JPH0472781B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は波長２〜15μmの広い赤外波長域で光
透過性を有し、特に波長５〜12μmの赤外光を低
損失で伝送可能な赤外光透過フアイバの製作に適
するガラス材料及びその材料を用いたガラスフア
イバに関するものである。 ［従来の技術］ 従来、光フアイバは石英系ガラス材料から作製
されていた。しかし、この種のガラスでは低損失
波長領域がSi−Ｏ結合の格子振動に起因する赤外
吸収および散乱によつて波長0.6〜1.7μmの領域に
限られ、それ以上長い波長の光は光フアイバの損
失が急激に増し、ほとんど吸収されてしまう欠点
があつた。従つて、例えばレーザー加工やレーザ
ーメスに用いられるCOレーザー光（波長５〜
7μm）やCO₂レーザー光（波長10.6μm）などは石
英系ガラスのフアイバでは伝送が不可能である。 波長２〜15μm領域の赤外光を透過できる赤外
吸収端が長波長に位置する材料の例として、多結
晶光フアイバおよびカルコゲナイドガラスが有望
視されている。多結晶光フアイバの例としては、
TlBr−TlI（略称、KRS−５と呼ばれている）ハ
ライド結晶材料を用いたものが、またカルコゲナ
イドガラスフアイバの例としてはAs−Ｓ系ガラ
ス、Ge−Ｐ−Ｓ系ガラスおよびGe−As−Se系ガ
ラスフアイバなどのＳやSe等を含む材料が考え
られているが、これら光フアイバ材料は以下に述
べるような欠点があるので、波長５〜12μmの赤
外光を低損失で透過し、長尺でかつ熱的に安定な
光フアイバを実現することはできなかつた。 ［発明が解決しようとする問題点］ 結晶系光フアイバでは、フアイバの長尺化が困
難であり、結晶粒界での光散乱が不可避であり、
曲げによつて損失が増加するため、低損失化が難
しく、可撓性に乏しい。一方、ＳやSe等を含む
カルコゲナイドガラスフアイバでは、結晶系光フ
アイバに見られる欠点はないが、As−Ｓ系ガラ
スフアイバでは6μm以上の波長域でGe−Ｐ−Ｓ
系ガラスフアイバでは5μm以上波長域で、また
Ge−As−Se系ガラスフアイバでは9μm以上の波
長域でそれぞれ赤外吸収により損失が急増し、例
えばCo₂レーザー（波長10.6μm）伝送に供するに
は実用上困難である。 従つて、本発明の第１の目的は、波長２〜
15μmの広い領域で透過性を有し、特に波長５〜
12μmの領域において低損失な赤外光透過フアイ
バ材料を提供する点にある。また、第２の目的は
上記材料を用いたガラスフアイバを提供する点に
ある。 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明はGeが５〜
35at％（原子パーセント以下同じ）、Asが10〜
50at％、Seが10〜50at％およびTeが20〜60at％
からなり、これら成分の合計が100at％であるこ
とを特徴とするカルコゲナイドガラスを使用する
ことにより達成される。実施例でも示すようにこ
の範囲以外ではガラス化はきわめて困難である。 カルコゲナイドガラス材料を用いた光フアイバ
の赤外光に対する損失の大きさは、主にガラス母
体の格子振動に依存する。したがつて、赤外光に
対する損失を小さくするためには、格子振動によ
る吸収を長波長域に移動させる必要がある。その
ためにガラス組成原子の原子量を大きくすること
が考えられる。すなわち、格子振動の振動数
は、 ＝（１／2π）（ｆ／μ）^1/2 で表わされる。ここで、ｆは結合定数、μは構成
原子の換算原子量である。従つて、格子振動の波
長λは、λ＝Ｃ／で表わされるので、原子量を
大きくすれば格子振動の波長が大きくなることが
わかる。 本発明によつて提供されるカルコゲナイドガラ
ス材料の組成は、原子量の大きいカルコゲナイト
元素Te原子量（127.6）を含むことにより、ガラ
ス材料の格子振動を長波長域に移動させることが
できる。また、上記組成でTe含量を変えること
により、屈折率に相対的差を持たせたガラスから
なるコアークラツド構造の光フアイバを作成する
ことが可能となる。 ［作用］ 本発明の光フアイバ材料を構成するガラス組成
は、長波長域に格子振動を移動させることによ
り、波長２〜15μm領域の赤外光を低損失で伝送
することが可能となる。また本発明の組成はガラ
ス化領域が大きく、ガラス化に必要な冷却速度が
小さく、安定性が良いガラスフアイバ材料を作製
することが可能となる。 ［実施例］ 以下、本発明の実施例を説明する。 実施例 １ 表１で示した組成割合になるように純度99.999
％のSeインゴツト、純度99.99999％のAsシヨツ
