JPH0256293B2 - - Google Patents
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- JPH0256293B2 JPH0256293B2 JP60020985A JP2098585A JPH0256293B2 JP H0256293 B2 JPH0256293 B2 JP H0256293B2 JP 60020985 A JP60020985 A JP 60020985A JP 2098585 A JP2098585 A JP 2098585A JP H0256293 B2 JPH0256293 B2 JP H0256293B2
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- Japan
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- glass
- mol
- loss
- fiber
- optical fiber
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/041—Non-oxide glass compositions
- C03C13/042—Fluoride glass compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/32—Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
- C03C3/325—Fluoride glasses
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/10—Compositions for glass with special properties for infrared transmitting glass
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
〔技術分野〕
本発明は、2μm以上の波長領域においても低
損失な光透過特性を有する赤外光フアイバに関す
る。 〔従来技術〕 従来、光フアイバには一般に石英ガラスが使用
されてきたが、この種のガラスはSi−O結合の振
動に起因する赤外吸収があり、これとレーリ散乱
のため、伝送損失の小さい波長域が波長0.6〜
1.7μmの可視域から近赤外に限定され、それより
長波長域においては光フアイバの損失がが急増す
るため、石英の光フアイバは2μm以上の波長域
では使用できなかつた。 一方、フツ化物ガラスは、その赤外吸収が石英
ガラスより長波長側にあるため、石英ガラスと比
較してより長波長まで光を透過し、波長2μm以
上の光を伝送する光フアイバに使用できることが
知られている。現在、フツ化物光フアイバでは、
ZrF4−BaF2−GdF3−AlF3系ガラスで組成比を
変えてコア・クラツドの導波構造を構成したも
の、およびコアとしてZrF4−BaF2−LaF3−AlF3
−LiF−PbF2系ガラスを用い、クラツドとして
ZrF4−BaF2−LaF3−ALF3−LiF系ガラスを用
いたものの2種類の光フアイバによつて、波長2
〜2.5μmの間で6dB/Km程度の最低損失が実現さ
れているが、これらの最低損失特性が実現されて
いる長さは約20mであり、それ以上は損失値が増
大するという問題があつた。 損失値の増大はフアイバ中の微結晶に起因する
散乱によるものであり、これは用いたフツ化物ガ
ラスの熱安定性に問題があるためである。すなわ
ち、長尺で低損失なフツ化物光フアイバを実現す
るためには、より安定なガラスを用いてフアイバ
を作製する必要があるが、このようなガラスはこ
れまで知られていなかつた。 〔目的〕 そこで、本発明の目的は、熱安定性の高いフツ
化物ガラスを用いることにより、長尺で低損失特
性を有する高品質の赤外光フアイバを提供するこ
とにある。 〔発明の構成〕 かかる目的を達成するために、本発明の赤外光
フアイバは、鉛のフツ化物を含まず、ガトリニウ
ム、ルテチウム、イツトリウム、スカンジウムの
フツ化物の少なくとも1種を含むガラスからな
る。 本発明につき概説すれば、本発明の光フアイバ
は、ZrF4が43〜52モル%、BaF2が20〜28モル%、
LaF3が1.5〜7モル%、GdF3、LuF3、YF3およ
びScF3よりなる群から選ばれた少なくとも1種
のフツ化物が1.5〜7モル%、AlF3が1.5〜7モル
%およびLiFが15〜22モル%、かつその合計が
100モル%よりなるフツ化物ガラスからなること
を特徴とするものである。 上記各成分の混合割合、すなわち組成がこれら
の範囲を外れると、ガラスの熱安定性が劣化する
