量％、 10重量％的石英類單芯光纖中，這種發(fā)光幾乎消失。從上述 結(jié)果可知，這種寬范圍發(fā)光是纖芯1中添加的Ge種被激發(fā)光激發(fā)所發(fā) 出的冷光。
進而，本發(fā)明人通過實驗也確認了纖芯l中的Ge濃度越大，發(fā) 光光譜強度越容易增加，但是當Ge濃度超過約15重量％時，發(fā)光強 度增大到不能忽略的程度，另外，該發(fā)光強度的值也隨時間而減小。
圖4是表示入射波長為408nm的激發(fā)光時的出射功率的衰減率 (%)與照射時間(小時)的關(guān)系，圖4中表示在波長為650nm處的 出射光的發(fā)光峰值的經(jīng)時變化。
如圖4所示，照射時間僅僅經(jīng)過約IO分鐘，就可觀察到發(fā)光峰值 減少20%，經(jīng)過1小時約減少20~30%。這是某種光子暗化現(xiàn)象。
由于發(fā)生這種時效變化，例如不能區(qū)別是由來自機體組織的熒光 信號的衰減所引起的，還是由于光纖的衰減所引起的，從而使S/N比惡化。本發(fā)明人對抑制這些發(fā)光現(xiàn)象的方法進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，
通過在纖芯1中與Ge—起添加微量的氟(F)，可以抑制這些發(fā)光現(xiàn) 象。
下面，對具體的實施例進行說明。 (實施例1)
(a) 首先，利用已知的VAD法，以SiCl4和GeCU作為起始原料， 制作添加有鍺和微量氯的石英纖芯預制套管。
(b) 接著，在燒結(jié)爐中將該預制套管在He氣氛圍中與SiF4氣體、 SF6氣體或氟類氣體一起加熱，進行透明玻璃化，得到在纖芯l中摻雜 預定量的F的玻璃棒。
(c) 接著，在該玻璃棒的外周利用外包法形成石英包層，從而得 到光纖母材(光纖預制件)。
(d) 然后，對該光纖預制件進行拉絲，得到光纖直徑為430um、 纖芯直徑為390um的光纖。
根據(jù)該光纖的元素分析結(jié)果，纖芯1中含有Ge濃度最大約為30 重量％、 F濃度約為0.1重量W、氯濃度約為0.1-0.3重量％左右。使用 波長為408nm、輸出功率約為20mW的半導體激光入射到光纖長度(約 2m)的纖芯1中，測定該光纖的發(fā)光強度，使用圖7所示的發(fā)光光譜 測定裝置200來測定其發(fā)光光譜，其結(jié)果如圖10所示，不能完全觀察 到波長約500nm 約850nm處的自發(fā)發(fā)光。
另外，圖10中在410nm 420nm處觀察到的發(fā)光峰值是受激喇曼 散射光。
(比較例1)
(a)首先，利用己知的VAD法，以SiCU和GeCl4作為起始原料， 制作添加有鍺和微量氯的石英纖芯預制套管。(b) 接著，在燒結(jié)爐中將該預制套管在He氣氛圍中加熱，進行 透明玻璃化，得到玻璃棒。在此，不導入F氣。
(c) 接著，將該玻璃棒拉伸到預定的直徑后，在其外周利用外包 法形成石英包層，從而得到光纖母材(光纖預制件)。
(d) 然后，對該光纖預制件進行拉絲，得到光纖直徑為430um、 纖芯直徑為390ixm的光纖。
根據(jù)該光纖的元素分析結(jié)果，纖芯1的中央部含有Ge濃度最大約 為26重量％、氯濃度約為0.3重量％。使用波長為408nm、輸出功率約 為20mW的半導體激光入射到光纖長度(約2m)的纖芯1中，測定該 光纖的發(fā)光強度，使用圖7中所示的發(fā)光光譜測定裝置200來測定其 發(fā)光光譜，其結(jié)果如圖10所示，在波長約500nm 約850nm處觀察到 非常強的發(fā)光。另外，發(fā)光強度在約600nm 約700nm處達到飽和。
(實施例2)
(a) 首先，利用已知的VAD法，以SiCl4和GeCU作為起始原料，
制作添加有鍺和微量氯的石英纖芯預制套管。