トおよび純度99.9999％のTeインゴツトの粉砕物
を混合し、混合物に原料中の酸素不純物による光
吸収に伴う光伝送損失を少なくするために、金属
Mgを100ppm添加し、石英ガラスアンプル（内
径13mmφ、肉厚1.2mm、長さ100mm）に真空度が
10^-6Torrになるように真空封入し、850℃で６時
間予備加熱した後、急冷しAs−Se−Te化合物を
得た。 次に温度900℃で２時間水素還元した純度
99.9999％のGe粒塊（５mm角程度）に、上記で述
べたAs−Se−Te化合物を温度850℃で石英ガラ
ス製蒸留容器中にて真空蒸留を行い移し、移し終
えた容器部分の両端をバーナーで融封し、ガラス
合成用容器とした。続いて揺らん炉に入れ、揺ら
んしながら500℃に予備加熱した後、900℃に加熱
し、24時間保持した。その後炉から取出し急冷し
カルコゲナイドガラスを得た。 次にこのガラスを評価するために、示差走査熱
分析およびＸ線分析を行いガラス化領域を決定し
た。表１にTe含有量が20、30、40、50および
60at％のGe−As−Se−Te系カルコゲナイドガラ
スの走査温度10℃／分で測定温度500℃までに観
測されたガラス転移点を例示する。

【表】 第１図ないし第５図はGe−As−Se−Te系ガラ
スの三角図を示す。すなわち、第１図にTe含有
量が20at％，第２図にTe含有量が30at％、第３
図にTe含有量が40at％、第４図にTe含有量が
50at％及び第５図にTe含有量が60at％であるGe
−As−Se−Te系ガラスは広いガラス化領域を持
つており、安定なガラスであることを示してい
る。 ガラス組成Ge₂₀As₃₀Se₂₀Te₃₀を例として、ガラ
スブロツクから切り出した円板の両端を平面研磨
し、赤外透過率を測定した。第６図に赤外透過率
（％）を例示する。波長域２〜15μmの赤外光を良
く透過している。 上記の場合と同様に作製したGe₂₀As₃₀Se₃₀Te₂₀
ガラスを切断、研磨して直径12mm、長さ100mmの
ガラスロツドを得、石英製ノズルから圧力0.5
Kg／cm²で引き出して光フアイバにした。この時の
ノズル径は３mm、加熱温度は420℃である。この
フアイバの最低損失は0.5dB／ｍと極めて低損失
であつた。10.6μmでは2.5dB／ｍであつた。 実施例 ２ Te含有量の異なる組成を用い、相対手金い屈
折率差をもたせたガラスからなるコア・クラツド
構造の光フアイバを作成し、損失を測定した。例
えば組成Ge₃₀As₁₃Se₂₇Te₃₀ガラスをコア材とし、
組成Ge₂₅As₂₅Se₃₅Te₁₅ガラスをクラツド材とし、
温度407℃、圧0.3Kg／cm²の条件で加圧ロツドイン
チユーブ法を用いてフアイバ化した。得られたコ
ア・クラツド構造の光フアイバの損失は、最低損
失が0.35dB／ｍ、10.6μmでは2dB／ｍであり、
コアクラツド構造ではないフアイバよりも低損失
になる利点がある。 ［発明の効果］ 以上で述べたように、本発明の赤外光透過性カ
ルコゲナイドガラスは、波長域２〜15μmにおい
て、赤外味透過性が良く、ガラス化領域が広く安
定なものであり、赤外光を用いた光通信やレーザ
ーパワー伝送が可能となるガラス材料として使用
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はTe含有量20at％のGe−As−Te系ガ
ラスの三角図、第２図はTe含有量30at％のGe−
As−Se−Te系ガラスの三角図、第３図はTe含
有量40at％のGe−As−Se−Te系ガラスの三角
図、第４図はTe含有量50at％のGe−As−Se−
Te系ガラスの三角図、第５図はTe含有量60at％
のGe−As−Se−Te系ガラスの三角図をそれぞれ
示しており、三角図中の斜線はガラス化領域を示
している。第６図はGe−As−Se−Te系ガラスの
赤外透過率（試料厚５mm）を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Geが５〜30at％、Asが10〜50at％、Seが10
   〜50at％、Teが20〜60at％からなり、この組成
   の合計が100at％であることを特徴とする赤外光
   透過フアイバ用材料。 ２ Geが５〜30at％、Asが10〜50at％、Seが10
   〜50at％、Teが20〜60at％からなり、この組成
   の合計が100at％である赤外光透過フアイバ用材
   料よりなるガラスフアイバであつて、Te含有量
   がクラツド材料より大である組成のガラスをコア
   としたことを特徴とするガラスフアイバ。