JPH0645478B2 - 赤外線透過性ガラスファイバー - Google Patents
赤外線透過性ガラスファイバーInfo
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- JPH0645478B2 JPH0645478B2 JP22137688A JP22137688A JPH0645478B2 JP H0645478 B2 JPH0645478 B2 JP H0645478B2 JP 22137688 A JP22137688 A JP 22137688A JP 22137688 A JP22137688 A JP 22137688A JP H0645478 B2 JPH0645478 B2 JP H0645478B2
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- JP
- Japan
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- glass
- fiber
- infrared
- composition
- loss
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- C03C13/043—Chalcogenide glass compositions
- C03C13/044—Chalcogenide glass compositions containing halogen, e.g. chalcohalide glass compositions
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、長波長領域まで良好な赤外線透過性を示し、
特に産業上、センサー及び光導波路用の材料として５〜
12μｍの波長域に於て、低損失な光透過窓を有する赤外
線透過性ファイバーの作成に達するガラス材料に関する
ものである。
特に産業上、センサー及び光導波路用の材料として５〜
12μｍの波長域に於て、低損失な光透過窓を有する赤外
線透過性ファイバーの作成に達するガラス材料に関する
ものである。
［従来の技術］ 従来、赤外線透過性ガラス材料としては、カルコゲン元
素を原料として含むカルコゲナイドガラスが有望視され
ている。カルコゲナイドガラスの例としては、Ａｓ−Ｓ
及び又はＳｅ系ガラス、Ｇｅ−Ｓ及び又はＳｅ系ガラス
及びＧｅ−Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｅ系ガラスファイバーなど、
組成にＧｅ、Ａｓ、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅ等を含む材料が調
べられている。しかしながら、これらの赤外線透過性ガ
ラスファイバーは以下に述べる点で欠点が有り、波長10
μｍ以上で低損失な光透過性が得られないのが現状であ
る。
素を原料として含むカルコゲナイドガラスが有望視され
ている。カルコゲナイドガラスの例としては、Ａｓ−Ｓ
及び又はＳｅ系ガラス、Ｇｅ−Ｓ及び又はＳｅ系ガラス
及びＧｅ−Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｅ系ガラスファイバーなど、
組成にＧｅ、Ａｓ、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅ等を含む材料が調
べられている。しかしながら、これらの赤外線透過性ガ
ラスファイバーは以下に述べる点で欠点が有り、波長10
μｍ以上で低損失な光透過性が得られないのが現状であ
る。
［発明が解決しようとする課題］ カルコゲナイドガラス元素であるＳ、Ｓｅ及びＴｅとＧ
ｅ及びＡｓ等を組成成分として含むカルコゲナイドガラ
スファイバーでは、Ａｓ−Ｓ又はＳｅ結合、Ｇｅ−Ｓ又
はＳｅ結合の格子振動の多音子吸収によって、長波長域
での光透過性が制限されている。例えば、Ａｓ−Ｓ系ガ
ラスファイバーでは６μｍ以上、Ｇｅ−Ｓｅ系ガラスフ
ァイバーでは８μｍ以上、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓｅ系ガラスフ
ァイバーでは９μｍ以上、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｅ系ガ
ラスファイバーでは、10μｍ以上の波長域で上述した原
料元素間の結合に基づく多音子吸収によって光損失が制
限されているのが現状であり、より長波長域で低損失な
光ファイバーを供するのは事実上困難である。
ｅ及びＡｓ等を組成成分として含むカルコゲナイドガラ
スファイバーでは、Ａｓ−Ｓ又はＳｅ結合、Ｇｅ−Ｓ又
はＳｅ結合の格子振動の多音子吸収によって、長波長域
での光透過性が制限されている。例えば、Ａｓ−Ｓ系ガ
ラスファイバーでは６μｍ以上、Ｇｅ−Ｓｅ系ガラスフ
ァイバーでは８μｍ以上、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓｅ系ガラスフ
ァイバーでは９μｍ以上、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｅ系ガ
ラスファイバーでは、10μｍ以上の波長域で上述した原
料元素間の結合に基づく多音子吸収によって光損失が制
限されているのが現状であり、より長波長域で低損失な
光ファイバーを供するのは事実上困難である。
従って、本発明の目的は、長波長域で光透過性を有し、
しかもファイバー紡糸中にも結晶化しない安定な赤外線
透過性材料を供し、上記ガラス材料を用いた低損失で長
尺なガラスファイバーを提供する点にある。
しかもファイバー紡糸中にも結晶化しない安定な赤外線
透過性材料を供し、上記ガラス材料を用いた低損失で長
尺なガラスファイバーを提供する点にある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は組成比がそれぞれＳ
ｅが20〜70at.％、Ｔｅが10〜40at.％及びＩが20〜48a
t.％から成り、その組成比の合計が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。
ｅが20〜70at.％、Ｔｅが10〜40at.％及びＩが20〜48a
t.％から成り、その組成比の合計が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。
ここで述べたＳｅ−Ｔｅ−Ｉ系カルコゲナイドガラスに
関してはジェイ・ルーカスほか、「エス ピイ アイ
イー」第843巻、インフラレッド オプチカル マテリ
アルズ アンド ファイバースＶ」（Ｊ．Lucas et al.
