JP4397019B2 - 多成分ガラスから製造される光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は多成分ガラスから製造され、かつコアガラス部材と該コアガラス部材の周壁を完全にとり囲むクラッディングガラス部材から成る段付光ファイバに関する。本発明はさらにこの種の段付光ファイバの利用方法にも関する。

光伝送用のグラスファイバあるいは光ファイバは、一般的には屈折性の高いコアガラス部材とそれを取り巻くクラッディングガラス部材から製造される。このクラッディングガラスの屈折率は前記コアガラスの屈折率よりも低い。屈折率がコアガラス部材の断面に亘って一定であるファイバ形状の光伝送ガラス体は段付（ｓｔｅｐｐｅｄ）光ファイバと呼ばれる。この種のグラスファイバーは光ファイバの一端へ繋がれ光を該光ファイバの他端へ伝送する。前記光は前記コアガラス部材と前記クラッディングガラス部材との間の境界面で完全に反射される（全反射）。
この種の光ファイバへ繋ぐことができかつ伝送可能な光量は、該ファイバの開口数（ＮＡ）の二乗と前述したファイバーコアの断面積に比例する。短距離ないし中距離の範囲（１００ｍ以内）で可能な限り多量の光を伝送するため、これら形態の段付ファイバには保護チューブが設けられ、きつく束ねられたファイバ束にされることが多い。これらファイバの端部は金属スリーブ中へ接着され、またそれらファイバの前面は擦り磨かれて光学的な平面に形成されている。対応する束ねられた光ファイバ束は繊維光学光ガイドと呼ばれる。

繊維光学光ガイドは多様な工学及び医療関連応用分野（一般的には、工業エンジニアリング、照明、交通工学技術、自動車産業、建築、内視鏡、歯科医療）において利用されている。これら光ガイドのもっとも重要な機能は、短距離あるいは中距離（最大で１００ｍ程度）間の一地点Ａから別地点Ｂへの可能な限り多量な光の伝送である。強力な光源、例えばハロゲンランプあるいは放電ランプ、から発せられた光はレンズや反射鏡等の光学的補助コンポーネントを用いて前記ファイバ光束へ繋がれることが多い。
前記ファイバ束に含まれる個々のファイバの開口数（ＮＡ）が高ければ高いほど伝送できる光量は多くなる。
前記繊維光学光ガイドを通して伝送される光量は、開口数の他、光がそれを通して伝送されるガラスの伝送性能にも依存している。一定の限られたガラス組成物から成り、かつ純度の非常に高い原料を用いて作られたコアガラス部材だけが前記光ガイドの全長に亘って可能な限り減衰を少なく抑えて光を導くことができるのである。
この種のコアガラスを溶融するための原料は、要求される高い純度ゆえに極めて高価であり、これらのファイバ及び／またはこれらファイバで作られる光ガイドの製造コストはかなり高価なものとなる。

繊維光学光ガイドが伝送する光量の他に、色効果のない光の伝送もしばしば重要な役割を果たす。コアガラスのスペクトル伝送依存性ゆえに、前記光ガイドへ繋がれた光源からの光にいくぶん大きな色のずれが起こる。このような色のずれによって前記光ガイドから出る光に顕著な黄色い色合いがもたらされる。自然色の画像再生が求められる分野、例えば健康な組織から例えば悪性組織を区別するため写真画像が用いられる医療目的の内視鏡の分野では、このような色の変化は厄介な問題である。
光学的に段のあるファイバの多成分ガラスからの製造はいわゆる二重るつぼ法あるいはロッドチューブ法のいずれかによって行われる。いずれの場合もコアガラス及びクラッディングガラスは１０^４ないし１０^３ｄＰａｓの範囲の粘度に対応する温度まで加熱され、ファイバへと延伸される。低減衰の安定なファイバを作るためには、コアガラス及びクラッディングガラスは一連の性質、例えば粘度反応、熱膨張、結晶化特性等において相互に親和性（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）でなければならない。特にグラスファイバーコア部材とクラッディング部材との間の境界面では接触反応及び／または結晶化は起こってはならない。これらの接触反応及び結晶化は該ファイバを通して導かれた光の全体反射に干渉する可能性があるので、かかる影響を受けたファイバは低減衰での光の誘導が要求される利用分野では不適当なものとされる。さらに、光ファイバの機械的強度も結晶化によって減じられる。