(b) 接著，在燒結(jié)爐中將該預制套管與SiF4氣體、SF6氣體或氟 類氣體一起加熱，進行透明玻璃化，得到在纖芯1中摻雜預定量的F 的玻璃棒。
(c) 接著，在該玻璃棒的外周利用外包法形成作為石英類多芯光 纖的共用包層2的加氟玻璃，從而得到光纖母材(光纖預制件)。
(d) 然后，對該光纖預制件進行拉絲，制成外徑約為150um的 光纖線材。
(e) 然后，以一定的長度切斷上述光纖線材，得到約10000條左 右的光纖線材。
(f) 接著，將這些光纖線材插入到預定的石英管中，通過對其進 行拉絲，制成外徑約為500um左右的石英類多芯光纖10。
根據(jù)該石英類多芯光纖10的元素分析結(jié)果，在各纖芯1部分的中
18央部含有Ge濃度最大約為30重量％、 F濃度約為0.05重量％、氯濃度 約為0.1 0.3重量％。使用波長為408nm、輸出功率約為20mW的半導 體激光集中入射到光纖長度(約2m)的石英類多芯光纖10的數(shù)個纖 芯1 (直徑d約為10um左右)中，測定該光纖的發(fā)光強度，使用圖7 所示的發(fā)光光譜測定裝置200測定其發(fā)光光譜，其結(jié)果如圖8所示， 不能完全觀察到波長約500nm 約850nm的自發(fā)發(fā)光。另外，如圖8所 示，觀察到由在波長約410nm 約420nm處觀測到的受激喇曼散射光產(chǎn) 生的發(fā)光峰值。
(比較例2)
(a) 首先，利用已知的VAD法，以SiCU和GeCl4作為起始原料， 制作添加有鍺和微量氯的石英纖芯預制套管。
(b) 接著，在燒結(jié)爐中將該預制套管加熱，進行透明玻璃化，得 到玻璃棒。在此，不導入F氣。
(c) 接著，將該玻璃棒拉伸到預定的直徑后，在其外周利用外包 法形成石英包層，從而得到光纖母材(光纖預制件)。
(d) 然后，對該光纖預制件進行拉絲，制作外徑約為150um左 右的光纖線材。
(e) 然后，以一定的長度切斷上述光纖線材，得到約30000條左 右的光纖線材。
(f) 接著，將這些光纖線材插入到預定的石英管中，通過對其進 行拉絲來制成外徑約為650um的石英類多芯光纖。
根據(jù)該石英類多芯光纖的元素分析結(jié)果，在纖芯1中含有Ge濃度 最大約為30重量％、氯濃度約為0.2重量％。使用波長為408nm、輸出 功率約為20mW的半導體激光，集中入射到光纖長度(約2m)的石英 類多芯光纖IO的數(shù)個纖芯1 (直徑d約為10um左右)中，測定該光 纖的發(fā)光強度，使用圖7所示的發(fā)光光譜測定裝置200，測定其發(fā)光光 譜，其結(jié)果如圖8所示，在波長約550nm 約800nm (發(fā)光峰值約在 650nm附近)處，觀察到清楚的自發(fā)發(fā)光。另外，如圖8所示，觀察到由在波長約410nm 約420nm處觀測到的受激喇曼散射光產(chǎn)生的發(fā)光 峰值。
然后，對石英類多芯光纖在實際應用中的其他重要特性、即析像 度和對比度進行說明。纖芯間隔D為影響析像度的參數(shù)之一。相鄰接 的纖芯之間的間隔越小，物理性的析像度越大，但當該間隔過小時， 發(fā)生色度亮度干擾。色度亮度干擾增大時，光發(fā)生滲透，使對比度降 低、或發(fā)生圖像著色而可見的問題。用于共焦式熒光成像法的石英類 多芯光纖中，雖然著色還不是問題，但盡管如此，也必須設計石英類 多芯光纖，以使其與折射率的分布平衡，且可以均衡地實現(xiàn)適當?shù)奈?像度和對比度。
根據(jù)本發(fā)明人的研究，具有以下結(jié)構(gòu)的石英類多芯光纖適于共焦 成像法。
由上述可知，通過由含有微量的氯、含氟濃度約0.05重量％以上 且約3重量％以下、優(yōu)選0.1重量％以上且約2重量％以下、且Ge濃 度約15重量％以上的Ge02-Si02-F類玻璃構(gòu)成的材料來制成纖芯1， 可以抑制由數(shù)值孔徑NA高(例如NA: 0.2以上)的光纖傳輸來自波 長在約400nm 約635nm范圍中的功率密度高的LD光源等的激發(fā)光時 所產(chǎn)生的發(fā)光強度。
