DE2000947C3 - Lichtabsorbierendes Glas für den lichtabsorbierenden Teil eines faseroptischen Elementes, bestehend aus einem Kern, einem inneren Mantel und einem lichtabsorbierenden Außenmantel - Google Patents
Lichtabsorbierendes Glas für den lichtabsorbierenden Teil eines faseroptischen Elementes, bestehend aus einem Kern, einem inneren Mantel und einem lichtabsorbierenden AußenmantelInfo
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Description
15
20
SiO2 | 50-70 | insgesamt 5—20 |
B2O3 | 0-25 | |
Li2O | 0- 2 1 | |
Na2O | 0—15 [ | |
K2O | 0-10 J | |
Al2O3 | 2— 4 | |
CaO | 0- 5 | insgesamt |
MgO | 0- 8 | 5-15 |
BaO | 0- 5 | |
Fe2O3 | 0-10 1 0-10 J |
|
V2O5 | 0- 2 | |
As2O3 | ||
SiO2 | 50-65 | -.asgesamt 5-15 |
B2O3 | 0-20 | |
Li2O Na2O |
0- 2 1 0-10 \ |
|
K2O | 0- 8 J | |
Al2O3 | 2- 4 | |
CaO | 0- 4 | |
MgO | 0- 6 | insgesamt |
BaO | 0- 2 | 5-15 |
Fe2O3 | 2- 8 \ | |
V2O5 | 2-9 j | |
As2O3 | 0- 2 | |
aus Glas mit niedriger Brechungszahl (κ) umgeben ist.
Die Fasern können jede Form mit einem konstanten ununterbrochenen Querschnitt aufweisen und können
somit nicht nur kreisförmig, sondern auch rechteckig oder vieleckig gestaltet sein.
Es sol! gesichert werden, daß kein Definitionsverlust durch Streulicht auftritt. Zu diesem Zweck muß vor
allen Dingen der Grenzwinkel Θ, d. h, der größte Winkel zwischen einem auf das faseroptische Element auffallenden
Lichtstrahl und der Normalen zu der Endfläche der Faser, bei dem dieser Lichtstrahl gerade noch nicht total
reflektiert wird, maximal sein. Alle Lichtstrahlen, die
unter einem diesen Grenzwinkel unterschreitenden Winkel auf die Endfläche der Faser auffallen, durchlaufen,
wenn sie einmal innerhalb der Faser sind, durch wiederholte Totalreflexion an den Seitenwänden diese
Faser über ihre ganze Länge. Zwischen dem Grenzwinkel Θ, den Brechungszahlen der beiden Glasarten und
der Brechungszahl der Umgebung (no) besteht die
Beziehung:
«o sin (-)
25
2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Zusammensetzung in Gew.-% innerhalb
der folgenden Grenzen liegt:
30
j5
40
45
Die Erfindung bezieht sich auf ein lichtabsorbierendes Glas für den lichtabsorbierenden Teil eines faseroptischen
Elementes, wobei eine einzelne Faser aus einem Kern, einem inneren Mantel aus einem Glas, das mehr
als 2,5 Gew.-°/o Na2O enthalten kann, und einem lichtabsorbierenden Außenmantel besteht
Faseroptische Elemente, die aus einem Bündel zur Lichtübertragung dienender Glasfasern mit sehr geringem
Durchmesser bestehen, finden in den letzten Jahren vielfach in denjenigen Fällen Anwendung, in denen
sogar Bilder sehr geringer Helligkeit ohne einen merklichen, durch Streuung herbeigeführten Definitionsverlust
transportiert werden. Sie werden z. B. in Bildverstärkern und in Fernsehaufnahmeröhren verwendet
Die Wirkung einer derartigen Faser beruht darauf, daß ein Lichtbündel, das auf ein Ende einer Faser
auffällt, durch Totalreflexion an den Seitenwänden der Faser nahezu völlig innerhalb dieser Faser bleibt und
das andere Ende mit nahezu der gleichen Intensität erreicht. Um dies zu erzielen, besteht eine derartige
Faser aus einem Kern eines Materials mit hoher Brechungszahl (ri\), der konzentrisch von einem Mantel
50 Durch passende Wahl der beiden Glasarten in bezug
auf ihre Brechungszshlen kann dieser Grenzwinkel bei freier Anordnung des faseroptischen Elements, d. h. in
einer Umgebung von Luft, θ 90° betragen. Dies bedeutet, daß alles Licht, sogar das streifende Licht,
wenn es einmal innerhalb der Faser ist, durch Totalreflexion in dieser Faser bleibt.
