JPH0466828B2 - - Google Patents

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JPH0466828B2
JPH0466828B2 JP60063697A JP6369785A JPH0466828B2 JP H0466828 B2 JPH0466828 B2 JP H0466828B2 JP 60063697 A JP60063697 A JP 60063697A JP 6369785 A JP6369785 A JP 6369785A JP H0466828 B2 JPH0466828 B2 JP H0466828B2
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glass
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Yoshuki Asahara
Shigeaki Omi
Shin Nakayama
Yoshitaka Yoneda
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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
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は光伝送用フアイバーと半導体レーザ
光源との光結合や、光デイスクのピツクアツプ等
に使用する高開口で、かつ低収差の屈折率分布型
レンズの製造法に関するものである。
［従来の技術］ 光フアイバー通信システムにおける光ビーム制
御技術の一つとして、光源である半導体レーザ
（LD）や発光ダイオード（LED）の出力光を伝
送路である光フアイバーに効率よく結合させる光
源・光フアイバー結合技術は光通信の信頼性を向
上させる上で重要な技術である。一般には光源か
らの出力光をレンズ等の光学素子を用いて集光し
光フアイバーへの結合効率を高める構成が考えら
れ、光学素子としては球レンズや屈折率分布型ロ
ツドレンズ等が用いられて来ている。また膨大な
量の情報の記録が可能な光デイスクのピツクアツ
プレンズにも、屈折率分布型レンズの使用が進め
られている。
従来屈折率分布型レンズは、あらかじめＴ+
等の高屈折率を生ずるイオンを多量に含有するガ
ラス体を製造し、これをNa+やK+を含む溶融塩
中に浸漬することにより、イオン交換を行ない、
ガラス体内に高屈折率を生ずるイオンの濃度分布
を形成し、屈折率分布を得ている。即ち、あらか
じめ製造するガラス中に含有する高屈折率を生ず
るイオンの濃度が高いほど屈折率差が大きく、開
口数の大きな屈折率分布型レンズが得られる。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、ガラスの安定性や耐久性の問題
から高屈折率を生ずるイオンを多量に含有するガ
ラスの製造が困難な場合が多く、特にAg+やLi+
を多量に含有したガラスは冷却中に失透するなど
製造が困難である。また、先に述べたLD光源の
集光や光デイスク用ピツクアツプに用いる場合に
は、開口数Ｎ，Ａ、は0.6以上必要であると言わ
れており、従来の屈折率分布型レンズの製造法で
開口数の大きなレンズを作製することは困難であ
つた。
そこで本発明は上記のような問題点を着目して
なされたものであり、高屈折率を生ずるイオンを
ガラス体内に導入する第１の工程と、ガラス体外
部へ拡散させることにより分布を形成する第２の
工程の２回のイオン交換によつて屈折率差の大き
な、即ち、開口数の大きな屈折率分布型レンズを
得ることを目的としている。
［問題点を解決するための手段］ 本発明はイオン［］（Na+やK+などのアルカ
リイオン）を多く含むガラス体を、イオン［］
よりも高屈折率を生ずるイオン［］（Ag+、Ｔ
+、Li+などのイオン）を含む溶融塩中で充分に
イオン交換を行ない、該ガラス体の屈折率を一様
に高くした後、イオン［］（Na+やK+などのア
ルカリイオン）を含む溶融塩中で再びイオン交換
を行なうことにより、高屈折率を生ずるイオンの
濃度分布に起因する屈折率分布を形成し、レンズ
体とするものである。
従来の製造法の如くあらかじめAg+やLi+を多
く含有するガラスを製造しようとする場合、ガラ
スは不安定で冷却中に失透するなど製造が困難で
ある。一例としてLiを含有する屈折率分布型レン
ズ用のガラス組成としてLi2Ｏ，TiO2を含有する
珪酸塩系は良く知られているが（特公昭59−
