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Die vorliegende Erfindung betrifft eine faseroptische Platte (im Folgenden als "FOP"
bezeichnet).
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Eine FOP ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ebenflächigen Bildes, die eine
Vielzahl von Lichtleitfasern umfasst und die als optischer Wellenleiter für optische
Instrumente, wie z. B. Frontplatten von Bildverstärkern und Kathodenstrahlröhren und CCD-
Koppler, verwendet wird.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer typischen FOP senkrecht zum Verlauf der
Lichtleitfasern. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die FOP 500 ein Kernglas 502 mit einem hohen
Brechungsindex, ein Mantelglas 504 mit einem kleinen Brechungsindex, das das
Kernglas 502 umschließt, und ein Absorberglas 506, das Streulicht absorbiert.
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Die FOP wird in der folgenden Weise hergestellt. Dünne Einzelfasern, in denen
Kerngläser mit einem Mantelglas beschichtet sind, und ein Absorberglas werden
zusammengebracht, und die Bestandteile werden in Faserrichtung angeordnet und bei hoher
Temperatur und hohem Druck miteinander verschmolzen. Danach werden die
verschmolzenen Bestandteile senkrecht zur Faserrichtung geschnitten, wobei eine FOP mit einem
Querschnitt, wie in Fig. 1 gezeigt, erhalten wird.
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Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Kerns einer FOP. Wie in Fig. 2 gezeigt,
wird Licht, das in die FOP einfällt, innerhalb der Fasern mehrfach total reflektiert und
effektiv mit einer hohen Auflösung von der Eintrittsfläche zur Austrittsfläche geleitet.
Dabei verläßt ein Teil des Lichts das Kernglas, ohne dass es total reflektiert wird. Um zu
verhindern, dass dieses Licht in andere Kerngläser eindringt, wird ein Absorberglas
vorgesehen. Die grundsätzliche Funktionsweise und die Eigenschaften einer FOP werden
z. B. in Kazumi Nagao, "Optical Fiber," Kyoritsu Shuppan, 1974, und Nakayama et al.,
ITEJ (Institute of Television Engineers of Japan) Technical Report, Band 4, Nr. 53, S.
1-6, IPU90-44, Sept. 1990, beschrieben.
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Typische herkömmliche Absorbergläser enthalten oxidische Farbstoffe, wie z. B. NiO,
Ni&sub2;O&sub3;, CoO, Co&sub2;O&sub3;, Cr&sub2;O&sub3;, CuO, MnO&sub2;, SnO, V&sub2;O&sub5; und WO&sub3;, um Streulicht zu
absorbieren. Um die Eigenschaften des Absorberglases zu verbessern, ist es erforderlich, dass
ein oxidischer Farbstoff ausgewählt wird, der Licht in einem weiten Wellenlängenbereich
absorbiert. Bei der Herstellung von faseroptischen Platten sollte ebenfalls darauf
geachtet werden, dass die oxidischen Farbstoffe, die ausgewählt werden, nicht beim
Zusammenschmelzen der Einzelfasern bei hoher Temperatur und hohem Druck, beim
Ziehen der Fasern oder dgl. entfärbt werden und dass die oxidischen Farbstoffe das
Kernglas nicht durch Diffusion oder dgl. entglasen.
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Die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2-38343
beschreibt ein Absorberglas für eine FOP, umfassend fünf wesentliche Bestandteile, d. h.
