JP2011065130A - 非線形光学ガラス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】800nmにおける3次の非線形感受率χ(3)の値が1×10−12esu以上で、透過率が5%となる吸収端波長が450nm以下となる、Bi2O3、B2O3及びTeO2を必須成分とする非線形光学ガラスであって、好ましくは、酸化物基準のmol%で、Bi2O3:12〜48、B2O3:15〜60、TeO2:5〜60、P2O5:0〜15、SiO2:0〜20、Nb2O5+Ta2O5:0〜5、ZnO:0〜10、TiO2:0〜15、GeO2:0〜10を含有する。
【選択図】図1
Description
表1〜2に示す化学組成(%)となるように原料を秤量した。各ガラスの原料は、P2O5の場合はBPO4を、B2O3の場合はH3BO3又はBPO4を、Bi2O3、TeO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、TiO2、GeO2、Ga2O3、BaO、In2O3、CeO2の場合は酸化物を、それぞれ使用した。秤量した原料を混合し、内容積約300ccの金ルツボ内に入れて、約800〜1000℃で1〜3時間溶融、清澄、撹拌後、およそ300から450℃に予熱した縦50mm×横50mmの長方形のモールドに鋳込み後、約1℃/分で徐冷してサンプルとした。
・非線形感受率χ(3)と非線形吸収係数βは、Ti:Sapphireレーザーを光源としたZ−Scan法により、波長800nmにて測定を行った。Z−Scan法の詳細は、非特許文献1に記載されている方法に準じた。レーザーの集光点近傍で厚さ1mmの板状サンプルをスライドさせ、後方に配置したアパーチャーを透過する光強度の変化をモニターすることにより、所定波長、ここでは800nmでの非線形感受率χ(3)と非線形吸収係数βを評価できる。実施例である例1と比較例である例10とについての非線形吸収係数βの測定結果を図1に示す。非線形吸収が存在する場合、サンプルが焦点位置(図のz=0mm付近)で透過光強度が減少する。図中、Aが例1であり、Bが例10である。Bには明瞭な非線形吸収が確認されたが、Aでは、非線形吸収は測定分解能以下であった。
・屈折率nは、例1〜例9においては、ヘリウムd線に対する屈折率であり、屈折率計(カルニュー光学工業社製、商品名:KPR−2)で測定した。屈折率の値は、小数点以下第4位まで測定し、小数点以下第4位を四捨五入して少数点以下第3位として記載した。比較例である例10は、吸収端波長が575nmでありd線での測定が困難であったため、プリズムカプラ法による633nmの値を示す。
・例11〜例21の屈折率nは、まず、プリズムカプラ法にて測定した633nm、1304nm、及び1550nmでの屈折率を求めた。これらの波長と屈折率を(1)式のセルマイヤー多項式に代入し、係数p1、p2及びp3を求め、求め係数p1、p2及びp3をセルマイヤー多項式に代入して、588nmでの屈折率を算出した。
n(λ)2=1+p1/((1/p2)2−(1/λ)2)−p3×λ2・・(1)
・吸収端波長λ5は10mm厚板の分光光透過特性(表面反射損失を含む)を日本光学硝子工業会規格JOGIS02−2003に準じて測定し、その測定結果から求めたものである。
・ガラスの溶解性等については、上記サンプル作製時に目視で観察した結果、すべての実施例について、溶解性に問題がないこと、得られたガラスサンプルには泡や脈理のないことを確認した。
実施例である例21のガラスをリドロー成形してガラスファイバーを作製した。具体的には、直径15mm、長さ150mmのガラスロッドを作製し、電気炉内で412℃まで加熱、機械的に延伸し、直径3mmのガラス棒を得た。このガラス棒をさらに430℃で加熱、線引きすることにより、直径がそれぞれ、364、123、88及び48μmのガラスファイバーが得られた。なお、ガラスファイバーの直径は、顕微鏡観察で求めた。直径300μm未満のファイバーは、強度が充分ではないため、樹脂で被覆し、切断後の断面を測定した。
例21のガラスの波長分散を図3に示す。前述のプリズムカプラにより、633、1304、1550nmでの屈折率を測定し、その値から、例21のガラスの屈折率の波長依存性を前述の(1)式のセルマイヤー多項式によって表す。例21の場合、計算の際の波長単位をμmとすれば、p1=104.073、p2=0.162、p3=0.017である。
D(λ)=−(λ/c)×(d2n(λ)/dλ2)・・(2)
ただし、式中、c:光の速度、d2n(λ)/dλ2は、n(λ)をλで2回微分したものである。例21のガラスでは、D(450nm)=−5869、D(500nm)=−3965、D(550nm)=−2817、D(600nm)=−2078、D(650nm)=−1579、D(700nm)=−1228、(ps/nm/km)となった。波長分散の波長依存性を図3に示す。
Claims (6)
- 800nmにおける3次の非線形感受率χ(3)の値が1×10−12esu以上で、透過率が5%となる吸収端波長が450nm以下となる、Bi2O3、B2O3及びTeO2を必須成分とする非線形光学ガラス。
- 波長800nmにおける非線形吸収係数βが0.5cm/GW以下である請求項1記載の非線形光学ガラス。
- 屈折率ndが1.9以上である請求項1又は2記載の非線形光学ガラス。
- 酸化物基準のmol%で、
Bi2O3:12〜48、
B2O3:15〜60、
TeO2:5〜60、
P2O5:0〜15、
SiO2:0〜20、
Nb2O5+Ta2O5:0〜5、
ZnO:0〜10、
TiO2:0〜15、
GeO2:0〜10、
を含有する請求項1、2又は3記載の非線形光学ガラス。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の非線形光学ガラスを使用することを特徴とする光学素子。
- 透過率5%となる吸収端波長(λ5)から800nmの波長範囲における波長分散が−500(ps/nm/km)以下である請求項5記載の光学素子。
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