CS243697B1

CS243697B1 - Selo s vysokým indexem lomu a vysokého spektrálního prostupu vhodné zejména pro výrobu optických vláken

Info

Publication number: CS243697B1
Application number: CS847452A
Authority: CS
Inventors: Ivan Fanderlik
Original assignee: Ivan Fanderlik
Priority date: 1984-10-01
Filing date: 1984-10-01
Publication date: 1986-06-12
Also published as: CS745284A1

Abstract

Sklo s vysokým indexem lomu, vysokým spektrálním prostupem ve funkční oblasti 430 až 900 nm a požadovanou dálkovou teplotní rjztažností vzhledem k obalovému sklu a zátavu do rámečku ze slitiny železa Pe, niklu Ni, ohromu Cr, je určeno zejména pro výrobu optických vláken a následné k výrobě dešti- ->■ ček z vláknové optiky. Sklo obsahuje v hmotnostní koncentraci ,0 až 14,5 % oxidu křemičitého SiO2, 0,1 až 0,3 S oxidu hlinitého AlžOp <0 až 17.5 * oxidu lenthanltáho Da2°3* a* 12.5 % oxidu boritého 26 až 27 * oxidu baroatáho BaO, 16 až 18 * oxidu titaničitáho T1O2, 6 až 9 * oxidu etrontnetáho SrO, 0,1 ež 3 % oxidu zirkoničitého ZrO2. Jsou kladeny vysoké požadavky na čistotu surovin, kterými jsou uvedené oxidy vnášeny do skla. Je definována přítomnost příměsí železa Pe v surovinách.

Description

(54) Selo s vysokým indexem lomu a vysokého spektrálního prostupu vhodné zejména pro výrobu optických vláken

Sklo s vysokým indexem lomu, vysokým spektrálním prostupem ve funkční oblasti 430 až 900 nm a požadovanou dálkovou teplotní rjztažností vzhledem k obalovému sklu a zátavu do rámečku ze slitiny železa Pe, niklu Ni, ohromu Cr, je určeno zejména pro výrobu optických vláken a následné k výrobě dešti- ->

ček z vláknové optiky.

Sklo obsahuje v hmotnostní koncentraci ,0 až 14,5 % oxidu křemičitého SiO₂, 0,1 až 0,3 S oxidu hlinitého Al_žOp <0 až

17.5 * oxidu lenthanltáho Da₂°3* ^a*

12.5 % oxidu boritého 26 až 27 * oxidu baroatáho BaO, 16 až 18 * oxidu titaničitáho T1O₂, 6 až 9 * oxidu etrontnetáho SrO, 0,1 ež 3 % oxidu zirkoničitého

ZrO₂.

Jsou kladeny vysoké požadavky na čistotu surovin, kterými jsou uvedené oxidy vnášeny do skla. Je definována přítomnost příměsí železa Pe v surovinách.

Vynález se týká složeni skla s vysokým indexem lomu, vysokým spektrálním prostupem ve funkční oblasti 430 až 900 nm, vhodného zejména k výrobé optických vláken. Optická vlákna se skládají z jádrového a obalového skla.

Stavením těchto vláken vznikají destičky z vláknové optiky, která sa obvykle zátavu ji do kovového rámečku. Vhodným kovovým rámečkem je slitina ze soustavy železa Fe, niklu Ni a chrómu Cr, která vykazuje součinitel délková teplotní roztažnosti «Ο

20-300 °0·^{,θ6 = 8}’^{5 K}‘’·

Sklo pro tyto účely musí vykazovat tak vysoký index lomu, aby po potažení obalovým sklem vykazovalo vytažená vlákno co nejvySSÍ číselnou aperturu A = 1,0. Současně musí, vzhledem k použití, vykazovat zejména pro oblast vlnových dálek 430 až 900 nm co nejvyžží prostup záření při tloužlce 5 mm minimálně 80 %, dále musí vykazovat vhodnou teplotní roztažnost pro zátav do kovového rámečku. Používané obalové sklo má v tomto případě součinitel délkové teplotní roztažnosti ·£

20-300 “ 8)3 K

Jádrová skla pro uvedená použití jaou uvedena v patentu NSR č. 1 596 946. Sklo obsahuje v hmotnostní koncentraci 5 až 15 % oxidu křemičitého SiOg, 7 až 15 % oxidu boritého ^Β2θ3» ú až 4 % oxidu vápenatého CaO, 22 až 30 % oxidu barnatého BaO, 2 až 5 % oxidu tantaličnáho TagOj» 18 až 29 % oxidu lanthanitého LagQp 8 až 14 % oxidu titaničitého TiOg, 2 až 9 % oxidu zirkoničitého ZrOg, 0 až 4 % oxidu draselného KgO^ 0 až 4 % oxidu sodného NagO, 0 až 4 % oxidu hlinitého AlgO^, 0 až 1% oxidu lithného LigO.

