石英类单芯光纤、石英类多芯光纤及其制造方法

专利名称：石英类单芯光纤、石英类多芯光纤及其制造方法
技术领域：
本发明涉及对在传输可见光区域(约400nm 约800nm左右)的 光时产生的可见光区域中的发光现象进行抑制的石英类单芯光纤、石 英类多芯光纤及其制造方法，特别涉及适合在利用光纤的共焦式荧光 成像及荧光检测、发光检测、光谱分析等中使用的石英类单芯光纤、 石英类多芯光纤及其制造方法。
背景技术：
目前，以荧光诊断为主，正在利用可见光领域中的光进行荧光分 析、发光检测、光谱分析，进而利用上述荧光分析、发光检测、光谱 分析进行诊断、分析，特别是随着半导体激光技术的发展，所使用的 波长逐渐变短。
近年来，在以消化器官科、呼吸器官科或心脏科为主的各种医疗 领域中，使用内窥镜来直接观察组织表面或作为治疗的辅助器材。另 外，近年来，使用内窥镜的荧光诊断法倍受关注。
荧光诊断法是利用由激发光激发的生物组织发出具有预定光谱的 荧光这一特性，着眼于病变部位(癌肿瘤等)产生与正常部位不同的 荧光的诊断法。
这种诊断法由于不需要过度地采集病变部位的组织，所以具有可 以减轻患者负担的优点。另外，适于该诊断法的荧光诊断装置已被公 开(例如参照专利文献1)。另外，在荧光诊断法中，特别是使用多芯光纤的共焦式成像法倍 受关注。根据这种方法，可以鲜明地且以高析像度来观察发出荧光的
观察部位，而且可以对位于距该部位数十um至数百um的深度(表
面下)的组织进行分析。
利用多芯光纤的共焦式荧光成像装置也已被公开(例如参照专利
文献2)。
在该共焦式荧光成像装置中，对多芯光纤的多个纤芯中的一个纤 芯，从入射端一侧入射例如具有波长为405nm、 488nm、 635nm的激发 光束(输出功率约10mW 约30mW左右、光束直径约lym 约数u m左右)，从多芯光纤的出射端射出的激发光照射到观察对象的机体 组织上。
其结果是在比激发光的波长更长的区域中，从该机体组织发出 与该组织状态相对应的自发荧光。该荧光与激发光一起通过相同的纤 芯传输到入射端，分离激发光后进行预定的处理，从而获得自发荧光 所具有的特定信息(光谱强度和形状)。
以每秒12帧的速度对整个光纤端面进行扫描，得到每个像素的共 焦图像，由此获得2维图像。另外，由于利用同一个纤芯来进行对机 体组织的激发光照射和自发荧光的传输，因此通过空间滤光效果除去 来自焦平面以外的荧光，结果实现了共焦特性。
本发明的发明人通过改良在上述共焦式荧光成像法中使用的多芯 光纤，为了利用共焦式荧光成像法得到高质量的图像，进行了实验， 结果发现以下问题。按顺序对该实验进行说明。
图1表示适用于测定现有多芯光纤的发光光谱的发光光谱测定装置ioo的示意结构图。
如图1所示，适用于测定现有多芯光纤的发光光谱的发光光谱测
定装置100主要由下述部分构成射出波长为488nm的激光作为激发 光的光源102、将来自光源102的激光会聚成直径约为2 3um左右的 光束的光学透镜104、入射透过光学透镜104的光束的多芯光纤106、 设置在多芯光纤106的出射端的物镜108、与物镜108光学结合的 CCDUO。
另外，发光光谱测定装置100包括选色镜112，来自光源102 的激光透过选色镜112，并且反射由物镜108反射且依次透过多芯光纤 106和光学透镜104的光；光谱分析仪114，其接受由选色镜112反射 的光(由物镜108反射的光)，并对该反射光进行分析。
另外，发光光谱测定装置100中设有XYZ镜台116，其调整多 芯光纤的位置，以使光学透镜104和多芯光纤106之间光学连接；和 用于降低杂音的反射滤光器118。
从光源102射出488nm的激光(单模式，例如约22mW)，通过 光学透镜104进行聚光，入射到多芯光纤106的一个至数个纤芯中， 用光谱分析仪114对由物镜108反射而返回的光进行分析，结果如图2 所示，可以确认波长在515nm附近的比较尖锐的发光峰值和波长在约 520nm 约750nm附近区域的宽范围发光。
另外，将激发光的波长设为440nm时，如图3所示，可以确认以 波长在460nm附近为中心的发光峰值和波长在约500nm 约720nm左 右的范围的宽范围发光。
