JP2007121506A

JP2007121506A - 融合光ファイバー光装置システム

Info

Publication number: JP2007121506A
Application number: JP2005311078A
Authority: JP
Inventors: Higby Paige; エムエー０１５２１ホランドウェイルズロード１１８米国
Original assignee: Schott Corp
Current assignee: Schott Corp
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】特に、高い屈折率の光ファイバーから成る融合光ファイバー光装置システムを提供すること。
【解決手段】光ファイバーから成る少なくとも一つの光学的構成要素と、該光ファイバーで伝送される光が相互作用する少なくとももう一つの光学的構成要素から成る融合光ファイバー光装置システム。前記光ファイバーは、モル％で表される以下の組成のコアガラスから成り、本質的にＣｄＯを含有しない。また、屈折率Ｎｄは少なくとも１．８であって、ＣＴＥは７４×１０^−７以上である。
【選択図】なし

Description

本発明は、融合光ファイバー光装置システム、特に、高い屈折率の光ファイバーから成る装置に関し、特に、光ファイバーからなる少なくとも一つの光学的構成要素と、該光ファイバーからの光が作用する、少なくとも一つの他の光学的構成要素を持つ融合光ファイバー光装置システムに関する。

ファイバー光学技術は、小さな繊維状の光学素材あるいは光ファイバーを通して、光の伝送を処理する。一般的に、ファイバーは中心部のコアと、ファイバーの長さ全体にわたる外側周囲のクラッドから成る。ファイバーを通した光の伝送は、内部の全反射現象に基づいている。内部で全反射するために、コアの屈折率（ｎ）はクラッドの屈折率より大きくなければいけない。用途によっては、光ファイバー製造に用いられる素材が変わる。一般に、コアガラスとクラッドガラスの屈折率は、大きく異なることが望ましい。

本発明は、融合光ファイバー光装置システムの分野、特に、高い屈折率の光ファイバーから成る装置に関する。特に、本発明は、光ファイバーから成る少なくとも一つの光学的構成要素と、該光ファイバーからの光が作用する、少なくとも一つの他の光学的構成要素を持つ融合光ファイバー光装置システムに関する。

本発明の好ましい態様においては、光ファイバーは、屈折率が少なくとも１．８であって、７４×１０^−７以上の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するコアガラスを持ち、本質的にＣｄＯを含有せず、以下のモル％で表示される組成を有する。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．５
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ０−９
Ｂ_２０_３２０−７０
Ｔａ_２Ｏ_５０−３
ＣａＯ０−７
ＰｂＯ６−３５
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３及び
Ａｌ_２０_３０−８

本発明におけるもう一つの好ましい態様では、光ファイバーは、少なくとも１．８の屈折率と、７４×１０^−７以上の熱膨張係数（ＣＴＥ）を持ち、本質的にＣｄＯ、ＰｂＯを含有せず、モル％で表示される以下の組成を備えたコアガラスを有する。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．５
Ｔａ_２Ｏ_５０−３
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ＋ＣａＯ ≧４
Ｂ_２０_３２０−７０
Ｔａ_２Ｏ_５０−３
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３及び
Ａｌ_２０_３０−８

更にもう一つの好ましい態様では、光ファイバーのコアガラスは、少なくとも１．８の屈折率と，７４×１０^−７以上のＣＴＥを有するとともに、ＣｄＯ、ＰｂＯ、Ｔａ_２Ｏ_５を本質的に含有せず、以下のモル％で表示される組成を有する。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．５
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ＋ＣａＯ ≧４
Ｂ_２０_３２０−７０
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３及び
Ａｌ_２０_３０−８

更にもう一つの好ましい態様では、光ファイバーのコアガラスは、少なくとも１．８の屈折率と，７４×１０^−７以上のＣＴＥを有すると共に、ＣｄＯ、Ｙ_２Ｏ_３を本質的に含有せず、以下のモル％で表示される組成を有する。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．８５
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ０−９
Ｂ_２０_３２０−７０
ＣａＯ０−７
ＰｂＯ５−３５
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３
Ａｌ_２０_３０−８及び
Ｔａ_２Ｏ_５０−２．９

カドミウムのない組成に加えて、本発明においては、ヒ素、鉛、イットリウム、タンタルを減らすか、これらの全くないシステムを提供することが好ましい。本発明の光ファイバーシステムのコアに用いられるガラスの組成は、従来のコアガラス組成にみられた、鉛、イットリウム、タンタル、ヒ素及び／又はカドミウムの酸化物を、光学的及び物理的特性に重大な悪影響を与えることなく、かなり減らすか、排除するという利点がある。