41934、特開昭58−120539号公報）、第１図に
SiO2−TiO2−M′2Ｏ（M′＝Li，Na，Ｋ）系のガ
ラス化範囲を示すように［今岡稔・山崎敏子、窯
業協会誌第71巻12号215頁（1963）］Na2ＯやK2
Ｏが図中符号２，３の領域を占めるのに比べ、
Li2Ｏの場合には符号１で示すごとく極端に不安
定である。またAg+を多量に導入しようとしても
硼珪酸塩系ガラスでは銀コロイドによつて着色し
易く、Ag2Ｏを多く含有し得ることでも知られる
リン酸塩ガラスでも、TiF6と称するガラス（重
量％でP2O547.9％、Na2O19.8％、K2O7.7％、Ａ
2O33.7％、TiO215.4％、その他1.6％）のアル
カリ成分の一部をAg2Ｏに置換した組成では、
Ag2Ｏが２〜3mo％で溶解中に金属Agが析出
するなど製造が難しい。
しかし、本発明におけるごとくNa+やK+イオ
ンを多く含むガラスはガラス化領域も広く、安定
に製造することが可能であり、またAg+やLi+イ
オンをイオン交換によつて導入することが比較的
容易であり、こうすることにより、高屈折率を生
ずるイオンの濃度の高いガラス体を得ることがで
きる。したがつて本発明は、このようにして得ら
れる高屈折率を生ずるイオンの濃度の高いガラス
体を用いて開口数の大きな屈折率分布型レンズを
安定に製造することができる。
以下、図面に基づいて本発明を詳述する。
第２Ａ図〜第２Ｆ図は本発明における一連の工
程でガラス体の半径rpとイオンの濃度Ｃの分布の
変化を示したものである。まずNa+やK+イオン
（イオン［］）を多く含有するガラス体を調整す
る。このガラス体は中心から半径rpにわたつて破
線４で示すように一様のイオン濃度を有している
（第２Ａ図）。これをAg+、Li+、Ｔ+等の高屈折
率を生ずるイオン（イオン［］）の硝酸塩や硫
酸塩を含む溶融塩中に浸漬し、ガラス中のイオン
［］と溶融塩中のイオン［］とのイオン交換
を行なう。この状態ではガラス体中のイオン
［］の濃度は拡散して破線曲線４のように変化
すると共に、イオン［］が実線５のように拡散
する（第２Ｂ図）。イオン交換が充分に行なわれ、
平衡状態に達した段階で（第２Ｃ図）、ガラス体
は直線５で示すごとく中心から半径rpにわたつて
一様のイオン濃度となり、溶融法では調整が困難
な組成の高屈折率のガラス体となる。このガラス
体を溶融塩から取り出し、次にKNO3やNaNO3
等イオン［］よりも屈折率への寄与の小さなイ
オン（イオン［］を含む溶融塩中に浸漬し（第
２Ｄ図）、ガラス中のイオン［］と溶融塩中の
イオン［］とのイオン交換を行なう（第２Ｅ
図）。この工程でイオン［］の濃度分布（符号
５）を制御することにより屈折率差の大きなガラ
ス体を得る（第２Ｆ図）。なお符号６はイオン
［］による濃度分布を示している。
本発明はガラス体の形状を変えることにより、
種類の異なる屈折率分布型レンズを作製すること
ができる。たとえば第３Ａ図に示すように円柱状
のガラス体を用いることにより、第３Ｂ図のごと
く中心から半径方向に屈折率が低下する屈折率分
布型ロツドレンズが作製でき、第４Ａ図に示すよ
うに、板状のガラス体の両面からイオン交換する
ことにより、第４Ｂ図のごとく厚さ方向にのみ屈
折率分布を有する一方向屈折率分布型スラブレン
ズを作製することができる。また第５Ａ図に示す
ような球状のガラス体を用いることにより、第５
Ｂ図のごとく中心から半径方向に屈折率が変化す
る屈折率分布型球レンズの作製も可能である。
またイオン［］をガラス体内へ導入する工程
において、イオン交換時間を調整し、濃度分布が
不均一な状態で第２段階のイオン交換を行なうこ
とにより、最終的に得られる濃度分布を制御する
こともできる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれ
に限定れるものではない。
実施例 １ モル％で40％のNa2Ｏを含有するリン酸塩ガラ
スから成る直径３mmのガラス棒を重量％で
AgNo340％、KNO360％の400℃の溶融塩中に
240時間浸漬して、Na+とAg+のイオン交換を行
なつた。次にこのガラス棒を400℃のNaNO3中に
浸漬して第２段階のイオン交換を行なつた。この
工程でイオン交換時間と共にAg+の濃度分布が変
化し、イオン交換時間を18時間とすることにより
得られたレンズは屈折率差0.14、開口数0.69であ
つた。
実施例 ２ TiF6と称される光学ガラスを実施例１と同組
成で350℃の溶融塩中に浸漬して第１工程のイオ
ン交換を行なうことにより、ガラス体の屈折率は
1.617から1.816に変化した。次にこのガラス体を