另外，即使将激发光的波长设为635nm时，也可观察到涉及激发 波长从635nm至约200nm的长波长的光成分。
8来自这种可见光区域的光纤的自发荧光处于与来自观察的组织的 荧光相同程度的波长区域。因此，成为荧光诊断的精度变差、S/N比降 低的原因。
另外，推测出不仅是在使用上述多芯光纤的荧光成像法中，而 且在使用单芯光纤的荧光检测、发光检测、光谱分析法中，有时同样 的发光现象也会产生问题。
专利文献l:日本特开平8-224240号公报 专利文献2:日本特表2005-532883号公报

发明内容
本发明的目的在于提供通过高析像度、高S/N比可以使荧光诊断 精度提高的石英类多芯光纤及其制造方法。
本发明的目的在于提供在来自观察组织的荧光检测、发光检测、 光谱分析等方面可以改善S/N比且提高检测精度和分析精度的石英类 单芯光纤及其制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方式，提供一种石英类单 芯光纤，其特征在于，纤芯中具备Ge浓度15重量％以上、F浓度0.05 重量°/。以上且2重量％以下，并且抑制在入射具有400nm 650nm波长 的激发光时波长600nm 800nm处的发光。
利用上述构成，可以得到高S/N比的石英类单芯光纤。
根据本发明的其他方式，提供一种石英类多芯光纤，其特征在于， 包括多个纤芯，所述纤芯具有GeOrSi02类玻璃，所述Ge02-Si02类玻 璃包括Ge浓度15重量。/。以上、F浓度0.05重量％以上且2重量％以下，在入射400 650nm的激发光时，抑制600~800nm处的发光。
利用上述构成，可以得到高S/N比的石英类多芯光纤。
根据本发明的其他方式，提供一种石英类多芯光纤，其特征在于， 包括多个纤芯，所述纤芯具有Ge(VSi02类玻璃，所述GeCVSi02类玻 璃包括Ge浓度15重量％以上、F浓度0.05重量％以上且2重量％以 下，包层和纤芯的相对折射率差为3%以上，且包层直径与纤芯直径之 比(包层/纤芯)为1.02-3.0，包括石英类包层和氯，在入射400 650nm 的激发光时，抑制600 800nm处的发光。
利用上述构成，可以得到高析像度、高S/N比的石英类多芯光纤。
根据本发明的其他方式，提供一种石英类多芯光纤的制造方法， 其特征在于，具有制作为了满足预定的相对折射率分布而添加有锗 的石英纤芯预制套管的工序；将上述预制套管在烧结炉中加热而进行 透明玻璃化，从而形成纤芯用玻璃棒的工序；在上述纤芯用玻璃棒的 外周利用等离子外包法或套管外包法，形成作为石英类多芯光纤的共 用包层的石英玻璃层或加氟玻璃层或加硼玻璃层，从而形成光纤母材 的工序；对上述光纤母材进行拉丝来制作具有预定外径的光纤线材的 工序；以一定的长度切断上述光纤线材来制作预定条数的光纤线材的 工序；以及将上述光纤线材插入到预定的石英管中，利用拉丝来制作 具有预定外径的石英类多芯光纤的工序。
根据本发明的其他方式，提供一种石英类单芯光纤的制造方法， 其特征在于，具有以SiCU和GeCU作为起始原料来制作添加有锗和 微量氯的石英纤芯预制套管的工序；将上述预制套管在烧结炉中并且 在He气氛围中与SiF4气体、SF6气体或氟类气体一起加热，进行透明 玻璃化，从而制作在纤芯中掺杂预定量的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层，从而形成光纤预制件的工序；以及对上述光纤预制件进行拉丝来形成具有预定的光纤直径和纤芯直 径的光纤的工序。
根据本发明的其他方式，提供一种石英类多芯光纤的制造方法，
其特征在于，具有以SiCU和GeCl4作为起始原料来制作添加有锗和 微量氯的石英纤芯预制套管的工序;将上述预制套管在烧结炉中与SiF4 气体、SF6气体或氟类气体一起加热，进行透明玻璃化，从而形成在纤
芯中掺杂预定量的F的玻璃棒的工序；在上述玻璃棒的外周利用外包
法形成作为石英类多芯光纤的共用包层的加氟玻璃而制造光纤预制件
的工序；对上述光纤预制件进行拉丝来制作具有预定外径的光纤线材 的工序；以一定的长度切断上述光纤线材来制作预定条数的光纤线材 的工序；以及将上述光纤线材插入到预定的石英管中，通过拉丝来制 作具有预定外径的石英类多芯光纤的工序。