另外，通過形成包層與纖芯的相對折射率差約為2 %以上、優(yōu)選 為3%以上、且包層直徑與纖芯直徑之比(包層/纖芯)為約1.01-約3.0、 優(yōu)選為約1.02~約3.0的結(jié)構(gòu)，可以獲得高析像度、高S/N比的石英類 多芯光纖(以下稱為石英類多芯光纖A)。
這里所說的包層是指配置在各個纖芯周圍的折射率較低的部分， 形成最終一體化的石英類多芯光纖之前的外徑是光纖線材的外徑。該 光纖線材如下制作在燒結(jié)爐中對添加有鍺的石英纖芯預制套管進行加熱而形成纖芯用玻璃棒，對在該纖芯外周形成有作為共用包層的玻 璃層的光纖母材進行拉絲而使該光纖線材具有預定的外徑?！熠?，這里 所使用的包層直徑并不是一體化的石英類多芯光纖整體的外徑。
在該石英類多芯光纖A中，即使纖芯l的中心部的Ge濃度為15 重量％以上，也可以利用波長從405nm至635nm的激發(fā)光(約30mW) 來抑制由Ge引發(fā)的波長從500nm至800nm的發(fā)光。
因此，在利用熒光成像法來觀察時，可以以高S/N比獲得來自觀 察部位的熒光。
另一方面，當纖芯1的中心部的Ge濃度低于15重量％時，由于 受材料限制，難以將必要的NA維持在0.30以上，但在石英類多芯光 纖A中，由于Ge濃度約為15重量％以上(約30重量％以下)，所以 作為F摻雜量，通過在約0.05重量％ ~約3重量％之間調(diào)節(jié)F濃度， 可容易地確保必要的NA值。
另外，需要約0.30以上的NA值是為了能夠充分地獲得來自觀察 部位的熒光。要實現(xiàn)超過0.45的NA時，必須增加纖芯1中的Ge添加 量或包層中的氟(F)或硼(B)的添加量,由于正常制造難以進行，所 以將NA控制在約0.45以下。
另外，在石英類多芯光纖A中，通過以SiCU和GeCl4作為起始原 料進行制造，作為氯濃度可以為約0.1-0.3重量％。由于含有氯，所以 如上所述可以一定程度地提高折射率。
根據(jù)本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)下述傾向在纖芯1中不含有F時，觀 察到纖芯1中所含有的氯的量越多，上述寬范圍發(fā)光變得越強。但是， 通過使纖芯1中含有氟的濃度約為0.05重量％以上，可以抑制波長在 約500nm 約800nm范圍的寬范圍發(fā)光強度。在此，當纖芯1中的F添加濃度超過2重量。/。時，存在如下問題: 隨著由F引起的折射率降低，數(shù)值孔徑變小或制成光纖時產(chǎn)生許多氣 泡，在實際制造上存在困難，因此不優(yōu)選。
另外，測定的石英類多芯光纖的全長為2m。這是由于將石英類多 芯光纖用于熒光成像法中時，從操作性等方面考慮，2m是必要的長度。 當全長變長時，纖芯1中的Ge量實質(zhì)上增加，上述由Ge引起的發(fā)光， 存在隨著石英類多芯光纖的全長越長而越明顯的傾向，因此以該長度 得到上述特性在實際應用上是重要的。
通過以上說明，根據(jù)本發(fā)明實施方式的石英類多芯光纖，由于限 制在纖芯中心部的F濃度、Ge濃度和氯的有無，因此可以抑制由纖芯 中的Ge引起的波長在約500nm 約800nm范圍內(nèi)的發(fā)光，從而可以用 高S/N比來觀察來自觀察對象的機體組織的熒光。
另外，根據(jù)本發(fā)明實施方式的石英類多芯光纖，通過限制纖芯與 包層的比例，可以制作具有細胞水平析像度的細徑的石英類多芯光纖。
另外，在使用本發(fā)明實施方式的石英類多芯光纖、石英類單芯光 纖時，也可以抑制在入射波長為約405nm 約630nm的光時發(fā)生的在波 長約500nm 約800nm的范圍的發(fā)光現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的石英類多芯光纖及其制造方法，通過 提高析像度和S/N比，可以提高熒光診斷的精度。