最新の前述した利用分野においては少なくとも３つの異なるファイバシステムが知られている。
最もよく知られかつ最も広く利用されているファイバシステムには鉛の配合量が多い（ほぼ３５重量％以上のＰｂＯ）コアガラス部材とクラッディングガラスとして作用するアルカリ珪酸ホウ素ガラスから構成されている。このファイバシステムの利点は製造コストを低減しつつ達成された高い開口数（コアガラスの鉛含量が５０％以上で０．７以上）と結晶化の問題なしにファイバへ延伸できる良好な延伸性にある。
かかる利点に対して、前記ファイバシステムには平均して劣る減衰性（２００〜３００ｄＢ／ｋｍ）の他、色のずれにおいて比較的劣るなどの欠点がある。これらの欠点は主として鉛自己吸収（可視スペクトルの青色端）の他、クロム、ニッケル等の強着色元素の不純物が入り込むことによるものである。さらに鉛は環境に好ましくなく負荷を与えることから次第に受け入れられなくなっている。そのため、このファイバシステムは特定の利用分野において制限付で用いられているか、あるいは全く利用されなくなっている。

公知の第二のファイバシステムはアルカリ性珪酸ホウ素を用いるシステムであり、該珪酸ホウ素はコアガラス部材とクラッディングガラス部材の双方に用いられている。
この第二のシステムは、例えば英国特許庁によるＥＰ００１８１１０及びＥＰ００８１９２８に記載されている。さらに、光ファイバ用のガラス組成物が東京芝浦電気株式会社が特許権者であるＤＥ２９４０４５１Ｃ２あるいは米国特許４，２６４，１３１に記載されている。このガラスには高い屈折率を得るために高含量のアルカリ金属酸化物及び／またはジルコニウム及びゲルマニウム酸化物が含まれている。
上記システムの利点は、現状において殆どが環境に好ましい原料（例えばＤＥ２９４０４５１Ｃ２のように、多量のバリウムを含むものを除く）を用いても猶並外れて低い減衰性（現状１０ｄＢ／ｋｍ以下）を与えることと非常に少ない色のずれにある。しかしながら、これらのガラスによって与えられるグラスファイバの開口数（ＮＡ）は概して小さく、耐薬品性も左程高くない。この後者の欠点ゆえに、該ファイバには延伸後の製造工程において、化学反応及び／または機械的作用から保護するため、例えば二重るつぼのノズルから直ちにプラスチック被覆を施す必要がある。さらに、より高度に精製された原料、つまりより高価な原料を使用しなければ減衰性の非常に低いファイバは得られない。
これら後者の問題、すなわち高い製造コストとプラスチック被覆の問題がこのファイバシステムをファイバ束の形態で広範囲な用途へ実用的に利用することを不可能としている。むしろ、このファイバシステムは多数の特別な用途におけるデータあるいはエネルギー伝送（レーザファイバ）用の個別ファイバとして利用される。

第三のファイバシステムは主として光伝送用の光ファイバ束に利用される。純粋な石英から製造されるファイバはこの第三のファイバシステムの基盤となるものである。
この第三のシステムの利点として、極めて低い減衰性（６ｄＢ／ｋｍ以下）、極めて良好な色の中立性、及び環境に好ましい点が挙げられる。しかしながら、これらの利点は最も重大な欠点である非常に高いコストの問題を伴うものである。純粋な石英はその加工温度が高いために極めて高価な原料である。プレフォームと呼ばれる高コストな調剤工程が必要とされ、この工程では石英に要求される屈折率の減少は石英の表面中へフッ素を導入することによって得られ、この導入は最終ファイバ中における光伝送のための光アイソレーションに必要な処理である。また、石英ファイバの場合、開口数の達成度にも限界がある（０．２２以下）。
米国特許４，５７３，７６２及びＪＰ５４−０８７２３６Ａにはコアガラス部材及びクラッディングガラス部材を用いた段付ファイバについて開示している。前者の文献の場合、グラスファイバの開口数は常に０．５未満である。