根据本发明的石英类多芯光纤及其制造方法，由于具有高析像度、 高S/N比，所以可以提高荧光诊断的精度。
根据本发明的石英类单芯光纤及其制造方法，在来自观察组织的
荧光检测、发光检测、光谱分析等方面，可以改善S/N比，提高检测
精度和分析精度。


图1是适用于现有多芯光纤的发光光谱测定的发光光谱测定装置 的示意结构图。
图2是表示使波长为488nm的激发光入射到现有的多芯光纤中并 对其返回光进行测定的发光光谱图。
图3是表示使波长为440nm的激发光入射到现有的多芯光纤中并 对其返回光进行测定的发光光谱图。
图4是表示入射波长为408nm的激发光时的出射功率衰减率(％) 与照射时间(小时)的关系的图，即，表示在波长为650nm处的出射光的发光峰值的经时变化图。
图5是本发明第一实施方式的石英类多芯光纤的示意截面结构图。
图6是表示本发明第一实施方式的石英类多芯光纤的纤芯和共用
包层的折射率分布图。
图7是适用于本发明第一实施方式的石英类多芯光纤的发光光谱 测定的发光光谱测定装置的示意结构图。
图8是在本发明第一实施方式的石英类多芯光纤中Ge浓度为30 重量％ (Ge02)的纤芯和30重量％ (Ge02-F)的纤芯的发光强度的比 较特性图。
图9是表示对于Ge浓度为0重量％、 4重量％、 10重量％、 15重 量％和26重量％的石英类单芯光纤，使用发光光谱测定装置测定的发 光强度与波长的关系的图。
图10是在本发明第一实施方式的石英类单芯光纤中Ge浓度为26重量 % (Ge02)的纤芯和30重量％ (Ge02-F)的纤芯的发光强度的比较特性图。
具体实施例方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明，其中，为了略去重复说明， 以类似的附图标记来指定类似的构件或要素，并且为了简便，以相同的附图 标记来指定一些层和它们的附加区域。附图为示意图，并不是实际图，因此 在规格、比例等方面可以存在不一致。
下述实施方式为本发明的技术方案和主旨，但本发明并不限于这些实施 方式，可以在不偏离权利要求的主旨和范围的前提下进行变更。
另外，附图仅是示意地表示实施方式涉及的石英类多芯光纤。因 此，应该注意纤芯的直径与包层的直径的比例等并不限于实际设计所 示。特别是纤芯的截面在附图中被描绘为圆，然而，实际上有时也会 变形为椭圆形或多边形等。另外，在附图中纤芯以六方最密堆积状配 置，但并不限定于此。
12第一实施方式
(石英类多芯光纤的基本结构) 图5表示本发明第一实施方式的石英类多芯光纤的示意截面结构。
如图5所示，本发明第一实施方式的石英类多芯光纤10由图像传
输用的图像圈12、覆盖图像圈12的外周的石英玻璃套14以及覆盖石 英玻璃套14的外周的被覆层16构成。
如图5中放大所示，图像圈12由允许光传输并作为石英类多芯光 纤10的像素发挥作用的多个纤芯1和这些多个纤芯1贯通的共用包层 2构成。
共用包层2为多个纤芯1所共有。图像圈12的直径例如为约600 um，其中，形成约1万个 3万个左右的纤芯1。通过这样构成，在石 英类多芯光纤10的端面上成像的图像在空间上被分割成各像素并传输 到其他端面上，可以在上述其他端面上形成图像。
图6表示本发明第一实施方式的石英类多芯光纤10的纤芯1及共 用包层2的折射率分布。
纤芯1由添加有折射率上升剂、例如氧化锗(Ge02)的石英构成， 如图6所示，具有在其中心部(中心轴)添加量达到最大的凸状的折 射率分布。该折射率分布是以折射率分布系数a例如约为2.0 3.0左右 所表示的分布。
另外，纤芯1的直径d例如约为1.0um 10um左右，相邻的2 个纤芯1的中心之间的间隔(纤芯间隔)D例如约为3.0"m 15um左 右。另外，石英类多芯光纤10具有例如约0.30以上且约0.45以下的数值孔径(NA)。
另外，折射率分布系数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)表示在距纤芯1的中心轴的距离为r处的折射率，nl表 示纤芯1的中心轴处的折射率，A表示相对于共用包层2的纤芯1的 中心轴处的相对折射率差，a表示纤芯1的半径。共用包层2由纯石英 或添加有作为折射率下降剂的例如氟(F)的石英构成。在共用包层2 中，折射率基本恒定。