本発明の光ファイバーシステムで用いられるコアガラスの組成物の優れた融合性と溶融性は、低融性で高屈折率の成分（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＷＯ_３、ＺｒＯ_２）に対するガラス成分（例えばＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３）の比率のバランスをとることによって達成された。

本発明に用いられるコアガラス組成物は、ガラスの主成分Ｂ_２Ｏ_３を約２０−７０モル％含有することが好ましく、特に好ましくは約２５−５０モル％、そして、約３０−４０モル％含有することが最も好ましい。
もう一つのガラス成分ＳｉＯ_２は、約０−４０モル％の量で存する。組成物が約９−１５モル％のＳｉＯ_２を含有することが最も好ましい。

酸化タングステンＷＯ_３は、ガラスの中に２．５モル％以上存する。そして光学的微調整に加え、酸化タングステンは、更に、ガラス系における結晶化傾向を減らすことに貢献する。ＷＯ_３の含量は２．５モル％以上であることが好ましく、２．７５モル％以上あることが特に好ましい。更に２．８５モル％以上であることが最も好ましい。一般的にはＷＯ_３の量は６モル％より少ない。

本発明に用いられるコアガラス組成物においては、Ｔａ_２Ｏ_５の含有量が３モル％以下であることが好ましく、約０−２モル％、特に、約０−１．５モル％含有することが好ましい。ある態様では、Ｔａ_２Ｏ_５を全く含有しないことが好ましい。ある態様においては、一緒に処理されるＷＯ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５の最大合計量は、３．５−１０モル％であることが好ましく、最も好ましいのは、約３．５−７．５モル％である。

結晶の安定性とその耐久性のために、コアガラスに、ＺｒＯ_２を約１−１０モル％含有させ、好ましくは約５−１０モル％、最も好ましくは約６−９モル％含有させてもよい。

屈折率を大きくし、分散特性を高めるために、ＢａＯの含有量は約０−９モル％、特に０−５モル％であることが好ましく、約２−４．５０モル％であることが最も好ましい。Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、約１−２３モル％であることが好ましく、特に好ましくは約５−１５モル％、最も好ましくは約７−１３モル％である。

一般的に、Ｓｂ_２Ｏ_３は、Ａｓ_２Ｏ_３の代わりにまたはＡｓ_２Ｏ_３と組み合わせて用いることができる。Ａｓ_２Ｏ_３が存在しない場合が、特に有用である。Ｓｂ_２Ｏ_３は、一般的に０−０．１モル％の量で用いられる。

一緒に用いられるアルカリ土類成分ＣａＯとＢａＯは、合計して４モル％以上であることが好ましく、６モル％以上であることが更に好ましく、８モル％以上であることが最も好ましい。一般的には、ＣａＯ＋ＢａＯの量は１６モル％より少ない。酸化ニオブを用いる態様は、ガラスの屈折率を高めると共に、耐久性を向上させるために有効である。Ｎｂ_２Ｏ_５の含有量は約０−３モル％であることが好ましく、０−２モル％であることが特に好ましく、０−１モル％であることが最も好ましい。

本発明をもう一つの面からみると、本発明の光ファイバーシステムに用いられる新規なコアガラス組成物は、ＣＴＥが７４×１０^−７以上、特に好ましくは７５×１０^−７以上であり、最も好ましいのは、例えば、およそ７６，７７，７８，７９，８０等７６×１０^−７以上のものである。もう一つの面からみると、屈折率（ナトリウムｄライン５８９．２９ｎｍ）は、少なくとも１．８である。例えば、１．８００，１．８０５，１．８０１，１．８１５，１．８２０，１．８２５，１．８３０，１．８３５等の何れでもよい。

本発明における全てのガラスファイバー成分は、従来通り調整することができる。一般的に、コアガラス棒は、所望の組成を有する溶融液から引き出される。他の方法は、特別な鋳型に溶融液を入れて成型するものである。光伝送光ファイバーは、ここに開示された好ましいコアガラス組成物と適当なクラッドガラスを用い、公知の方法（例えば、二重るつぼ方式又はロッドインチューブ方式）によって、製造することができる。

複数のガラス繊維からファイバーの束が作られる。繊維の束をねじることによって、ねじれた束が得られる。このねじれた束は、例えば光電子増倍管から生じる像を回転させ、例えばナイトヴィジヨン望遠鏡に用いられる。コアガラスにクラッドガラスを被覆する方法、棒を引きだし、束を集める等の方法は、すべて従来通りである。例えば、Ｗ．Ｂ．Ａｌｌａｎ、「光ファイバー、理論と実践」、プレナム出版１９７３、Ｊ．ＷｉｌｂｕｒＨｉｃｋｓ，Ｊｒ．，ＰａｕｌＫｉｒｉｔｓｙ，共著「光ファイバー」ガラス産業４月ー５月編１９６２，Ｊ．Ｈｅｃｈｔ，「光ファイバーの理解」プレンティスホール１９９９，を参照。