本発明は可能な限り用途範囲の広い光ファイバ、特にファイバ束及び／または繊維光学光ガイド用の光ファイバを提供することを目的とする。本発明にかかる光ファイバは、
高い開口数（０．５０以上）、
全可視スペクトルに亘る低度ないし並程度の減衰性、
小さな色のずれ、
良延伸性、良延伸能、すなわち製造中に結晶化あるいは境界面反応を起こす傾向がないこと、及び
コアガラス部材及びクラッディングガラス部材に、高含量の鉛を含む鉛含有フリントガラスに比べて環境的に好ましい原料成分を使用していること、を特徴としている。
本発明は、全くかあるいは少なくともほぼ完全に鉛を含まず、開口数が０．４８以下であり、さらに前記目的において述べた特性を備える光ファイバを提供することをさらに別の目的とする。
本発明はさらに、本発明に係る光ファイバの種々用途への利用方法を提供することを目的とする。
本発明は猶さらに、本発明に係る光ファイバを取り入れた種々用途のための装置を提供することを目的とする。

これら上記目的、さらに以下においてより明らかにされる他の目的は、コアガラス部材と該コアガラス部材を完全に取り巻くクラッディングガラス部材から成る段付光ファイバによって達成される。
前記コアガラス部材は下記成分：
ＳｉＯ_２ ４２〜５３重量％、
ＺｎＯ １６〜３８重量％、
ＰｂＯ １〜２０重量％、
Ｎａ_２Ｏ １４重量％未満、及び
Ｋ_２Ｏ １２重量％未満、から成るコアガラス組成物であり、
ここでＺｎＯとＰｂＯの合計は３０重量％以上、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計は２重量％以上であり、更に必要なら少なくとも１種の精製剤が精製に要する標準量含まれており、
また前記クラッディングガラス部材は下記組成、
ＳｉＯ_２ ６０〜７２重量％、
Ｂ_２Ｏ_３ ２０重量％未満、
Ａｌ_２Ｏ_３ １０重量％未満、
Ｎａ_２Ｏ １８重量％未満、及び
Ｋ_２Ｏ １５重量％未満、更に必要なら少なくとも１種の精製剤が精製に要する標準量含まれているクラッディングガラス組成物である。

鉛を含まない段付光ファイバが用いられるべき実施態様に関しては、前記目的は鉛無含有の段付光ファイバによって達成され、本光ファイバを構成するコアガラス部材は下記成分、
ＳｉＯ_２ ４２〜５３重量％、
ＺｎＯ ３０〜３８重量％、
Ｎａ_２Ｏ １４重量％未満、
Ｋ_２Ｏ １２重量％未満、及び
ＢａＯ ９重量％、を含んで成り、
ここでＮａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計は２重量％以上であり、本光ファイバを構成するクラッディングガラス部材は下記組成、
ＳｉＯ_２ ６０〜７２重量％、
Ｂ_２Ｏ_３ ２０重量％未満、
Ａｌ_２Ｏ_３ １０重量％未満、
Ｎａ_２Ｏ １８重量％未満、及び
Ｋ_２Ｏ １５重量％未満、を含んで成る。
前記コアガラス及び／又はクラッディングガラスは、更に少なくとも１種の精製剤が精製に要する標準量含まれることができる。

ドイツ特許出願ＤＥ１９９５８５２２Ａ１は、屈折率ｎ_ｄが１．５２〜１．６６の範囲内である亜鉛含有光ファイバについて記載している。これらのガラスには、ＺｎＯの他に、種々比率のＰｂＯと、主たるアルカリ金属と、Ｂ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｙ、Ｚｒ及びＧｅ等の僅かな他元素が含まれている。この文献には２４の実施例の記載がある。
この文献に記載されている殆どのガラスは高度に純化された伝導性と良好な色中立性を特徴としている。これらの光学的特性の他に、この文献のガラスは良好な結晶安定性及び溶融性も兼ね備えている。このような特性から見ると、適当な親和性のクラッディングガラスを見出すことができれば、これらのガラスを光学的に段のある光ファイバ用のコアガラス候補として考慮することが可能である。
ＤＥ１９９５８５２２Ａ１によれば、亜鉛含有光学ガラスは鉛含有ガラス系に比べて結晶化する傾向が強いが、本光ファイバに適するガラスを見出すことは可能である。
ある特定の配合形態のクラッディングガラスだけによって配合範囲を好ましい狭い範囲に限定することにより本発明の特に減衰性の低い光ファイバを得ることが可能となる。これらの配合範囲外のものでは、減衰性は同等な開口数（ＮＡ）をもつ鉛ガラスが示す減衰性の程度まであるいはそれを越える程度まで増加するか、あるいはコアガラスとの境界面において結晶化が起こる。