SiO&sub2;, B&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, BaO und TiO&sub2;, wobei das Glas kein PbO, CdO, Bi&sub2;O&sub3;, As&sub2;O&sub3;, Sb&sub2;O&sub3;,
F und Cl enthält. Diese Veröffentlichung erwähnt ebenfalls den Gehalt eines jeden
Bestandteils, der ein Verglasen (d. h. das Material wird in einen glasförmigen Zustand
überführt) ermöglicht. Es wird z. B. beschrieben, dass das Glas unbeständig wird, wenn
der Gehalt an Fe&sub2;O&sub3;, das als Farbstoff dient, 15% oder mehr beträgt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine FOP mit einem
Absorberglas bereitzustellen, das Licht in einem weiten Wellenlängenbereich vom UV-Bereich
über den Bereich des sichtbaren Lichts bis in den nahen IR-Bereich absorbiert.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine FOP mit einem
Absorberglas mit einem hohen Absorptionsvermögen für Licht in einem weiten
Wellenlängenbereich bereitzustellen.
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Bei umfangreichen Untersuchungen fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung
heraus, dass ein Glas sowohl FeO als auch Fe&sub2;O&sub3; enthalten kann, und dass das
erhaltene Glas Licht in einem weiten Wellenlängenbereich vom UV-Bereich über den Bereich
das sichtbaren Lichts bis in den nahen IR-Bereich absorbieren kann. Auf der Grundlage
dieser Entdeckung führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung zahlreiche Tests und
Studien durch und fanden weiterhin heraus, dass ein Glas mit einem hohen Gehalt an
FeO und Fe&sub2;O&sub3; hergestellt werden kann, um eine hohe Absorption des Glases zu
gewährleisten, während gleichzeitig ein Verglasen sichergestellt wird, wenn gleichzeitig der
Gehalt an SiO&sub2; in dem Glas erhöht wird; die vorliegende Erfindung beruht auf diesen
Entdeckungen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden ebenfalls heraus, dass,
wenn FeO oder Fe&sub2;O&sub3; allein verwendet werden, der Gehalt an FeO oder Fe&sub2;O&sub3; ebenso
erhöht werden kann, wenn der Gehalt an SiO&sub2; erhöht wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine faseroptische Platte bereit, gebildet aus einer
Vielzahl von Lichtleitfasern, die durch Bündelung zusammengefasst sind, wobei die
faseroptische Platte umfasst:
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eine Vielzahl von Kernen, hergestellt aus einem Kernglas, wobei die Kerne einfallendes
Licht weiterleiten,
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eine Ummantelung, die die jeweiligen Außenflächen der Kerne umschließt, wobei die
Ummantelung aus einem Mantelglas hergestellt ist, dessen Brechungsindex kleiner als
der Brechungsindex des Kernglases ist, und
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einen Absorber, der zwischen der Vielzahl von Kernen angeordnet ist, wobei der
Absorber aus einem vorgegebenen Glas hergestellt ist und Streulicht absorbiert, das die
Kerne verlassen hat und in die Ummantelung eingedrungen ist, wobei das vorgegebene
Glas 18 bis 40 Gew.-% SiO&sub2; und insgesamt nicht weniger als 20 Gew.-% FeO und Fe&sub2;O&sub3;
umfasst.
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Das Absorberglas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann
18 bis 40 Gew.-% SiO&sub2;, 0 bis 10 Gew.-% B&sub2;O&sub3;, 0 bis 15 Gew.-% TiO&sub2;, 25 bis 40 Gew.-%
BaO, 4 bis 20 Gew.-% La&sub2;O&sub3;, 3 bis 30 Gew.-% FeO, 3 bis 30 Gew.-% Fe&sub2;O&sub3; und 0 bis 15
Gew.-% Co&sub2;O&sub3; enthalten.
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Es ist bevorzugt, dass die Gehalte an SiO&sub2;, FeO und Fe&sub2;O&sub3; in dem erfindungsgemäß
verwendeten Absorberglas die folgende Bedingung erfüllen:
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(Gehalt an SiO&sub2;) + (Gehalt an FeO) + (Gehalt an Fe&sub2;O&sub3;) > 50 Gew.-%.
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Das Absorberglas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann
weiterhin 3 bis 6 Gew.-% Ni&sub2;O&sub3; enthalten.