ため、長尺で低損失な光フアイバを得ることがで
きない。 〔実施例〕 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 第1図は本発明の赤外光フアイバに用いられる
ガラスの熱安定性を、熱安定性が高いとされる従
来の2種類のガラスとの比較において示したもの
である。この従来のガラスを用いて6dB/Kmのフ
アイバが得られている。すなわち、図中のAは本
発明の代表的ガラス組成49ZrF4−22BaF2−
3LaF3−3YF3−3AlF3−20LiF(モル%)の特性
であり、BおよびCはそれぞれ従来の52ZrF4−
20BaF2−5LaF3−3AlF3−20LiF(モル%)、
52ZrF4−15BaF2−5PbF2−5LaF3−3AlF3−
20LiFの特性である。これらの特性は、それぞれ
のガラスの結晶化過程の解析から得られたもので
ある。 すなわち、ガラスを一定温度T(K)で一定時
間t(min)保持したときに、結晶化した部分の
全体に対する比率、すなわち結晶化分率Xcは、
Tがガラス変形温度(Tg)近傍の場合には、 Aのガラスは Xc=0.87(1−exp(−(kt)1.8))、 k=6.7×1040exp(−55400/T)(min-1) Bでは Xc=0.87(1−exp(−(kt)1.7))、 k=4.5×1038exp(−51300/T)(min-1) Cでは Xc=0.85(1−exp(−(kt)1.3))、 k=1.3×1042exp(−56400/T)(min-1) と表わすことができる。 ガラス状態をXcを用いて表わすと、通常はXc
10-6とされるので、上記の3式でXc=10-6と
なる場合のTとtの関係を求め、それらを図で示
したものが第1図である。 第1図特性は温度Tでガラス状態が保持される
最長時間tgを示すものである。ガラス母材を線引
きしてフアイバを作動する場合、ガラス母材はそ
のガラス変形温度Td近傍に加熱されるため、Td
におけるtgの大きさと、その温度位存性を比較す
ればガラスの安定性が明らかになる。 第1図の丸印はそれぞれのガラスのTdを示し
ており、Tdにおけるtgの温度変化はA,B,C
の間で大きな相違はないが、Tdでのtgの大きさ
については、AはB,Cに比較して格段に大きい
ことがわかる。すなわち。本発明で用いられるガ
ラスAは従来のB,Cのガラスより線引き時にお
いて格段に結晶化しにくいことがわかる。したが
つて、従来のフアイバを用いて作製された光フア
イバに比べ、本発明の光フアイバはより低損失の
特性が得られ、かつその低損失特性を長距離にわ
たつて実現できる。 本発明においては、コアの屈曲率がクラツドよ
り高い、すなわち、導波構造を有する低損失な光
フアイバを容易に提供することができる。すなわ
ち、本発明では、上記組成範囲内で組成比を適当
に変化させることにより、光フアイバに導波構造
を付与することができるが、本発明で用いるガラ
スは熱安定性が高いので、導波構造を付与する過
程における結晶化の問題も格段に改善でき、した
がつて、低損失の光フアイバが容易に得られる。 次に本発明を具体的実施例により説明するが、
本発明はこれらによりなんら限定されるものでは
ない。 実施例 1 ZrF4、BaF2、LaF3、YF3、AlF3、LiFの混合
粉末50gにNH4・F・HFを25g加え、これを金
るつぼに入れ、N2ガス雰囲気下において、400℃
で1時間保持して混合粉末を完全にフツ素化した
後、850℃に加熱して溶融して、第1表および第
2表に示す組成をもつコアおよびクラツド用溶融
原料を得た。
損失な光透過特性を有する赤外光フアイバに関す
る。 〔従来技術〕 従来、光フアイバには一般に石英ガラスが使用
されてきたが、この種のガラスはSi−O結合の振
動に起因する赤外吸収があり、これとレーリ散乱
のため、伝送損失の小さい波長域が波長0.6〜
1.7μmの可視域から近赤外に限定され、それより
長波長域においては光フアイバの損失がが急増す
るため、石英の光フアイバは2μm以上の波長域
では使用できなかつた。 一方、フツ化物ガラスは、その赤外吸収が石英
ガラスより長波長側にあるため、石英ガラスと比
較してより長波長まで光を透過し、波長2μm以
上の光を伝送する光フアイバに使用できることが
知られている。現在、フツ化物光フアイバでは、
ZrF4−BaF2−GdF3−AlF3系ガラスで組成比を
変えてコア・クラツドの導波構造を構成したも
の、およびコアとしてZrF4−BaF2−LaF3−AlF3
−LiF−PbF2系ガラスを用い、クラツドとして
ZrF4−BaF2−LaF3−ALF3−LiF系ガラスを用
いたものの2種類の光フアイバによつて、波長2
〜2.5μmの間で6dB/Km程度の最低損失が実現さ
れているが、これらの最低損失特性が実現されて