他方、本発明における組成とは異なる組成をもつクラッディングガラスと最適濃度範囲内の成分を用いたコアガラスを延伸して製造した光ファイバは、本発明のクラッディングガラスを用いて製造した光ファイバよりも減衰特性が劣ることが実験によって示されている。測定された減衰性は本発明に係るクラッディングガラスを用いて製造した光ファイバよりも約数で３大きかった（劣った）。言い換えれば、ＤＥ１９９５８５２２Ａ１に記載された亜鉛含有光学ガラスにはさらに限定された濃度範囲が見出されたので、このより限定された濃度範囲内の成分を含むコアガラスと本発明に係るクラッディングガラスを延伸して光ファイバを生成することが可能となるのである。本発明の目的はこの後者の方法で製造された光ファイバを用いて特定の方法によって果たされる。本発明の主独立請求項に係る光ファイバは、
０．５０以上という大きな開口数を有し、
使用される原料の純度にもよるが８０〜１６５ｄＢ／ｋｍの範囲まで減衰性が低減され、
色のずれが少なく（△Ｄ（４５１ｎｍ／５５３ｎｍ）＜２０５ｄＢ／ｋｍ）、
低コストで、
延伸特性がよく、さらに
大部分環境上好ましい原料から成るという利点を有するものである。

もし開口数ＮＡ０．５０以上という上記要件が、開口数ＮＡ０．４８以上まで減らされた場合には、前記した鉛無含有コアガラスを用いることが可能である。その他においては、この鉛無含有コアガラスは前記した鉛含有コアガラスとほぼ同じ特性をもつ。これらのガラスについての実施例を以下の表１の実施例５〜８に示す。

以下においては、本発明に係る光ファイバがＤＥ１９９５８５２２Ａ１に記載された亜鉛含有コアガラスから目標とされた実験によってどのように案出され得られたかについて、及びいくつかの異なるクラッディングガラスについて説明する。同時に、その濃度限界内においてファイバの減衰性が最新のものに相当するレベル、あるいはそれに劣るレベル、あるいはファイバの延伸が接触反応及び結晶化のためにそれ以上は不可能となるレベルまで増加する該濃度限界が各成分について示されている。

前記したように、多成分ガラスから製造される段付光ファイバは二重るつぼ法あるいはロッドチューブ法のいずれかによって製造される。本発明においては、段付光ファイバはロッドチューブ法のみによって製造されている。何故なら、二重るつぼ法は自由性に乏しく、またクラッディングガラス部材は種々の実施態様において既にチューブ形式になっているからである。
ロッドチューブ法においては、高屈折率ガラスから成る円筒形ロッドと該ロッドを取り巻く低屈折率のクラッディングガラスから成るチューブが円筒形状のオーブン中で粘度が約１０^４〜１０^３ｄＰａｓになる温度まで加熱される。コアガラスとクラッディングガラスは溶融していわゆる延伸バルブを生成する。この延伸バルブから延伸により光ファイバが製造される。このファイバの直径はファイバ延伸速度のロッドチューブ装置へのガイド速度に対する比並びにコアロッド及びチューブの径に依存して決まる。この工程においては、コアロッド面とチューブ内面がきわめて清浄で埃や粒子が全くないように特別な注意が払われ、これによってこれらコア及びロッドは溶融し可能な限り理想的で問題のない境界面を形成することができる。前記コアロッドの外径と前記チューブの内径に相違があってもそれが０．数ｍｍオーダーであれば均一な欠陥のない延伸バルブが生成できる利点があることも確認されている。

組成の異なる必要なコアガラスロッドは以下のように製造される。
ＤＥ１９９５８５２２Ａ１から選択されたガラス組成物のそれぞれについて出発原料から溶融して４リットルの溶融物を得た後注入してバー（約４００ｍｍｘ２００ｍｍｘ５０ｍｍ）を形成した。このバーから約３００ｍｍ長、直径３０ｍｍの２〜３本の円筒ロッドを機械加工によって得た。後の作業工程において、理想的境界面についての前記規格を満たすためロッドを研磨して光学的に良好な光沢を与えた。１５種の異なるコアガラスを本発明の溶融成分濃度に溶融し、次いで前記実施例と同じガラス組成をもつコアガラスロッドと他のガラス組成をもつコアガラスロッドを形成した。
ファイバ延伸に必要な異なるクラッディングガラスを前述のように適当なチューブ形状（内径約３４〜３５ｍｍ）に形成した。機械加工したチューブを、付加的な機械加工作業を行う必要がないように口径を細く設定したＰｔノズルから延伸した。延伸加工において溶融の際に最適な境界面を確保するため、前記コアロッドとクラッディングチューブを、延伸加工の若干前のロッドチューブ系の組立の必ず前にＵＳ浴中で現行法により注意深く洗浄した。