Součinitel délkové teplotní roztažnosti ais

425 ^OC·^{106 = 9}'^{33 až 9}»⁵⁴> index lomu n_d = 1,772 až 1,88.

Australský patent č. 56 990/69 uvádí sklo složeni ve hmotnostní koncentraci 19 až 22 % oxidu boritého BgO^, 34 až 38 % oxidu lanthanitého LagO^, 2 až 5 % oxidu hlinitého AlgO^, až 9 % oxidu zirkoničitého ZrOg, 8 až 15 * oxidu niobičnáho NbgO^, 4 až 12 % oxidu tantaličnáho TagOg, 8 až 20 % oxidu thoričitáho ThOg, méně než 6 % oxidu barnatého BaO, méně než 3 % oxidu titaničitého TiOg.

Součinitel dálková teplotní roztažnosti

425 °0·^{1θβ = 6}’^{94 až 7}·^{26 K}'* n_d = 1,85 až 1,91.

Australský prtent č. 17 343/67 udává sklo složení ve hmotnostní koncentraci 35 až 62 % oxidu germaničitého OeOg, 10 až 30 % oxidu barnatého BaO, 0 až 25 % oxidu titaničitého TiOg, 0 až 15 % oxidu lanthanitého LagO^, 0 až 10 % oxidu zirkoničitého ZrOg, 0 až 5 % oxidu tanta ličného TajO^, 5 až 15 % oxidu zinečnatého ZnO.

Součinitel délkové teplotní roztažnosti oi₄₂₅ o_c.l0⁶ - 6,8 až 7.Θ k^-’;

n_d » 1,81 až 1,90

Sovětský patent č. 192 374 uvádí sklo složení ve hmotnostní koncentraci 22 až 30 % oxidu křemičitého SiOg, 30 až 33 % oxidu olovnatého PbO, 7 až 19 % oxidu barnatého BaO, až ,2 % oxidu kademnatého CdO, 2 až 9 % oxidu zinečnatého ZnO, 3 až 5 % oxidu titaničitého T10₂, 2 až 4 % oxidu boritého ^Β2θ3’ 3 až 4 X oxidu draselného KgO, méně než 3 X oxidu vápenatého CaO a oxidu strontnatého SrO, méně než 6 X oxidu zirkoničitého Zr0_2> méně než 1 X oxidu hlinitého AlgO^, 0,3 X oxidu arzenitého AsgO^, 3 až 7 X oxidu lanthanitého La₂ ⁰3.

n_d = 1,725 až 1,739.

Francouzský patent č. 1 555 790 udává sklo složení ve hmotnostní koncentraci 5 až 30 X oxidu křemičitého SiOg, 7 až 25 X oxidu boritého BgO^, 5 až 15 X oxidu lanthanitého La₂0p 2 až 20 X oxidu titaničitého TiOg, 15 až 45 X oxidu barnatého BaO, 0 až 15 X oxidu vápenatého CaO, 0 až 15 X oxidu strontnatého SrO, 0 až 12 X oxidu hlinitého AlgO^, 0 až >2 X oxidu tantallčného TSgO^, 0 až 8 X oxidu tboričitého ThOg, 0 až 8 X oxidu zirkoničitého ZrOg.

Součinitel délkové teplotní roztažnosti *£

300 ^ο0·’°⁶ “ ⁸>^{8 K}’’^; n_d = 1,80.

Anglický patent č. 1 027 958 uvádí sklo složení ve hotnostní koncentraci 25 až 40 X oxidu křemičitého Si0₂, 0 až 30 X oxidu boritého B₂°3’ 45 X oxidu barnatého BaO, 5 až 40 X oxidu niobičného NbgO^, 0 až 15 X oxidu vápenatého CaO a oxidu strontnatého SrO, až 10 X oxidu zinečnatého ZnO a oxidu kademnatého CdO, 0 až 5 X oxidu sodného NagO a oxidu draselného KgO, a oxidu lithného LigO, 0 až 36 X oxidu lanthanitého LagOp 0 až

X oxidu titaničitého TiOg a oxidu zirkoničitého ZrO₂ a oxidu hafničitého HfOg a oxidu thoričitého ThO₂, 20 až 40 X oxidu niobičného NbgO^.

n_d ^x 1,68 až 1,81.