本発明のガラス組成物の範囲には、諸特性を改善した、カドミウムを含まない光学コアガラスが含まれる。これらの諸特性、特に光学的観点からの諸特性によって、光ファイバーは、光学的な応用、例えば、Ｘ線画像、結晶学、タンパク質結晶学等に使用するテーパ、天体画像アレイ、移動窓、携帯電話、生物測定用センサー等、例えばゴーグル、望遠鏡、望遠鏡光学等のナイトヴィジョンテクノロジー用、ビームスプリッタテクノロジーでは、例えば、ビームスプリッタ等、画像化では、例えば、伝送テーパ、ツイスター等、プロジェクシヨン、テレコミュニケーシヨン及びレーザーテクノロジー等への使用に適しているが、これらは、ここで特定されるもの以外にも従来通り用いられる。

本発明の融合光ファイバー光装置システムは、一つ以上の光源、レンズ、窓、ビームスプリッタ、反射面又は伝達面、光検知器（ＣＣＤ’ｓ等）、検知器アレイ、燐光体コーティング、帯域フィルター、センサーアレイ、フィルターコーティング、多チャンネル板、マイクロプロセッサー、表示素子（ＬＣＤ，ＬＥＤ等）等を含んでいることの多いアプリケーションに通常見られるシステムを含有する。

本発明の光ファイバー組成物は、従来通りのような組成物、あるいはこのような組成物の一部等と共に用いられる［例えばギブスン著「ＳｅｅｉｎｇｉｎｔｈｅＤａｒｋ（暗闇で見ること）、発明と技術のアメリカ遺産４７−５４ページ（１９９８）、Ｉ．Ｐ．Ｃｓｏｒｂａ著、「イメージチューブズ」、Ｓａｍｓ＆Ｃｏ．（１９８５）］。

さらに詳細に説明しなくても、これまでの記述から、当業者は本発明を最大限利用することができると信じられる。従って、以下の具体的態様は単なる例示であり、明細書の他の部分に制限を加えるものではない。尚、前記及び後述する実施例における温度はすべて摂氏であり、指示がない限り、パーツ及びパーセンテージはモル％によるものである。

本発明におけるガラスは、通常の原料を溶融することによって作られる。表１−３は、各実施例の組成（酸化物ベース、モル％）、屈折率指数Ｎｄ、ガラス材としてのＣＴＥ及びガラス転移温度Ｔｇ［℃］を表わす。

本発明のガラスは、以下のように製造される。
酸化物のための原料を計り分ける。精製剤又は薬剤を加えて完全に混ぜ合わせる。ガラス混合物を、連続白金溶融器または２リットルのるつぼ中で、約１３００℃で溶かし、約１４２７℃で精製し、完全に均質にする。ガラスを約１１４９℃の注入温度で注入し、所望の大きさに加工する。

前述の実施例において、一般的又は具体的に述べられた本発明の反応物質及び又は操作条件を、前述の実施例で用いられたものの代わりに用いることによって、同様のの結果を繰り返し得ることができる。前述の説明から、当業者は、容易に本発明の本質的な特性を突き止めることができ、その精神及び視点からはずれることなく、本発明を様々に変えたり修正することができ、様々な利用、及び様々な条件にかなうようにすることができる。