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Das Absorberglas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann
im Wesentlichen weder CoO noch Co&sub2;O&sub3; enthalten.
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Das Absorberglas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann
weiterhin 28 bis 31 Gew.% SiO&sub2;, 7 bis 11 Gew.% TiO&sub2;, 30 bis 32 Gew.% BaO, 7 bis 8
Gew.% La&sub2;O&sub3;, 6 bis 9 Gew.% FeO und 15 bis 21 Gew.% Fe&sub2;O&sub3; enthalten, während es
im Wesentlichen weder CoO noch Co&sub2;O&sub3; enthält.
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Das Absorberglas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann
im Wesentlichen kein B&sub2;O&sub3; enthalten.
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Da das Absorberglas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
große Mengen an FeO und Fe&sub2;O&sub3; enthält, ist es durch ein hohes Absorptionsvermögen
für Licht in einem weiten Wellenlängenbereich vom Bereich des sichtbaren Lichts bis in
den nahen IR-Bereich gekennzeichnet. Wenn gleichzeitig der Gehalt an SiO&sub2; erhöht
wird, kann die Obergrenze des Gehalts dieser Eisenoxide, um eine Verglasung zu
gewährleisten, deutlich erhöht werden, so dass ein beständiges Glas mit einem hohen
Gehalt an Eisenoxiden erhalten werden kann.
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In einer Ausführungsform enthält das Glas im Wesentlichen weder CoO noch Co&sub2;O&sub3;, so
dass es keine Co²&spplus;-Ionen oder Co³&spplus;-Ionen enthält, die vom Absorberglas in andere Teile
diffundieren könnten. Wenn solch ein Glas in einer FOP verwendet wird, können keine
Cobaltionen in den Kern diffundieren, so dass die Durchlässigkeit des Kerns
unverändert bleibt. Dieses Absorberglas, das FeO und Fe&sub2;O&sub3;, jedoch weder CoO noch Co&sub2;O&sub3;
enthält, ist durch hervorragende Absorptionseigenschaften in einem weiten
Wellenlängenbereich gekennzeichnet.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer genauen Beschreibung und
den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer FOP,
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Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Kerns einer FOP,
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Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit eines
Absorberglases und der Dicke des Absorberglases bei einer Wellenlänge von 790 nm zeigt,
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Fig. 4 zeigt die spektrale Durchlässigkeit für ein Absorberglas mit einer Dicke von 130
um und
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Fig. 5 zeigt die spektrale Durchlässigkeit einer FOP mit einer Dicke von 3 mm.
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In den vergangenen Jahren wurde die Bildübertragung nicht nur im Bereich des
sichtbaren Lichts, sondern auch im nahen IR-Bereich durchgeführt. Obwohl die herkömmlichen
faseroptischen Platten ein Absorberglas verwenden, das durch ein hohes
Absorptionsvermögen im Bereich des sichtbaren Lichts bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm
gekennzeichnet ist, ist das Absorptionsvermögen für Streulicht im nahen IR-Bereich nicht
ausreichend, so dass eine fehlerfreie Auflösung von Bildern im nahen IR-Bereich nicht
möglich ist.
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Obwohl das zuvor genannte Absorberglas, das in der Veröffentlichung des ungeprüften
japanischen Patents Nr. 2-38343 beschrieben wird, als Absorberglas mit einem
hervorragenden Absorptionsvermögen für Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm beschrieben
wird, wird kein Absorberglas mit einem Absorptionsvermögen für Licht im sichtbaren
Bereich, d. h. für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 590 nm, beschrieben. Diese
Veröffentlichung beschreibt ebenfalls nicht, wieder Gehalt an oxidischen Farbstoffen erhöht
werden kann, um ein Glas mit einem hohen Absorptionsvermögen für Licht in einem
weiten Wellenlängenbereich zu erhalten.
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Im Folgenden wird das Absorberglas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, anhand der Glasbestandteile beschrieben.