另外，根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的石英類單芯光纖及其制造方法， 在來自觀察的組織的熒光檢測、發(fā)光檢測、光譜分析等方面，可以改 善S/N比，提高檢測精度和分析精度。
22其他實施例
以上雖然根據(jù)第一和第二實施例以及它們的變形例對本發(fā)明進行 了說明，但是上述相關(guān)說明及附圖僅為例示，而并未限定本發(fā)明。根 據(jù)本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地想到替代的其他實施方式、實 施例或應用技術(shù)。
可見本發(fā)明的實施方式與其變形一起對于具有加強擊穿能力的半 導體裝置而言，已經(jīng)提出了暗示的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，其包括保護環(huán)結(jié)構(gòu)或場 板結(jié)構(gòu)的申請。
根據(jù)上述實施方式或其變形中的任一種，制造半導體裝置的方法 具有離子注入和擴散的一系列工序，這些工序可以被適當?shù)姆绞酱妫?例如將晶片焊接在一起的晶片焊接工序。
因此，本發(fā)明包括如上記載或未記載的各種實施方式。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性
本發(fā)明實施方式的光纖是對在傳輸可見光區(qū)域(約400nm 約800nm)的光時發(fā)生的可見光區(qū)域中的發(fā)光現(xiàn)象進行抑制的光纖， 因此，適合于共焦式熒光成像、熒光檢測、發(fā)光檢測、光譜分析等方 面，且可以適用于醫(yī)療領(lǐng)域、生物測試設備領(lǐng)域等廣泛的使用領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種石英類單芯光纖，其特征在于，纖芯中具有Ge濃度15重量％以上、F濃度0.05重量％以上且2重量％以下，抑制在入射具有波長400nm～650nm的激發(fā)光時波長600nm～800nm處的發(fā)光。
2. 如權(quán)利要求l所述的石英類單芯光纖，其特征在于，所述纖芯 中還含有氯。
3. 如權(quán)利要求2所述的石英類單芯光纖，其特征在于，所述氯的 濃度為0.1-0.3重量％。
4. 如權(quán)利要求1~3中任一項所述的石英類單芯光纖,其特征在于， 所述纖芯的直徑為2 u m 數(shù)百n m。
5. —種石英類多芯光纖，其特征在于，包括多個纖芯，所述纖芯 具有GeCVSi02類玻璃，所述GeOrSi02類玻璃包括Ge濃度15重量％ 以上、F濃度0.05重量y。以上且2重量Q/。以下，在入射400~650nm的激發(fā)光時，抑制600~800nm處的發(fā)光。
6. 如權(quán)利要求5所述的石英類多芯光纖，其特征在于，所述纖芯 中還含有氯。
7. 如權(quán)利要求6所述的石英類多芯光纖，其特征在于，所述氯的 濃度為0.1-0.3重量％。
8. 如權(quán)利要求5~7中任一項所述的石英類多芯光纖，其特征在于， 所述纖芯的直徑為1.0um 10ixm，相鄰纖芯的中心之間的間隔為3.0 li m~15 u m。
9. 如權(quán)利要求5 8中任一項所述的石英類多芯光纖，其特征在于， 數(shù)值孔徑為0.30以上且0.45以下。