(制造方法) 这种石英类多芯光纤IO可以如下制造。
(a) 首先，利用VAD法(Vapor-phase Axial Deposition:气相轴 向沉积法)，制造为了满足上述的折射率分布系数a而添加有例如锗
(Ge)的石英纤芯预制套管。
(b) 然后，将该预制套管在烧结炉中加热，进行透明玻璃化，得 到纤芯用玻璃棒。
(c) 接着，在该纤芯用玻璃棒的外周利用等离子外包法或套管外 包法，形成作为石英类多芯光纤10的共用包层2的石英玻璃层或加氟 玻璃层或加硼玻璃层，由此得到光纤母材。也可以利用PCVD法(Plasma Chemical Vapor Deposition:等离子体化学气相沉积法)或MCVD法
(Modified Chemical Vapor Deposition:改良式化学气相沉积法)，制 造掺氟管和掺硼管，并设置石英玻璃套14。
(d) 接着，对该光纤母材进行拉丝，制作外径约为数百iim的光 纤线材。
(e) 然后，以一定的长度切断该光纤线材，得到例如约1000条 30000条左右的光纤线材。
(f) 接着，将这些光纤线材插入到预定的石英管中，通过对其进行拉丝而制作外径约为150um 2500um左右的石英类多芯光纤。
(g)最后，通过在其周围形成长度约为20um 100um左右的被 覆层16，得到石英类多芯光纤IO。
(可见光区域的发光峰值的测定结果) 下面，为了研究上述可见光区域中的发光峰值的原因，对发明人 所进行的实验进行说明。图7表示适用于本发明第一实施方式的石英 类多芯光纤的发光光谱测定的发光光谱测定装置200的示意结构图。
如图7所示，适用于本发明第一实施方式的石英类多芯光纤的发 光光谱测定的发光光谱测定装置200与图1所示的适用于现有的多芯 光纤的发光光谱测定的发光光谱测定装置100具有几乎相同的结构， 在以下方面与发光光谱测定装置100不同。
艮P，在发光光谱测定装置200中，不使用物镜108、 CCD110和选 色镜112，而是在石英类多芯光纤106和/或石英类单芯光纤的出射端 直接光学性连接光谱分析仪114。另外，作为光源102，例如使用单模 式的半导体激光。半导体激光的波长例如为408nm，输出功率约为
20mW左右。
(石英类单芯光纤的基本结构) 为了研究上述可见光区域中的发光峰值产生的原因，首先使用纤 芯直径大的石英类单芯光纤进行了实验。具体而言，制成在纤芯1中 含有微量的氯、且Ge浓度为0重量。/。、 4重量％、 10重量％、 15重量 %和26重量％的石英类单芯光纤，对发光强度与波长的关系(发光光 谱)进行测定。另外，石英类单芯光纤的纤芯1的直径例如约为 m 数百u m左右。
在此，含有微量氯是由于形成光纤时的起始原材料是SiCU和 GeCl4。在日本专利第2699231号公报中公开的"耐放射线光纤、传像
15纤维及它们的制造方法"中，公开了为了提高耐放射线特性而使用烷
氧基锗(Ge (CH30) 4、 Ge (C2H50) 4等)作为起始原料。这些原料 价格高。在成本、操作便利性方面，更优选使用SiCU和GeCU作为形 成光纤时的起始原料。
图9表示对于Ge浓度为0重量％、 4重量％、 10重量％、 15重量 %及26重量％的石英类单芯光纤，使用发光光谱测定装置200 (图7) 测定的发光光谱的测定结果。
如图9所示，在Ge含量为15重量％以上的石英类单芯光纤的发 光光谱中，以波长650nm附近为最大，观察到从波长约500nm附近波 及到波长超过约800nm的范围的宽范围发光。着眼于该发光强度时， 可知纤芯的Ge浓度越高，其强度越高。另外，在Ge浓度为0重量n/。、 4重量％、 10重量％的石英类单芯光纤中，这种发光几乎消失。从上述 结果可知，这种宽范围发光是纤芯1中添加的Ge种被激发光激发所发 出的冷光。
进而，本发明人通过实验也确认了纤芯l中的Ge浓度越大，发 光光谱强度越容易增加，但是当Ge浓度超过约15重量％时，发光强 度增大到不能忽略的程度，另外，该发光强度的值也随时间而减小。
