DE1913358C - Lichtleitender optischer Glaskörper mit quer zur Lichtdurchgangsrichtung infolge einer Ionenaustauschbehandlung sich ändernden Brechungsindices und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

20 Verwirklichung einer solchen Lichtleiterfaser ange-

geben.

Ferner sind sogenannte Gaslinsen bekannt (vgl. S. 465, 466 und 467 in »The bell System Technical

Die Erfindung betrifft einen lichtleitenden optischen Journal«, März 1965). Dort ist beschrieben, daß

Glaskörper mit quer zur Lichtdurchgangsrichtung »5 Gla>uuf bauten und andere durchsichtige Aufbauten

infolge einer Ionenaustauschbehandlung sich ändern- mit einer Verteilung des Brechungsindex, die in qua-

den Brechungsindizes. Weiterhin betrifft die E-findung dratischer Abhängigkeit vom Abstand gegenüber der

ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optischen Mittellinie abnimmt oder zunimmt, einen Linseneffekt

Glaskörpers. haben. Solche durchsichtigen Linsenaufbauten mit

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die optische 30 einem derartigen Verteilungsbrechungsindex, die in Abbildungstechnik und Lichtübertragungstechnik mit der Praxis verwertbar sind, sind ebenfalls nicht verHilfe solcher Glaskörper. Ein Glaskörper nach der wirklicht worden.

Erfindung kann fokussierende oder divergierende Es ist zwar schon ein lichtleitender optischer Glas-

Eigenschafien haben. Bekannte Lichtleiterfasern haben körper der eingangs genannten Gattung bekannt-

fokussierende Eigenschaften. 35 geworden, jedoch ist dort der Brechungsindex im

In »Glas-Email-Keramo-Technik«, Februar 1968, Randbereich sprunghaft gegenüber dem Mittelbereich

Heft 2, 19. Jahrgang, S. 41 bis 44, sind die Eigen- verschieden, wobei der Brechungsindex sich im

schäften von Lichtleiterfasern erläutert. Eine solche Mittelbereich nicht quer zur Lichtdurchgangsrichtung

Lichtleiterfaser besteht im wesentlichen aus einem ändert (USA.-Patentschrift 3 320 114).

Kernteil aus einem lichtleitenden Stoff mit Vergleichs- 40 Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die

weise hohem Brechungsindex und einer Deckschicht Schaffung eines optischen Glaskörpers mit der

aus einem lichtleitenden Stoff mit vergleichsweise obengenannten kontinuierlichen Verteilung des Bre-

niedrigem Brechungsindex, der den Kernteil über- chungsindex innerhalb einer Querschnittsebene,

deckt. Ein durch eine Faserstirnfläche eintretendes Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch

Lichtbündel breitet sich unter fortgesetzten Total- 45 gelöst, daß sich auf Grund des Ionenaustausches quer

reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Kernteil zur Lichtdurchgangsrichtung die Konzentrationen

und der Deckschicht innerhalb der Faser aus, wie dies mindestens zweier Kationenarten in entgegengesetzter

in F i g. 1 der Zeichnungen erläutert ist. Richtung über den gesamten Querschnitt des Glas-

Eine Lichtleiterfaser dieser Art ist mit den folgenden körpers ändern und dadurch die Brechungsindizes in

Schwierigkeiten behaftet: Wenn sich das Lichtbündel, 50 dieser Richtung kontinuierlich ab- bzw. zunehmen,

dessen Amplitude sich mit sehr hoher Frequenz so daß der Lichtweg in Richtung zunehmenden

ändert und das in die Faser eingetreten ist, unter Brechungsindex gekrümmt wird,

fortgesetzter Totalreflexion ausbreitet, treten Unter- Mit einem fokussierenden oder devergierenden opti-

schiede in den Lichtweglängen der einzelnen Licht- sehen Glaskörper dieser Art erhält man ausgezeichnete

strahlen des Lichtbündels auf; daraus ergibt sich eine 55 Eigenschaften für die Lichtübertragung. Da keine

Phasenversetzung beim Austritt des Lichtbündels aus Reflexionen innerhalb des Glaskörpers auftreten,

der Faser. Wenn solche Unterschiede in der Phase ergchen sich keine Phasenunterschiede innerhalb des

vorhanden sind, ergeben sich Schwierigkeiten für die Lichtbündels am Austrittsende des Glaskörpers. Die

Verwendung der Lichtleiterfaser als Übertragungs- Verluste sind sehr gering, der Lichtbündelquerschnitt

mittel innerhalb einer Nachrichtenverbindung, wo 60 wird bei fokussierender Brechungsindexverleilung

Lichtsignale mit sehr hoher Frequenz benutzt werden. nicht vergrößert.

Wenn außerdem das einfallende Lichtbündel beim In weiterer Ausbildung schlägt die Erfindung ein

Durchgang durch die Faser an gekrümmten Grenz- Verfahren zur Herstellung eines solchen Glaskörpers

flächen innerhalb der Faser reflektiert wird, wird der mit einer solchen Kennzeichnung vor, daß ein ein

Lichtbündelquerschnitt unvermeidlich und zuneh- 65 erstes Austauschkation enthaltender Glaskörper der

mend größer; gleichzeitig treten Reflexionsverluste an Einwirkung eines zweiten Austauschkations ausgesetzt

den genannten Grenzflächen auf. Diese Erscheinungen wird und daß am Glaskörper ein Ionenaustausch be.

setzen den Wirkungsgrad einer Lichtnachi iditen- erhöhter Temperatur vorgenommen wird.

Zur Herstellung eines optischen Glaskörpers mit Ein Einfalislichtbündel 13 tritt in eine Stirnfläche des

einem Kernteil und einem Mantelteil schlägt die Kernteils ein und schließt einen Winkel mit diesen

Erfindung vor, daß ein langer, dünner Glasgegenstand Grenzflächen größer als der Winkel der Totalreflexion

mit mindestens einer zylindermantelförmigen Grenz- ein. Infolgedessen erfolgt eine fortgesetzte Reflexion

fläche auf erhöhter Temperatur gehalten wird, daß 5 an diesen Grenzflächen beim Durchgang innerhalb

zwischen im Kernbereich innerhalb der Grenzfläche des Kernteils 11.

enthaltenen Tl⁺-Ionen und im Außenbereich ent- Innerhalb eines Lichtleiterglaskörpers nach der haltenen Li⁺-, Na⁺-, K⁺-, Rb⁺- und/oder Cs⁺-Ionen Erfindung, in dem sich der Brechungsindex fortgesetzt durch die Grenzfläche hindurch ein Ionenaustausch in Querrichtung zur Lichtdurchgangsrichtung ändert, erfolgt, der innerhalb des Kernbereichs eine Ver- io wird der Effekt ausgenutzt, wonach ein Lichtstrahl teilung des Brechungsindex mit fortschreitender Ab- seine Richtung allmählich in derjenigen Richtung nähme von der Mitte zum Rand ergibt. ändert, in der der Brechungsindex quer zur Licht-Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unter- durchgangsrichtung ansteigt. Der Krümmungsradius ρ ansprüchen angegeben. · des Lichtstrahls kann analytisch durch die folgende Die Erfindung wird im folgenden unter" Bezug- 15 Gleichung in Abhängigkeit von dem Brechungsnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es stellt ciar index»; des Ubertragungsmediums und der Änderung F i g. 1 in vergrößerter geschnittener Seitenansicht Αη/ΑΗ des Brechungsindex in Normalenrichtung zu (längs einer Ebene parallel zum Lichtdurchgang) dem Lichtweg dargestellt werden: eine schematische Darstellung des Lichtdurchgangs
innerhalb einer herkömmlichen Lichtleiterfaser, 20 ^ — λ A⁷I n\

F i g. 2 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 den ρ η AH '

Lichtdurchgang in einem optischen Glaskörper nach

der Erfindung, Dementsprechend hat dieser Lichtleiterglaskörper

Fig. 3 bis 6 grafische Darstellungen der Verteilungs- einen Gradienten des Brechungsindex, so daß derselbe

größen in optischen Glaskörpern nach der Erfindung, 25 im Mittelteil oder längs der Zentralachse in Licht-

F i g. 7 und 8 grafische Darstellungen der Verteilung durchgangsrichtung einem Maximalwert hat; der

des Brechungsindex in einer bevorzugten Ausfüh- Brechungsindex nimmt mit zunehmendem Abstand

rungsform eines Glaskörpers nach der Erfindung, von der Mittelebene oder Mittelachse fortgesetzt ab.

F i g. 9 und 10 grafische Darstellungen der Ver- Wenn die Weglänge längs der Mittelebene oder

teilung der lonenkonzentrationen innerhalb eines 30 Mittelachse dieses Glaskörpers vergleichsweise groß

Glaskörpers nach Fig. 8, ist, breitet sich ein Lichtbündel, das mit einem Einfalls-

F i g. 11 (a) und 11 (b) grafische Darstellungen der winkel innerhalb eines bestimmten Bereichs in den

lonenkonzentrationsverteilungen innerhalb eines Glas- Glaskörper eintritt, wellenlinienförmig, bezogen auf die

körpers in radialer Richtung, bezogen auf das Zentrum Mittelebene oder Mittelachse, aus.

eines Querschnitts, ' 35 Wenn ein Einfalislichtbündel 21 in eine Endfläche

Fig. 12 (a) und 12 (b) grafische Darstellungen der einer solchen Lichtleiterglasfaser 22 mit abnehmendem

Verteilungen des Brechungsindex in gleicher Richtung, Brechungsindex vom Zentrum zur Oberfläche eintritt,

F i g. 13 in schematischer Aufrißdarstellung ein breitet sich dieses Lichtbündel im Innern der Faser

Verfahren zur Erzeugung eines Glaskörpers unter ohne Reflexion an der Faseroberfläche in der in

Anwendung der Stabtechnik zur Verwirklichung der 40 F i g. 2 schematisch angegebenen Weise aus. Dadurch

Erfindung, k^{arin man} die Unterschiede der Phasengeschwindig-

F i g. 14 eine ähnliche Aufrißdarstellung zur Er- keiter- des LielUbüudels in der Ausiritlsfiäche der

läuterung einer abgewandelten Verfahrenstechnik nach Faser, die Verbreiterung des Bündelsquerschnitts und

der Erfindung unter Anwendung der Tiegeltechnik, die Reflexionsverluste herabsetzen.

F i g. 15 im Querschnitt einen Mehrfach-Lichtleiter- 45 Vorzugsweise soll die Verteilung des Brechungskörper nach der Erfindung mit zwei oder mehr Licht- index zum Mittelteil der Faser innerhalb des Faserleiterfasern, querschnitts symmetrisch sein, die Größe des Bre-F i g. 16 und 17 schematische Aufrisse zur Erläu- chungsindex soll vom Zentrum zur Oberfläche fortterung der Herstellung eines Glaskörpers nach gesetzt abnehmen, da dann die Unterschiede der F i g. 15, 50 Phasengeschwindigkeiten innerhalb des Bündelquer-F i g. 18 eine grafische Darstellung zur Erläuterung Schnitts am Ausgang der Faser und die Aufweitung der Verteilung des Brechungsindex in radialer Rieh- des Bündelquerschnitts weiter herabgesetzt werden tung ausgehend von einem Querschnitlszentrum einer können.

besonderen Ausführungsform eines Glaskörpers nach Die günstigste Verteilung des Brechungsindex ver-

der Erfindung, 55 läuft so, daß sie durch eine quadratische Kurve der

Fig. 19 in schematischem Aufriß eine bevorzugte folgenden Form dargestellt werden kann: Herstellungstechnik für einen Glaskörper nach der
Erfindung und .. JV = JY₀(I-ei-) (2)

Fig. 20 eine grafische Darstellung der Verteilung ^mu
des Brechungsindex in einer bevorzugten Ausführungs- 60 r als radialer Abstand von der Fasermitte,

form eines Glaskörpers nach der Erfindung. N₀ als Brechungsindex des Glases in der Faser-

Eine herkömmliche Lichtleiterfaser nach F i g. 1 mitte,

besteht im wesentlichen aus einem Kernteil 11 aus N als Brechungsindex des Glases an einer Stelle

einem Lichtleiterstoff mit vergleichsweise hohem im Abstand r von der Fasermitte und

Brechungsindex sowie Deckschichten 12a und 126 65 _{a als einer} P₀₅JtJv_6n Konstanten, aus einem Lichtleiterstoff mit vergleichsweise niedrigem

Brechungsindex, so daß zwischen dem Kernteil und den Wenn ein Lichtbündel mit konstanter räumlicher

Deckschichten optische Grenzflächen vorhanden sind. und zeitlicher Abmessung unter einem Einfallswinkel

innerhalb eines bestimmten Bereichs in eine Glasfaser mit der oben erläuterten Verteilung des Brechungsindex eintritt, verläßt das Lichtbündel schließlich die Austrittsfläche der Faser in einem solchen Zustand, wo die zeitliche Breite im wesentlichen konstant und S ebenso die räumliche Breite im wesentlichen konstant ohne Auftreten, von Phasendifferenzen geblieben ist.

