JPH0723232B2

JPH0723232B2 - テルライトガラス及びこのガラスを用いてなる光変調・光偏光素子

Info

Publication number: JPH0723232B2
Application number: JP13089686A
Authority: JP
Inventors: 敏隆中嶌
Original assignee: ホ−ヤ株式会社
Priority date: 1986-06-05
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: JPS62288135A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はテルライトガラスに関し、特に光変調・光偏向
素子などの音響光学素子用の音響光学媒体や、高屈折率
ガラス及び低融点ガラスなどの各種光学ガラスに利用可
能なテルライトガラスに関する。

〔従来の技術〕

従来のテルライトガラスとしては、高屈折高分散光学ガ
ラス及び音響光学素子用媒体としてそれぞれ次のものが
知られている。

（１）モル％で、TeO₂が50〜65、WO₃が20〜30、Li₂Oが1
0〜20からなる基礎ガラスに、K₂Oが２〜10、MgOが１〜
４、BaOが１〜６、ZnOが１〜８、CdOが１〜５、TiO₂が
1.5〜６、PbOが0.5〜10、La₂O₃が0.5〜５、B₂O₃が１〜
６、Nb₂O₅が１〜６及びBi₂O₃が２〜８の１種又は２種以
上を含有させて100％としたテルライトガラス（特公昭4
8-9083号公報、以下、「従来例１」という。）。

（２）モル％で、TeO₂が60〜75、ZnOが５〜20、Na₂OとL
i₂Oの合量が５〜20、PbOが０〜15、BaOが０〜16及びLa₂
O₃が０〜10なる組成を有するテルライトガラス（特公昭
52-28454号公報、以下、「従来例２」という。）。

従来例１のテルライトガラスは失透に対し安定で、化学
的耐久性を向上することができ、従来例２のテルライト
ガラスはフィギュア・オブ・メリットMeの値を高くし、
超音波吸収を少なくすることができる点でそれぞれ特徴
を有する。

テルライトガラスの代表的応用例として、音響光学変調
素子の基本的構成は、テルライトガラスをブロック状に
加工した音響光学媒体と、この媒体の上面に接着された
トランスジューサと、このトランスジューサと対向する
媒体の下面に配置された吸音材とからなり、その作用に
ついては、変調信号をトランスジューサに印加して、超
音波信号に変換し、この超音波信号を媒体内に伝搬する
一方、この伝搬する超音波の波面に対してブラック角θ
_Bでレーザビームを媒体側面から入射した場合、出射レ
ーザビームとしては直進するＯ次光の他に、前記波面の
反射点を中心にしてＯ次光の光路から２θ_Bだけ回折す
る１次回折光が出射する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来例１及び２のテルライトガラスを音
響光学素子の音響光学媒体に使用した場合、前述した１
次回折光の出射レーザビームが位置ドリフトを発生して
しまう。この位置ドリフト量は、トランスジューサに印
加する電力が1Wであるとき、通常0.1〜0.15mradであ
り、その発生原因は、トランスジューサ、接着層及び媒
体の温度上昇によるものと思われる。かゝる温度上昇は
媒体中に屈折率の変化をもたらし、次式で表わされる光
路長の温度変化dS/dTの大小により、位置ドリフト量が
左右すると考えられる。

dS/dT＝（dn/dt）＋α（ｎ−１）ここで、dn/dtは屈折率ｎの温度変化、αは膨張率であ
る。

超音波吸収の大きいガラスを、音響光学素子として使用
する場合、超音波の吸収されたエネルギーは熱に変換さ
れる為、媒体中に屈折率の変化をもたらし、波面歪みを
生じさせる原因となる。又、超音波吸収の小さいものに
比べて同じ光変調偏向効果を得るのに、より多くのパワ
ーが必要となる。これらの事は、長円形断面の入射ビー
ムを用いる光偏向器において、特に顕著となる。又、超
音波吸収は、一般的に超音波の周波数の二乗に比例する
為、超音波吸収の大きな媒体では高い周波数にすればす
る程、回折効率が落ちる結果となる。

本発明は、上述した位置ドリフトの発生という問題点を
解決し、かつ超音波吸収を小さくするためになされたも
のであり、音響光学素子用媒体において光路長の温度依
存性を少なくし、かつ超音波吸収の小さいテルライトガ
ラスを提供することを目的とし、先の従来例１及び２の
テルライトガラスよりも、音響光学素子としての光路長
の温度変化ds/dTおよびフィギュア・オブ・メリットMe
の性能を落とす事なく、超音波吸収を小さくしたテルラ
イトガラスを提供する為になされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を積み
重ねた結果、特に光路長の温度変化dS/dTを小さくする
のに有効な修飾酸化物として、アルカリ土類金属酸化物
ではBaOと、アルカリ金属酸化物ではK₂O、Rb₂O及びCs₂O
の成分、特にRb₂O及びCs₂Oの成分を見い出し、さらにこ
れらの酸化物をハロゲン化物に置き換える事により、顕
著に、超音波吸収を効果的に小さくする事を見い出し
た。