光ファイバを形成する延伸は円筒形オーブンを備えた最新式のロッドチューブ延伸機中において行われる。延伸されたファイバはすべて直径７０μmのファイバである。この直径は殆どすべてがファイバ束へ形成加工される多成分型光ファイバに採用されている世界標準に対応するものである。減衰性の測定はいわゆるバックカッティング法（ＤＩＮ５８１４１−１）で行われる。
本発明に係る段付光ファイバは光伝送及びデータ転送の双方に利用可能である。光伝送における一般的用途としては、英数字掲示や信号システムの他、自動車産業（自動車の車内及び車外照明）、医療技術（内視鏡、手術用顕微鏡）、及び信号技術工学（交通信号及び鉄道信号）がある。データ転送に関する用途としては、同じく自動車産業や工業全般、さらに家庭用工学技術がある。
本発明の目的、特徴及び利点について以下に記載した好ましい実施態様を用いて、また本発明に係る光ファイバの実施例について伝送光の波長の関数として測定された減衰値の依存性をグラフに示した唯一の図面を参照してより詳細に説明する。

以下に述べる実施例は前述した発明をより詳細に説明するための記載であり、これら実施例の詳細によって添付の特許請求の範囲が限定されると理解してはならない。
異なる組成をもつコアガラス及びクラッディングガラスの形成は、これらのガラスから作られる光ファイバの特性目録の最適化原則に従って行われる。大きな開口数、低減衰性、低製造コスト、及び原料の環境無害性は前記目録の主たる構成要素である。もちろん結晶化が起こらない延伸性も確保されなければならない。

最初の一連の実験では、種々のコアガラスを特に有利であることが判明している１種のみのクラッディングガラス、すなわちクラッディングガラス例１として表２に記載のアルカリ珪酸ホウ素ガラスとともに延伸して光ファイバが生成されている。これらの全部で８つの供試コアガラス組成物での実験において製造された光ファイバの結果は表１として表にされている。

開口数ＮＡが０．５０以上であることを要求される光ファイバの場合に関しては、コアガラス実施例１の減衰性は完全に最低レベルである（使用された原料の純度が高い場合５５３ｎｍで８０ｄＢ／ｋｍ）。この光ファイバはＰｂＯを３．５％しか含まず、アルカリ珪酸ホウ素ガラス・タイプ１を用いた場合の開口数は０．５２２である。
ＰｂＯ含量が例えば１．３％と低いコアガラス組成物の減衰性は劣り、結晶化が起こっている。ＰｂＯ含量が３．５％より多い場合は良好な延伸性が確保され（コアガラス実施例３及び４）、減衰性も再度明らかに改善される。ＰｂＯ含量を１９％以上にすると、元のファイバの減衰性に戻る。正確な開口数は使用された原料の品質に依存する。さらに、有毒成分であるＰｂＯの使用は可能な限り少量に留めることが有利である。ＰｂＯの最大使用量は２０重量％に制限されており、好ましい実施態様では１２重量％に制限されている。ＰｂＯの最小濃度は信頼できる延伸加工を確保するためには約２重量％必要である。
このような状態は５種のみの原料成分、すなわちＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏを含むコアガラス例に限られるものである。