Wenn die Lichtleiter-Glasfaser mit einem Krümmungsradius unterhalb eines Krümmungsgrenzwertes verläuft, beginnt das Einiallslichtbündel auf die Faseroberfläche aufzutreffen. Dieser Krümmungsgrenzvert ist durch die Verteilung des Brechungsindex innerhalb der Faser festgelegt. Im einzelnen wird dieser Krümmungsgrenzwert kleiner, wenn der Gradient des Brechungsindex, d. h. der Wert α in der obigen Gleichung (2), ansteigt.

Normalerweise besteht ein Oxidglas aus einem oder mehreren glasbildenden Oxiden (z. B. SiO₂, B₂ O₃ und P₂ O₅) und anderen Austauschoxiden, einschließlich Zwischenoxiden. Unter Austauschoxiden ao werden Oxide verstanden, die nicht selbst glasbildend sind, jedoch verglast werden, wenn sie in geeigneter Weise mit glasbildenden Oxiden gemischt werden.

Im einzelnen hat es sich gezeigt, daß eine Verteilung der Glaszusammensetzung besonders zweckmäßig ist, wo die Verhältnisse von mindestens zwei Oxiden unter den Austauschoxiden sich fortgesetzt ändern. Beispiele solcher Oxide sind Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂ O, Tl₂ O, Au₂ O, Ag₂ O, Cu₂ O, MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO, CdO, PbO, SnO₂ und La₂O₃.

Der Brechungsindex eines Stoffes steigt mit zunehmender molekularer Brechung und mit abnehmendem molekularem Volumen an. Außerdem ist die molekulare Brechung der Polarisierbarkeit des Stoffes proportional. Die molekulare Brechung von Glas ist nähcrungsweise durch die Summe der einzelnen ionischen Brechungen bestimmbar.

Folglich kann der qualitative Einfluß des Vorhandenseins bestimmter Ionen auf den Brechungsindex von Glas durch Vergleich der Werte der spezifischen Llektronenpolarisierbarkeit innerhalb des Glases für die betreffender. Ionen bzw. die folgenden Werte bestimmt werden:

Elektronenpolarisierbarkeit
lonenradius³

Demnach wird ein Kation, für das dieser Wert groß ist, zur Brechung stark beitragen. Wenn die Werte dieses Verhältnisses der Elektronenpolarisierbarkeit zu der 3. Potenz des lonenradius innerhalb des Kristalls jeweils für einwertige Tonen von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Thallium als wichtige Kationen für Austauschoxyde berechnet werden, erhält man jeweils die Werte 0,06, 0,48, 0,57, 0,60, 0,74 und 1,57.

Jedoch stimmen die Werte dieses Verhältnisses innerhalb von Gläsern aus bestimmten Ionen streng genommen nicht mit den Werten in aus diesen Ionen aufgebauten Kristallen überein. Beispielsweise sind die Brechungsindizes von Zweikomponenten-Silikatgläsern mit einem jeweiligen Gehalt von 30 Molprozent eines Oxids eines der obengenannten einwertigen Ionen und von Dreikomponenten-Gläsern mit einem Gehalt von 20 Molprozent eines der einwertigen Atome, 20 Molprozent CaO und 60 Molprozent SiO₂, in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

	Brechungsindex	SiO1 60 Molprozent CaO 20 Molprozent
Austauschoxid	SiOs 70 Molprozent	RjO 20 Molprozent
	RjO 30 Molprozent	1,57
Li2O	1,53	1,55
Na2O	1,50	1,55
K2O	1,51	1,54
Rb2O	1,50	1,54
Cs2O	1,50	1,80
Tl2O	1,83

Wenn die jeweils einwertigen Ionen von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Thallium gemäß Tabelle 1 in der Reihenfolge der Größe des Verhältnisses der Elektronenpolarisierbarkeit zu der 3. Potenz des lonenradius innerhalb des Glases oder in der Reihenfolge des jeweiligen anteiligen Beitrags zur Vergrößerung des Brechungsindex geordnet werden, ergibt sich die Reihenfolge Tl, Li, K, Na, Rb und Cs; zwischen K, Na, Rb und Cs besteht im wesentlichen kein Unterschied.

Ferner sind die Brechungsindizes von zweikomponenten-Silikatgläsern mit einem jeweiligen Gehalt von 40 Molprozent eines Oxids der Gruppe PbO, BaO, CdO, SrO, CaO, ZnO, BeO und MgO sowie von 60 Molprozent SiO₂ in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

45

Austauschoxyd	Brechungsindex SiO8 60 Molprozent RO 40 Molprozent
PbO	1,81
BaO	1,68
CdO	1,64
SrO	1,61
CaO	1,59
ZnO	1,58
BeO	1,54
MgO	1,51

Wenn nach Tabelle 2 diese zweiwertigen Metallionen in der Reihenfolge der Größe ihres Beitrags zur Vergrößerung des Brechungsindex geordnet werden, ergibt sich die Reihenfolge Pb, Ba, Cd, Sr, Ca, Zn, Be und Mg.

Die Beziehung zwischen den Größen der genannten Beiträge der einwertigen Ionen und der zweiwertigen Ionen kann durch Vergleich der Brechungsindizes von Glaszusammensetzungen bestimmt werden, wo ein einwertiges Oxid und ein zweiwertiges Oxid gegenseitig in gleichen Molanteilen substituiert sind, beispielsweise durch Vergleich des Brechungsindex eines Glases aus 60 % SiO₂ und 40 % eines zweiwertigen Metalloxids RO und des Brechungsindex eines Glases aus 60°/«, SiO_£, 20% eines zweiwertigen Metalloxids RO und 2O°/o eines einwertigen Metalloxids R₄O, die Prozentsätze jeweils als Molprozent.

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9 10

Als Ergebnis einer solchen vergleichenden Unter- Brechungsindex innerhalb einer Lichtleiter-Glasfaser,

suchung wurde gefunden, daß die obengenannten die ein bevorzugtes Alisführungsbeispiel der Erfindung

Anteile des Beitrags der zweiwertigen Ionen Pb, Ba, darstellt, ist so, daß der Brechungsindex von der

Cd, Sr, Ca, Zn größer als diejenigen der einwertigen Außenfläche der Faser nach dem Inneren ansteigt.

Ionen K, Na, Li sind, und daß dieser Beitragsgrad 5 Dabei ist eine gleichmäßige Änderung oder ein gleich-

des einwertigen Ions Tl größer als derjenige' eines mäßiger Anstieg des Brechungsindex vorzuziehen;

jeden zweiwertigen Metallions ist. jedoch ergibt sich kein nachteiliger Einfluß durch eine

Die Beziehungen der Größen dieses Beitragsgrades diskontinuierliche Änderung oder einen kontinuier-

der Kationen zur Vergrößerung des Brechungsindex liehen Anstieg des Brechungsindex, solange derselbe

sind auch in anderen Glaszusammensetzungen als in io in einem Größenbereich bleibt, wo die Lichtreflexion

den Tabellen 1 und 2 angegeben vorhanden. Da für die an der Diskontinuitätsfläche vernachlässigt werden

Brechungsindizes ein additives Gesetz gilt, werden kann.

diese Beziehungen der Größen des Beitragsgrades Beispiele von Kationen für solche Austauschoxide

auch in anderen Zusammensetzungen als einem sind einwertige Kationen, z. B. Alkalimetallionen,

Silikatglas erhalten bleiben und auch, wenn die 15 Li⁺-, Na⁺-, K¹-, Rb⁴-, Cs⁴-, TP-, Au⁺-, Ag⁴-,

Zusammensetzungsanteile unterschiedlich sind, solange Cu^!-Ionen, rweiwertige Kationen, z.B. Erdalkali-

Gläser miteinander verglichen werden, wo die Mol- metallionen Mg⁺-, Ca⁴²-, Sr⁺²-, Ba⁺²-, Zn⁴²-, Cd⁴²-,

konzentrationen der betreffenden Kationenoxide ge- Pb'Monen, dreiwertige Kationen, z.B. La⁺³-, In⁴³-

genseitig gleich und außerdem andere Anteile gleicher Ionen, vierwertige Kationen, z. B. Sn¹⁴-, Th⁴ "-Ionen.

Art mit gegenseitig gleichen Molkonzentrationen 20 Beispiele für Kombinationen von Metallionen zur ! '

vorhanden sind. Bildung von mindestens zwei Austauschoxiden als <■

Als allgemeine Regel haben von den Ionen einer Metallionen eines größeren Beitragsgrades und Metall- '

homologen Gruppe (beispielsweise den Erdalkaliionen) ionen eines kleineren Beitragsgrades zur Vergrößerung ! ί

diejenigen mit größerem Ionenradius und größerer des Brechungsindex sind im folgenden aufgeführt. ί

Ordnungszahl einen größeren Bcitragsgrad im Sinne as Bei jeder dieser Kombinationen ist das zuerst genannte *

einer Anhebung des Brechungsindex. Es ergibt sich Metallion ein solches, das mit höherer Konzentration

also die Reihenfolge Ba⁴⁺> Sr⁺⁺> Ca* ·. in einer Stellung vorliegt, wo der Brechungsindex *

Wenn folglich der Brechungsindex eines ersten höher sein soll.

Glases mit verschiedenen, Austauschoxide bildenden ■«,„,· ,, '

Kationen mit dem Brechungsindex eines zweiten 30 *· ^Thal'^ium - mindestens e.ne Art Alkalimetall- s

Glases in einem Zustand verglichen wird, wo ein Teil ionen.

oder alle Kationen innerhalb des ersten Glases durch 2. Ein Erdalkalimetallion mit einer größeren Ord- _;

Kationen mit einem kleineren Beitragsgrad substituiert nungszahl — ein Erdalkalimetallion mit einer

sind, ist der Brechungsindex des letzteren Glases kleineren Ordnungszahl.

kleiner als für das erste Glas. 35 3. Ein Bleiion — mindestens eine Art eines Erdin einem Glaskörper nach der Erfindung ändern alkalimetallions.

sich die Konzentrationen der Kationen innerhalb des 4. ßleiionen und/oder Bariumionen — K-, Na-

Glases in derjenigen Richtung, in der sich der Bre- und/oder Li-Ionen.

chungsindex ändern soll. Die Konzentrationen der _{5 B},_{d Cadmi zink} ßarium-, Strontium-

einen Art von Kationen und einer anderen Art von 40 _und/oder Calciumionen - mindestens Alkali-

Kationen ändern sich in entgegengesetzter Richtung, metallion ™**·· so daß die resultierende Konzentrationsänderung die

gewünschte Änderung des Brechungsindex ergibt. Unter den Austauschoxide bildenden Kationen

Unter »mindestens zwei Arten von Kationen« ist können einwertige Ionen bei niedrigerer Temperatur eine Kombination von Metallionen mit einem größeren 45 durch Glas diffundieren als andere Kationen. Deshalb Beitrag zur Ve-größerung des Brechungsindex des ergibt sich durch Auswahl einwertiger Kationen, für genannten Glasaufbaus und von Metallionen mit beide Kationenarten eine größere Bequemlichkeit bei einem kleineren Beitrag zu verstehen. Die Konzen- der Herstellung der Glasfaser. Außerdem erleichtert tration der Metallionen mit größerem Beitrag ist an eine Kombination von TIMonen mit mindestens derjenigen Stelle höher, wo der Brechungsindex 50 einer Tonenart eines anderen Alkalimetalles, beispielsgrößer sein soll. Dagegen ist die Konzentration der weise Na⁺, Li⁴, K⁺, Rb⁴, Cs⁺, die Einstellung großer Metallionen mit kleinerem Beitrag an einer Stelle Änderungen des Brechungsindex. Deshalb ist dies kleiner, wo der Brechungsindex höher sein soll. für den Lichtleiterkörper selbst am zweckmäßigsten

Da die Austauschoxide bildenden Kationen inner- und auch für das Herstellungsverfahren,

halb des Glases bei einer vergleichsweise niedrigeren 55 Die Austauschoxide bildenden, in dem Glaskörper