いる長さは約20mであり、それ以上は損失値が増
大するという問題があつた。 損失値の増大はフアイバ中の微結晶に起因する
散乱によるものであり、これは用いたフツ化物ガ
ラスの熱安定性に問題があるためである。すなわ
ち、長尺で低損失なフツ化物光フアイバを実現す
るためには、より安定なガラスを用いてフアイバ
を作製する必要があるが、このようなガラスはこ
れまで知られていなかつた。 〔目的〕 そこで、本発明の目的は、熱安定性の高いフツ
化物ガラスを用いることにより、長尺で低損失特
性を有する高品質の赤外光フアイバを提供するこ
とにある。 〔発明の構成〕 かかる目的を達成するために、本発明の赤外光
フアイバは、鉛のフツ化物を含まず、ガトリニウ
ム、ルテチウム、イツトリウム、スカンジウムの
フツ化物の少なくとも1種を含むガラスからな
る。 本発明につき概説すれば、本発明の光フアイバ
は、ZrF4が43〜52モル%、BaF2が20〜28モル%、
LaF3が1.5〜7モル%、GdF3、LuF3、YF3およ
びScF3よりなる群から選ばれた少なくとも1種
のフツ化物が1.5〜7モル%、AlF3が1.5〜7モル
%およびLiFが15〜22モル%、かつその合計が
100モル%よりなるフツ化物ガラスからなること
を特徴とするものである。 上記各成分の混合割合、すなわち組成がこれら
の範囲を外れると、ガラスの熱安定性が劣化する
ため、長尺で低損失な光フアイバを得ることがで
きない。 〔実施例〕 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 第1図は本発明の赤外光フアイバに用いられる
ガラスの熱安定性を、熱安定性が高いとされる従
来の2種類のガラスとの比較において示したもの
である。この従来のガラスを用いて6dB/Kmのフ
アイバが得られている。すなわち、図中のAは本
発明の代表的ガラス組成49ZrF4−22BaF2−
3LaF3−3YF3−3AlF3−20LiF(モル%)の特性
であり、BおよびCはそれぞれ従来の52ZrF4−
20BaF2−5LaF3−3AlF3−20LiF(モル%)、
52ZrF4−15BaF2−5PbF2−5LaF3−3AlF3−
20LiFの特性である。これらの特性は、それぞれ
のガラスの結晶化過程の解析から得られたもので
ある。 すなわち、ガラスを一定温度T(K)で一定時
間t(min)保持したときに、結晶化した部分の
全体に対する比率、すなわち結晶化分率Xcは、
Tがガラス変形温度(Tg)近傍の場合には、 Aのガラスは Xc=0.87(1−exp(−(kt)1.8))、 k=6.7×1040exp(−55400/T)(min-1) Bでは Xc=0.87(1−exp(−(kt)1.7))、 k=4.5×1038exp(−51300/T)(min-1) Cでは Xc=0.85(1−exp(−(kt)1.3))、 k=1.3×1042exp(−56400/T)(min-1) と表わすことができる。 ガラス状態をXcを用いて表わすと、通常はXc
10-6とされるので、上記の3式でXc=10-6と
なる場合のTとtの関係を求め、それらを図で示
したものが第1図である。 第1図特性は温度Tでガラス状態が保持される
最長時間tgを示すものである。ガラス母材を線引
きしてフアイバを作動する場合、ガラス母材はそ
のガラス変形温度Td近傍に加熱されるため、Td
におけるtgの大きさと、その温度位存性を比較す
ればガラスの安定性が明らかになる。 第1図の丸印はそれぞれのガラスのTdを示し
ており、Tdにおけるtgの温度変化はA,B,C
の間で大きな相違はないが、Tdでのtgの大きさ
については、AはB,Cに比較して格段に大きい
ことがわかる。すなわち。本発明で用いられるガ
ラスAは従来のB,Cのガラスより線引き時にお
いて格段に結晶化しにくいことがわかる。したが
つて、従来のフアイバを用いて作製された光フア
イバに比べ、本発明の光フアイバはより低損失の
特性が得られ、かつその低損失特性を長距離にわ
たつて実現できる。 本発明においては、コアの屈曲率がクラツドよ
り高い、すなわち、導波構造を有する低損失な光
フアイバを容易に提供することができる。すなわ
ち、本発明では、上記組成範囲内で組成比を適当
に変化させることにより、光フアイバに導波構造
を付与することができるが、本発明で用いるガラ
スは熱安定性が高いので、導波構造を付与する過
程における結晶化の問題も格段に改善でき、した
がつて、低損失の光フアイバが容易に得られる。 次に本発明を具体的実施例により説明するが、
本発明はこれらによりなんら限定されるものでは
ない。 実施例 1 ZrF4、BaF2、LaF3、YF3、AlF3、LiFの混合
粉末50gにNH4・F・HFを25g加え、これを金
るつぼに入れ、N2ガス雰囲気下において、400℃