Patent NSR č. 1 496 524 udává sklo složení v hmotnostní koncentraci 5 až 40 X oxidu niobičného NbgO^, 25 až 40 X oxidu křemičitého SiO₂, 15 až 45 X oxidu barnatého BaO, 0 až 36 X oxidu lanthanitého LagO^, 0 až 15 X oxidu vápenatého CaO, 0 až 15 X oxidu strontnatého SrO, 0 až 10 X oxidu zinečnatého ZnO, 0 až 10 X oxidu kademnatého CdO, 0 až 5 X oxidu sodného NsgO, 0 až 5 X oxidu draselného KgO, 0 až 5 X oxidu lithného LigO, suma NbgO₅a Ta₂O₅ do 90 X, suma SiO₂ a BgO₃ do 70 X.

n_d = 1,68 až 1,81.

Patent NDR č. 84 899 uvádí sklo složení v hmotnostní koncentraci 0 až 20 X oxidu křeaičitého SiO₂, 0 až 30 X oxidu boritého BgOj, 0 až 15 X oxidu germanlčitého GeOg, 15 až 30 X oxidu lanthanitého LagO^, 0 až 10 X oxidu zirkoničitého ZrO₂, 0 až 25 X oxidu tantallčného ^t®2°5’ ⁰ ®ž 25 X oxidu niobičného NbgO^, 0 až 5 X oxidu titaničitého TiOg, 5 až 25 X oxidu barnatého BaO, 5 až 25 X oxidu vápenatého CaO, 0 až 5 X oxidu hlinitého AlgOy

Součinitel délkové teplotní roztažnosti «6

0-300 °C·¹⁰⁶ * ⁶’^{8 K} '» n_d = 1,805.

Patent SSSR č. 451 646 udává sklo složení v hmotnostní koncentraci 10 až 19 X oxidu křemičitého SiOg 9 až 14 X oxidu boritého BgOj, 16 až 23 X oxidu lanthanitého La₂O₃, 8 až

X oxidu titaničitého TiOg, 24 ež 33 X oxidu barnatého BaO, 1 až 6 X oxidu zirkoničitého

ZrO₂, 1 až 11 X oxidu niobičného NbgO^, 1 až 11 X oxidu tantaličného TagOj, 0,5 až 10 % oxidu germaničitáho GeO₂, 1 až 12 % oxidu kademnatého CdO, 0,3 až 3 % oxidu arzenitého n_d = 1,81.

Patent USA č. 3 879 207 uvádí sklo složená v hmotnostní koncentraci 4 až 16 % oxidu boritého BgO^, 10 až 20 % oxidu křemičitého SiO , 1 až 4 % oxidu hlinitého AljO^ 31 _až 35 % oxidu lanthanitého LagO^, 12 až 16 % oxidu²barnatého BaO, 2 až 6% oxidu ainečnatého ZnO, 4 až 8 X oxidu zirkoničitého ZrO₂, 5 až 13 X oxidu niobičného NbgOj, 2 až 10 * oxidu tantaličného ^τβ2°5'

Součinitel délkové teplotní roztažnost!

30-300 °0·’°^{6 = 7}'^{20 až 7}’^{24 K}i' n_d = 1,802 až 1,808.

Uvedená skla nezajišťují požadované hodnoty součinitele délkové teplotní roztažnost! pro zátav s kovovým rámečkem, jehož

20-300 °C·^{106 = 8,}5 ^K ’ a současné požadovaná hodnoty indexu lomu. Ve většině případů se neuvádí spektrální prostup Vnesením oxidů tantaličného TagO^, oxidu niobičného NbgO^, oxidu thoričitáho ThOg, oxidu germaničitáho GeO₂ a oxidu hafničitého HfO₂ se jejich výroba stává příliě nákladná, přičemž vnáěené oxidy olovnatý PbO a kademnatý CdO vzhledem k finálnímu zpracování skel, nejsou zcela vhodné.

Uvedená nevýhody se odstraní u skla složení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje v hmotnostní koncentraci 10 až 14,5 % oxidu křemičitého SiOg, 0,1 až 0,3 X oxidu hlinitého AlgO^, 16 až 17,5 % oxidu lanthanitého LagOj* 11 až 12,5 % oxidu boritého BgOp ^{28 27} * oxidu barnatého BaO, 16 až 18 % oxidu titaničitáho TiOg, 6 až % oxidu strontnatého SrO, 0,1 až 3 % oxidu zirkoničitého ZrOg.