Die Hauptrolle von Streulicht ist Licht, das an einer Endfläche des faseroptischen Elements unter einem von
0° verschiedenen Winkel auf das Mantelglas auffällt Das Mantelglas muß naturgemäß eine beschränkte
Mindestdicke haben, weil sonst Störungen zwischen den Fasern auftreten können. Dieser Mindestwert liegt in
der Größenordnung von einigen. Zehnteln eines Mikrons. Dies bedeutet, daß die Oberfläche des
Mantelglases in einem Querschnitt des faseroptischen Elements mit einem Kerndurchmesser von z. B. 5 bis
10 μΐη 25 bis 40% der Gesamtoberfläche beansprucht
Im Vergleich zu dieser Quelle haben andere, ab und zu auftretende, Streulicht herbeiführende Fehler, wie
Fehler an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel und Gasblasen oder Kristalle im Kernglas und im
Mantelglas der Fasern, nur geringen Einfluß. Auch soll ein Milieu berücksichtigt werden dessen Brechungszahl
(no) viel größer als 1 ist, wie eine Immersion oder eine auf der Endfläche eines faseroptischen Elements
befindliche Schicht aus einem photoleitenden Material mit einem Bindemittel. Dadurch wird der Grenzwinkel
θ erheblich verkleinert, wie aus der bereits erwähnten Gleichung
sin (-) =
60 ersichtlich ist.
Zur Absorption von Streulicht wird nach GB-PS
1113 229 eine Glasfaser für ein faseroptisches Element
angewandt, die einen durchsichtigen Kernteil mit hoher Brechungszahl, einen durchsichtigen, den Kernteil
umgebenden und weniger als 2,5 Gew.-% Na2O
enthaltenden Mantelteil und einen den Mantelteil umgebenden lichtabsorbierenden Teil enthält.
Zu diesem Zweck ist ein Borosilikatglas bekannt, das
Fe2O3 in einer Menge zwischen 2 und 10 Gew-% und
TiO2 in einer Menge zwischen 2 und 10 Gew,-% enthält,
wobei die Gesamtmenge an Fe2O3 und TiO2 zwischen 4
und 15 Gew.-% liegen muß, während eine Gesamtmenge von weniger als 5 Gew.-% an Erdalkalioxiden und
nahezu keine zweiwertigen Obergangsmetalloxide (< 1 Gew.-%) vorhanden sein dürfen. Ein Beispiel eines
derartigen Glases enthält in Gewiohtsteilen
67,8 | SiO2. |
3,2 | Al2O3, |
19,2 | B2O3. |
0,4 | Na2O, |
8,8 | K2O, |
9,0 | Fe2O3, |
3,0 | TiO2 und |
0,25 As2O3. |
SiO2 | 50-70 |
B2O3 | 0-25 |
Li2O | O- 2 |
Na2O | 0-15 |
K2O | 0-10 |
Al2O3 | 2- 4 |
CaO | O- 5 |
MgO | O- 8 |
insgesamt
5-20 BaO
Fe2O3
V2O5
As2O3
Fe2O3
V2O5
As2O3
O- 5
O-
O-
0—10 \ insgesamt 0-10 J 5-15 0- 2
Vorzugsweise werden Gläser angewandt, deren Zusammensetzung in Gew.-% innerhalb der folgenden
Grenzen liegt:
IO
Die Erweichungstemperatur dieser Gläser liegt zwischen etwa 660 und 760° C.
Diese bekannten Gläser haben den Nachteil, daß sie
nur als lichtabsorbierender Teil in faseroptischen Elementen verwendet werden können, wenn das
durchsichtige Mantelglas, mit dem der lichtabsorbierende Teil in Berührung kommt, höchstens 23 Gew.-%
Na2O enthält Wenn das Mantelglas eine größere Menge an Na2O enthält, wird das schwarze Glas beim
Ausziehen und Bündeln der Fasern entfärbt, so daß es in bezug auf die Herabsetzung von Streulicht unwirksam
wird. Die Beschränkung auf Mantelgläser, die nahezu kein Na2O enthalten, ergibt zusätzliche Schwierigkeiten.