で1時間保持して混合粉末を完全にフツ素化した
後、850℃に加熱して溶融して、第1表および第
2表に示す組成をもつコアおよびクラツド用溶融
原料を得た。
【表】
【表】
【表】
ここで、〇印は透明な母材であることを示し、
△印は一部失透した母材であることを示してい
る。 次に、予熱した黄銅製鋳型にクラツド用溶融原
料を流し込み、冷却した後、低粘性の中心部を流
し出して、クラツド層を形成し、直ちに空洞部に
コア用溶融原料を流し込んでコアを形成して直径
8mmφ、長さ100mmの光フアイバ母材を作製した。
この時、コア用原料組成はクラツド用原料組成よ
り屈曲率が高くなるように選定した。 得られた母材は、それを構成するコア、および
クラツド組成が第1表および第2表において〇印
に対応する組成の範囲にある場合に、全体が均質
なガラスからなつており、この範囲から外れた場
合には、コア・クラツド界面に微結晶が発生し
た。かかる好適な組成の範囲を示すと、次のよう
になる。 ZrF4:43〜52(モル%) BaF2:20〜28(モル%) LaF3:1.5〜7(モル%) YF3:1.5〜7(モル%) AlF3:1.5〜7(モル%) LiF:15〜22(モル%) 次に、これの母材をテフロンFEPチユーブに
挿入し、ゾーン加熱して線引きすることにより光
フアイバを作製した。上記の組成範囲内の母材で
は、線引きの際に微結晶の発生がみられず、均質
で低損失なフアイバが得られた。その最低損失は
30〜40dB/Km、フアイバ長は200mであつた。な
お、上記の範囲外の組成の母材では線引き時に微
結晶の発生と成長が認められ、低損失なフアイバ
は作製できなかつた。 第2図は、上記組成範囲内のガラスから構成さ
れた光フアイバの光損失特性である。コア組成は
46.5ZrF4−27.5BaF2−3.5LaF3−2YF3−2.5AlF3
−18LiF(モル%)、クラツド組成は45.5ZrF4−
26BaF2−2.5LaF3−2.5YF3−3.5AlF3−20LiF(モ
ル%)であり(第2表の実施例#21)、フアイバ
の外径は250μm、コア径は100μm、屈折率差は
0.15%、長さ200mであつた。 このフアイバの最低損失は波長2.16μmで
30dB/Kmであつたが、この特性を200mの長さに
わたつて実現できた。 また、第1図において波長1.5μmの近傍の吸収
ピークはFe不純物に起因するものであり、波長
2.25μmおよび波長2.44μmの吸収ピークと波長
2.6μm以上の損失の急増はOH不純物に起因する
ものである。よつてこれらの不純物吸収を除去す
ることにより、一層の低損失化が可能であること
がわかる。 本実施例では、本発明の赤外光フアイバを構成
するフツ化物ガラスの中でZrF4、BaF2、LaF3、
YF3、AlF3及びLiFの6成分よりなるものの組成
を限定するものであり、この組成範囲内におい
て、長尺で低損失な光フアイバが実限できること
が確められた。 実施例 2 実施例1の場合と同一の組成範囲において、
YF3の代わりに1.5〜7(モル%)のGdF3、LuF3
またはScF3を用い、第3表〜第5表に示す組成
のコアおよびクラツドを有する光フアイバを作製
したところ、長尺で低損失な光フアイバを得た。
その最低損失は30〜40dB/Km、フアイバ長は200
mであつた。
△印は一部失透した母材であることを示してい
る。 次に、予熱した黄銅製鋳型にクラツド用溶融原
料を流し込み、冷却した後、低粘性の中心部を流
し出して、クラツド層を形成し、直ちに空洞部に
コア用溶融原料を流し込んでコアを形成して直径
8mmφ、長さ100mmの光フアイバ母材を作製した。
この時、コア用原料組成はクラツド用原料組成よ
り屈曲率が高くなるように選定した。 得られた母材は、それを構成するコア、および
クラツド組成が第1表および第2表において〇印
に対応する組成の範囲にある場合に、全体が均質
なガラスからなつており、この範囲から外れた場
合には、コア・クラツド界面に微結晶が発生し
た。かかる好適な組成の範囲を示すと、次のよう
になる。 ZrF4:43〜52(モル%) BaF2:20〜28(モル%) LaF3:1.5〜7(モル%) YF3:1.5〜7(モル%) AlF3:1.5〜7(モル%) LiF:15〜22(モル%) 次に、これの母材をテフロンFEPチユーブに
挿入し、ゾーン加熱して線引きすることにより光
フアイバを作製した。上記の組成範囲内の母材で
は、線引きの際に微結晶の発生がみられず、均質
で低損失なフアイバが得られた。その最低損失は
30〜40dB/Km、フアイバ長は200mであつた。な
お、上記の範囲外の組成の母材では線引き時に微
結晶の発生と成長が認められ、低損失なフアイバ
は作製できなかつた。 第2図は、上記組成範囲内のガラスから構成さ
れた光フアイバの光損失特性である。コア組成は