Temperatur als die glasbildende Oxide aufbauenden nach der Erfindung enthaltenen Kationen sind in ihrer

Kationen wandern können, kann der Lichtleiter- Anzahl nicht auf zwei verschiedene beschränkt, man

Glaskörper nach der Erfindung, in dem die Kationen- kann vielmehr auch drei oder mehr Arten von Kationen

konzentration der Austauschoxide bildenden Kationen vorsehen. Beispielsweise kann man eine Verteilung

innerhalb des Glases veränderbar ist, leicht mit einer 60 des Brechungsindex mit fortschreitender Zunahme ins

gewünschten Verteilung des Brechungsindex ausge- Innere von der Oberfläche in einer Glasfaser erhalten,

stattet werden. Normalerweise ändert sich innerhalb in der bei Verwendung von drei Austauschoxide

dieses Lichtleiter-Glaskörpers die Kationenkonzen- bildenden Kationenarten mit verschiedenen Werten

tration der glasbildenden Oxide nicht merklich mit des genannten Verhältnis.«« in einer Anordnung der

der Stellung; dieselbe ist im wesentlichen konstant. 65 Α-Ionen, B-Ionen und C-Ionen in der Reihenfolge

Der Brechungsindex des Lichtleiter-Glaskörpers der Größe des genannten Verhältnisses die Konzen-

nach der Erfindung ändert sich nach der obigen tration der B-Ionen innerhalb des Glases vom Innern

Beschreibung fortgesetzt, und die Verteilung des zur Oberfläche abnimmt, während die Konzentration

der Α-Ionen und C-Ionen jeweils vom Innern zur Oberfläche ansteigt. Dies bedeutet, daß mit einem Unterschied der genannten Verhältnisse für die C-lonen und B-Ionen wesentlich kleiner als der Unterschied zwischen dem Verhältnis für die B-Ionen und A-lonen oder für eine kleinere Konzentrationsänderung der C-Ionen als der Α-Ionen oder der B-Ionen das Vorhandensein der Α-Ionen und B-Ionen dem Einfluß der C-Ionen entgegenwirkt. Infolgedessen ergibt sich eine solche Verteilung des Brechungsindex, daß derselbe zunehmend vom Innern zur Oberfläche ansteigt. Zunehmend können Kationen zur Bildung anderer Austauschoxide ohne Konzentrationsänderung in dem Glas vorhanden sein.

Im einzelnen beträgt beispielsweise der Unterschied der Brechungsindizes im Kern und im Oberflächenbereich eines Glaskörpers oder einer Glasfaser nach der Erfindung mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm, z. B. zwischen 0,02 und 2 mm im allgemeinen mindestens 0,003, z. B. zwischen 0,01 und 0,3. In einem Lichtleiter-Glaskörper mit vergleichsweise großem Durchmesser (Abmessung quer zur Lichtdurchgangsrichtung), wie es zweckmäßig mit einem beschichteten Lichtleiter-Glasaufbau erreicht wird, liegt der Unterschied zwischen den Brechungsindizes im Kern und im Oberflächenbereich zwischen 0,03 und 0,3 bei einem Durchmesser zwischen 1 und 5 mm.

Zur Verwendung in Lichtleiter-Glaskörpern nach der Erfindung sind Silikatgläser, Boratgläser, Phosphatgläser und andere Oxidgläser . brauchbar. Die zweckmäßigen Bereiche der Glaszusammensetzungen werden durch verschiedene Faktoren bestimmt, beispielsweise die Art der Austauschoxide, die erzielte Verteilung des Brechungsindex, die Art der glasbildenden Oxide, die Kenngrößen des erforderlichen Glaswerkstoffes und das Herstellungsverfahren.

Beispielsweise ist es nicht zweckmäßig, daß die Menge des vorzugsweise benutzten TI₂O in dem Glas nach der Erfindung 50 Gewichtsprozent überschreitet. Dies ist darin begründet, daß beim Ansteigen des

ίο TljO-Anteils über 50 Gewichtsprozent leicht eine unerwünschte Färbung in dem Glas auftritt. Auf der anderen Seite ist es zweckmäßig, daß der Tl₂O-Anteil mehr als 2 Gewichtsprozent in derjenigen Zone ausmacht, wo der Brechungsindex seinen Maximalwert hat. Dies ist darin begründet, daß bei einem Anteil unter 2 Gewichtsprozent eine Konzentratjonsänderung

zur Erzielung einer genügend großen Änderung des Brechungsindex nicht erzielbar ist.

Demgemäß enthält ein Beispiel eines Glasaufbaus nach der Erfindung 2 bis 40 Gewichtsprozent Tl₂O im Maximumbereich des Brechungsindex, zwischen 35 und 75 Gewichtsprozent SiO, und 0 bis 40 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Alkalioxide (vorzugsweise Na₂O und/oder K₂O).

Die Hauptgrößen, wie Glaszusammensetzung (in Molprozent und unter Angabe des Unterschiedes im Zentrum und im Oberflächenbereich), Glaskörperdurchmesser, Brechungsindizes im Zentrum und an der Oberfläche und Größe α aus Gleichung (2) in der Nähe des Zentrums der Glasproben, sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Glaskörper
I 2 I 3

Anteil
Zentrum I Oberfläche I Zentrum I Oberfläche I Zentrum I Oberfläche

Zusammensetzung (Molprozent)

Tl₂O

K₂O

Na₂O

Li₂O

ZnO

BaO

PbO

SiO₂

B₂O₃

As₂O₃

Durchmesser (mm) Brechungsindex

Zentrum

Oberfläche

»α« im Zentrum (cm"²)

0,9

17,7
1,7

9,5 70,1

0,1 0,3

1,60 1,57

62

5 20

1 28

70
0,5

1,53 1,55

30

0
10
35

28

55

0,3

1,81 1,77

30

Man kann einen Lichtleiter-Glaskörper, dessen Brechungsindexverteilung zur Mittelachse in Lichtausbreitungsrichtung symmetrisch und dessen Brechungsindex näherungsweise proportional zum Quadrat des Abstands von dieser Achse mit zunehmendem Abstand abnimmt oder ansteigt, als Konvex- oder Konkavlinse benutzen und dadurch eine Konvergenz oder Divergenz des Lichtflusses erzeugen. Dies gilt insbesondere für einen Glaskörper bestimmter Länge. Da sich ein Einfallslichtbündel innerhalb einer Lichtleiter-Glasfaser nach der Erfindung Teflexionsfrei ausbreitet, treten keine Phasenunterschiede oder -sprünge der aus der Glasfaser austretenden Lichtstrahlen auf. Außerdem ist eine Aufweitung des

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Lichtbündelquerschnitts ausgestaltet. Deshalb wird Die Austauschtemperatur liegt normalerweise oberes unter Verwendung einer Lichtleiter-Glasfaser nach halb 100⁰C und ist andererseits niedriger als der der Erfindung in Lichtnachrichtenverbindungen mög- Erweichungspunkt des Glases. Wenn diese Temperatur lieh, hochfrequenzmodulierte Lichtsignale mit hohem unterhalb 100° C hegt, sind die Wanderungsgeschwin-Wirkungsgrad zu übertragen. 5 digkeiten der Ionen gering, so daß der Umsatz des

Indem man eine Lichtleiter-Glasfaser in einem Teil Verfahrens klein ist. Wenn diese Temperatur anderer-

einer Lichtnachrichtenverbindung benutzt und die seits oberhalb des Erweichungspunktes liegt, wird es

Nachgiebigkeit und Biegsamkeit der Glasfaser aus- schwierig, eine unerwünschte Verformung des Glases

nutzt, kann man die räumliche Lage und Austritts- auszuschalten.

richtung des am Faserende austretenden Lichtbündels io Im einzelnen liegt die Reaktionstemperatur voreinstellen, zugsweise höher als der Transformationspunkt des

Wenn man insbesondere ein Einfallslichtbündel Glases und niedriger als der Erweichungspunkt. Diese konstanter Breite mittels einer Modus-Anpassungs- Temperatur liegt am besten geringfügig höher als die technik in einen Glaskörper mit einer Verteilung des Transformationstemperatur des Glases. Die Reak-Brechungsindex nach der obigen Gleichung (2) ein- 15 tionstemperatur liegt am besten in dem Bereich leitet, kann das Lichtbündel aus der Austrittsfläche zwischen 450 und 500°C für ein Glas mit einem mit im wesentlichen konstanter Breite und ohne Tl₂O-Anteil von 16°/„, einem PbO Anteil von 24%, Unterschiede der Phasengeschwindigkeit abgenommen einem Na₂O-Anteil von 12% und einem SiO₂-Anteil werden, auch wenn der Glaskörper mit einem Krüm- von 48% (jeweils Gewichtsprozent), da der Transmungsradius gebogen ist, der größer als der genannte 20 formationspunkt des Glases etwa bei 35O°C und der Krümmungsgrenzwert ist. Das Lichtbündel kann also Erweichungspunkt etwa bei 565°C liegt,
innerhalb bestimmter Grenzen einem Bogenverlauf Demzufolge wird nach einem besonderen Ausfolgen, ohne daß Brechungsverluste auftreten. führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens

Ferner kann man in plattenförmigen oder rohr- der Glasaufbau in Berührung mit einem Salz gebracht, förmigen Glaskörpein eine derartige Verteilung des »5 das Glas und das Salz werden zusammen erhitzt und Brechungsindex einstellen, daß der Brechungsindex auf einer Temperatur gehalten, bei der die Kationen näherungsweise proportional zum Quadrat des Ab- des Salzes und die Kationen innerhalb des Glases in Standes von dei Mittelebene oder Oberfläche abnimmt. demselben diffundieren können. Wenn die Kationen Wenn ein Einfallslichtbündel längs der Mittelebene des Salzes in das Innere des Glases durch die Grenzoder Oberfläche eines solchen Glasaufbaus eingeleitet 30 fläche zwischen Salz und Glas hindurchdiffundieren, wird, breitet sich dieses Lichtbündel Wellenlinien- diffundiert ein Teil der zuvor in dem Glas vorhandenen förmig zu beiden Seiten der Mittelebene oder Oberfläche Kationen aus dem Glas heraus. Infolgedessen werden aus. Ein solcher Glasaufbau kann als Lichtleiter in die Kationen des Glases in der Nähe der Grenzfläche Lentikularapparaten Anwendung finden. durch die Kationen des Salzes substituiert.

Die Lichtleiter-Glasfaser nach der Erfindung kann 35 Die Konzentration der Kationen innerhalb des auch auf der gesamten Oberfläche mit einem Stoff Glases, die aus dem Salz ins Innere des Glases diffunbeschichtet sein, dessen Brechungsindex von dem- diert sind, ist an Stellen in der Nähe der Grenzfläche jenigen der Glasfaser verschieden ist, und bei dem es höher und nimmt mit zunehmendem Abstand von sich um einen lichtabsorbierenden Stoff oder einen der Grenzfläche ab. Umgekehrt ist die Konzentration lichtreflektierenden Stoff handelt. Man kann auch eine 40 der von Anfang in dem Glas enthaltenen Kationen an Vielzahl solcher Glasfasern als Faserbündel oder als Stellen in der Nähe der Grenzfläche niedriger und steigt eine dicht gepackte Bündelanordnung zurichten. mit zunehmendem Abstand von der Grenzfläche an. Außerdem kann die Lichtleiter-Glasfaser nach der Wenn das Verhältnis der Elektronenpola'isierbar-Erfindung in Laserübertragungsstrecken und anderen keit der in dem Salz enthaltenen Kationen zu der Arten von Lichtübertragungsstrecken, wie Bildüber- 45 3. Potenz des Ionenradius (genauer der Beitragsgrad tragungsstrecken sowie auch in anderen Lichtüber- zur Vergrößerung des Brechungsindex) kleiner als tragungsgeräten Anwendung finden. Unter Faser ist das Verhältnis für die von Anfang in dem Glas enteine Ausbildung mit kleinem Querschnitt im Vergleich haltenen Kationen ist, ist der Brechungsindex des zu der Längenabmessung unabhängig von der Quer- Glases nach erfolgter Ionensubstitution an Stellen in schnittsform zu verstehen. Der Querschnitt einer sol- 50 der Nähe der Grenzfläche kleiner und stellt sich auf chen Faser kann kreisförmig, vieleckig oder anders- eine Verteilung ein, wo der Brechungsindex mit zuartig sein. nehmendem Abstand von der Grenzfläche ansteigt,

Die Herstellung eines Lichtleiter-Glaskörpers kann bis er den anfänglichen Brechungsindex des Glases

dadurch ausgeführt werden, daß man das die Aus- erreicht. Wenn umgekehrt das genannte Verhältnis

tauschkationen enthaltende Glas der Einwirkung 55 oder der Beitragsgrad der Kationen aus dem Salz

anderer Austauschkationen aussetzt, wobei die Ver- höher als die betreffenden Werte für die Kationen in

fahi-enstemperatur auf einem solchen Wert gehalten dem Glas ist, ist der Brechungsindex des Glases nach

wird, daß die beiden Austauschkationen innerhalb erfolgter Ionensubstitution an Stellen in der Nähe

des Glases wandern können. Die dadurch bewirkte der Grenzfläche höher und weist eine Verteilung auf,

. Substitution ergibt die Änderung des Brechungsindex 60 wo der Brechungsindex fortgesetzt mit zunehmendem

innerhalb des Glases. Abstand von der Grenzfläche abnimmt, bis er den

Die einwirkenden Austauschkationen können einem Anfangswert für das Ausgangsglas erreicht.