图4是表示入射波长为408nm的激发光时的出射功率的衰减率 (%)与照射时间(小时)的关系，图4中表示在波长为650nm处的 出射光的发光峰值的经时变化。
如图4所示，照射时间仅仅经过约IO分钟，就可观察到发光峰值 减少20%，经过1小时约减少20~30%。这是某种光子暗化现象。
由于发生这种时效变化，例如不能区别是由来自机体组织的荧光 信号的衰减所引起的，还是由于光纤的衰减所引起的，从而使S/N比恶化。本发明人对抑制这些发光现象的方法进行了研究，结果发现，
通过在纤芯1中与Ge—起添加微量的氟(F)，可以抑制这些发光现 象。
下面，对具体的实施例进行说明。 (实施例1)
(a) 首先，利用已知的VAD法，以SiCl4和GeCU作为起始原料， 制作添加有锗和微量氯的石英纤芯预制套管。
(b) 接着，在烧结炉中将该预制套管在He气氛围中与SiF4气体、 SF6气体或氟类气体一起加热，进行透明玻璃化，得到在纤芯l中掺杂 预定量的F的玻璃棒。
(c) 接着，在该玻璃棒的外周利用外包法形成石英包层，从而得 到光纤母材(光纤预制件)。
(d) 然后，对该光纤预制件进行拉丝，得到光纤直径为430um、 纤芯直径为390um的光纤。
根据该光纤的元素分析结果，纤芯1中含有Ge浓度最大约为30 重量％、 F浓度约为0.1重量W、氯浓度约为0.1-0.3重量％左右。使用 波长为408nm、输出功率约为20mW的半导体激光入射到光纤长度(约 2m)的纤芯1中，测定该光纤的发光强度，使用图7所示的发光光谱 测定装置200来测定其发光光谱，其结果如图10所示，不能完全观察 到波长约500nm 约850nm处的自发发光。
另外，图10中在410nm 420nm处观察到的发光峰值是受激喇曼 散射光。
(比较例1)
(a)首先，利用己知的VAD法，以SiCU和GeCl4作为起始原料， 制作添加有锗和微量氯的石英纤芯预制套管。(b) 接着，在烧结炉中将该预制套管在He气氛围中加热，进行 透明玻璃化，得到玻璃棒。在此，不导入F气。
(c) 接着，将该玻璃棒拉伸到预定的直径后，在其外周利用外包 法形成石英包层，从而得到光纤母材(光纤预制件)。
(d) 然后，对该光纤预制件进行拉丝，得到光纤直径为430um、 纤芯直径为390ixm的光纤。
根据该光纤的元素分析结果，纤芯1的中央部含有Ge浓度最大约 为26重量％、氯浓度约为0.3重量％。使用波长为408nm、输出功率约 为20mW的半导体激光入射到光纤长度(约2m)的纤芯1中，测定该 光纤的发光强度，使用图7中所示的发光光谱测定装置200来测定其 发光光谱，其结果如图10所示，在波长约500nm 约850nm处观察到 非常强的发光。另外，发光强度在约600nm 约700nm处达到饱和。
(实施例2)
(a) 首先，利用已知的VAD法，以SiCl4和GeCU作为起始原料，
制作添加有锗和微量氯的石英纤芯预制套管。
(b) 接着，在烧结炉中将该预制套管与SiF4气体、SF6气体或氟 类气体一起加热，进行透明玻璃化，得到在纤芯1中掺杂预定量的F 的玻璃棒。
(c) 接着，在该玻璃棒的外周利用外包法形成作为石英类多芯光 纤的共用包层2的加氟玻璃，从而得到光纤母材(光纤预制件)。
(d) 然后，对该光纤预制件进行拉丝，制成外径约为150um的 光纤线材。
(e) 然后，以一定的长度切断上述光纤线材，得到约10000条左 右的光纤线材。
(f) 接着，将这些光纤线材插入到预定的石英管中，通过对其进 行拉丝，制成外径约为500um左右的石英类多芯光纤10。
根据该石英类多芯光纤10的元素分析结果，在各纤芯1部分的中
18央部含有Ge浓度最大约为30重量％、 F浓度约为0.05重量％、氯浓度 约为0.1 0.3重量％。使用波长为408nm、输出功率约为20mW的半导 体激光集中入射到光纤长度(约2m)的石英类多芯光纤10的数个纤 芯1 (直径d约为10um左右)中，测定该光纤的发光强度，使用图7 所示的发光光谱测定装置200测定其发光光谱，其结果如图8所示， 不能完全观察到波长约500nm 约850nm的自发发光。另外，如图8所 示，观察到由在波长约410nm 约420nm处观测到的受激喇曼散射光产 生的发光峰值。
