JP4953234B2 - チタン系酸化物ガラスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
M1が、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、NaおよびCaから選ばれる1種の元素であり、
M2が、Mg、Ba、Ca、Sr、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Na、Sc、Y、Hf、BiおよびAgから選ばれる少なくとも1種の元素であり、
M3が、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Al、Si、P、Ga、Ge、In、Sn、SbおよびTeから選ばれる少なくとも1種の元素であり、かつ、x、y1、y2およびZが、
0≦x≦0.5、
0≦y1<0.31、
1.4<y2<3.3、
3.9<z<8.0、
M1がBaの場合はx+y1≠0、かつ、
M1およびM2がBaの場合はy1≠0、
の関係を満たしている。なお、本明細書において、ガラスとは、DTA等の測定によってガラス転移点(Tg)が観察される物質のことをいう。また、本明細書において、「実質的に」とは、1mol%、好ましくは0.5mol%、より好ましくは0.1mol%を限度として不純物の存在を許容する趣旨である。
(a)所定の組成に調整した原料を空中に浮遊させて、浮遊した状態の前記原料を加熱して熔融させる工程と、
(b)熔融させた前記原料を冷却する工程と、
を含んでいる。以下、本明細書において、原料を空中に浮遊させた状態で熔融させる方法を、「浮遊法」という場合がある。
本発明のチタン系酸化物ガラスは、式(M1)1-x(M2)x(Ti1-y1(M3)y1)y2Ozで表される組成を有する。上記に説明したように、M1が、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、NaおよびCaから選ばれる1種の元素である。M2は、Mg、Ba、Ca、Sr、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Na、Sc、Y、Hf、BiおよびAgから選ばれる少なくとも1種の元素である。M3は、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Al、Si、P、Ga、Ge、In、Sn、SbおよびTeから選ばれる少なくとも1種の元素である。さらに、x、y1、y2およびZが、
0≦x≦0.5、
0≦y1<0.31、
1.4<y2<3.3、
3.9<z<8.0、
M1がBaの場合はx+y1≠0、かつ、
M1およびM2がBaの場合はy1≠0、
の関係を満たしている。
0≦x≦0.5、
0≦y1<0.05、
1.4<y2<2.3、
3.9<z<6.5、
x+y1≠0、かつ、
M2がBaの場合はy1≠0、
の関係を満たすようにしてもよい。
0≦x≦0.5、
0≦y1<0.05、
1.4<y2<2.3、
3.9<z<6.5、かつ、
x+y1≠0
の関係を満たすようにしてもよい。
<浮遊装置>
図1は、本発明のチタン系酸化物ガラスの製造方法において用いられる、浮遊法を行うための装置(浮遊装置)の一例を示す模式図である。
図1に示した浮遊装置を用いてガラスを製造する方法について説明する。
本発明の製造方法において用いるガラス原料は、得られるガラス組成が式(M1)1-x(M2)x(Ti1-y1(M3)y1)y2Ozで表される組成となるように調整される。なお、M1、M2およびM3で示される各元素、さらに、x、y1、y2およびzが満たす関係については、上記の本発明のチタン系酸化物の場合と同様である。
以下に、本発明のチタン系酸化物ガラスを用いた光学部品の具体例について説明する。
図2は、球形のチタン系酸化物ガラスを、光通信用の結合用レンズとして用いた様子を概略的に示した図である。チタン系酸化物ガラス21は、半導体レーザ22から出射した光束24を集光して、シングルモードファイバー(SMF)23に結合させる結合用レンズとして利用できる。球レンズの球面収差は屈折率を大きくすると小さくなるので、本発明のチタン系酸化物ガラスのような屈折率の大きい材料は、結合用のボールレンズとして好適である。本発明のチタン系酸化物ガラスを結合用レンズとして用いる場合は、屈折率2.0以上のものを用いることが望ましい。
図3は、屈折率分布ロッドレンズ31と、球の一部を切り取ってドーム状に加工したボールレンズ32とを組み合わせた対物レンズの例を示している。図中、33は光束を示している。半球状、あるいは半球を超える形状(球の一部を平面で切り取った形状;より詳しくは、球の一部をその中心線に直交する平面で切り取った形状)のレンズは、焦点の直前に配置されることによってNA(開口数)を増加させる働きがあり、SILと呼ばれる。SILの屈折率が大きいほど、NAを増加させることができる。本発明のチタン系酸化物ガラスは、屈折率が非常に大きいので、SILとして用いるのに好適である。
本実施例では、式(M1)1-x(M2)xTiy2Oz(y1=0であり、x、y2およびzは上記の範囲)で表されるチタン系酸化物ガラスのサンプルを作製した。各サンプルの組成は、表1−1および表1−2に示すとおりである。
本実施例では、式Ba(Ti1-y1(M3)y1)y2Oz(x=0およびy1>0であり、y2およびzは上記の範囲)で表されるチタン系酸化物ガラスのサンプルを作製した。各サンプルの組成は、表2に示すとおりである。なお、ガラス原料は実施例1と同様の方法で作製した。また、各サンプルのガラスの製造方法についても、実施例1と同様の装置および方法を用いた。