46.5ZrF4−27.5BaF2−3.5LaF3−2YF3−2.5AlF3
−18LiF(モル%)、クラツド組成は45.5ZrF4−
26BaF2−2.5LaF3−2.5YF3−3.5AlF3−20LiF(モ
ル%)であり(第2表の実施例#21)、フアイバ
の外径は250μm、コア径は100μm、屈折率差は
0.15%、長さ200mであつた。 このフアイバの最低損失は波長2.16μmで
30dB/Kmであつたが、この特性を200mの長さに
わたつて実現できた。 また、第1図において波長1.5μmの近傍の吸収
ピークはFe不純物に起因するものであり、波長
2.25μmおよび波長2.44μmの吸収ピークと波長
2.6μm以上の損失の急増はOH不純物に起因する
ものである。よつてこれらの不純物吸収を除去す
ることにより、一層の低損失化が可能であること
がわかる。 本実施例では、本発明の赤外光フアイバを構成
するフツ化物ガラスの中でZrF4、BaF2、LaF3、
YF3、AlF3及びLiFの6成分よりなるものの組成
を限定するものであり、この組成範囲内におい
て、長尺で低損失な光フアイバが実限できること
が確められた。 実施例 2 実施例1の場合と同一の組成範囲において、
YF3の代わりに1.5〜7(モル%)のGdF3、LuF3
またはScF3を用い、第3表〜第5表に示す組成
のコアおよびクラツドを有する光フアイバを作製
したところ、長尺で低損失な光フアイバを得た。
その最低損失は30〜40dB/Km、フアイバ長は200
mであつた。
【表】
【表】
【表】
以上説明したように、本発明の赤外光フアイバ
は、線引き時の熱安定性が高いフツ化物ガラスに
より構成されるため、波長2μm以上の光を伝送
する赤外光フアイバを長尺でかつ低損失とするこ
とが容易となり、この波長域を用いる光通信や光
のパワー伝送が可能になる利点がある。
は、線引き時の熱安定性が高いフツ化物ガラスに
より構成されるため、波長2μm以上の光を伝送
する赤外光フアイバを長尺でかつ低損失とするこ
とが容易となり、この波長域を用いる光通信や光
のパワー伝送が可能になる利点がある。
第1図はフツ化物ガラスの熱安定性を示す特性
図、第2図は本発明の実施例1による光フアイバ
の光損失特性を示すグラフである。 A……本発明の赤外光フアイバに用いられるガ
ラスの特性、BおよびC……従来のガラスの特
性。
図、第2図は本発明の実施例1による光フアイバ
の光損失特性を示すグラフである。 A……本発明の赤外光フアイバに用いられるガ
ラスの特性、BおよびC……従来のガラスの特
性。
Claims (1)
- 1 ZrF4が43〜52モル%、BaF2が20〜28モル%、
LaF3が1.5〜7モル%、GdF3、LuF3、YF3およ
びScF3よりなる群から選ばれた少なくとも1種
のフツ化物が1.5〜7モル%、AlF3が1.5〜7モル
%およびLiFが15〜22モル%、かつその合計が
100モル%よりなるフツ化物ガラスからなること
を特徴とする赤外光フアイバ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60020985A JPS61183144A (ja) | 1985-02-07 | 1985-02-07 | 赤外光フアイバ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60020985A JPS61183144A (ja) | 1985-02-07 | 1985-02-07 | 赤外光フアイバ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61183144A JPS61183144A (ja) | 1986-08-15 |
| JPH0256293B2 true JPH0256293B2 (ja) | 1990-11-29 |
Family
ID=12042440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60020985A Granted JPS61183144A (ja) | 1985-02-07 | 1985-02-07 | 赤外光フアイバ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61183144A (ja) |
-
1985
- 1985-02-07 JP JP60020985A patent/JPS61183144A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61183144A (ja) | 1986-08-15 |
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