Bad eines Salzes wie Nitrat oder Sulfat, eines Oxides Durch Auswahl eines Salzes und eines Glases zur

oder einer einfachen Substanz, die diese Kationen Erzeugung der gewünschten Verteilung und durch

enthält, entstammen. Das Bad kann in einem festen, 65 Einwirkenlassen des Salzes auf die Glasfasern kann

flüssigen oder dampfförmigen Zustand vorliegen. Die man eine Lichtleiter-Glasfaser nach der Erfindung

Austauschkationen können auch in einem Glas, das herstellen, deren Brechungsindex von der Oberfläche

diese Ionen in Form eines Oxydes enthält, vorliegen. ins Innere fortschreitend ansteigt. Wenn man ein Salz

15 16

^und ein Glas wie in dem zuvor genannten Fall aus- bzw. das loneevolumen nicht, stark von dem I r I wählt und das Salz mit der Innenwandung des Glases radius oder Ionenvolumen solcher Metalle wie r I in Form von Hohifasern zum Zwecke einer Ionen- dium und Kalium. Wenn deshalb ein thaUiumhalüges substitution in Verbindung bringt und wenn man dann Glas und Alkalimetallionen wie Kalium oder Ruoi- Se Innenwandung durch Erhitzen und Verformen des .5 dium bei hoher Temperatur miteinander m Kontakt Glases zur Kontraktion und zum Zusammenbruch gebracht werden, bildet sich ein Lichtleiter-Glaskörper bringt, kann man eine Lichtleiter-Glasfaser nach der mit einem großen Gradienten des Brechungsindex, wo Erfindung mit einem festen Innenteil erhalten. der Brechungsindex von der Oberfläche aus nach

Innerhalb einer Glasfaser, in der eine Ionensubsti- innen fortgesetzt zunimmt und eine vergleichsweise tutionsbehandlung durchgeführt wurde, hängt der io kleine Restspannung zurückbleibt. Brechungsindex von der Zusammensetzung, der Da Kaliumionen leichter als Rubidiumionen bereit

Abmessung und der Gestalt der Glasfaser, der Zu- gestellt werden können, setzt man normalerweise ein sammensetzung des Salzes, der Temperatur und der thalliumhaltiges Glas der Einwirkung von Kalmm-Zeitdauer der Ionendiffusionsbehandlung ab. Da die ionen aus. Obgleich ein Nation einen beträchtlich Diffusionslänge der Ionen innerhalb des Glases 15 kleineren Ionenradius als ein K+-Ion hat, sind die durch den Abstand von der Berührungsfläche zwischen oben angegebenen Beiträge dieser beiden ^Met^^]l^ ^im Glas i!'id Salz, insbesondere für einen kreisförmigen wesentlichen gleich. Wenn also em Tl'- und Na*- Glasquerschnitt, bestimmt ist, stellt sich der Bre- hakiges Glas Kaliumionen ausgesetzt wird, wird H chunp-ndex des Glases nach der erfolgten Ionen- und Na' jeweils durch K⁺ substituier«, doch die substitution auf eine symmetrische Verteilung ein, ao Substitution des Na* durch K⁺ liefert in diesem hall _Wo lter Brechungsindex vom Abstand zum Quer- keinen Beitrag für die Verteilung des Brechungsindex, schnüts/entrum der Faser abhängt. Andererseits wirkt diese Substitution der Ausbildung

Dur h sorgfältige Auswahl der Behandlungsbe- von Zugspannungen infolgeeiner Ionensubstitution von dingiin-'en kann man den Verlauf des Brechungsindex Tl⁺ durch K' ausgleichend entgegen, so daß man sehr einer idealen quadratischen Verteilung annähern, as brauchbare Ergebnisse erhält.

Außerdem kann man das Glas in eine Lichtleiter- Die in einem Glas durch emc Ionensubstitulion

Glasf<i er der gewünschten Abmessungen und der bedingte Restspannung führt bei einem hohen Wert eewiinvhten Verteilung des Brechungsindex umfor- zu schädlichen Wirkungen wie Rissen im Glas, men indem man die behandelte Glasfaser erforder- Deshalb soll diese Restspannung unterhalb eines licheafalls einem Verformungsvorgang durch eine 30 Grenzwertes gehalten werden. Der Wert fur diese Wärmebehandlung oder Reckung oder einer Ober- Restspannung kann durch Maßnahmen herabgesetzt flächenbehandlung aussetzt. werden, indem man die Diffusionstemperatur auf einem

Es hat sich gezeigt, daß durch Ionensubstitution in hohen Wert hält, damit sich die Spannungen ausgleichen einem Glasstab mit einem Durchmesser zwischen und verringern, indem man nach der Ionendiffusion 0 5 mm und 2 mm und nachfolgende Wärmebehand- 35 eine Wärmebehandlung des Glaskörpers durchfuhrt lung und Reckung eine Lichtleiter-Glasfaser mit einer und indem man die Zusammensetzungen des Glases Ouerschnittsverteilung des Brechungsindex erhalten und des Salzes geeignet auswählt, werden kann, die in Längsrichtung über die Gesamt- Wenn die Behandlungstemperatur auf einen Wert

länge gleichbleibt; dabei kann man leicht einen End- oberhalb des Anlaßpunktes eingestellt wird, wachst durchmesser zwischen 10 und 200 μ erhalten. Das Salz 40 die Möglichkeit einer Verformung des behandelten für die Austauschkationen kann irgendeines der auf- Glases, doch die Spannungen innerhalb des Glases Bezahlten, Kationen enthaltenden Salze sein. Vorzu- infolge von Volumenunterschieden der substituierten ziehen ist ein Salz, das das in dem Glas vorhandene Ionen können sich ausgleichen und durch ausreichende Austauschkation und ein weiteres Kation enthält und Verlängerung der Behandlungsdauer beseitigt werden, eine Kombination von Salzen der obengenannten 45 Es hat sich ferner gezeigt, daß Unterschiede der Warme-Art 1 bis 5 bildet ausdehnungskoeffizienten der Glasbestandteile, die

Außerdem kann man auch eine Mischung dieses sich infolge der Ionensubstitution stellungsabhangig Salzes sowie eines Salzes benutzen, das eine andere ändern und dadurch ebenfalls zu einer Restspannung lonenart enthält, als sie oben genannt ist. Es ist er- führen, eine Größe haben, die sich nicht nachteilig forderlich, daß dieses Salz einen geeigneten Schmelz- 50 auf die Verfahrensweise der Erfindung auswirkt, punkt besitzt, da die Kationen bei der Temperatur Die Ausbildung dieser Restspannung kann gemäß

der Salz-Glas-Berührungsbehandlung aus dem Salz in dem folgenden Ausführungsbeispiel der Erfindung das Innere des Glases diffundieren müssen. Gewöhn- ausgeschaltet werden.

licherweise sind solche Salze, Nitrate und Sulfate, die Ein Glasaufbau mit einem ersten Kation (beispiels-

die genannten Kationen in geeigneter Form enthalten. 55 weise Thalliumion) wird mit einer Ionenquelle in In manchen Fällen, wo Au+-, Ag+- oder Cu+-Ionen Verbindung gebracht, die eine geringe Menge des in dem Glas oder Salz enthalten sind, ändert sich die ersten und ein zweites Kation (beispielsweise eines Wertigkeit dieser Ionen während der Behandlung, so Alkalimetallions) mit einem Verhältnis der tieK-daß unerwünschte Färbungen auftreten. Zur Unter- tronenpolansierbarkeit zu der 3. Potenz des lonendrückung dieser Wertigkeitsänderung muß man dann 60 radius (genauer einem Beitragsgrad zur Vergrößerung die Behandlungsbedingungen wie die Glaszusammen- des Brechungsindex), das von dem Verhältnis des Setzung und die Umgebungsatmosphäre so einstellen, ersten Kations unterschiedlich ist; dadurch erioigt daß Oxydations- oder neuuktionsreaktinnen nicht eine Diffusion des ersten Kations innerhalb des ohne weiteres auftreten können. Glases und des zweiten Kations innerhalb der Ionen-

Tl+-Ionen haben einen vergleichsweise höheren 65 quelle in oberflächennahen Bereichen. Infolgedessen Beitragsgrad zur Anhebung des Brechungsindex als die ändert sich der Brechungsindex fortschreitend zum Ionen der Alkalimetalle wie Rubidium und Kalium. Innern ausgehend von der Glasoberflache Außerdem unterscheidet sich der Radius des Tl+-lons Da be. e.ner Behandlung der genannten Art eine

17 1«

geringe Menge des ersten Kations zusätzlich zu dem Proben von Glasstäben mit etwa 0,6 mm Durch-

zweiten Kation in dem Salz oder einer anderen messer und einer Zusammensetzung von 20 Ge-

lonenquelle enthalten ist, wirkt das Vorhandensein wichtsprozent Tl₂O, 10 Gewichtsprozent PbO, 14 Ge-

dieses ersten Ions innerhalb der Ionenquelle der wichtsprozent Na₂O und 56 Gewichtsprozent SiO₂

Diffusion und Wanderung des ersten Ions aus dem 5 wurden 22 Stunden lang in vier Arten von Einsalz-

Glas in die Ionenquelle entgegen. Dadurch wird die und Mischsalzbädern von 475°C eingetaucht, nämlich:

Substitution zwischen der ersten und zweiten lonenart 1. 100% KNO₃; 2. 99,5% KNO₃ und 0,5% TlNO₃;

innerhalb des Glases in der Nähe der Oberfläche 3. 99,3% KNO₃ und 0,7% TlNO₃; 4. 99,1% KNO₃

gegenüber dem Fall herabgesetzt, wo das erste Ion und 0,9% TINO₈. Die erhaltenen Verteilungen des

nicht in der Ionenquelle enthalten ist. Infolgedessen io Brechungsindex innerhalb der Glasstäbe sind in

wird die Größe der inneren Spannung verringert. Wenn Fig. 8 durch die Kurven 81, 82, 83 und 84 wieder-

dann die Behandlungstemperatur auf einem hohen gegeben, die jeweils den Behandlungsbädern 1, 2, 3

Wert gehalten wird, besteht keine Gefahr einer Aus- und 4 entsprechen. F i g. 8 läßt erkennen, daß ein

bildung von Haarrissen. Zusatz nur eines geringen T1NO₃-Anteils eine große

Indem man die Behandlungstemperatur auf einem 15 Änderung der Endverteilung des Brechungsindex

hohen Wert hält, sind auch die Diffusionsgeschwindig- ergibt. Wenn in diesen Verteilungen die Abschnitte

keifen der ersten und zweiten ionen innerhalb des in der Nähe des Zentrums des Glasstabes durch

Glases groß, so daß man mit einer kurzen Behänd- Gleichung (2) angenähert werden, erhält_ man für a

lungszeit auskommt. Selbst eine sehr kleine Menge in der Nähe des Zentrums für die Salzbäder 1 bis 4

des ersten Ions innerhalb der Ionenquelle ist außei- 20 die Werte 57, 37, 36, 11 cm ². Der Wert No ist u>

ordentlich wirksam; dieser Anteil liegt normalerweise diesem Fall gleichbleibend 1,563.
zwischen 0,1 Gewichtsprozent und einigen Prozent. In diesem Beispiel ist die Verteilungskurve, die <>■■<