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B&sub2;O&sub3; ist ein Oxid, das zur Herstellung des Glases verwendet wird. Die Verglasung wird
einfacher, wenn dieses Oxid zu dem Glas gegeben wird, aber dieser Bestandteil muss
nicht in jedem Fall zu dem Glas gegeben werden. Wenn der Gehalt an B&sub2;O&sub3; 10%
übersteigt, wird die Dichte des Glases so gering, dass es als Absorberglas nicht mehr
geeignet ist.
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SiO&sub2; ist ein Oxid, das, wie B&sub2;O&sub3;, zur Herstellung des Glases verwendet wird; SiO&sub2; ist ein
wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Glases. Wenn der Gehalt an SiO&sub2;
unterhalb von 18% liegt, kann das Glas keine großen Mengen an färbenden
Bestandteilen enthalten, die im Folgenden beschrieben werden. Wenn der Gehalt an SiO&sub2; 40%
übersteigt, kann der Gehalt an Farbstoffen nicht erhöht werden, so dass das
Absorptionsvermögen des Glases nicht ausreichend ist.
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TiO&sub2; wird zu dem Glas gegeben, wenn das Glas eine große Menge an Farbstoffen, wie
z. B. FeO und Fe&sub2;O&sub3;, enthält, so dass das Verglasen unterstützt wird. TiO&sub2; wird ebenfalls
zugegeben, um das Glas zu härten. Wenn der Gehalt an TiO&sub2; 15% übersteigt, treten
Probleme beim Verglasen auf. Ein Gehalt von weniger als 5% wirkt sich nur geringfügig
auf die Glaseigenschaften aus, so dass TiO&sub2; nicht unbedingt zugegeben werden muss,
d. h. der Gehalt an TiO&sub2; kann Null sein.
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BaO wird zugegeben, um den Verglasungsbereich zu erweitern und um den
Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erhöhen. Wenn das Glas eine große Menge an
Farbstoffen enthält und der Gehalt an BaO unterhalb von 5% liegt, kann keine Verglasung
erfolgen. Wenn der Gehalt an BaO andererseits oberhalb von 40% liegt, kann das Glas
keine färbenden Bestandteile enthalten.
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La&sub2;O&sub3; unterstützt die Verglasung und erhöht die Dichte des Glases. Wenn die Dichte
des Glases erhöht wird, wird ebenfalls das Absorptionsvermögen der Farbstoffe
verbessert. Wenn der Gehalt an La&sub2;O&sub3; unterhalb von 4% liegt, wirkt sich dies kaum auf die
Eigenschaften des Glases aus, und wenn der Gehalt an La&sub2;O&sub3; 20% übersteigt, wird die
Verglasung erschwert.
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FeO ist ein Farbstoff mit einem hohen Absorptionsvermögen für Licht im nahen IR-
Bereich. Wenn der Gehalt an FeO unterhalb von 3% liegt, ist das Absorptionsvermögen
des Glases für Licht im nahen IR-Bereich unzureichend. Wenn der Gehalt an FeO
oberhalb von 30% liegt, treten Probleme beim Verglasen auf.
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Fe&sub2;O&sub3; ist ein Farbstoff mit einem hohen Absorptionsvermögen für Licht vom UV-Bereich
bis in den sichtbaren Bereich. Wenn der Gehalt an Fe&sub2;O&sub3; unterhalb von 3% liegt, ist das
Absorptionsvermögen des Absorberglases für Licht im nahen IR-Bereich unzureichend.
Wenn der Gehalt an Fe&sub2;O&sub3; oberhalb von 30% liegt, treten Probleme beim Verglasen
auf.