Suroviny, jimiž se uvedená oxidy do skla vnášejí, mohou obsahovat jednotlivě v hmotnostní koncentraci železa Fe maximálně mletý křemen 0,0001 %, hydroxid hlinitý 0,002 X, oxid lanthanitý 0,003 X, kyselina boritá 0,00006 %, dusičnan barnatý 0,00006 %, oxid titanlčitý 0,003 %, dusičnan strontnatý 0,00006 %, oxid zirkoničitý 0,002 %.

Sklo podle vynálezu splňuje, oproti známým sklům souhrnně všechny požadavky kladené na jeho vlastnosti a tim se zvyšuje jeho funkční 1 užitná hodnota. Je vhodná vzhledem k vysokému Indexu lomu a vysokému spektrálnímu prostupu především pro výrobu optických vláken.

Příkladné provedení skla podle vynálezu je popsáno dále.

Sklo obsahuje v hmotnostní koncentraci 14,2 X oxidu křemičitého SiO₂, 0,3 X oxidu hli· nitého AljO^i 17,4 X oécidu lanthanitého La^O^, 12,4 X oxidu boritého BgOp ²⁷»° * oxidu barnatého BaO, 17,5 X oxidu titanlčltého TiO₂, 8,7 X oxidu strontnatého SrO, 2,5 X oxidu zirkoničitého ZrO₂.

Spektrální prostup skla v ultrafialové a viditelné oblasti spektra významně ovlivňují nečistoty, tvořící příměsi použitých surovin, zejména barvící ionty železa Fe. Je tedy nutné k vnášení oxidů do skla použít surovin definované čistoty, podle vynálezu.

Aby uvedené nečistoty neznečistily sklo při přípravě vsázky a v průběhu tavení, je nutné vyloučit kontaminaci s prachovými nečistotami přítomnými v ovzduší, míchat kmen v nekovových konteinerech, nakládat kmen do pánvičky nekovovou lopatkou. Sklo je nutné tavit v pánvičce zhotovené z velmi čisté platiny Pt, stejné tak homogenizaci skla provádět vrtulovým míchadlem zhotoveným z velmi čisté platiny Pt.

Pro tavení skla je nutné vyčlenit platinovou pánvičku včetně vrtulového míchadla a netavit v ní sklo jiného chemického složení. Sklo je taveno při teploté 1 250 °C, lití skla do bloku se provede při teplotě 950 °C.

Sklo podle vynálezu vykazuje index lomu n_e - 1,82741, n_d = 1,82144, střední disperzi n^, - n^,, = 0,02568, np - n_c = 0,02529, součinitel délkové teplotní roztažnosti oř

20-300 °c^,1° ^{= 8,5 K} prostup záření pro vlnovou délku 430 nm při tloušlce 5 mm je 82 % a pro vlnovou délku 900 nm je 87 %. Při použití obalového skla s indexem lomu ηθ = 1,52 je číselná apertura A * 1,014. Sklo nekrystalizuje při zahřívání po dobu 4 h v rozmezí teplot 709 až 972 °C.

Sklo podle vynálezu lze kromě výroby optických vláken a destiček pro vláknovou optiku použít i v klasické optice, pro výrobu speciálních optoelektronických prvků, apod.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Sklo s vysokým indexem lomu a vysokého spektrálního prostupu vhodné zejména pro výrobu optických vláken, vyznačující se tím, že obsahuje v hmotnostní koncentraci 10 až 14,5 % oxidu křemičitého SiOg, 0,1 až 0,3 % oxidu hlinitého AlgO-j, 16 až 17,5 X oxidu lanthanitého LagOj, 11 až 12,5 % oxidu boritého B^O^ 26 až 27 % oxidu barnatéhe BaO, 16 až ,8 % oxidu titaničitého TiOg, 6 až 9 % oxidu strontnatého SrO, 0,1 až 3 % oxidu zirkoničitého ZrOg, přičemž suroviny, jimiž se uvedené oxidy vnášejí do skla, mohou obsahovat jednotlivě v hmotnostní koncentraci železa Fe maximálně do 0,0001 % mletý křemen, 0,002 % hydroxid hlinitý, 0,003 % oxid lanthanitý, 0,00006 % kyselina borité, 0,00006 % dusičnan barnatý, 0,003 % oxid titaničitý, 0,00006 % dusičnan strontnatý, 0,002 % oxid zirkoničitý.