Diese Gläser sind verhältnismäßig hart, d. h„ daß sie
eine verhältnismäßig hohe Erweichungstemperatur haben, während ihr Ausdehnungskoeffizient in der
Regel in erheblichem Maße von dem der üblichen Kerngläser abweicht
Es besteht ein Bedarf an einem absorbierenden Glas, das in Vereinigung mit einem Mantelglas verwendet
werden kann, das in Gew.-% z. B. die folgende Zusammea«etzung hat: SiO2 60,1, B2O3 22,6, AI2O3 3,9,
und Na2O 13,4, das sich also auch bei Na^-Gehalten
von > 25 Gew.-% im Mantelglas nicht entfärbt Dieses Glas hat eine Brechungszahl nD = 1,50 und einen
linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 30 und 300°C von etwa 70 χ 10-7°C.
Der Erfindung liegt die Aufgahe zugrunde, eine Klasse von Gläsern zu schaffen, die diesen Bedarf
decken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Glaszusammensitzung in Gew.-% innerhalb der
folgenden Grenzen liegt:
SiO2 50-65
B2O3 0-20
Li2O 0- 2
Na2O 0-10
K2O 0- 8
Al2O3 2-4
CaO 0- 4
MgO 0- 6
BaO 0- 2
V2O5 2- 9 J 5-15
As2O3 0- 2
insgesamt 5-15
insgesamt
Die Erfindung wird nachstehend für el.i Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert
Ein Mantelglasrohr 2 mit rundem Querschnitt und mit einem Innendurchmesser von 15 mm und einer Wanddicke ^on 1 bis 1,5 mm dargestellt in Fig. 1, wird
zunächst zu einem viereckigen Querschnitt mit abgeschrägten Ecken kalibriert, wobei der Innenabstand
zwischen den Seiten 15 mm beträgt An den Eckpunkten werden aus schwarzem Glas 3 mit einer der in der
Tabelle erwähnten Zusammensetzungen bestehende Fasern angeordnet, wonach in diesem Rohr ein
passender Kernglasstab 1 angebracht wird (vgl. F i g. 2a) Kemglas 1 und Mantelgias 2 haben die folgende
Zusammensetzung in Gew-%:
Kern (1): GeO2 40,5
BaO 22,8
TiO2 4,8
La2O3 17,6
ZrO2 4,7
Ta2O5 3,4
ZnO 6,2
(nD = 1,855)
Mantel (2): SiO2 58,1
B2O3 22,6
Al2O3 3,9
Na2O 15,4
(nD = 1,51)
In der nachstehenden Tabelle sind einige Gläser für den lichtabsorbiercjnden Außenmantel 3 angegeben,
wobei außerdem der untere Kühlpunkt (LOT), d. h. die Temperatur in °C, bei der die Viskosität des Glases 1013·6
Pa · s beträgt, der obere Kühlpunkt (HOT), d. h. die Temperatur, bei der die Viskosität des Glases ΙΟ12·4
Pa. · s beträgt, die Erweichungstemperatur (AVP), d. h.
die Temperatur, bei der die Viskosität 106·6 Pa · s
beträgt, und der lineare Ausdehnungskoeffizient (u. c.) zwischen 30 und 3000C angegeben sind.