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Co&sub2;O&sub3; ist kein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Glases, obwohl es
hauptsächlich Licht im sichtbaren Bereich absorbiert. Wenn der Gehalt an Co&sub2;O&sub3;
oberhalb von 15% liegt, treten Probleme beim Verglasen auf. Wie im Folgenden
beschrieben wird, diffundieren Co³&spplus;-Ionen in den Kernbereich ein und verringern dadurch die
Durchlässigkeit einer FOP, die mit einem Absorberglas hergestellt wurde, das Co&sub2;O&sub3;
enthält, so dass es bevorzugt ist, dass das Glas kein Co&sub2;O&sub3; enthält.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In
den beiliegenden Zeichnungen werden identische Elemente mit gleichen Ziffern
bezeichnet, wiederholende Definitionen der Ziffern werden vermieden.
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Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der Absorberglasfaser kurz
beschrieben. Die Bestandteile des erfindungsgemäßen Glases wurden in Form der folgenden
Materialien zugegeben:
Bestandteil Material
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B&sub2;O&sub3; Borsäure (H&sub3;BO&sub3;)
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SiO&sub2; Kieselsäureanhydrid (SiO&sub2;)
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TiO&sub2; Titanoxid (TiO&sub2;)
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BaO Bariumcarbonat (BaCO&sub3;)
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La&sub2;O&sub3; Lanthanoxid (La&sub2;O&sub3;)
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FeO Eisen(I)oxid (FeO)
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Fe&sub2;O&sub3; Eisen(II)oxid (Fe&sub2;O&sub3;)
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Co&sub2;O&sub3; Cobalt(II)oxid (Co&sub2;O&sub3;)
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Diese Materialien wurden gründlich miteinander vermischt, und das erhaltene Gemisch
wurde dann in einen Quarz-Schmelztiegel überführt und bei 1250ºC grob
aufgeschmolzen. Nachdem im Wesentlichen alle Bestandteile geschmolzen waren, wurde die
Schmelze aus dem Quarz-Schmelztiegel genommen und schnell abgekühlt, so dass ein
Glasbrocken erhalten wurde. Diese Prozedur wurde wiederholt. Der auf diese Weise
hergestellte Glasbrocken wurde in einen Platin-Schmelztiegel gegeben und bei 1350ºC
geschmolzen. Die Schmelzzeit betrug 2 Stunden. Während des 2-stündigen
Schmelzens wurde die Schmelze drei Mal mit einem Platinstab gerührt, um die Schmelze zu
homogenisieren. Nach 2 Stunden wurde die Temperatur langsam verringert, und als die
Viskosität der Schmelze einen geeigneten Wert erreicht hatte, wurde die Schmelze in
eine Form mit einer stabförmigen Aushöhlung gegossen. Diese Schmelze wurde
zusammen mit der Form in einen elektrischen Ofen gegeben, der zuvor auf eine
Temperatur im Bereich von 720 bis 730ºC erwärmt worden war, um die Schmelze langsam
abzukühlen. Nachdem die Temperatur der Schmelze in dem elektrischen Ofen den
gewünschten Wert erreicht hatte, wurde der elektrische Ofen abgeschaltet, um die
Schmelze vollständig abzukühlen. Auf diese Weise wurde ein Stab aus dem
Absorberglas erhalten. Der Stab aus dem Absorberglas wurde aus der Form genommen,
geschnitten, bis zur gewünschten Größe poliert und dann zu einer Glasfaser für eine FOP
verarbeitet.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung wählten die Farbstoffoxide wie folgt aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hervorragendes Absorptionsvermögen für Licht
in einem weiten Wellenlängenbereich vom UV-Bereich über den Bereich des sichtbaren
Lichts bis in den nahen IR-Bereich zu erhalten, insbesondere, die Absorption im Bereich
des sichtbaren Lichts beizubehalten, während gleichzeitig das Absorptionsvermögen für
Licht im nahen IR-Bereich verbessert wird. Es war bekannt, dass Cu²&spplus;-Ionen und Fe²&spplus;-
Ionen als Bestandteile verwendet werden können, um ein Glas zu erhalten, das Licht im
nahen IR-Bereich absorbiert. Ausgehend von einem Absorberglas, das die Oxide dieser
Bestandteile umfasst, wurde nach einer Zusammensetzung gesucht, die sich durch ein
verbessertes Absorptionsvermögen für Licht im UV-Bereich bis in den sichtbaren
Bereich auszeichnet. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden heraus, dass ein Glas
mit einem hohen Absorptionsvermögen für Licht in einem weiten Wellenlängenbereich
erhalten werden kann, wenn das Glas mindestens FeO und Fe&sub2;O&sub3; als färbende Oxide
enthält. Weiterhin wurde der Gehalt an Farbstoffoxiden so weit wie möglich erhöht, um
ein hohes Absorptionsvermögen zu erhalten. Bei dieser Suche nach einer neuen
Glaszusammensetzung wurde berücksichtigt, dass die Kombinationen von oxidischen
Farbstoffen und deren Gehalte den Verglasungsgrad beeinflussen können.