In einem Ausführungsbeispiel wurden zwei Glas- Behandlung in dem Salz 2 entspricht, der quad-j

stäbe mit etwa 0,5 mm Durchmesser und einer Glas- . tischen Form am besten angenähert. Die einzelneη

zusammensetzung in Gewichtsprozent aus 5Tl₂O, as Konzentrationsverteilungen der Tl'-, K¹- und Na

20 PbO, 15 Na₂O, 60 SiO₂ in eine KNO₃-Schmelze von Ionen innerhalb des Glases nach Behandlung in den

450⁰C 24 bzw. 72 Stunden lang eingetaucht. Darauf Salzbädern 2 und 4 sind jeweils in den F i g. 9 und 10

wurde jeweils die innere Verteilung des Brechungs- angegeben. Dabei sind die Konzentrationsverteilungcri

index in den beiden Glasstäben gemessen. Es wurden für Tl¹, K· und Na' jeweils durch eine ausgezogene j ta

Werte entsprechend der gestrichelten bzw der ausge- 30 Linie, eine gestiichelte Linie bzw. eine strichpunktierte |

zogenen Kurve in F i g. 7 erhalten. Linie angegeben. Auf der Ordinate ist in den F i g 9

Ein Glasstab gleicher Zusammensetzung und Ab- und 10 die Konzentration in einem willkürlichen J ei

messung wurde in dasselbe Bad bei 48O⁰C eingetaucht, Maßstab angegeben. Aus den F i g. 9 und 10 läßt sich \ C

worauf Haarrisse in der Oberfläche des Glasstabs ablesen, daß eine Zunahme der T1N0₃-Konzentration | ei

auftraten. Außerdem wurde ein Glasstab gleicher 35 innerhalb der Salzlösung von 0,5 auf 0,9 % zu einer | ei

Zusammensetzung und Abmessung 24 Stunden lang Herabsetzung des Tl'-Konzentrationsabfalls vom 1 _v

in ein Salzbad aus einer Mischung von 99,5 Gewichts- Innern zur Oberfläche des Glases führt. J £

prozent KNO₃ und 0,5 Gewichtsprozent TlNO₃ bei Die ersten und zweiten Ionen sind nicht zwingend f g

einer Temperatur von 480⁰C eingetaucht. Dieser nur eine einzige lonenart, sondern können jeweils I

Glasstab hatte eine Verteilung des inneren Brechungs- 40 mehrere lonenarten umfassen. Außerdem kann das zu 1 λ

index, die mit der ausgezogenen Kurve in F i g. 7 behandelnde Klarglas zusätzlich zu der ersten Ionen- 1 I

übereinstimmte, ohne daß Haarrisse sich ausbildeten. art andere Ionen enthalten, die durch Ionen des Salzes e

Durch die Verfahrensweise der oben beschriebenen substituiert werden sollen. Für dieses Ausführungs-Beispiele wird außerdem die Einführung einer großen beispiel ist es vorzuziehen, daß der Glasaufbau Tl¹ I Menge des ersten Ions, insbesondere eines Ions zur *5 und die Ionenquelle Alkalimetallionen enthält. Bildung von Austauschoxiden, in den Glaskörper Die sich durch Ionensubstitution einstellende Konmöglich, womit man in hohem Maße die Güte des zentrationsverteilung jeder lonenart kann als Lösung i Glases verbessern kann. der Diffusionsgleichung abgeleitet werden. Die End- L

Im einzelnen sollte zur Erzielung eines blasen- und einstellung ergibt sich aus der Behandlungsdauer, bis I j.

streifenfreien Glases das Glas vorzugsweise einen 50 die Ionen der Quelle mindestens das Zentrum der | «

ausreichenden Anteil von Austauschoxiden enthalten, Faser durch Diffusion erreichen. Man erhält mmde-

damit tatsächlich eine Vergleichmäßigung der Glasgüte stens in einem Zentralbereich der Faser eine Verteilung

auftritt; doch eine Vergrößerung des Anteils der des Brechungsindex entsprechend einer idealen qua-

Austauschoxide begünstigt die Ausbildung von Haar- dratischen Kurve.

rissen innerhalb des Glases, so daß für diese Anhebung 55 Jedoch unabhängig von der Einstellung der Verder Austauschoxide eine Grenze besteht. Durch teilung des Brechungsindex in der Nähe des Zentrums Unterdrückung der Haarrißbildung in der beschrie- weicht der Brechungsindex innerhalb der Faser in der benen Weise kann man den Anteil der Austauschoxide Nähe der Oberfläche leicht ziemlich stark von der innerhalb des Glases auf einen genügend hohen Wert beschriebenen Verteilung ab. Da diese Oberflächeneinstellen, damit man ein Glas hoher Qualität erhält. 60 schicht, innerhalb der diese Abweichung auftritt, zu dem

Nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Lichtleiterverhalten des Faserkörpers nicht beiträgt, Erfindung kann ein Glasaufbau mit einem gewünschten ist es zweckmäßig, diese Schicht zu entfernen. Nor-Wert α erhalten werden, indem man lediglich den malerweise kann man die guten Lichtleitereigenschaf-Anteil des genannten ersten Ions innerhalb der Ionen- ten durch Abtragen einer Oberflächenschicht in einer quelle auswählt. Der Einfluß der Einstellung des 65 Dicke erhalten, die etwa 20% des Faserradius ausAnteils dieses ersten Ions innerhalb der Ionenquelle macht. Eine Abtragung über die gesamte Faserauf die Verteilung des Brechungsindex ist in dem länge ist nicht notwendig, jedoch über eine Minfolgenden Ausführungsbeispiel angegeben. destlänge der Größe π/]/2α. Die Entfernung dieser

Oberflächenschicht erfolgt vorzugsweise durch Anätzen der Faser in einer wäßrigen Lösung von Fluorwasserstoffsäure; die Faseroberfläche kann jedoch in anderer Weise auch durch Schleifen abgetragen werden.

Ein anderes Beispiel für eine Quelle der anderen Kationenart ist ein diese Ionen enthaltendes Glas. Diese Ionenquelle kommt so mit einem Grundglasgegenstand in Berührung, daß der Gruiidglasgegenstand mit dem als Ionenquelle dienenden Glas überdeckt wird. Die beiden Gläser werden miteinander verschmolzen; der erhaltene Schmelzkörper wird auf einer Temperatur gehalten, bei der die beiden Ionenarten innerhalb desselben wandern können.

In einem Ausführungsbeispiel dieser Art ist der Grundglaskörper dünn und lang und besitzt mindestens eine kreisförmige Begrenzung in Querschnittsrichtung; der Bereich innerhalb dieser Begrenzung enthält Tl'-Ionen, wogegen der Bereich außerhalb die^.T Begrenzung mindestens eine Ionenart Li', Na', K . Rb', Cs' enthält. Dieser Glasaufbau wird auf erhöhter Temperatur gehalten, damit ein lonenausi.nisch durch die genannte Grenzfläche erfolgt. Dar.iit bekommt der Glaskörper innerhalb der Grenzfläche eine Verteilung des Brechungsindex, wo der »5 Br. hungsindex vom Zentrum zum Rand fortschreitend abnimmt.

Die lonenarten, bei denen ein solcher Ionenaustausch besonders leicht erfolgt, sind auf einwertige Mmllionen beschränkt, wie sich aus einem Vergleich mn den Ionendurchlässigkeitswerten von Gläsern ergibt. Beispiele solcher Ionen sind Li¹, Na', K¹, Rb', Cs¹. Tl⁺. Es hat sich gezeigt, daß in dem Fall, wo ein erstes der miteinander verschmolzenen Gläser Tl* enthält, dagegen das zweite Glas mindestens eine Art von Ionen Li\ Na¹, K\ Rb⁺, Cs', ein Gradient des Brechungsindex erzielbar ist, der für Lichlleiterzwecke groli genug ist.

Die senkrecht zu der glatten Grenzfläche erzielbare Verteilung der Ionenkonzentration auf Grund eines Ionenaustausches durch diese Grenzfläche hindurch ergibt sich nach Art^ einer gleichmäßig verlaufenden Kurve; da jedoch ein Diffusionseffekt ausgenutzt wird, läßt sich diese Verteilung als Lösung der sogenannten Diffusionsgleichung darstellen.

Sodann soll eine Kombination des ersten Glases innerhalb eines Kreises (in einer Querschnittsebene betrachtet) und des zweiten Glases außerhalb des genannten Kreises betrachtet werden, wobei das erste Glas Ionen mit einem großen Wert des genannten Verhältnisses der Elektronenpolarisierbarkeit zur 3. Potenz des lonenradius (genauer des Beitragsgrades zur, Vergrößerung des Brechungsindex), beispielsweise Tl⁺, und das zweite Glas eine Ionenart, beispielsweise Na⁺, mit genügend kleinem Wert dieses Verhältnisses enthält. Wenn eine solche Glaskombination für genügend lange Zeit auf einer hohen Temperatur gehalten wird, wo keine starke Deformation der Gläser auftritt, entweichen die Tl+-Ionen aus dem Bereich innerhalb des genannten Kreises, und die Nationen wandern in den von diesem Kreis eingeschlossenen Bereich ein. Dadurch ergeben sich innerhalb des Bereichs des ersten Glases Konzentrationsverteilungen der Tl⁺- und Nationen, wo die Tl⁺-Ionen im Zentrum in größter Dichte vorhanden sind und mit zunehmendem Abstand vom Zentrum eine fortgesetzt kleinere Dichte aufweisen; dagegen ist die Konzentration der Nationen im Zentrum am kleinsten und wird zunehmend größer mit zunehmendem Abstand vom Zentrum.

Im Rahmen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wurde ein Glasstab aus einem ersten Glas mit

30.7 % SiO₂, 52,6 % PbO, 16,7% Tl₂O und einem zweiten Glas mit 37,2% SiO₁, 50,0% PbO und

12.8 % Na₄O (jeweils Gewichtsprozent) hergestellt und bei hoher Temperatur wärmebehandelt. Die Messung der Konzentrationsverteilungen der Tl⁺- und Na⁺- lonen innerhalb einer Querschnittsebene mit Hilfe einer Mikroprobe durch Röntgenstrahlanalyse, ergab die Werte der F i g. 11. In F i g. 11 (a) gibt die gestrichelte Linie die Grenzfläche zwischen den beiden Gläsern an, die Konzentrationsverteilungen der TlMonen innerhalb des ersten Glases auf der linken Seite dieser Grenzfläche und der Na⁺-Ionen innerhalb des zweiten Glases auf der rechten Seite dieser Grenzfläche sind jeweiJs in einer ausgezogenen Linien und einer strichpunktierten Linie für eine 8stündige Behandlung bei 430⁰C eingezeichnet. Entsprechende Konzentrationsverteilungen für eine gleiche Behandlungstemperatur, jedoch eine Behandlungsdauer von 48 Stunden sind in F i g. 11 (b) angegeben. Wie diese Schaubilder erkennen lassen, erhalten die Verteilungen der Tl- und Na -Ionen innerhalb des ersten Glases zunehmt-1 ul stetigeren Verlauf.

Die End^verteilung der Brechungsindizes des in der oben beschriebenen Weise wärmebehandelten Glases sind in den F i g. 12 (a), 12 (b) angegeben, die jeweils den Fig. 11 (a) und 11 (b) entsprechen. Danach erhält man nach gewissenhafter Durchführung der Wärmebehandlung einen dünnen Glaskörper mit einem Bereich in der Nähe der Mittelachse, wo der Brechungsindex nach einem nahezu quadratischen Verteilungsgesetz von der Mittelachse zum Rand abnimmt. Dieser Bereich kann, wie oben bereits ausgeführt, mit hoher Wiedergabequalität ein Lichtbündel weiterleiten, das eine hohe Anzahl von Informationssignalen enthält. Man kann also ein Glas erhalten, mit dem Bildsignale und Bilder übertragen werden können.

Ein Glaskörper nach der Erfindung kann unter Anwendung des im folgenden erläuterten Geräts hergestellt werden. Zur Erzeugung eines Glaskörpers mit einer Grenzfläche zwischen einem ersten Glas und einem Hohlzylindermantel aus einem zweiten Glas wird ein stabförmiger Glasgegenstand 131 der ersten Glaszusammensetzung von einem rohrförmigen Glasgegenstand 132 der zweiten Glaszusammensetzung umschlossen. Die beiden Glasgegenstände 131 und werden mit Hilfe einer Heizeinrichtung, beispielsweise eines Ofens 133 nach Fig. 13, innigst miteinander verschmolzen. Der Verbundkörper wird dann durch Walzen 134 gereckt.