SPIE Vol.843 infrared optical Materials and Fibers
V(1987)P.2）により報告されているが、ファイバー紡
糸等に耐え得る安定な組成範囲に関する検討はなされて
いない。本発明は上記した組成比に限定することにより
長波長域では低損失のガラスファイバーを得たものであ
る。
関してはジェイ・ルーカスほか、「エス ピイ アイ
イー」第843巻、インフラレッド オプチカル マテリ
アルズ アンド ファイバースＶ」（Ｊ．Lucas et al.
SPIE Vol.843 infrared optical Materials and Fibers
V(1987)P.2）により報告されているが、ファイバー紡
糸等に耐え得る安定な組成範囲に関する検討はなされて
いない。本発明は上記した組成比に限定することにより
長波長域では低損失のガラスファイバーを得たものであ
る。
カルコゲナイドガラスの赤外線透過性はガラス母体を構
成する原料元素間の結合に基づく格子振動によって制限
される。Ａｓ及び又はＧｅを原料元素として含むカルコ
ゲナイドガラスは、例えばＡｓ−Ｓ又はＳｅ結合、Ｇｅ
−Ｓ又はＳｅ結合基づくガラス固有の多音子吸収により
長波長での赤外線透過性が決定される。従って、長波長
域での光損失を低くするためには、ガラス固有の格子振
動による吸収を長波長側に移動させる必要がある。この
格子振動の振動数（ν）は、ガラス構成元素の原子量に
反比例しており、従って、格子振動の波長（λ＝ｃ／
ν）はガラス構成元素の原子量に比例し、ガラス構成元
素の原子量が大きいものほどより長波長側に移動するこ
とになる。
成する原料元素間の結合に基づく格子振動によって制限
される。Ａｓ及び又はＧｅを原料元素として含むカルコ
ゲナイドガラスは、例えばＡｓ−Ｓ又はＳｅ結合、Ｇｅ
−Ｓ又はＳｅ結合基づくガラス固有の多音子吸収により
長波長での赤外線透過性が決定される。従って、長波長
域での光損失を低くするためには、ガラス固有の格子振
動による吸収を長波長側に移動させる必要がある。この
格子振動の振動数（ν）は、ガラス構成元素の原子量に
反比例しており、従って、格子振動の波長（λ＝ｃ／
ν）はガラス構成元素の原子量に比例し、ガラス構成元
素の原子量が大きいものほどより長波長側に移動するこ
とになる。
本発明で提供されるカルコゲナイドガラスの原料元素
は、Ｓｅ（原子量78.96）元素よりも原子量の小さな元
素、例えばＳ（原子量32.06）、Ｇｅ（原子量72.59）及
びＡｓ（原子量74.92）等を含まず、原子量の大きいカ
ルコゲナイド元素Ｔｅ（原子量127.6）及びハロゲン元
素Ｉ（原子量126.9）から成るため、ガラス母材の格子
振動に基づく多音子吸収を長波長側に移動させることが
可能となる。従って、長波長域で低損失なガラスを作成
することが出来る。また、上述したガラスを紡糸するこ
とにより長波長域で低損失な赤外線透過性ファイバーを
作成することが可能となる。特に、炭酸ガスレーザ波長
10.6μｍでの損失を低くする目的を達成するためには、
多音子吸収を長波長側へ移動させる原子量の大きな元素
を、紡糸可能な安定ガラス化領域の中で最も多く含むＳ
ｅ25±2.5Ｔｅ30±2.5Ｉ45±2.5の組成範囲内で達成さ
れることが望ましい。
は、Ｓｅ（原子量78.96）元素よりも原子量の小さな元
素、例えばＳ（原子量32.06）、Ｇｅ（原子量72.59）及
びＡｓ（原子量74.92）等を含まず、原子量の大きいカ
ルコゲナイド元素Ｔｅ（原子量127.6）及びハロゲン元
素Ｉ（原子量126.9）から成るため、ガラス母材の格子
振動に基づく多音子吸収を長波長側に移動させることが
可能となる。従って、長波長域で低損失なガラスを作成
することが出来る。また、上述したガラスを紡糸するこ
とにより長波長域で低損失な赤外線透過性ファイバーを
作成することが可能となる。特に、炭酸ガスレーザ波長
10.6μｍでの損失を低くする目的を達成するためには、
多音子吸収を長波長側へ移動させる原子量の大きな元素
を、紡糸可能な安定ガラス化領域の中で最も多く含むＳ
ｅ25±2.5Ｔｅ30±2.5Ｉ45±2.5の組成範囲内で達成さ
れることが望ましい。
第１図で示した安定なガラス化領域の中で、特に第２図
に示した組成のガラスを合成し、ファイバー紡糸を行
い、ガラス及びファイバーの状態と損失値を調べると、
組成比Ｓｅ25Ｔｅ30Ｉ45を中心として、Ｓｅ含有量が2
7.5at%を越えても、22.5at%より少なくとも損失値は高
くなる。また、Ｔｅ含有量が減少するとガラス合成中に
ガラスが結晶化し、あるいは紡糸中にファイバーが失透
する。逆に、増加すると散乱により損失値が高くなるこ
とが判明した。また、Ｉ含有量が増加するとガラスが結
晶化し易くなり、逆に減少すると損失値は高くなること
が判った。従って、炭酸ガスレーザー波長で最も低損失
を示すガラス組成は、第２図中のＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組成