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Ursprünglich wurde ein Absorberglas, bestehend aus 19% SiO&sub2;, 6% B&sub2;O&sub3;, 16% La&sub2;O&sub3;,
36% BaO, 8% TiO&sub2;, 2,4% FeO, 5,6% Fe&sub2;O&sub3;, 1% Co&sub2;O&sub3; und 6% CuO, unter
Anwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt. Wenn die Durchlässigkeit dieses
Absorberglases (im Folgenden als "EMA-Glas" bezeichnet) bei 790 nm gemessen
wurde, ergab sich bei einer Glasdicke von 250 um ein Wert von 0,5%. Mit anderen Worten,
dieses EMA-Glas war durch ein hervorragendes Absorptionsvermögen für Licht im
nahen IR-Bereich gekennzeichnet.
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Wenn dieses EMA-Glas beim Ziehen mit den Kernbereichen und der Ummantelung
verarbeitet wurde, um eine FOP herzustellen, ging das EMA-Glas in den kristallinen
Zustand über. Weitere Tests, die bei verschiedenen Temperaturen beim Ziehen
durchgeführt wurden, ergaben, dass der Temperaturbereich, bei dem das EMA-Glas nicht
kristallisiert, sehr beschränkt ist, so dass eine Steuerung der Temperatur beim Ziehen sehr
schwierig ist. Weiterhin diffundierten Cu²&spplus;-Ionen des EMA-Glases in den Kern, so dass
der Kern deutlich verfärbt wurde. Es zeigte sich, dass die spektrale Durchlässigkeit
dieser FOP im Bereich des sichtbaren Lichts bis in den nahen IR-Bereich deutlich abnahm,
so dass die FOP praktisch nicht verwendbar war. Daraus ergab sich, dass das EMA-
Glas, das entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, keine Kupferionen
enthalten sollte.
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Dann wurde, ausgehend von der zuvor genannten Zusammensetzung, ein EMA-Glas
mit etwa 5 bis 6% herkömmlichen Farbstoffen anstelle von 6% CuO hergestellt, und die
Verglasung und das Absorptionsvermögen des Glases bei einer Wellenlänge von etwa
790 nm wurden bestimmt. Anstelle von CuO wurden als oxidische Farbstoffe jeweils
Ni&sub2;O&sub3;, MnO&sub2;, CO&sub2;O&sub3;, SnO, V&sub2;O&sub5;, WO&sub3; und Cr&sub2;O&sub3; verwendet. Dabei zeigte sich, dass die
Verglasung unzureichend ist, wenn MnO&sub2;, SnO, V&sub2;O&sub5;, WO&sub3; oder Cr&sub2;O&sub3; verwendet
werden, und dass eine ausreichende Verglasung stattfindet, wenn etwa 5 bis 6% Ni&sub2;O&sub3;
oder Co&sub2;O&sub3; verwendet werden.