(比较例2)
(a) 首先，利用已知的VAD法，以SiCU和GeCl4作为起始原料， 制作添加有锗和微量氯的石英纤芯预制套管。
(b) 接着，在烧结炉中将该预制套管加热，进行透明玻璃化，得 到玻璃棒。在此，不导入F气。
(c) 接着，将该玻璃棒拉伸到预定的直径后，在其外周利用外包 法形成石英包层，从而得到光纤母材(光纤预制件)。
(d) 然后，对该光纤预制件进行拉丝，制作外径约为150um左 右的光纤线材。
(e) 然后，以一定的长度切断上述光纤线材，得到约30000条左 右的光纤线材。
(f) 接着，将这些光纤线材插入到预定的石英管中，通过对其进 行拉丝来制成外径约为650um的石英类多芯光纤。
根据该石英类多芯光纤的元素分析结果，在纤芯1中含有Ge浓度 最大约为30重量％、氯浓度约为0.2重量％。使用波长为408nm、输出 功率约为20mW的半导体激光，集中入射到光纤长度(约2m)的石英 类多芯光纤IO的数个纤芯1 (直径d约为10um左右)中，测定该光 纤的发光强度，使用图7所示的发光光谱测定装置200，测定其发光光 谱，其结果如图8所示，在波长约550nm 约800nm (发光峰值约在 650nm附近)处，观察到清楚的自发发光。另外，如图8所示，观察到由在波长约410nm 约420nm处观测到的受激喇曼散射光产生的发光 峰值。
然后，对石英类多芯光纤在实际应用中的其他重要特性、即析像 度和对比度进行说明。纤芯间隔D为影响析像度的参数之一。相邻接 的纤芯之间的间隔越小，物理性的析像度越大，但当该间隔过小时， 发生色度亮度干扰。色度亮度干扰增大时，光发生渗透，使对比度降 低、或发生图像着色而可见的问题。用于共焦式荧光成像法的石英类 多芯光纤中，虽然着色还不是问题，但尽管如此，也必须设计石英类 多芯光纤，以使其与折射率的分布平衡，且可以均衡地实现适当的析 像度和对比度。
根据本发明人的研究，具有以下结构的石英类多芯光纤适于共焦 成像法。
由上述可知，通过由含有微量的氯、含氟浓度约0.05重量％以上 且约3重量％以下、优选0.1重量％以上且约2重量％以下、且Ge浓 度约15重量％以上的Ge02-Si02-F类玻璃构成的材料来制成纤芯1， 可以抑制由数值孔径NA高(例如NA: 0.2以上)的光纤传输来自波 长在约400nm 约635nm范围中的功率密度高的LD光源等的激发光时 所产生的发光强度。
另外，通过形成包层与纤芯的相对折射率差约为2 %以上、优选 为3%以上、且包层直径与纤芯直径之比(包层/纤芯)为约1.01-约3.0、 优选为约1.02~约3.0的结构，可以获得高析像度、高S/N比的石英类 多芯光纤(以下称为石英类多芯光纤A)。
这里所说的包层是指配置在各个纤芯周围的折射率较低的部分， 形成最终一体化的石英类多芯光纤之前的外径是光纤线材的外径。该 光纤线材如下制作在烧结炉中对添加有锗的石英纤芯预制套管进行加热而形成纤芯用玻璃棒，对在该纤芯外周形成有作为共用包层的玻 璃层的光纤母材进行拉丝而使该光纤线材具有预定的外径。§卩，这里 所使用的包层直径并不是一体化的石英类多芯光纤整体的外径。
在该石英类多芯光纤A中，即使纤芯l的中心部的Ge浓度为15 重量％以上，也可以利用波长从405nm至635nm的激发光(约30mW) 来抑制由Ge引发的波长从500nm至800nm的发光。
因此，在利用荧光成像法来观察时，可以以高S/N比获得来自观 察部位的荧光。
另一方面，当纤芯1的中心部的Ge浓度低于15重量％时，由于 受材料限制，难以将必要的NA维持在0.30以上，但在石英类多芯光 纤A中，由于Ge浓度约为15重量％以上(约30重量％以下)，所以 作为F掺杂量，通过在约0.05重量％ ~约3重量％之间调节F浓度， 可容易地确保必要的NA值。
另外，需要约0.30以上的NA值是为了能够充分地获得来自观察 部位的荧光。要实现超过0.45的NA时，必须增加纤芯1中的Ge添加 量或包层中的氟(F)或硼(B)的添加量,由于正常制造难以进行，所 以将NA控制在约0.45以下。