を中心としたＳｅ25±2.5Ｔｅ30±2.5Ｉ45±2.5の領域
内に限定される。
に示した組成のガラスを合成し、ファイバー紡糸を行
い、ガラス及びファイバーの状態と損失値を調べると、
組成比Ｓｅ25Ｔｅ30Ｉ45を中心として、Ｓｅ含有量が2
7.5at%を越えても、22.5at%より少なくとも損失値は高
くなる。また、Ｔｅ含有量が減少するとガラス合成中に
ガラスが結晶化し、あるいは紡糸中にファイバーが失透
する。逆に、増加すると散乱により損失値が高くなるこ
とが判明した。また、Ｉ含有量が増加するとガラスが結
晶化し易くなり、逆に減少すると損失値は高くなること
が判った。従って、炭酸ガスレーザー波長で最も低損失
を示すガラス組成は、第２図中のＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組成
を中心としたＳｅ25±2.5Ｔｅ30±2.5Ｉ45±2.5の領域
内に限定される。
［作用］ 本発明の赤外線透過性光ファイバー材料を構成するガラ
ス組成は、格子振動に基づく多音子吸収が長波長側にあ
り、長波長域の赤外線を低損失で透過することが可能と
なる。
ス組成は、格子振動に基づく多音子吸収が長波長側にあ
り、長波長域の赤外線を低損失で透過することが可能と
なる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を説明する。
表１で示した所定の組成比に成るように純度99.99999％
のＳｅ、純度99.99999％のＴｅ及び純度99.999％のＩ原
料を混合し、加熱しながら排気処理した無水石英ガラス
アンプル（内径10mmφ、肉厚2.5mm、長さ150mm）中に、
アルゴンガス雰囲気下で充填した後、真空度10-5Torrで
真空封入した。このガラス原料の入った石英ガラスアン
プルを700℃で40時間、揺藍炉中で加熱溶融合成した
後、炉から取り出し室温急冷しガラスロッドを得た。
のＳｅ、純度99.99999％のＴｅ及び純度99.999％のＩ原
料を混合し、加熱しながら排気処理した無水石英ガラス
アンプル（内径10mmφ、肉厚2.5mm、長さ150mm）中に、
アルゴンガス雰囲気下で充填した後、真空度10-5Torrで
真空封入した。このガラス原料の入った石英ガラスアン
プルを700℃で40時間、揺藍炉中で加熱溶融合成した
後、炉から取り出し室温急冷しガラスロッドを得た。
このガラスを評価するため走査温度10℃／分で示差走査
熱分析を行い、結晶化ピークの有無を調べた。第１図に
は本実施例で決定したＳｅ−Ｔｅ−Ｉ系カルコゲナイド
ガラスの熱分析に結晶化ピークの観測されない安定なガ
ラス化領域を示した。結晶化ピークの観測されないガラ
ス化領域は広い範囲で存在し、組成選択の自由度が広い
と共に、Ｓｅ−Ｔｅ−Ｉ系カルコゲナイドガラスが安定
なガラス系であることを示している。また、このガラス
化領域内のガラスでは結晶化ピークが観測されないこと
から、ファイバー紡糸中に結晶化を招くことがなく、良
好な光ファイバーを作成することが可能であることを示
している。
熱分析を行い、結晶化ピークの有無を調べた。第１図に
は本実施例で決定したＳｅ−Ｔｅ−Ｉ系カルコゲナイド
ガラスの熱分析に結晶化ピークの観測されない安定なガ
ラス化領域を示した。結晶化ピークの観測されないガラ
ス化領域は広い範囲で存在し、組成選択の自由度が広い
と共に、Ｓｅ−Ｔｅ−Ｉ系カルコゲナイドガラスが安定
なガラス系であることを示している。また、このガラス
化領域内のガラスでは結晶化ピークが観測されないこと
から、ファイバー紡糸中に結晶化を招くことがなく、良
好な光ファイバーを作成することが可能であることを示
している。
例として、上述した安定なガラス化領域内のガラスを作
成し、得られた長さ60mm、径10mmφのガラスロットを石
英ガラス製ノズルから圧力0.5kg／cm2で紡糸し光ファイ
バーを作成し、その損失を調べた。表１に得られたガラ
スファイバーの最低損失値及びその時の波長と炭酸ガス
レーザ波長10.6μｍでの損失値をまとめて示す。とくに
前述した望ましい範囲にあるＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45の組成の
ガラスファイバーの損失が最も低くいことがわかる。
成し、得られた長さ60mm、径10mmφのガラスロットを石
英ガラス製ノズルから圧力0.5kg／cm2で紡糸し光ファイ
バーを作成し、その損失を調べた。表１に得られたガラ
スファイバーの最低損失値及びその時の波長と炭酸ガス
レーザ波長10.6μｍでの損失値をまとめて示す。とくに
前述した望ましい範囲にあるＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45の組成の
ガラスファイバーの損失が最も低くいことがわかる。
この実施例から、安定なガラス化領域内から組成を選択
すれば、目的とする波長で低損失な赤外線透過性光ファ
イバーを作成することが可能である。第３図は損失の最