適当なクラッディングガラスとともに光ファイバへ十分延伸可能な鉛無含有コアガラス例については、ＰｂＯを除外して１種または２種以上の原料成分を添加して置き換えなければならない。種々組成比でコアガラス例とともに試験された（表１参照）Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＯ及びＺｒＯ_２は特に満足のいく成分であり、好適な候補である。
開口数ＮＡが０．５３以上である光ファイバは少なくともＬｉ_２Ｏ及びＢａＯ、及び／またはＬｉ_２Ｏ、ＢａＯ及びＺｒ_２Ｏを用いて得ることができる。これによって一般的に減衰がもたらされ、減衰性は平均値で１６０〜２３０ｄＢ／ｋｍへ降下するが、この数値範囲は（表１のコアガラス例５及び６と比較すると）従来のフリントグラスファイバの減衰性より総じて猶低いものである。
もし成分Ｌｉ_２Ｏがコアガラスの原料から除外され、ＢａＯ及びＺｒＯ_２あるいはＢａＯだけが前記原料に含まれているならば、前記ファイバの開口数ＮＡは０．５０以上及び／または０．４８以上まで降下するが、一般的に減衰性は都合よく低下される（表１のコアガラス例７及び８参照）。
表１のコアガラス例７及び８を比較すると、ＺｒＯ_２量が増加すると減衰性の低下が起こることが明らかである。他方、ＺｒＯ_２の添加により前記ガラス及びこのガラスから成る光ファイバの耐薬品性が伴に増大することが分かる。このような光ファイバは困難な環境条件における使用に特に適する。従って当業者にとっては、屈折率、開口数（ＮＡ）、耐薬品性及び環境無害性等の要求に従ってＰｂＯ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＯ及びＺｒＯ_２等の成分を変更して最適な光ファイバを製造することが可能である。

表１の最後の欄には良好な伝送性と付随する減衰値をもつ従来型光フリントガラスのガラス組成が示されている。表１は、本発明に記載の第一の実施態様について、その減衰性は従来技術による軽フリントガラスの減衰性よりも約数でほぼ３小さく、開口数ＮＡはほぼ同じであるが、ＰｂＯ含量は約数で１０小さいことを示している。
表１の鉛無含有例８でさえも５５３ｎｍで従来型フリントガラスより約数で２以上小さい減衰性を有している。このことは、実用的用途において、本発明に係るコアガラス及びクラッディングガラス組成物から成る光ファイバが、軽フリントガラスからなる従来型光ファイバが伝送し得る距離の２倍ないし３倍以上の距離へ光を伝送できることを意味している。
逆に言えば、減衰性の低い本発明の光ファイバを用いることにより、光を伝送する光ガイドの断面積を、同一伝送距離及び同一全伝送光強度当たりに対して減らすことができるのである。
波長λ５５３ｎｍ、伝送距離２０ｍについて従来型軽フリントガラス（最後の欄参照、２２６ｄＢ／ｋｍ）と最適コアガラス例１（表１参照、８０ｄＢ／ｋｍ）を比較した場合の例はこの後者の結果を示す筈である。この場合、従来型フリントガラスを用いて作った光ガイドと同一光量で与えられた２０ｍの距離を伝送するためには、コアガラス例１を用いた光ファイバから成る光ガイドの束断面積の半分のみで済む。このことは、必要な光ファイバが減じられることになるので製造コストのかなりの節約になることを意味する。
４４．７重量％のＳｉＯ_２、３９．９重量％のＺｎＯ、７．９重量％のＮａ_２Ｏ、７．３重量％のＫ_２Ｏ及び０．２重量％の精製剤から成るガラスは、不適当な鉛無含有コアガラスとしての対照例である。対照例の役割をするコアガラスの屈折率は１．５８、開口数ＮＡは０．５３４である。しかしながら、コアガラスとクラッディングガラスとの間の境界面で結晶化がかなり起ったため減衰性の測定は４０１〜５５３ｎｍの範囲では不可であった。従ってこのガラスを光ファイバに使用することはできない。

第二の一連の実験では単一種のコアガラス、すなわち上記最良のコアガラス例１を組成の異なる種々クラッディングガラスとともに延伸して光ファイバを製造した。この延伸試験では５種のクラッディングガラスを用いた。
表２は前記５種のクラッディングガラスの組成を示す。これらのクラッディングガラスには３種のアルカリ珪酸ホウ素ガラス、Ｎｏ．１、４及び５と、ソーダ石灰ガラス（Ｎｏ．２）とアルカリ珪酸アルミノガラス（Ｎｏ．３）が含まれる。
異なるファイバ種についての減衰性測定結果を表３では表にして、また図１ではグラフで示す。