Claims

光ファイバーから成る少なくとも一つの光学的構成要素と、該光ファイバーで伝送される光が相互作用する少なくとももう一つの光学的構成要素から成ると共に、前記光ファイバーがモル％で表示される以下の組成のコアガラスから成り、本質的にＣｄＯを含有せず、屈折率Ｎｄが少なくとも１．８であって、ＣＴＥが７４×１０^−７以上である融合光ファイバー光装置システム。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．５
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ０−９
Ｂ_２０_３２０−７０
Ｔａ_２Ｏ_５０−３
ＣａＯ０−７
ＰｂＯ６−３５
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３
Ａｌ_２０_３０−８
Ｔａ_２Ｏ_５が０−２モル％である、請求項１に記載された光装置システム。
Ｔａ_２Ｏ_５の量が０−１．５モル％である、請求項２に記載された光装置システム。
ＷＯ_３の量が２．７５モル％以上である、請求項１に記載された光装置システム。
ＣＴＥが７５×１０^−７以上である、請求項１に記載された光装置システム。
ＣＴＥが７６×１０^−７以上である、請求項５に記載された光装置システム。
ＰｂＯの量が約９−３５モル％である、請求項１に記載された光装置システム。
ＰｂＯの量が約１０−３５モル％である、請求項７に記載された光装置システム。
光装置システムがナイトヴィジョンテレスコープである、請求項１に記載された光装置システム。
光装置システムがナイトヴィジョンゴーグルを有する、請求項１に記載された光装置システム。
光装置システムがビームスプリッタを有する、請求項１に記載された光装置システム。
ＢａＯ＋ＣａＯの量が約４モル％以上である、請求項１に記載された光装置システム。
ＢａＯ＋ＣａＯの量が約６モル％以上である、請求項１２に記載された光装置システム。
ＢａＯ＋ＣａＯの量が約８モル％以上である、請求項１３に記載された光装置システム。
ＷＯ_３＋Ｔａ_２Ｏ_５の量が約３．５−７．５モル％である、請求項１３に記載された光装置システム。
光ファイバーから成る少なくとも一つの光学的構成要素と、該光ファイバーで伝送される光が相互作用する少なくとももう一つの光学的構成要素から成ると共に、前記光ファイバーがモル％で表示される以下の組成のコアガラスから成り、本質的にＣｄＯ及びＰｂＯを含有せず、屈折率Ｎｄが少なくとも１．８であってＣＴＥが７４×１０^−７以上である融合光ファイバー光装置システム。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．５
Ｔａ_２Ｏ_５０−３
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ＋ＣａＯ ≧ ４
Ｂ_２０_３２０−７０
Ｔａ_２Ｏ_５０−３
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３
Ａｌ_２０_３０−８
Ｔａ_２Ｏ_５の量が約０−２モル％である、請求項１６に記載された光装置システム。
Ｔａ_２Ｏ_５の量が約０−１．５モル％である、請求項１７に記載された光装置システム。
ＷＯ_３の量が約２．７５モル％以上である、請求項１６に記載された光装置システム。
ＣＴＥが約７５×１０^−７である、請求項１６に記載された光装置システム。
ＣＴＥが約７６×１０^−７以上である、請求項２０に記載された光装置システム。
光装置システムがナイトヴィジョンテレスコープである、請求項１６に記載された光装置システム。
光装置システムがナイトヴィジョンゴーグルを有する、請求項１６に記載された光装置システム。
光装置システムがビームスプリッタを有する、請求項１６に記載された光装置システム。
光ファイバーから成る少なくとも一つの光学的構成要素と、該光ファイバーで伝送される光が相互作用する少なくとももう一つの光学的構成要素から成ると共に、前記光ファイバーがモル％で表示される以下の組成のコアガラスから成り、本質的にＣｄＯ、ＰｂＯ及びＴａ_２Ｏ_５を含有せず、屈折率Ｎｄが少なくとも１．８であって、ＣＴＥが７４×１０^−７以上である融合光ファイバー光装置システム。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．５
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ＋ＣａＯ ≧４
Ｂ_２０_３２０−７０
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３
Ａｌ_２０_３０−８
ＷＯ_３の量が約２．７５モル％である、請求項２５に記載された光装置システム。
ＣＴＥが約７５×１０^−７である、請求項２５に記載された光装置システム。
ＣＴＥが約７６×１０^−７である、請求項２７に記載された光装置システム。
光装置システムがナイトヴィジョンテレスコープである、請求項２５に記載された光装置システム。
光装置システムがナイトヴィジョンゴーグルを有する、請求項２５に記載された光装置システム。
光装置システムがビームスプリッタを有する、請求項２５に記載された光装置システム。
光ファイバーから成る少なくとも一つの光学的構成要素と、該光ファイバーで伝送される光が相互作用する少なくとももう一つの光学的構成要素から成ると共に、前記光ファイバーがモル％で表示される以下の組成のコアガラスから成り、本質的にＣｄＯ及びＹ_２Ｏ_３を含有せず、屈折率Ｎｄが少なくとも１．８であって、ＣＴＥが７４×１０^−７以上である融合光ファイバー光装置システム。
Ｌａ_２Ｏ_３１−２３
ＺｒＯ_２１−１０
Ｗ０_３ ≧２．８５
ＺｎＯ１−１５
ＢａＯ０−９
Ｂ_２０_３２０−７０
ＣａＯ０−７
ＰｂＯ５−３５
ＳｉＯ_２０−４０
Ａｓ_２０_３及び／又は
Ｓｂ_２Ｏ_３０−０．１
Ｎｂ_２Ｏ_５０−３
Ａｌ_２０_３０−８
Ｔａ_２Ｏ_５０−２．９