Eine andere Verfahrensweise zur Herstellung eines Verbundglaskörpers benutzt nach F i g. 14 einen konzentrischen Doppeltiegel aus Platin in Trichterform, wodurch konzentrische Düsenöffnungen an der Fußseite gebildet werden. In den Innentiegel 142 wird das Glas 141 der ersten Zusammensetzung, in den Außentiegel 144 das Glas 142 der zweiten Zusammensetzung eingestellt. Es erfolgt eine Widerstandserhitzung der Platintiegel zum Schmelzen der beiden Gläser, die Gläser werden nach unten aus den Düsenöffnungen ausgezogen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 15 gezeigt. Dieser Glasgegenstand besteht aus zwei oder mehr unabhängigen Glaskörpern 15ia ..·

21 "⁵ 22 J

151g aus einem ersten Glas, die in einem zweiten Erhaltung des Kontrastes von Bildern und Signalen ¹J Da

Glas 152 verteilt sind. Ein Verbundkörper dieser wirksam. | Gh

Art kann beispielsweise nach dem in Fig. 16 erläu- Wenn in einem Verbundkörper aus einem Kernteil § Re

terten Verfahren hergestellt werden. Ein konzentrischer und einem Mantelglas, das als Ionenquelle zur ge- | anc

Doppeltiegel besitzt jeweils einen Innentiegel 161 und 5 wünschten Änderung des Brechungsindex innerhalb | Lu

einen Außentiegel 163 aus Platin, die jeweils trichter- des Kernglases dient, die auch in dem Mantelglas | licl

förmig in Düsenöffnungen an der Fußseite aus- auftretende Änderung des Brechungsindex betrachtet

münden. Der Innentiegel 161 hat zwei oder mehr wird, und wenn die Änderung des Brechungsindex J

Düsenansätze 162 an der Fußseite, während der innerhalb der Grenzfläche zwischen den beiden |

Außentiegel 163 eine einzige Düsenöffnung aufweist. io Gläsern klein ist, stellt dieser Verbundkörper in seiner J

Ein erstes Glas 164 wird in den Innentiegel 161 und Gesamtheit einen Lichtleiteraufbau nach der Erfin- | Al

ein zweites Glas 165 in den Außentiegel 163 einge- dung dar. I in

füllt. Die Platintiegel werden zum Schmelzen der Nach einer weiteren Verfahrensweise werden Glas- J

Glasmasse widerstandsbeheizt. Die Glasbestandteile elemente mit mindestens zwei verschiedenen Bre- 1 Bi

werden dann nach unten durch die Düsen ausgezogen, 15 chungsindizes laminar geschichtet und dieser Glas- : ui

in ähnlicher Weise wie dies an Hand der Fig. 14 gegenstand auf einer Temperatur gehalten, bei der ; te

erläutert ist. durch die Grenzfläche eine Diffusion der Austausch- ■ F

Außerdem kann eine Vielzahl von Glaskörpern, die oxide bildenden Ionen erfolgt. Die Oxide einschließlich

nach dem Verfahren der F i g. 13 oder 14 hergestellt der nichtdiffundierten Ionen innerhalb der beiden

sind und jeweils einen einzigen Kernteil haben, mit- 20 Gläser sind so ausgewählt, daß diese Gläser im wesent-

einander verschmolzen und gezogen werden, indem liehen gleiche Brechungsindizes haben, wenn sie jeweils ~~

ein Ende des Faserbündels 171 in ein Haltefutter 172 gleiche Molkonzentrationen aufweisen. :

eingespannt wird. Das andere Ende des Faserbündels Im Rahmen der folgenden Beispiele sind alle

wird durch Walzen 173a und 1736 nach Fig. 17 Prozentangaben als Gewichtsprozente zu verstehen,

ausgezogen. Dadurch erhält man einen Glaskörper, in »5 wenn nichts anderes angegeben ist. : dessen Querschnittsebene stabförmige Elemente des

ersten Glases jeweils innerhalb ringförmiger Ummante- Beispiel 1
lungen des zweiten Glases verteilt sind.

In einem Glaskörper nach einem jeden der be- Eine Glasfaser mit 0,2 mm Durchmesser und einer

schriebenen Verfahren mit gegenseitig unter Bildung 30 Zusammensetzung von 20% Tl₁O, 12% Na₂O.

einer Schmelzgrenzfläche miteinander verschmolzenen 20% PbO und 48% SiO₂ wurde 4 Stunden lang in

Gläsern, erfolgt durch die Schmelzgrenzfläche in sehr ein Kaliumnitratbad einer Temperatur von 400^c C

geringem Maß ein Ionenaustausch. Dieses ist jedoch getaucht. Darauf wurde die Glasfaser aus dem Bad

zur Erzeugung des gewünschten Gradienten des herausgenommen, gekühlt, in Wasser gespült und

Brechungsindex nicht ausreichend. Normalerweise ist 35 getrocknet. Der Brechungsindex an der Oberfläche der

eine Wärmebehandlung notwendig. Vorzugsweise wird so behandelten Glasfaser ergab sich zu 1,578 und

der Glasaufbau während einer langen Zeitdauer auf damit um 0,026 niedriger als vor der Behandlung der

einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes Glasfaser. Die Verteilung des Brechungsindex inner- v

der Gläser gehalten. halb dieser Glasfaser nach der Behandlung ist in

Der so erhaltene stabförmige Glaskörper kann dann 40 F i g, 3 angegeben.

dadurch in Faserform gebracht werden, daß er nach Als nächstes wurden die Konzentrationsverteilungen

einer ausreichenden Wärmebehandlung auf eine Tem- der Thallium-, Natrium, und Kaliumionen innerhalb

peratur oberhalb des Erweichungspunktes erhitzt und der Glasfaser auf Grund einer Mikro-RönUe:v

der erhitzte Aufbau gereckt wird. Strahluntersuchung gemessen: die Ergebnisse sind

Wichtig ist, daß die beiden benutzten Glassorten 45 in F i g. 4 angegeben. In F i g. 4 sind Konzentrationen

so ausgewählt sind, daß ihre Wärmeausdehnungs- in einer willkürlichen Skala aufgetragen,

koeffizienten einander möglichst gleich sind. Da jedoch Man erkennt aus diesen Messungen, daß die

der Glaskörper in der Form eines dünnen Stabes Thalliumionen, die in größerer Tiefe als etwa 40 μ

oder einer Faser vorhegt, läßt sich das Auftreten unter der Oberfläche im wesentlichen in konstanter

einer Doppelbrechung auch dann unterdrücken, wenn 50 Konzentration vorliegen, oberhalb dieser Tiefe von

die beiden Koeffizienten nicht genau übereinstimmen. 40 μ bis zur Oberfläche eine Konzentrationsabnahme

Da die Wärmebehandlung eine lange Zeit dauert, aufweisen. Die Natriumionen haben eine im wesent-

muß man Gläser mit einem möglichst kleinen Ent- liehen konstante Konzentration in Bereichen tiefer als

glasungseffekt auswählen. etwa 80 μ und ihre Konzentration nimmt oberhalb

Sehr dünne Glasfasern, die in der beschriebenen 55 einer Tiefe von SO μ bis zur Oberfläche ab. Im Gegen-

Weise hergestellt sind, können zu einem optischen satz dazu steigt die Konzentration der Kaliumionen

Faserbündel vereinigt werfen. Es hat sich gezeigt, in Richtung der Glasoberfläche an und nimmt in daß die Menge des durch ein solchen Faserbündel größerer Tiefe ab, sie verschwindet in einer Tiefe von

übertragen»! Lichts viel größer als die durch ein her- etwa 80 μ. Diese Ergebnisse lassen erkennen, daß die

fcömmliches Bündel aus beschichteten Fasern über- 60 Thallium- und Natriumionen innerhalb des Glases tragene Lichtmenge ist. Der Grund für diesen hohen durch die Kaliumionen aus dem Bad substituiert sind.

Wirkungsgrad liegt darin, daß Verluste durch Total- Man erkennt ferner, daß die Verteilung des Brechungsreüexion innerhalb des Faserbündels nach der Erfin- index nach F i g. 3 hauptsächlich durch den Austausch

dung nicht auftreten. der rhallium- und Kaliumionen bedingt ist

Maßnahmen wie die Benutzung eines gefärbten 65 Ein etwa 10 cm langer Glasfascrabschnitt wurde mit Glases als zweites Glas zur Unterdrückung eines Licht- Krümmungsradius von 1 cm gebogen, ein Finfallslicht-

eintritts von außen und zur gegeöseitigen Abschirmung bündel mit einer Breite von etwa 0,02 mm wurde an

zwischen den Elementen des ersten Glases sind zur einem Ende des Glasfasorabschnitts zentral eingeleitet.

Darauf breitete sich das Lichtbündel innerhalb der Glasfaser auf einer wellenförmigen Bahn ohne Reflexion an der Faseroberfläche aus, bis es das andere Ende der Glasfaser erreichte. Die Breite des Lichtbündels auf der Austrittsseite war im wesentliehen derjenigen auf der Eintrittsseite gleich.

Beispiel 2

Eine Glasfaser gleicher Zusammensetzung und Abmessung wie im Beispiel 1 wurde 19 Stunden lang in ein Kaliumnitratbad bei einer Temperatur von 43O⁰C getaucht. Darauf wurde die Glasfaser aus dem Bad herausgenommen, abgekühlt, in Wasser gespült und getrocknet. Der Brechungsindex der so behandelten Glasfaser wurde gemessen und ergab sich, gemäß F i g. 5, die eine fortgesetzte Zunahme des Brechungs-

index bis zu einer Tiefe von etwa 50 μ unter der Glasoberfläche zeigt.

Beispiel 3

Proben von Glasfasern mit 0,2 mm Durchmesser aus jeweils acht verschiedenen Glaszusammensetzungen wurden fertiggestellt und in ein Kaliumnitratbad getaucht. Darauf wurde jede Faser aus dem Bad herausgenommen, gekühlt, mit Wasser gespült und getrocknet. Der Brechungsindex an der Oberfläche einer jeden Faserprobe wurde vor und nach der genannten Behandlung gemessen. Die Glaszusammensetzungen vor der Tauchbehandlung sind in Tabelle 4 angegeben. Die jeweilige Tauchtemperatur, Tauchdauer, Brechungsindex an der Oberfläche vor und nach der Behandlung und die Unterschiede der Brechungsindizes sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle

Glasprobe	SiO1	B8O3	Glaszusammensetzung		Na1O	Tl1O
Nr.	68		(Gewichtsprozent)	—	17	15
	60	—	AIjO, I PbO	10	15	25
1	64	—		20	16	10
2	48	—	—	—	12	20
3	63	9	—	—	18	10
4	56	8	—	—	16	20
5	49	7	—	15	14	30
6	48	—	—		12	20
7		—
8		5

Tabelle

Glasprobe Nr.	Tauchtemperatur	Tauchzeit	Oberflächen bi vor der Behandlung	echungsindex nach der Behandlung	Unterschied der Brechungsindizes
	(0Q	(Stunden)	(A)	(B)	(A) - (B)
1	500	14	1,531	1,513	0,018
2	450	14	1,554	1,529	0,025
2	500	14	1,554	1,520	0,034
3	450	14	1,545	1,535	0,010
4	500	4	1,604	1,572	0,032
5	400	3	1,528	1,522	0,006
5	450	3	1,528	1,517	0,011
6	400	3	1,551	1,528	0,023
6	450	3	1,551	1,524	0,027
7	350	3	1,573	1,558	0,015
7	400	3	1,573	1,541	0,032
7	450	3	1,573	1,530	0,043
8	430	4	1,578	1,548	0,030
8	•480 *	4	1,578	1,544	0,034

Die Werte der Tabellen 4 und 5 lassen erkennen, daß der Unterschied des Brechungsindex mit ansteigender Behandlungstemperatur zunimmt. Außerdem läßt sich entnehmen, daß der Brechungsindex der Glasfaser nach der Behandlung im Mittelteil gleich demjenigen an der Oberfläche der Faser vor der Behandlung war und daß der Brechungsindex gegen die Oberfläche hin zunehmend abnimmt.