も少ないＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組成のガラスファイバーの波
長−損失特性を示す。10.6μｍで損失値は0.9dB/mであ
った。
すれば、目的とする波長で低損失な赤外線透過性光ファ
イバーを作成することが可能である。第３図は損失の最
も少ないＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組成のガラスファイバーの波
長−損失特性を示す。10.6μｍで損失値は0.9dB/mであ
った。
［発明の効果］ 以上述べたように、第１図のＳｅ−Ｔｅ−Ｉ系カルコゲ
ナイドガラスガラスの化領域内の組成は、ファイバー紡
糸中に結晶化することなく、長尺で安定なガラスファイ
バーを作成することが出来る。しかも、長波長域の赤外
線を良好に透過する光透過材料である。また、炭酸ガス
レーザ波長10.6μｍで低損失なファイバーを作成するこ
とが出来ることから、レーザ光導波路として、また、赤
外線を利用するセンサーや光通信等の赤外線透過用ガラ
ス材料としても使用できる利点を有している。
ナイドガラスガラスの化領域内の組成は、ファイバー紡
糸中に結晶化することなく、長尺で安定なガラスファイ
バーを作成することが出来る。しかも、長波長域の赤外
線を良好に透過する光透過材料である。また、炭酸ガス
レーザ波長10.6μｍで低損失なファイバーを作成するこ
とが出来ることから、レーザ光導波路として、また、赤
外線を利用するセンサーや光通信等の赤外線透過用ガラ
ス材料としても使用できる利点を有している。
第１図はＳｅ−Ｔｅ−Ｉ系カルコゲナイドガラスの安定
なガラス化領域を示す図、第２図はＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組
成を中心としたガラス組成と炭酸ガスレーザ波長10.6μ
ｍでの損失値を示す図、第３図はＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組成
のガラスファイバーの波長−損失特性を示す図である。
なガラス化領域を示す図、第２図はＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組
成を中心としたガラス組成と炭酸ガスレーザ波長10.6μ
ｍでの損失値を示す図、第３図はＳｅ25Ｔｅ30Ｉ45組成
のガラスファイバーの波長−損失特性を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】ガラス組成として、Ｓｅが20〜70at.％、
Ｔｅが10〜40at.％及びＩが20〜48at.％から成り、その
組成比の合計が100at.％であることを特徴とする赤外線
透過性カルコゲナイドガラスファイバー。 - 【請求項２】ガラス組成がＳｅ25±2.5Ｔｅ30±2.5Ｉ45
±2.5である請求項１記載の赤外線透過性カルコゲナイ
ドガラスファイバー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22137688A JPH0645478B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 赤外線透過性ガラスファイバー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22137688A JPH0645478B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 赤外線透過性ガラスファイバー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274539A JPH0274539A (ja) | 1990-03-14 |
| JPH0645478B2 true JPH0645478B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=16765822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22137688A Expired - Lifetime JPH0645478B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | 赤外線透過性ガラスファイバー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645478B2 (ja) |
-
1988
- 1988-09-06 JP JP22137688A patent/JPH0645478B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0274539A (ja) | 1990-03-14 |
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