另外，在石英类多芯光纤A中，通过以SiCU和GeCl4作为起始原 料进行制造，作为氯浓度可以为约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。
根据本发明人的研究发现下述倾向在纤芯1中不含有F时，观 察到纤芯1中所含有的氯的量越多，上述宽范围发光变得越强。但是， 通过使纤芯1中含有氟的浓度约为0.05重量％以上，可以抑制波长在 约500nm 约800nm范围的宽范围发光强度。在此，当纤芯1中的F添加浓度超过2重量。/。时，存在如下问题: 随着由F引起的折射率降低，数值孔径变小或制成光纤时产生许多气 泡，在实际制造上存在困难，因此不优选。
另外，测定的石英类多芯光纤的全长为2m。这是由于将石英类多 芯光纤用于荧光成像法中时，从操作性等方面考虑，2m是必要的长度。 当全长变长时，纤芯1中的Ge量实质上增加，上述由Ge引起的发光， 存在随着石英类多芯光纤的全长越长而越明显的倾向，因此以该长度 得到上述特性在实际应用上是重要的。
通过以上说明，根据本发明实施方式的石英类多芯光纤，由于限 制在纤芯中心部的F浓度、Ge浓度和氯的有无，因此可以抑制由纤芯 中的Ge引起的波长在约500nm 约800nm范围内的发光，从而可以用 高S/N比来观察来自观察对象的机体组织的荧光。
另外，根据本发明实施方式的石英类多芯光纤，通过限制纤芯与 包层的比例，可以制作具有细胞水平析像度的细径的石英类多芯光纤。
另外，在使用本发明实施方式的石英类多芯光纤、石英类单芯光 纤时，也可以抑制在入射波长为约405nm 约630nm的光时发生的在波 长约500nm 约800nm的范围的发光现象。
根据本发明第一实施方式的石英类多芯光纤及其制造方法，通过 提高析像度和S/N比，可以提高荧光诊断的精度。
另外，根据本发明第一实施方式的石英类单芯光纤及其制造方法， 在来自观察的组织的荧光检测、发光检测、光谱分析等方面，可以改 善S/N比，提高检测精度和分析精度。
22其他实施例
以上虽然根据第一和第二实施例以及它们的变形例对本发明进行 了说明，但是上述相关说明及附图仅为例示，而并未限定本发明。根 据本发明，本领域技术人员可以容易地想到替代的其他实施方式、实 施例或应用技术。
可见本发明的实施方式与其变形一起对于具有加强击穿能力的半 导体装置而言，已经提出了暗示的结构创新，其包括保护环结构或场 板结构的申请。
根据上述实施方式或其变形中的任一种，制造半导体装置的方法 具有离子注入和扩散的一系列工序，这些工序可以被适当的方式代替， 例如将晶片焊接在一起的晶片焊接工序。
因此，本发明包括如上记载或未记载的各种实施方式。
产业上利用的可能性
本发明实施方式的光纤是对在传输可见光区域(约400nm 约800nm)的光时发生的可见光区域中的发光现象进行抑制的光纤， 因此，适合于共焦式荧光成像、荧光检测、发光检测、光谱分析等方 面，且可以适用于医疗领域、生物测试设备领域等广泛的使用领域。
权利要求
1.一种石英类单芯光纤，其特征在于，纤芯中具有Ge浓度15重量％以上、F浓度0.05重量％以上且2重量％以下，抑制在入射具有波长400nm～650nm的激发光时波长600nm～800nm处的发光。
2. 如权利要求l所述的石英类单芯光纤，其特征在于，所述纤芯 中还含有氯。
3. 如权利要求2所述的石英类单芯光纤，其特征在于，所述氯的 浓度为0.1-0.3重量％。
4. 如权利要求1~3中任一项所述的石英类单芯光纤,其特征在于， 所述纤芯的直径为2 u m 数百n m。
5. —种石英类多芯光纤，其特征在于，包括多个纤芯，所述纤芯 具有GeCVSi02类玻璃，所述GeOrSi02类玻璃包括Ge浓度15重量％ 以上、F浓度0.05重量y。以上且2重量Q/。以下，在入射400~650nm的激发光时，抑制600~800nm处的发光。
6. 如权利要求5所述的石英类多芯光纤，其特征在于，所述纤芯 中还含有氯。
7. 如权利要求6所述的石英类多芯光纤，其特征在于，所述氯的 浓度为0.1-0.3重量％。
8. 如权利要求5~7中任一项所述的石英类多芯光纤，其特征在于， 所述纤芯的直径为1.0um 10ixm，相邻纤芯的中心之间的间隔为3.0 li m~15 u m。