Beispiele 4 bis 12

In der nachfolgenden Tabelle 6 sind für die Beispiele 4 bis 12 jeweils die Zusammensetzung des Ausgangsglases und der Durchmesser des verwendeten Glasstabes angegeben. Sodann sind die Be handlungsbedingungen für den Ionenaustausch angegeben. Schließlich sind die Meßwerte für das Verfahrensprodukt aufgeführt

209 683/318

Tabelle 6

Beispiel I 9

10

11

12

Zusammensetzung des Ausgangsglases (Gewichtsprozent)

Tl₂O

Na₂O

K₂O

Li₂O

PbO

CaO

BaO

SiO₂

B₂O₈

Durchmesser des Glasstabes (mm)

Behandlung Art des Salzes

Temperatur (⁰C)

Dauer (Stunden)

Verfahrensprodukt

Brechungsindex, im Zentrum

Brechungsindex, an der Oberfläche

Wert von α (cmr²)

Gültigkeitsradius für die quadratische Gleichung (mm)

16 12

24 2

46 0,6

K₁SO₄SO⁰/,, + ZnSO₄ 50% (Molprozent)

500 170

1,60

30 0,25

5
15

20

60

KNO₁

430
72

1,554
1,545

16
12

24

48
0,3

14
30

49
7
0,5

NaNO₁ I TlCl

450	450
36	72
1,60	1,50
75	90
0,1	0,15

62

12
26

0,3
ZnCl,

400
200

1,81

30
0,1

27

10

20 14

10 _

56

30 14

63 0,5

KNO₁

480 48

1,58 !

20

14

KNO₃ mit einem Gehalt von

10

56

0,5 KNO₃ mit einem I KNO₃ mit einem

Gehalt von

0,2 Gewichts- 1,7 Gewichtsprozent TlNO₃ ! prozent TlNO₃ 500 24

30 0,15

1,56 1,53 7,7

510

15

Gehalt von 0,5 Gewichtsprozent TlNO₃

475 22

27 28

Bemerkungen ^{Χ 7}'⁶ °/β ^NaA ⁹ °/ο ^Β2°3- ⁶3,2 °/ο SiO₂ und einer Dicke

von 0,05 mm wurde hergestellt. Der Brechungsindex

Im Beispiel 4 läßt sich zeigen, daß die Verteilung im Glaskem betrug 1,625, dagegen in der Deckschicht

des Brechungsindex hauptsächlich von einem Austausch 1,494. Die so zubereitete Glasfaser wurde dann auf

der Thalliumionen innerhalb des Glases und der 5 550°C erhitzt und auf dieser Temperatur 15 Stunden

Kaliumionen innerhalb der Salzmischung herrührt. lang gehalten.

Nach Beispiel 5 wurde der behandelte Glasstab auf Der Brechungsindex in der so behandelten Glasfaser

etwa 650°C erhitzt und in Längsrichtung zu einer zeigte eine Verteilung mit einem fortgesetzten Anstieg

Glasfaser von 0,14 mm Durchmesser ausgezogen. von der Oberfläche ins Innere.

Der Glasstab des Beispiels 7 wurde auf eine be- ίο

stimmte Länge abgeschnitten, beide Schnittflächen Beispiel 16
wurden senkrecht zur Längsachse des Glasstabes Eine Glasfaser aus einem Faserkern der Zusammengeschliffen. Dieser Glasstab zeigt dann die Wirkung setzung von 4,2% Tl₂O, 12,5 °/₀ Na₂O, 33,3% MgO, einer Konkavlinse, deren optische Achse mit der 50,0% P₂O₅ (jeweils in Molprozent) mit einem Achse des Glasstabes zusammenfällt. 15 Durchmesser von 0,3 mm sowie einer Oberflächendeck-

Auch beim Beispiel 10 wurde der Glasstab zurecht- schicht der gleichen Zusammensetzung wie der Kern

geschnitten und geschliffen, so daß man eine Linsen- mit einer Dicke von 0,15 mm wurde fertiggestellt,

wirkung erzielt. Der Brechungsindex im Kern war 1,53, dagegen in der

Bei einem Glasstab des Beispiels 11 nimmt der Deckschicht 1,51. Diese Glasfaser wurde auf eine

Brechungsindex innerhalb einer Querschnittsebene 20 Temperatur von 400⁰C für eine Dauer von 72 Stunden

vom Umfang zum Zentrum zu. Man erhält eine erhitzt.

parabolische, symmetrische Verteilung um die Mittel- _R . . . ₁₇
achse.

Nach Beispiel 12 war die Länge des behandelten Ein Glaskernstab der Zusammensetzung von 69,5%

Glasstabes 500 mm. Es wurde die übertragung eines 35 BiO₂, 25,5% CdO, 5% Tl₂O (jeweils in Molprozent)

Laserstrahls überprüft. sowie ein Glasmantelrohr der Zusammensetzung von

_B j j , ₁₃ 74,8% SiO₂, 20,2% BaO, 5% K₂O wurden fertig-

^v gestellt, wobei der Innendurchmesser des Mantelrohrs

Ein Glashohlstab der Zusammensetzung von 10% etwas größer als der Außendurchmesser des Kernstabs K₂O, 10% Na₂O, 15% CaO, 65% SiO₂ mit einem 30 waren. Dann wurden nach Fig. 13 das Mantelrohr Außendurchmesser von 2 mm und einem Innen- 132 und der Kernstab 131 jeweils in konzentrischer durchmesser von 0,5 mm wurde unter Geschlossen- Anordnung allmählich von oben durch die Heizeinhaltung eines Endes des inneren Hohlraums des richtung 133 hindurchgeführt, in der der Kernstab 131 Stabes mit geschmolzenem Thalliumnitrat gefüllt und _Und das Mantelrohr 132 miteinander verschmolzen in diesem Zustand bei einer Temperatur von 400° C 35 wurden. Der Stab-Rohr-Schmelzkörper lief dann für eine Dauer von 20 Stunden belassen. Darauf zwischen den Walzen 134 hindurch, so daß ein bewurde das Thalliumnitrat ausgeschüttet, und der schichteter Glasstab erhalten wurde.
Glasstab wurde in Wasser gespült. Sodann wurde der Dieser Stab hatte einen Kern mit 0,10 cm Durch-Glasstab auf eine Temperatur von 650^c C erhitzt und messer und eine Deckschicht mit 0,20 cm Außenauf dieser Temperatur gehalten. Der innere Hohlraum 40 durchmesser. Der Brechungsindex des Kerns betrug des Glasstabes wurde in diesem Zustand evakuiert, 1,645, der Brechungsindex der Deckschicht 1,567. darauf wurde der Glasstab in Längsrichtung gezogen. Dieser beschichtete Stab wurde dann 24 Stunden Dabei wurde der innere Hohlraum des Glasstabs lane in einem elektrischen Ofen bei einer Temperatur fortgesetzt kleiner, bis er zusammenbrach und schließ- von 48O⁰C behandelt. Die Bestandteile des Glasstäbe lieh eine Glasfaser von 0,2 mm Durchmesser und 45 _und der Glasdeckschicht, die bei einer Temperatur festem Innenteil erhalten wurde. von 480⁰C nicht ineinander diffundieren können sind

Die Brechungsindizes dieses Glasstabes ergaben sich SiO₂-CdO und SiO₂-BaO, deren Konzentra-

an der Oberfläche und im Mittelteil jeweils zu 1,535 tionen jeweils 95 Molprozent ausmachten. Wenn diese

bzw. 1,554; der Brechungsindex nahm vom Mittelteil Komponenten unabhängig ein Glas bilden, haben

gegen die Oberfläche hin zunehmend ab. 50 diese Gläser (d, h. ein Glas der Zusammensetzung

von 73,1 Molprozent SiO₂, 26,9 Molprozent CdO

Beispiel 14 einerseits und ein Glas der Zusammensetzung 78,8 Mol prozent SiO₂,21,2 Molprozent BaO andererseits) beide

Ein Glasstab der Zusammensetzung von 20% Li₂O, einen Brechungsindex von 1,565.

80% SiO₂ und gleichen Abmessungen wie der Glasstab 55 Die Thalliumionen innerhalb des Kernglases und

im Beispiel 13 wurde in gleicher Weise wie nach dem die Kaliumionen innerhalb des Deckglases diffundieren

Beispiel 10 behandelt, bis eine Glasfaser vorlag. jeweils innerhalb der Deckschicht und des Kerns Die Brechungsindizes an der Oberfläche und im während der Wärmebehandlung. Die Verteilung des Mittelteil dieser Glasfaser ergaben sich zu 1,549 und Brechungsindex innerhalb des beschichteten Glas-

1,555, wobei der Brechungsindex von der Oberfläche 60 Stabes nach Abschluß der Wärmebehandlung ist für

zum Innern fortgesetzt anstieg. diesen Fall in Fig. 18 angegeben. In der Nähe der

. -115 Glasstabmitte nimmt der Brechungsindex im wosent-

Beispiel to liehen in quadratischer Beziehung zum Abstand von

Eine Glasfaser mit einem Faserkern der Zusammen- der Mitte ab, doch im Umfangsbereich, insbesondere

setzung von 10,2% ΤΙ,0,17,6% Na₁O, 9% B₂O und 65 in Bereichen mit Abständen oberhalb 0,075 cm von

63,2% SiO₁ (jeweils in Molprozent) mit einem Durch- der Mitte, weicht die Verteilung des Brechungsindex

messer von 0,2 mm sowie einer Oberflächendeck- merklich von dem quadratischen Verlauf ab. Deshalb

schicht der Zusammensetzung von 10,2% K₂O, wurde der Außenteil dieses Glasstabs durch Auflösen

29 30

mit Fluorwasserstoffsäure entfernt, so daß man einen Dreifachtiegels eingebracht, die jeweils mit entsprechen-Glasstab mit 0,15 cm Durchmesser erhielt. den Elektroden 241, 242 und 243 für eine elektrische

Die Verteilung des Brechungsindex in diesem Beheizung ausgestattet sind. Die drei Glasschmelzen Glasstab ergab sich im wesentlichen nach der Glei- flössen dann durch entsprechende Düsenöffnungen am chung 5 Fuß der jeweiligen Tiegel aus und wurden durch

JV = N₀(I-Or*) Walzen 244 geführt. Damit wurde ein dreifach be

schichteter Glasstab erhalten, der im Querschnitt aus

mit N₀ als Brechungsindex im Stabmittelabschnitt des konzentrischen Lagen dieser drei Gläser bestand. Der Wertes 1,640, r als Abstand von der Mitte und α als Kerndurchmesser, der Außendurchmesser der Zwipositiver Konstante des Wertes 8,3 cm-*. io schenschicht und der Außendurchraesser der Außen-

Außerdem war die Änderung des Brechungsindex schicht waren jeweils 0,2, 0,4 und 0,6 cm, die Brekontinuierlich auf beiden Seiten der ursprünglichen chungsindizes der jeweiligen Schichten 1,658, 1,621 Grenzflächen zwischen dem Kernglas und dem Deck- bzw. 1,562.
glas. Dieser G lasstab wurde dann während einer bestimm-

Aus diesem Glasstab wurde ein Abschnitt mit 0,5 cm 15 ten Zeitdauer bei einer Temperatur von 450⁰C in Länge ausgeschnitten und auf beiden Schnittflächen einen elektrischen Ofen eingestellt. Die Komponenten senkrecht zur Mittelachse geschliffen. Dadurch erhielt des Kerns, der Zwischenschicht und der Außenschicht, man eine Konvexlinse mit einer Brennweite von die bei 450⁰C nicht diffundieren konnten, waren 0,16cm. jeweils SiOs — PbO, SiO₈ - PbO und SiO₈-BaO;

B e i s ρ i e 1 18 20 die jeweiligen Mulkoazcntrationen innerhalb der

drei Gläser betrugen für diese Komponenten jeweils

Ein beschichteter Glasstab, der durch Zusammen- 93, 90 bzw. 87°/„ ,also näherungsweise 90°/„.
schmelzen in einer Heizeinrichtung in gleicher Weise Gläser, die unabhängig aus diesen Komponenten,

wie im Beispiel 17 erhalten worden war, wurde bei die bei 450° C nicht ineinander diffundieren, hergestellt einer Temperatur von 430⁰C 48 Stunden lang in ein 25 wurden (also ein Glas der Zusammensetzung von Natriumnitratbad getaucht. Der so behandelte Glas- 86,3 °/₀ SiO₂ und 13,7°/_O PbO, ein Glas der Zusammenstab zeigte dann eine Verteilung des Brechungsindex, setzung von 86,3 °/₀ SiO₄ und 13,7 °/₀ PbO sowie ein die nicht nur im Mittelteil, sondern auch bis in die Glas der Zusammensetzung von 79,7 °/₀ SiO₂ und Randteile einen quadratischen Verlauf hatte. Der 20,3 °/₀ BaO) hatten jeweils einen Brechungsindex von Grund hierfür ist darin zu suchen, daß zusätzlich zu 30 1,563.