350℃のKNO3中に浸漬して第２工程のイオン交
換を行なうことにより、ガラス表面の屈折率は
1.683に変化し、中心との屈折率差として0.133が
得られた。
実施例 ３ BK7と称される光学ガラスの直径１mmの棒を
モル％でＴ2SO430％、ZnSO440％、K2SO430
％から成る540℃の溶融塩中に浸漬し、第１工程
のイオン交換を行なうことにより、屈折率が
1.517から1.596へと変化した。このガラス棒を
540℃のKNO3溶融塩中に浸漬して再びイオン交
換することにより、表面の屈折率は1.569となり、
中心部との屈折率差は0.052となつた。
［発明の効果］ 本発明は高屈折率を生ずるイオンをガラス体内
に導入する工程と、ガラス体外部へ拡散させるこ
とにより、分布を形成する工程との２回のイオン
交換を行なうものであるから、高屈折率を生じる
イオンの濃度の高いガラス体が得られ、これを用
いて開口数の大きな屈折率分布型レンズを安定に
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はSiO2−TiO2−M′2Ｏ系（M′＝Li，
Na，Ｋ）のガラス化範囲の説明図、第２Ａ図〜
第２Ｆ図は本発明における一連の製造工程におけ
るイオンの濃度分布の変化の説明図、第３Ａ図お
よび第３Ｂ図は屈折率分布型ロツドレンズの斜視
図とその屈折率分布の説明図、第４Ａ図および第
４Ｂ図は一方向屈折率分布型スラブレンズの斜視
図とその屈折率分布の説明図、第５Ａ図および第
５Ｂ図は屈折率分布型球レンズとその屈折率分布
の説明図である。 １……Li2Ｏのガラス化範囲、２……Na2Ｏの
ガラス化範囲、３……K2Ｏのガラス化範囲、４
……イオン［］の濃度分布、５……イオン
［］の濃度分布、６……イオン［］の濃度分
布、７……屈折率分布型ロツドレンズ、９……屈
折率分布型スラブレンズ、１１……屈折率分布型
球レンズ、８，１０，１２……屈折率分布曲線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス体を、該ガラス体を構成するイオン
    ［］よりも高屈折率を生じ、しかもガラス中に
    イオン拡散が可能なイオン［］を含む溶融塩中
    に浸漬して、ガラス体中のイオン［］とイオン
    ［］を交換することにより、ガラス体の屈折率
    を一様に増加させる第一の工程と、上記工程にお
    いて得られたガラス体をイオン［］よりも低い
    屈折率を生じるイオン［］を含む溶融塩中に浸
    漬して、当該ガラス体中のイオン［］とイオン
    ［］とを所定の屈折率分布を形成するようにイ
    オン交換する第２の工程とを含む屈折率分布型レ
    ンズの製造法。 ２ ガラス体として円柱状の形状を有するものを
    使用し、中心から半径方向に屈折率が低下する屈
    折率分布型レンズを作成することを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の屈折率分布型レンズの
    製造法。 ３ ガラス体として板状の形状を有するものを使
    用し、厚さ方向にのみ屈折率分布を有する屈折率
    分布型レンズを形成することを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の屈折率分布型レンズの製造
    法。 ４ ガラス体として球状の形状を有するものを使
    用し、中心から半径方向に屈折率が変化する屈折
    率分布型レンズを作成することを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の屈折率分布型レンズの製
    造法。 ５ 第１の工程で高屈折率を生ずるイオン［］
    としてAg+、Ｔ+またはLi+を用いることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の屈折率分布型
    レンズの製造法。 ６ ガラス体としてリン酸塩ガラスを、また第１
    の工程で高屈折率を生ずるイオン［］として
    Ag+を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の屈折率分布型レンズの製造法。
JP60063697A 1985-03-29 1985-03-29 屈折率分布型レンズの製造法 Granted JPS61222943A (ja)

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