そこで、音響光学的性質の点からフィギュア・オブ・メ
リットMeの値が高いテルライトガラスの組成に上記修飾
酸化物とハロゲン化物を含有させる適当量を見い出し
て、本発明を完成するに至った。

本発明によるテルライトガラスは、モル％で、TeO₂が60
〜85、BaOが１〜30、K₂OとRb₂OとCs₂Oの合量が１〜25、
ZnOとPbOの合量が１〜30であり、前記K₂O、Rb₂O及びCs₂
Oは好ましくはそれぞれ、K₂Oが０〜25、Rb₂Oが０〜25、
Cs₂Oが０〜15であり、前記ZnO、PbOは好ましくはそれぞ
れ、ZnOが０〜30、PbOが０〜30であり、その外に、追加
成分として、Li₂Oが０〜25、Na₂Oが０〜35、MgOが０〜1
0、CaOが０〜５、SrOが０〜５、及びLa₂O₃とZrO₂とTiO₂
とNb₂O₅とTa₂O₅とWO₃の合量が０〜５を用いることがで
き、前記酸化物のハロゲン化物が、陰イオンモル％で、
ＦとClとBrの合量Ｆ＋Cl＋Brが１〜20であり、前記Ｆ、
Cl及びBrは好ましくはそれぞれ、Ｆが０〜20、Clが０〜
18、Brが０〜18である組成を有することを特徴とする。

さらに、K₂Oを除いたRb₂OとCs₂Oの合量は１〜25モル％
が好ましい。ただし、ガラス溶融バッチとして、前記ハ
ロゲン化物以外の酸化物には、主として炭酸塩が用いら
れる。

次に、本発明のテルライトガラスの組成成分の限定理由
について述べる。

先ず、TeO₂は一般にその含有量が多い程、超音波吸収が
小さく、屈折率が大きく、フィギュア・オブ・メリット
Me値が大きくなって望ましいが、85モル％を越えるとガ
ラス化が不安定になり、前述した光路長の温度変換dS/d
Tを大きくする傾向が現われ、前述した修飾酸化物を含
有しても、このdS/dTを小さくすることが困難になる。
一方、TeO₂の含有量が60モル％を下まわると、フィギュ
ア・オブ・メリットMe値が小さくなる。そこで、TeO₂を
60〜85モル％（望ましくは60〜80モル％）に限定した。

次に、Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O及びCs₂Oはそれぞれガラ
ス化を安定にし、失透温度を下げるように作用するもの
であるが、各含有量が多すぎては上記作用が得られなく
なることから、Li₂Oを０〜25モル％（望ましくは、０〜
10モル％）、Na₂Oを０〜35モル％（同、０〜10モル
％）、K₂Oを０〜25モル％（同、０〜20モル％），Rb₂O
を０〜25モル％（同、０〜20モル％）及びCs₂Oを０〜15
モル％（同、０〜10モル％）に限定した。ここで、K₂O
とRb₂OとCs₂Oの合量、特にRb₂OとCs₂Oの合量は、光路長
の温度変化dS/dTを小さくするのに必須成分であり、こ
れ等の合量が１モル％を下まわるとdS/dTの減少効果が
得られず、25モル％を越えるとガラス化が不安定になる
ことから、それ等の合量を１〜25モル％（望ましくは、
１〜20モル％）に限定した。

次に、MgO、CaO、SrO及びBaOは、これ等を含有すると、
屈折率をアルカリ成分程下げることなく、ガラス化を安
定にし、かつ耐水性をよくするが、主として耐失透性を
考慮して、MgOを０〜10モル％（望ましくは、０〜５モ
ル％）、CaOを０〜５モル％（同、０〜２モル％）、SrO
を０〜５モル％（同、０〜２モル％）と限定し、BaOに
ついては、上記作用の他に、光路長の温度変化dS/dTを
小さくするのに必須成分であり、１モル％を下まわると
dS/dTの減少効果が得られないことから、１〜30モル％
（同、１〜20モル％）に限定した。

次に、ZnO及びPbOは、何れか少なくとも一方を含有する
と、耐水性と耐失透性を良好にするが、それぞれ多すぎ
るとガラス化が不安定になることから、ZnOを０〜30モ
ル％（望ましくは、０〜20モル％）、PbOを０〜30モル
％（同、０〜15モル％）とし、かつZnOとPbOの合量を１
〜30モル％（同、１〜25モル％）に限定した。

La₂O₃、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅及びWO₃は、それぞれ
耐水性を良好にし、硬度を高める効果を奏するが、それ
等の合量が多すぎると、ガラス化が不安定になると共に
難溶になり、更には光路長の温度変化dS/dTを大きくす
る傾向が現われ、前述した修飾酸化物を含有しても、こ
のdS/dTを小さくすることが困難になることを考慮し
て、それ等の合量を０〜５モル％（望ましくは、０〜２
モル％）に限定した。ガラス中のハロゲンは、超音波吸
収を小さくする効果がある為、Ｆが20モル％、Clが18モ
ル％、Brが18モル％を越えるとガラスが不安定になるこ
とから、Ｆが０〜20モル％、Clが０〜18モル％、Brが０
〜18モル％が望ましく、かつＦとClとBrの合量が１モル
％を下まわると超音波吸収を小さくする効果が得られ
ず、20モル％を超えるとガラスが不安定になることか
ら、Ｆ、Cl、Brの合量Ｆ＋Cl＋Brが１〜20モル％に限定
した。