der gegenseitigen Diffusion der Thalliumionen aus Auf Grund der Wärmebehandlung in dem elek-

dem Kernglas und der Kaliumionen in der Deckschicht trischen Ofen erfolgten hauptsächlich Wanderungen eine gegenseitige Diffusion hauptsächlich von Kalium- der Thalliumionen innerhalb des Glaskerns und der ionen aus der Deckschicht im Austausch mit Natrium- Kaliumionen innerhalb der Zwischenschicht jeweils ionen aus dem Bad erfolgte, so daß der Brechungsindex 35 in die Zwischenschicht bzw. in den Glaskern durch die in der Nähe der Außenfläche der Deckschicht herab- Grenzschicht zwischen denselben. Gleichzeitig wandern gesetzt wurde. die Thalliumionen innerhalb der Zwischenschicht in

Der innere Brechungsindex N dieses Stabes konnte die Außenschicht und Kaliumionen innerhalb der im wesentlichen durch folgende Gleichung dargestellt Außenschicht in die Zwischenschicht durch die Grenzwerden 40 fläche zwischen diesen Schichten. Auf Grund dieser N=N₀[I-Or²) Ionenwanderungen werden die Unstetigkeiten der mit Konzentrationen der Thallium- und Kaliumionen vor N₀ als Brechungsindex im Zentrum des Stabes mit Beginn der Wärmebehandlung auf beiden Seiten der einem Wert von 1,640, Zwischenschicht ausgeschaltet, die Ionenkcnzentra-, .. . . ' ' , . , 4b tionen stellen sich so ein, daß die Thalliumkonzen- r als Abstand von der Stabmitte und _{tration abnimmt und die} Kaliumkonzentration zu-

a als einer positiven Konstanten des Wertes nimmt, jeweils fortschreitend von der Stabmitte zum

4,3 cm-². Umfang. Entsprechend ergibt sich für den Brechungsindex innerhalb des Glasstabes eine Verteilung, die

Ein 0,5 cm langer Abschnitt dieses Glasstabes wurde 50 einen vergleichsweise kontinuierlich abnehmenden

zugeschnitten und an beiden Endflächen senkrecht zur Verlauf von der Mitte zur Außenseite aufweist und

Mittelachse geschliffen, so daß eine Konvexlinse mit insbesondere im mittennahen Bereich durch eine

einer Brennweite von 0,21 cm erhalten wurde. quadratische Kurve angenähert wird.

Durch Entfernung des Außenbereichs dieses Glas-

B e i s ρ i e 1 19 _{5J s}t_abes, indem eine Lösung in Fluorwasserstoffsäure Ein Kernglaspulver der Zusammensetzung von erfolgt, bis man einen Glasstab von 0,5 cm Durch-80,3 °/₀ SiO₂, 12,7% PbO, 7°/₀ Tl₂O, ein Zwischen- messer erhält, und durch Ausschneiden eines 0,5 cm schicht-Glaspulver der Zusammensetzung von 77,7 % langen Abschnitts sowie durch Schleifen der Schnitt-SiO₂, 12,3 °/₀ PbO, 4% Tl₂O, 6°/₀ K₂O sowie ein flächen senkrecht zu der Längsachse erhält man eine Außenschicht-Glaspulver der Zusammensetzung von 60 Konvexlinse mit einer Brennweite von 0,71 cm.
'69,3°/₀ SiO₂, 17,7% BaO, 13,0% K₂O (jeweils in Der innere Brechungsindex N dieser Linse kann Molprozent) wurden zubereitet und mittels eines durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Dreifachtiegels nach F i g. 19 zu einem dreifach beschichteten Glasstab ausgeformt. Im einzelnen wurden N = N₀ (1—ar²)
das jeweilige Kern-, Zwischenschicht- und Außen- 65 _mj_t
schicht-Glaspulver 238, 239 bzw. 240 in geschmolze- _
nem Zustand jeweils in den Innentiegel 235, den ^⁰ ~~ ^l'^{bb5 unü}
Zwischentiegel 236 bzw. den Außentiegel 237 des a = 0,92 cm~².

Beispiel 20

32

1,7 % Na₂O, 17,7%

Eine Glasfaser der Zusammensetzung von 3,3% Tl₂O, 17,0% Na₂O, 9,5% PbO, 70,1% SiO₂, 0,1% /-S₂O₃ (jeweils in Molprozent) mit einem Durchmesser von 0,3 mm wurde bei einer Temperatur von 460⁰C 24 Stunden lang in ein Kaliumnitratbad getaucht. Die so behandelte Glasfaser hatte im Mittelbereich einen Brechungsindex von 1,60 und eine Zusammensetzung von 3,3% Tl₂O, 3,4% Na₂O, 13,5 K₂O, io mit 9,5 % PbO, 70,1 % SiO₂, 0,1 % As₂O₃ (jeweils in Molprozent); im Oberflächenbereich betrug der Brechungsindex 1,57 und die Zusammensetzung war 0,9% Tl₂O, ^Pb0' ⁷°'^1<>

rungsweise uuivu ^U1V- '"'ö--— -einer kreisförmigen Querschmttsflache Radius dargestellt wird:

η = 1,601 (1-ar²)

r — ('mm) als Abstand von der Mitte,

„ Z aTs Brechungsindex in diesem Abstand r und

a = 0,62 mm"².

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Lichtleitender optischer Glaskörper mit quer zur Lichtdurchgangsrichtung infolge einer Ionenaustauschbehandlung sich ^ändernden Brechungsindizes, dadurch gekennzeichnet, daß auf Grund des Ionenaustausches quer zur Lichtdurchgangsrichtung die Konzentration mindestens zweier Kationenarten in entgegengesetzter Riehtung über den gesamten Querschnitt des Glaskörpers fortschreitend geändert ist und dadurch die Brechungsindizes in dieser Richtung kontinuierlich ab- bzw. zunehmen, so daß der Lichtweg in Richtung zunehmenden Brechungsindexes ge- krümmt wird.

2. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 1 mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zur Mittelachse der durch die Verteilung der Kationen festgelegte Brechungsindex zumindest innerhalb eines Mittelbereichs nahe der Mittelachse im wesentlichen quadratisch mit dem Abstand von der Mittelachse ansteigt oder abnimmt.

3. Lichtleiteiider optischer Glaskörper nach Anspruch 1 oder 2, vorzugsweise auf Silikatylarbasis, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kationenarten als einwertige Ionen vorliegen.

4. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als die eine Ionenart Thalliumionen vorliegen, deren Konzentration in einem Bereich mil höherem Brechungsindex größer ist als in einem Bereich mit niedrigerem Brechungsindex.

5. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Thalliumionen als die andere lonenart mindestens eine Art vom Alkalimetallionen vorhanden ist.

6. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallionen Natrium- und/oder Kaliumionen vorhanden sind.

7. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 1 oder 2, vorzugsweise auf Silikatylarbasis, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche dem Ionenaustausch dienende Ionen zweiwertig vorliegen.

8. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Kationen Blei, Barium, Cadmium, Strontium, Calcium, Zink, Beryllium und Magnesium vorhanden sind, wobei bei Verwendung von zwei Kationenarten die Konzentration der in der angegebenen Reihenfolge vornstehenden Ionen in einem Bereich mit höherem Brechungsindex jeweils größer ist als die Konzentration der in der genannten Reihenfolge nachfolgenden Ionen.

9. Lichtleitender optischer Glaskörper nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Querschnitts weniger als 5 mm beträgt und daß sich die Brechungsindizes im Mittelbereich und im Randbereich um mehr als 0,003 unterscheiden.

10. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Querschnitts zwischen 0,02 und 2 mm liegt und daß der Unterschied der Brechungsr indizes im Mittelbereich und im Randbereich zwischen 0,01 und 0,3 liegt.

11. Lichtleitender optischer Glaskörper nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex mindestens in dem Mittelbereich der Funktion

N = N₀(I- ar*)

folgt, wobei N₀ den Brechungsindex auf der Mittelachse, r den radialen Abstand von der Mittelachse und α eine positive Konstante zwischen 7,7 und 75 cm"' bedeutet.

12. Lichtleitender optischer Glaskörper nach einem der Ansprüche 3 bis 8 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas im Mittelbereich aus 2 bis 40 Gewichtsprozent Tl₂O, 35 bis 75 Gewichtsprozent SiO₂, 0 bis 40 Gewichtsprozent Alkalimetalloxid besteht.

13. Verfahren zur Herstellung eines optischen Glaskörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine erste Austauschkationenart enthaltender Glaskörper der Einwirkung einer zweiten Austauschkationenart ausgesetzt wird und daß der Ionenaustausch bei erhöhter Temperatur vorgenommen wird, wobei die Konzentration der Kationen durch Variation der Behandlungszeit eingestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung eines optischen Glaskörpers mit einem Kernteil und einem Mantelteil, dadurch gekennzeichnet daß ein langer, dünner Glasgegenstand mit mindestens einer zylindermantelförmigen Grenzfläche auf erhöhter Temperatur gehalten wird, und dall zwischen im Kernbereich innerhalb der Grenzfläche enthaltenen Tl'-Ionen und im Außenbereich enthaJtenen Li'-, Na'-, K^f-, Rb'- und/oder Cs'-Ionen durch die Grenzfläche hindurch ein Ionenaustausch durchgeführt wird, der innerhalb des Kernbereichs einen von der Mitte zum Rand abnehmenden Brechungsindex ergibt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Glassorten mit unterschiedlichem Brechungsindex in Schichtanordnung unter Bildung einer Grenzfläche kombiniert werden, daß die Glaskombination auf eine Temperatur gebracht wird, bei der eine Diffusion der in beiden Glassorten enthaltenen Austauschionen durch die Grenzfläche hindurch erfolgt, und daß die jeweils in den Glassorten enthaltenen nichtdiffundierenden Ionen im wesentlichen in gleichen Molkonzentrationen vorliegen und so ausgewählt sind, daß die Glassorten allein jeweils gleiche Brechungsindizes aufweisen.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thalliumionen enthaltender Glaskörper zur stärkeren Substitution vonThalliumionen durch Alkalimetallionen in einem oberflächennahen Bereich des Glases der Einwirkung von Alkalimetallionen ausgesetzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkalimetallionen enthaltender Glaskörper zur stärkeren Substitution von Alkalimetallionen durch Thalliumionen in einem oberflächennahen Bereich des Glases der Einwirkung von Thalliumionen ausgesetzt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß außer der

G in de

Al H Er Ei fo

H. se Li K. wc au nii de Li rei un in

Sc: de an fo

3 4

eindiffundierenden Kationenart auch ein geringer verbindung sowie anderer Lichtübertragungsanord-

Anteil der im Glas enthaltenen Aur-lauschkationen- nungen herab.

art zugesetzt wird. In »Proceedings of the IEEE«, Bd. 53, S. 2148 bis

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch ge- 2149, Dezember 1965, und in einer Arbeit von Uchida kennzeichnet, daß im Anschluß an den Ionen- 5 Teiji: Denshi Tsushin Gakkai Soritsu 50-Shu-Nen austausch mindestens auf einem Teil der Glas- Kinen Zenkoku Taikai Symposium, Yoko-Shu »Laser oberfläche eine Schicht abgetragen wird. Oyo«-Hen, S. 3 bis 4, Oktober 1967, Übersetzung:

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 Japan Society of Electronic Communication (Enbis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Glas- gineers) Fiftieth Anniversary National Convention körper bei einer oberhalb des Transformations- io Symposium Preprint »Laser Application« edition, Punktes und unterhalb des Erweichungspunktes S. 3 bis 4, Oktober 1967, ist das theoretische Modell des Glases liegenden Temperatur behandelt wird. einer Lichtleiterfaser angegeben, in der der Brechungs-

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 index von der Oberfläche ins Innere zunehrneno bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein die zweite ansteigt. Die durchgeführten Berechnungen zeigen, Kationenart enthaltendes Glas mit dem Glaskörper 15 daß eine solche Lichtleiterfaser fokussierende Eigendurch Verschmelzen in Berührung gebracht wird. schäften aufweist. Infolge der kontinuierlichen Ver-

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch ge- teilung des Brechungsindex erfolgt eine Beugung der kennzeichnet, daß als zweite Kationenart Kalium- Lichtstrahlen, ohne daß Reflexionen auftreten. Allerionen oder Natriumionen verwendet werden. dings ist in den genannten Arbeiten keine körperliche