9. 如权利要求5 8中任一项所述的石英类多芯光纤，其特征在于， 数值孔径为0.30以上且0.45以下。
10. —种石英类多芯光纤，其特征在于，包括多个纤芯，所述纤 芯具有Ge(VSi02类玻璃，所述Ge(VSi02类玻璃包括Ge浓度15重量 %以上、F浓度0.05重量。/。以上且2重量。/。以下，包层与纤芯的相对折 射率差为3%以上，且包层直径与纤芯直径之比为1.02~3.0，包括石英 类包层和氯，在入射400 650nm的激发光时，抑制600~800nm处的发 光。
11. 如权利要求10所述的石英类多芯光纤，其特征在于，所述纤 芯中还含有氯。
12. 如权利要求ll所述的石英类多芯光纤，其特征在于，所述氯 的浓度为0.1-0.3重量％。
13. 如权利要求10 12中任一项所述的石英类多芯光纤，其特征 在于，所述纤芯的直径为1.0wm 10nm，相邻纤芯的中心之间的间隔 为3.0 u m~15 u m。
14. 如权利要求10~12中任一项所述的石英类多芯光纤，其特征 在于，数值孔径为0.30以上且0.45以下。
15. —种石英类多芯光纤的制造方法，其特征在于，具有 制作为了满足预定的折射率分布而添加锗的石英纤芯预制套管的工序；将所述预制套管在烧结炉中加热进行透明玻璃化而形成纤芯用玻 璃棒的工序；在所述纤芯用玻璃棒的外周利用等离子外包法或套管外包法，形 成作为石英类多芯光纤的共用包层的石英玻璃层或加氟玻璃层或加硼玻璃层，从而形成光纤母材的工序；对所述光纤母材进行拉丝而制作具有预定外径的光纤线材的工序；以一定的长度切断所述光纤线材来制作预定条数的光纤线材的工序；以及将所述光纤线材插入到预定的石英管中，通过拉丝来制作具有预 定外径的石英类多芯光纤的工序。
16. —种石英类单芯光纤的制造方法，其特征在于，具有以SiCU和GeCU作为起始原料来制作添加有锗和微量氯的石英纤 芯预制套管的工序；将所述预制套管在烧结炉中与SiF4气体、SF6气体或氟类气体一 起在He气氛围中加热，进行透明玻璃化，从而制作在纤芯中掺杂预定 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层，从而形成光纤预 制件的工序；以及对所述光纤预制件进行拉丝而形成具有预定的光纤直径和纤芯直 径的光纤的工序。
17. —种石英类多芯光纤的制造方法，其特征在于，具有以SiCU和GeCU作为起始原料来制作添加有锗和微量氯的石英纤 芯预制套管的工序；将所述预制套管在烧结炉中与SiF4气体、SF6气体或氟类气体一 起加热，进行透明玻璃化，从而形成在纤芯中掺杂预定量的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为石英类多芯光纤的共用 包层的加氟玻璃来制作光纤预制件的工序；对所述光纤预制件进行拉丝来制作具有预定外径的光纤线材的工序；以一定的长度切断所述光纤线材来制作预定条数的光纤线材的工序；以及将所述光纤线材插入到预定的石英管中，通过拉丝来制作具有预 定外径的石英类多芯光纤的工序。
全文摘要
本发明的石英类单芯光纤、石英类多芯光纤及其制造方法，可以提高石英类多芯光纤的荧光诊断精度，并在来自观察组织的荧光检测、发光检测、光谱分析等方面改善石英类单芯光纤的S/N比。石英类单芯光纤的纤芯中具有Ge浓度15重量％以上、F浓度0.05重量％以上且2重量％以下，以在入射具有波长400nm～650nm的激发光时抑制波长600nm～800nm处的发光。石英类多芯光纤包括多个纤芯，该纤芯具有GeO₂-SiO₂类玻璃，该GeO₂-SiO₂类玻璃包括Ge浓度15重量％以上、F浓度0.05重量％以上且2重量％以下，包层与纤芯的相对折射率差为3％以上且包层直径与纤芯直径之比为1.02～3.0，在入射400～650nm的激发光时，抑制600～800nm处的发光。
文档编号C03B37/012GK101551487SQ20081018674
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年4月1日
发明者妻沼孝司, 工藤学, 林和幸 申请人:株式会社藤仓