〔実施例〕

本発明のテルライトガラスによる実施例１〜12と、比較
例１〜４の成分組成（モル％）及び20〜40℃における光
路長の温度変化dS/dT（×10^-6/deg）とフィギュア・オ
ブ・メリットMe（×10^-18sec³/g）及び超音波吸収（dB/
cm）を表に記載する。

これ等のテルライトガラスは、それぞれの組成になるよ
うに調合した原料（バッチ）を金製ルツボに入れて、60
0〜800℃で溶解し、撹拌清澄した後、鋳込んで徐冷して
製造される。ハロゲン（Ｆ、Cl、Br）添加テルライトガ
ラスは、金製の蓋をして、同様に製造される。そして、
光路長の温度変化dS/dTについては、これ等のテルライ
トガラスをディスク状（直径15mm,厚さ5mm）に加工・研
磨したものを資料として、20℃から40℃まで昇温速度約
１℃/minで加熱して、屈折率ｎをスペクトロメータ（精
密分光計）で測定し、dS/dTと膨張率αを干渉膨張計を
用いて測定して先の式より計算して求め、フィギュア・
オブ・メリットMe値については、これ等のテルライトガ
ラスを〔従来の技術〕の項で記述したようにブロック状
の音響光学媒体に加工し、音響光学変調素子を製作し
て、ディキソン・コーヘン法により求めた。また超音波
吸収の測定は試料中に超音波パルスを送り、その往復に
よる減衰を測定する超音波パルスエコー法によって行っ
た。

表の記載から明らかな通り、比較例１の酸化物の一部を
ハロゲン化物に置き換えた実施例1,2,3、比較例２の酸
化物の一部をハロゲン化物に置き換えた実施例4,5,6、
比較例３の酸化物の一部をハロゲン化物に置き換えた実
施例7,8,9,および比較例４の酸化物の一部をハロゲン化
物に置き換えた実施例10,11,12は、それぞれの比較例と
対比して、フィギュア・オブ・メリットMe値についてほ
とんど同等に維持し、かつ、光路長の温度変化dS/dTの
絶対値を2.0×10^-6/deg以下にすると同時に、超音波吸
収の値が、75〜50％程度まで減少している事が判る。

その他の光学特性については、屈折率が1.9〜2.2、融点
に関する屈状点が280〜330℃であった。

本発明のテルライトガラスの応用例については、上述し
た音響光学変調素子の他に音響光学偏向素子などの音響
光学素子や、各種光学ガラスとして特徴を活かして利用
することができる。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明のテルライトガラスは、フィギュ
ア・オブ・メリットMeを良好な値に維持して、光路長の
温度変化dS/dTを小さくし、かつ超音波吸収を小さくす
ることができ、特に音響光学素子用の音響光学媒体にお
いて実用的価値は多大である。なお、各種光学ガラスに
使用可能であることはいうまでもない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モル％で、TeO₂が60〜85、BaOが１〜30、K
₂OとRb₂OとCs₂Oの含量が１〜25、ZnOとPbOの含量が１〜
30であり、前記酸化物のハロゲン化物が、陰イオンモル
％で、ＦとClとBrの含量Ｆ＋Cl＋Brが１〜20である組成
を有することを特徴とするテルライトガラス。
【請求項２】モル％で、Li₂Oが０〜25、Na₂Oが０〜35、
K₂Oが０〜25、Rb₂Oが０〜25、Cs₂Oが０〜15、MgOが０〜
10、CaOが０〜５、SrOが０〜５、ZnOが０〜30、PbOが０
〜30、及びLa₂O₃とZrO₂とTiO₂とNb₂O₅とTa₂O₅とWO₃の含
量が０〜５であり、前記酸化物のハロゲン化物が、陰イ
オンモル％で、Ｆが０〜20、Clが０〜18、Brが０〜18、
ＦとClとBrの含量Ｆ＋Cl＋Brが１〜20である組成を有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のテ
ルライトガラス。
【請求項３】K₂Oを除いたRb₂OとCs₂Oの含量が１〜25モ
ル％であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
又は第（２）項記載のテルライトガラス。
【請求項４】ガラス内を伝搬する光路長の温度変化dS/d
T（×10^-6／℃）の絶対値が２以下であることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項、第（２）項又は第
（３）項に記載のテルライトガラス。
【請求項５】音響光学媒体を伝搬する超音波によって入
射光を偏光又は変調する光偏光・光変調素子において、前記音響光学媒体が、モル％で、TeO₂が60〜85、BaOが
１〜30、K₂OとRb₂OとCs₂Oの合量が１〜25、ZnOとPbOの
含量が１〜30であり、前記酸化物のハロゲン化物が、陰
イオンモル％で、ＦとClとBrの合量Ｆ＋Cl＋Brが１〜20
である組成を有するテルライトガラスからなることを特
徴とする光偏光・光変調素子。