12 3 4
IO
SiO2 | 60,4 | 59,9 | 61,5 | 51,9 | 59,9 | 63,2 | 51,4 | 62,4 | 59,6 | 60,2 | 63,2 |
B,O, | 17,0 | 16,8 | 17,3 | 20,2 | 16,8 | 17,8 | 20,0 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 17,8 |
I | 5 | 2 | 0,8 | 3 | - | 4 | 20 00 | 0,8 | 947 | 0,8 | 7 | 8 | 6 | 9 | IO | Il | |
Zusammensetzung | 0,4 | in Gew.-7» | 0,4 | 0,4 | |||||||||||||
Fortsetzung | 0,8 | 7,4 | 0,8 | 458 | - | 7,4 | 7,9 | - | - | - | - | 0,8 | |||||
0,4 | 3,2 | 0,4 | 484 | 13,7 | 5 | 3,2 | 6 | 3,4 | 13,6 | 14,4 | 13,8 | 13,9 | 0,4 | ||||
7,5 | 7,6 | 678 | - | - | 0,7 | 0,6 | 0,6 | 7,9 | |||||||||
Li2O | 3,2 | 3,3 | 54 | 3,5 | 3,5 | 2,5 | 2,4 | 2,4 | 3,4 | ||||||||
Na2O | - | 3,6 | 3,5 | 3,5 | |||||||||||||
K2O | - | 5,4 | 5,! | 5,2 | |||||||||||||
Al2O3 | - | 5,3 | 2,7 | - | 1,9 | 1,9 | 1,9 | ||||||||||
CaO | - | f>J | 8,8 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |||||||||||
MgO | 8,0 | 445 | 8.0 | 435 | 446 | 5,3 | 2,8 | 5,3 | 8,0 | 6.5 | |||||||
BaO | ~>? | 471 | ■> ι | 465 | 473 | 6.,? | 4.6 | 71 | - | ||||||||
As2O, | 449 | 660 | 672 | 668 | 454 | 486 | |||||||||||
Fe2O, | 479 | 55 | 55 | 55 | 474 | 508 | |||||||||||
V,O; | 692 | 632 | 676 | ||||||||||||||
LOT | 54 | 77 | 77 | 91 | 91 | 93 | 54 | ||||||||||
HOT | |||||||||||||||||
AVP | |||||||||||||||||
U. C. | |||||||||||||||||
Die erhaltene Kombination wird zunächst bei einer Temperatur von 850cC zu Fasern mit einem Durchmesser
von 300 μπι ausgezogen (vgl. F i g. 2b). Diese Fasern
werden zu einem Durchmesser von 12 mm gebündelt, und diese Bündel werden wieder ausgezogen, so daß die
ursprüngliche Faser einen Kerndurchmesser von etwa 6,5 μΓη erhält. Die erhaltenen zusammengesetzten
Fasern werden in Längen von 100 mm geschnitten und in dichter Packung in einer Ampulle mit einem
Durchmesser von 25 mm aus Borosilikatglas mit der gleichen Zusammensetzung wie das Mantelglas gebündeil.
Die ausgefüllte Ampulle wird evakuiert, abgeschmolzen und während einer halben bis zu einer
Stunde auf eine Temperatur von 7000C erhitzt. Da« erhaltene faseroptische Element hat ein Auflösungsver
mögen, das sogar sichtbar viel größer als bei einerr Element ist, bei dem von einem Gebilde ohne
lichtabsorbierenden Außenmantel ausgegangen wird.
Bei einer anderen Ausführungsform eines Verfahrer
zur Herstellung eines faseroptischen Elements, bei derr ein lichtabsorbierendes Glas nach der Erfindung
verwendet wird, wird ausgegangen von einem stabför migen Kernglas und einem Mantelglasrohr, das ζ. Β
mittels einer Suspension mit einem pulverförmiger absorbierenden Glas überzogen worden ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Lichtabsorbierendes Glas für den lichtabsorbierenden
Teil eines faseroptischen Elementes, wobei eine einzelne Faser aus einem Kernteil, einem
inneren Mantel aus einem Glas, das mehr als 2ß
Gew.-% Na2O enthalten kann, und einem lichtabsorbierenden
Außenmantel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtabsorbierende
Außenmantel aus einem Glas besteht, dessen Zusammensetzung in Gew.-% innerhalb der folgenden
Grenzen liegt:
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL6901020A NL6901020A (de) | 1969-01-22 | 1969-01-22 |
Publications (3)
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DE2000947A1 DE2000947A1 (de) | 1970-08-27 |
DE2000947B2 DE2000947B2 (de) | 1979-04-19 |
DE2000947C3 true DE2000947C3 (de) | 1979-12-13 |
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ID=19805931
Family Applications (1)
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DE2211442C2 (de) * | 1972-03-09 | 1983-08-04 | Institut chimii i technologii redkich elementov i mineral'nogo syr'ja Kol'skogo filiala Akademii Nauk SSSR, Apatity, Murmanskaja oblast' | Keramisches Bindemittel für Schleifwerkzeuge |
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US4483617A (en) * | 1981-03-04 | 1984-11-20 | Hitachi, Ltd. | Optical gyroscope with large propagation constant difference |
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Also Published As
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---|---|---|---|
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