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Im Hinblick auf diese Ergebnisse wurde versucht, die Glaszusammensetzung zu
optimieren. D. h., es wurden zwölf EMA-Gläser mit verschiedenen Zusammensetzungen
hergestellt. Dann wurde die Durchlässigkeit eines jeden EMA-Glases für Licht mit einer
Wellenlänge im Bereich von etwa 300 nm bis etwa 1000 nm gemessen. Die Zusammensetzungen
der zwölf Gläser sind in den folgenden Tabellen 1 und 2 angegeben. Alle
Zusammensetzungen führten zu einer hervorragenden Verglasung.
Tabelle 1 (Einheit: Gew.%)
Tabelle 2 (Einheit: Gew.%)
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Die spektrale Durchlässigkeit eines jeden EMA-Glases, hergestellt unter Verwendung
der zuvor beschriebenen zwölf Zusammensetzungen, für Licht in einem weiten
Wellenlängenbereich von 300 bis 1000 nm wurde gemessen, um die Absorptionseigenschaften
der Gläser zu bestimmen. Es zeigte sich, dass alle EMA-Gläser durch ein relativ gutes
Absorptionsvermögen für Licht in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 1000 nm
gekennzeichnet waren. In den Tabellen 1 und 2 ist ebenfalls die Durchlässigkeit eines
jeden EMA-Glases für Licht mit einer Wellenlänge von 790 nm angegeben, die im nahen
IR-Bereich liegt.
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Das Glas der Probe Nr. 40, das Ni&sub2;O&sub3; enthielt, war durch die höchste Durchlässigkeit
(d. h. durch das geringste Absorptionsvermögen) für Licht mit einer Wellenlänge von 790
nm gekennzeichnet und praktisch verwendbar.
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Von den Gläsern der Proben Nr. 57 bis 61, die, anstelle von Ni&sub2;O&sub3;, Co&sub2;O&sub3; als färbendes
Oxid in Kombination mit FeO und Fe&sub2;O&sub3; enthielten, zeigte das Glas der Probe Nr. 58,
das die größte Gesamtmenge an FeO und Fe&sub2;O&sub3; enthielt, die niedrigste Durchlässigkeit.
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Mit den Gläsern der Proben Nr. 70 und 71, die kein B&sub2;O&sub3; enthielten und deren
Gesamtgehalt an FeO und Fe&sub2;O&sub3; in etwa denn Gesamtgehalt an FeO und Fe&sub2;O&sub3; des Glases der
Probe Nr. 58 entsprach, konnten die Glasübergangstemperatur (Tg) und die Fließgrenze
(At) verbessert werden.
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Die Durchlässigkeit der Gläser der Proben Nr. 75 und 76, die jeweils 22,2% FeO oder
Fe&sub2;O&sub3; enthielten, war deutlich verbessert.
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Diese Ergebnisse zeigen, dass, wenn die Gehalte an FeO und Fe&sub2;O&sub3; erhöht werden, ein
ausreichendes Absorptionsvermögen erhalten werden kann, ohne dass andere färbende
Oxide verwendet werden.
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Dann wurde versucht, sowohl den Gehalt an FeO als auch den Gehalt an Fe&sub2;O&sub3; in dem
Glas zu erhöhen. Dafür wurden die Gläser der Proben Nr. 74 und 80 hergestellt, deren
Zusammensetzungen in Tabelle 2 angegeben sind. Die Gläser beider Proben zeigten
ein deutlich erhöhtes Absorptionsvermögen für Licht mit einer Wellenlänge von 790 nm.
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Die Gläser der Proben Nr. 74 bis 76 und 80, die durch eine deutlich verbesserte
Durchlässigkeit gekennzeichnet waren, enthielten 18 bis 40 Gew.-% SiO&sub2;, während der Gehalt
an FeO und Fe&sub2;O&sub3; bei 20 Gew.% oder darüber lag.