タイプ１のクラッディングガラスに関し、前記したように、アルカリ珪酸ホウ素ガラスＮｏ．１は例えば減衰性に関して最良の結果を与えている（波長λ５５４ｎｍで１３１ｄＢ／ｋｍ、（注）ここでの減衰性数値は表１におけるような８０ｄＢ／ｋｍとは異なる。この結果はこの一連の溶融においてコアガラスに安価な原料を用いたためかなり高含量の不純物により生じた結果である）。
クラッディング材料（クラッディングガラスＮｏ．２）としてソーダ石灰ガラスを用いた２番目に良好な光ファイバでは減衰性数値は最良の実施態様と比較するとスペクトル範囲全体に亘って既に大きく劣っている（波長により異なるが約３０〜６０％高い数値である）。クラッディングガラスＮｏ．３、つまりアルカリ珪酸アルミノガラスの減衰性数値は、全波長範囲に亘ってクラッディングガラスＮｏ．１に対応する最良の実施態様の対応数値より約数として約２劣っている（大きい）。

驚くことに、クラッディングガラスＮｏ．１を用いた最良の実施態様と同じ珪酸ホウ素系ガラスから成るクラッディングガラス、すなわちクラッディングガラスＮｏ．４及びＮｏ．５を用いた他の光ファイバが最も劣る減衰性を与えた。しかしながら、これら後者のガラス組成物は、クラッディングガラスとコアガラスとの境界で両者の接触反応による強い初期不透明化を生じた。これら両クラッディングガラスの組成は、ホウ素含量が低く、ケイ素含量が高く、及び／またはＢａ、Ｃａ、Ｆ（Ｎｏ．５）等の元素が添加されていることから、珪酸ホウ素ガラスのタイプ１とは明らかに異なることは述べておかねばならない。
表１の実施態様Ｎｏ．１による同一の最適コアガラスを用いた本発明に係る光ファイバの減衰性は原料品質の劣悪性及びクラッディングガラスの相違との相関において図示されている。各曲線に付された符号１〜５は表２のクラッディングガラス例１〜５に対応している。また図中の符号６はコアガラス例８とクラッディングガラス例１（表２参照）から作られかつ全スペクトル範囲に亘って２００ｄＢ／ｋｍ以下の最小の減衰性をもつ鉛無含有光ファイバに関する結果を示している。

本発明は多成分ガラスから成る段付光ファイバ及びそれらの使用方法として具現化されて上記説明されたが、本発明の精神から逸脱することなく種々の変更及び変形を加えることが可能であるので、本発明を上記示された詳細へ限定する意図ではない。
さらに検討を加えることを必要とせずとも、前記説明は本発明の要旨を十分に開示しているので、他者によっても現在の知識を適用して、従来技術とは異なる本発明の全般あるいは特定の態様の必須の特質を正当に構成する特徴を漏らすことなく本発明を容易に種々の用途へ適用できるものである。

異なるファイバ種についての測定結果を示すグラフである。

Claims (38)