10. —種石英類多芯光纖，其特征在于，包括多個纖芯，所述纖 芯具有Ge(VSi02類玻璃，所述Ge(VSi02類玻璃包括Ge濃度15重量 %以上、F濃度0.05重量。/。以上且2重量。/。以下，包層與纖芯的相對折 射率差為3%以上，且包層直徑與纖芯直徑之比為1.02~3.0，包括石英 類包層和氯，在入射400 650nm的激發(fā)光時，抑制600~800nm處的發(fā) 光。
11. 如權(quán)利要求10所述的石英類多芯光纖，其特征在于，所述纖 芯中還含有氯。
12. 如權(quán)利要求ll所述的石英類多芯光纖，其特征在于，所述氯 的濃度為0.1-0.3重量％。
13. 如權(quán)利要求10 12中任一項所述的石英類多芯光纖，其特征 在于，所述纖芯的直徑為1.0wm 10nm，相鄰纖芯的中心之間的間隔 為3.0 u m~15 u m。
14. 如權(quán)利要求10~12中任一項所述的石英類多芯光纖，其特征 在于，數(shù)值孔徑為0.30以上且0.45以下。
15. —種石英類多芯光纖的制造方法，其特征在于，具有 制作為了滿足預定的折射率分布而添加鍺的石英纖芯預制套管的工序；將所述預制套管在燒結(jié)爐中加熱進行透明玻璃化而形成纖芯用玻 璃棒的工序；在所述纖芯用玻璃棒的外周利用等離子外包法或套管外包法，形 成作為石英類多芯光纖的共用包層的石英玻璃層或加氟玻璃層或加硼玻璃層，從而形成光纖母材的工序；對所述光纖母材進行拉絲而制作具有預定外徑的光纖線材的工序；以一定的長度切斷所述光纖線材來制作預定條數(shù)的光纖線材的工序；以及將所述光纖線材插入到預定的石英管中，通過拉絲來制作具有預 定外徑的石英類多芯光纖的工序。
16. —種石英類單芯光纖的制造方法，其特征在于，具有以SiCU和GeCU作為起始原料來制作添加有鍺和微量氯的石英纖 芯預制套管的工序；將所述預制套管在燒結(jié)爐中與SiF4氣體、SF6氣體或氟類氣體一 起在He氣氛圍中加熱，進行透明玻璃化，從而制作在纖芯中摻雜預定 量的F的玻璃棒的工序；在所述玻璃棒的外周利用外包法形成石英包層，從而形成光纖預 制件的工序；以及對所述光纖預制件進行拉絲而形成具有預定的光纖直徑和纖芯直 徑的光纖的工序。
17. —種石英類多芯光纖的制造方法，其特征在于，具有以SiCU和GeCU作為起始原料來制作添加有鍺和微量氯的石英纖 芯預制套管的工序；將所述預制套管在燒結(jié)爐中與SiF4氣體、SF6氣體或氟類氣體一 起加熱，進行透明玻璃化，從而形成在纖芯中摻雜預定量的F的玻璃 棒的工序；在所述玻璃棒的外周利用外包法形成作為石英類多芯光纖的共用 包層的加氟玻璃來制作光纖預制件的工序；對所述光纖預制件進行拉絲來制作具有預定外徑的光纖線材的工序；以一定的長度切斷所述光纖線材來制作預定條數(shù)的光纖線材的工序；以及將所述光纖線材插入到預定的石英管中，通過拉絲來制作具有預 定外徑的石英類多芯光纖的工序。
全文摘要
本發(fā)明的石英類單芯光纖、石英類多芯光纖及其制造方法，可以提高石英類多芯光纖的熒光診斷精度，并在來自觀察組織的熒光檢測、發(fā)光檢測、光譜分析等方面改善石英類單芯光纖的S/N比。石英類單芯光纖的纖芯中具有Ge濃度15重量％以上、F濃度0.05重量％以上且2重量％以下，以在入射具有波長400nm～650nm的激發(fā)光時抑制波長600nm～800nm處的發(fā)光。石英類多芯光纖包括多個纖芯，該纖芯具有GeO₂-SiO₂類玻璃，該GeO₂-SiO₂類玻璃包括Ge濃度15重量％以上、F濃度0.05重量％以上且2重量％以下，包層與纖芯的相對折射率差為3％以上且包層直徑與纖芯直徑之比為1.02～3.0，在入射400～650nm的激發(fā)光時，抑制600～800nm處的發(fā)光。
文檔編號C03B37/012GK101551487SQ20081018674
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者妻沼孝司, 工藤學, 林和幸 申請人:株式會社藤倉