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Die Durchlässigkeit der Gläser der Proben Nr. 74 und 80 wurde näher untersucht. Dafür
wurde ein herkömmliches EMA-Glas, bestehend aus 19% SiO&sub2;, 6% B&sub2;O&sub3;, 16% La&sub2;O&sub3;,
36% BaO, 8% TiO&sub2;, 2,4% FeO, 5,6% Fe&sub2;O&sub3; und 1% Co&sub2;O&sub3;, für Vergleichszwecke
hergestellt. Zuerst wurde die Durchlässigkeit dieser Gläser und die Durchlässigkeit der
Gläser der Proben Nr. 58 und 70 in Abhängigkeit von der Dicke der Gläser bestimmt; die
erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, waren die
Gläser der Proben Nr. 58, 70, 74 und 80, verglichen mit dem herkömmlichen Produkt,
durch ein hohes Absorptionsvermögen für Licht mit einer Wellenlänge von 790 nm
gekennzeichnet, wobei die Gläser der Proben Nr. 74 und 80 die besten Ergebnisse
zeigten.
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Fig. 4 zeigt die spektralen Durchlässigkeiten der Gläser der Proben Nr. 74 und 80 und
die des herkömmlichen Produktes bei einer Glasdicke von 130 um. Wie aus Fig. 4
ersichtlich ist, waren die Gläser der Proben Nr. 74 und 80, verglichen mit dem
herkömmlichen Produkt, durch ein hervorragendes Absorptionsvermögen im gesamten
Wellenlängenbereich gekennzeichnet.
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Das EMA-Glas der Probe Nr. 80 und das herkömmliche EMA-Glas wurden jeweils
zusammen mit herkömmlichen Kern- und Mantelgläsern zu faseroptischen Platten mit
einer numerischen Apertur (N. A.) von 1 verarbeitet, und die spektrale Durchlässigkeit
einer jeden FOP mit einer Dicke von 3 mm wurde gemessen. Die gemessenen
spektralen Durchlässigkeiten sind in Fig. 5 gezeigt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, steigt die
Durchlässigkeit der FOP mit dem herkömmlichen EMA-Glas im nahen IR-Bereich an, so
dass viel Streulicht entsteht und der Absorber seine Funktion nicht erfüllen kann. Im
Gegensatz dazu steigt die Durchlässigkeit der FOP mit dem erfindungsgemäß
verwendeten EMA-Glas (Probe Nr. 80) im nahen IR-Bereich nicht an, so dass das Lieht effektiv
absorbiert wird. Da die numerische Apertur (N. A.) dieser FOP 1 beträgt, wird im Fall
von diffusem Licht das gesamte Licht, das in den Kernbereich eingefallen ist, innerhalb
der Faser mehrfach total reflektiert und verlässt dann die Faser durch die Austrittsfläche.
Wenn andererseits der Absorber nicht genügend Licht absorbiert, wird der andere Teil
des Lichts, das in die Ummantelung und in den Absorber eingedrungen ist, wiederholt
gebrochen und als abgelenktes und abgeschwächtes Licht emittiert. Diese
Streulichtanteile überlagern das Bild, das durch den Kernbereich der FOP übertragen wird, so
dass die Auflösung des übertragenen Bildes verringert wird. Da die FOP entsprechend
der vorliegenden Erfindung sowohl Streulicht im nahen IR-Bereich als auch Streulicht im
UV-Bereich und im Bereich des sichtbaren Lichts absorbiert, kann sie Bilder mit einer
hohen Auflösung in einem weiten Wellenlängenbereich übertragen.
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Wie zuvor beschrieben wurde, kann die erfindungsgemäße FOP Bilder mit einer hohen
Auflösung in einem weiten Wellenlängenbereich übertragen, da das Absorberglas, das
entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sowohl Streulicht im nahen
IR-Bereich als auch Streulicht im UV-Bereich und im Bereich des sichtbaren Lichts
absorbiert.