1. 開口数が０．５０以上で、コアガラス部材と前記コアガラス部材を完全に取り巻くクラッディングガラス部材から成る、多成分ガラスから製造される段付光ファイバであって、
   前記コアガラス部材は下記成分、
   ＳｉＯ_２ ４２〜５３重量％、
   ＺｎＯ １６〜３８重量％、
   ＰｂＯ １〜２０重量％、
   Ｎａ_２Ｏ １４重量％未満、及び
   Ｋ_２Ｏ １２重量％未満、を含んで成り、
   ここでＺｎＯとＰｂＯとの合計は３０重量％以上、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの合計は２重量％以上であり、
   前記クラッディングガラス部材は下記組成、
   ＳｉＯ_２ ６０〜７２重量％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ２０重量％未満、
   Ａｌ_２Ｏ_３ １０重量％未満、
   Ｎａ_２Ｏ １８重量％未満、及び
   Ｋ_２Ｏ １５重量％未満、を含んで成る、
   ことを特徴とする前記段付光ファイバ。
2. 前記コアガラス組成物及び／または前記クラッディングガラス組成物には少なくとも１種の精製剤が精製に要する標準量含まれていることを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
3. 前記コアガラス部材に２〜１２重量％のＰｂＯが含まれていることを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
4. 前記コアガラス部材が０．９重量％以下のＢａＯを含むことを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
5. 開口数が０．４８以上で、コアガラス部材と前記コアガラス部材を完全に取り巻くクラッディングガラス部材から成る、多成分ガラスから製造される段付光ファイバであって、
   前記コアガラス部材は下記成分、
   ＳｉＯ_２ ４２〜５３重量％、
   ＺｎＯ ３０〜３８重量％、
   Ｎａ_２Ｏ １４重量％未満、
   Ｋ_２Ｏ １２重量％未満、及び
   ＢａＯ ０．９重量％未満、を含んで成り、
   ここでＮａ_２ＯとＫ_２Ｏとの合計は２重量％以上であり、
   前記クラッディングガラス部材は下記成分、
   ＳｉＯ_２ ６０〜７２重量％、
   Ｂ_２Ｏ_３ ２０重量％未満、
   Ａｌ_２Ｏ_３ １０重量％未満、
   Ｎａ_２Ｏ １８重量％未満、及び
   Ｋ_２Ｏ １５重量％未満、を含んで成る、
   ことを特徴とする前記段付光ファイバ。
6. 前記コアガラス組成物及び／又はクラッディングガラス組成物には少なくとも１種の精製剤が精製に要する標準量含まれていることを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
7. 前記コアガラス部材が１重量％に満たないＰｂＯを含むことを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
8. 前記コアガラス部材が２重量％未満のフッ素を含むことを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
9. 前記コアガラス部材が０．５重量％未満のフッ素を含むことを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
10. 前記コアガラス部材が３重量％に満たないＬｉ_２Ｏを含むことを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
11. 前記Ｌｉ_２Ｏ、前記Ｎａ_２Ｏ及び前記Ｋ_２Ｏの合計が２重量％以上であることを特徴とする請求項１０項記載の段付光ファイバ。
12. 前記Ｌｉ_２Ｏ、前記Ｎａ_２Ｏ及び前記Ｋ_２Ｏの合計が５重量％以上であることを特徴とする請求項１１項記載の段付光ファイバ。
13. 前記コアガラス部材がＺｒＯ_２を含み、該ＺｒＯ_２が２重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
14. 前記コアガラス部材がＭｇＯを含み、該ＭｇＯが６重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
15. 前記コアガラス部材がＣａＯを含み、該ＣａＯが５重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
16. 前記コアガラス部材がＳｒＯを含み、該ＳｒＯが６重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
17. 前記コアガラス部材がＢ_２Ｏ_３を含み、該Ｂ_２Ｏ_３が１重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
18. 前記コアガラス部材がＡｌ_２Ｏ_３を含み、該Ａｌ_２Ｏ_３が１．５重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項５項記載の段付光ファイバ。
19. 前記クラッディングガラス部材がＬｉ_２Ｏを含み、該Ｌｉ_２Ｏが２重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
20. 前記クラッディングガラス部材がＭｇＯを含み、該ＭｇＯが３重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
21. 前記クラッディングガラス部材がＢａＯを含み、該ＢａＯが３重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
22. 前記クラッディングガラス部材がＳｒＯを含み、該ＳｒＯが４重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
23. 前記クラッディングガラス部材がＣａＯを含み、該ＣａＯが６重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
24. 前記クラッディングガラス部材がＺｎＯを含み、該ＺｎＯが３重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
25. 前記クラッディングガラス部材がフッ素を含み、該フッ素が１重量％未満の量で存在することを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
26. 前記クラッディングガラス部材がＬｉ_２Ｏを含み、前記Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合計が３重量％以上であることを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
27. 前記クラッディングガラス部材が前記ＳｉＯ_２を６６〜７２重量％含むことを特徴とする請求項１項記載の段付光ファイバ。
28. 請求項１項記載の段付光ファイバを通して光を通過させることから構成される光伝送方法。
29. 前記請求項１項記載の段付光ファイバの束から構成される光誘導装置。
30. 請求項１項記載の段付光ファイバを通して、データ符号化光信号を伝送することから構成されるデータ伝送方法。
31. 請求項１項記載の段付光ファイバが組み込まれた自動車。
32. 前記段付光ファイバが自動車照明用の光を伝送することを特徴とする請求項３１項記載の自動車。
33. 請求項１項記載の段付光ファイバが組み込まれた自動車用交通信号装置。
34. 請求項１項記載の段付光ファイバが組み込まれた鉄道用信号装置。
35. 請求項１項記載の段付光ファイバが組み込まれた英数字表示装置。
36. 請求項１項記載の段付光ファイバが組み込まれた冷光源。
37. 請求項１項記載の段付光ファイバが組み込まれた医療用及び工学技術用内視鏡。
38. 請求項１項記載の段付光ファイバを用いることを特徴とする手術用顕微鏡の照明方法。
    
    

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