本実施例では、式Ba1-x(M2)xTiy2Oz(x>0およびy1=0であり、y2およびzは上記の範囲)で表されるバリウム・チタン系酸化物ガラスのサンプル3ー1〜3−46を作製した。各サンプルの組成は、表3ー1および表3−2に示すとおりである。なお、ガラス原料は実施例1と同様の方法で作製した。また、各サンプルのガラスの製造方法についても、実施例1と同様の装置および方法を用いた。
本実施例では、サンプルの球形ガラスを挿入した時の焦点位置を測定し、屈折率を算出した。具体的には、図24に示すように、測定対象である球形ガラス41をガラス基板42上に配置し、ガラス基板42に対して球形ガラス41が配置されている面と反対側の面に所定の波長を有する光46を照射して、球形ガラス41の表面からの焦点位置を顕微鏡で測定した。ガラス基板42の光照射側の面にはパターン43が形成されており、焦点位置の測定は、球形レンズ41の表面からこのパターンの像44までの距離dを測定することによって行った。所定の波長を有する光は、当該波長を透過する干渉フィルター45を用いることによって得た。本実施例では、486nm、589nmおよび658nmの波長における屈折率を、それぞれ測定した。なお、図中、47は白色光を示している。各測定波長におけるガラス基板42の光学的厚さは、顕微鏡により両表面にそれぞれピントを合わせて、その位置の差を測定することによって求めた。また球形ガラス41の直径は、球形ガラス41と接するガラス基板42の表面と、その反対側の球形ガラス表面とにそれぞれピントを合わせて、その位置の差を測定することによって求めた。このようにして求めた「距離d」「ガラス基板42の光学的厚さ」「球形ガラス41の直径」の値から、球形ガラスの屈折率を幾何光学的計算によって決定した。
本実施例では、式La1-x(M2)xTiy2Oz(y1=0であり、x、y2およびzは上記の範囲)で表されるランタン・チタン系酸化物ガラスのサンプル4−1〜4−7を作製した。各サンプルの組成は、表4に示すとおりである。なお、ガラス原料は実施例1と同様の方法で作製した。また、各サンプルのガラスの製造方法についても、実施例1と同様の装置および方法を用いた。
本実施例では、式Nd1-x(M2)xTiy2Oz(y1=0であり、x、y2およびzは上記の範囲)で表されるネオジム・チタン系酸化物ガラスのサンプル5−1〜5−3を作製した。各サンプルの組成は、表5に示すとおりである。なお、ガラス原料は実施例1と同様の方法で作製した。また、各サンプルのガラスの製造方法についても、実施例1と同様の装置および方法を用いた。
本実施例では、式LaTi2.25O6(x=0、y1=0、y2=2.25、z=6)で表されるランタン・チタン系酸化物ガラスのサンプル6を作製した。
本実施例では、式LaTi2.75O7(x=0、y1=0、y2=2.75、z=7)で表されるランタン・チタン系酸化物ガラスのサンプル7を作製した。
本実施例では、式LaTi3.15Zr0.06O7.90(x=0、y1=0.019、y2=3.21、z=7.9)で表されるランタン・チタン系酸化物ガラスのサンプル8を作製した。
本実施例では、式La1-x(M2)x(Ti1-y1(M3)y1)y2Ozで表されるランタン・チタン系酸化物ガラスのサンプル9−1〜9−22を作製した。各サンプルの組成は表7および表8に示すとおりであり、実施例6と同様の方法で作製した。これらのサンプルについて、実施例6と同様の手法(DTAおよびX線回折パターン)で確認したところ、表7および8に示すように、全てのサンプルがガラスであることが確認された。各サンプルの直径および目視によって確認した色も、表7および表8に示されている。また、表9に示す組成のサンプル9−23〜9−25を実施例6と同様の方法で作製したが、ガラス化しなかった。なお、表7〜9における酸化物の含有率は、モル%表示である。
本実施例では、式SmTi2.25O6(x=0、y1=0、y2=2.25、z=6)、式CeTi2.25O6.5(x=0、y1=0、y2=2.25、z=6.5)、式PrTi2.25O6.3(x=0、y1=0、y2=2.25、z=6.3)で表されるチタン系酸化物ガラスのサンプルを、実施例6と同様の方法で作製した。図28(A)〜図28(C)に、得られたチタン系酸化物ガラスの光学顕微鏡写真を示す。図28(A)〜図28(C)に示すように、本実施例の組成によっても、ガラス化が可能であることが確認された。なお、図28(A)に示す組成SmTi2.25O6のガラスは、薄緑色で、直径1mm以下であった。図28(B)に示す組成CeTi2.25O6.5のガラスは、黒色で、直径が1mm以下であった。図28(C)に示す組成PrTi2.25O6.3のガラスは、緑色で、直径が1mm以下であった。
2 ガス浮遊炉
3 固定台
4 流量調整器
5 炭酸ガスレーザ装置
6 ビームスプリッタ
7 撮影装置
8 モニター
9,10 反射ミラー
11 放射温度計
12 制御装置
13 固定ワイヤー
21 チタン系酸化物ガラス
22 半導体レーザ
23 シングルモードファイバー
31 屈折率分布ロッドレンズ
32 ボールレンズ(チタン系酸化物ガラス)
41 球形ガラス(チタン系酸化物ガラス)
42 ガラス基板
43 パターン
44 パターンの像
45 干渉フィルター
46 所定の波長の光
47 白色光
Claims (9)
- バルク状であって、かつ、最小径が1mm以上の球形であり、
実質的に、式(M1)1-x(M2)x(Ti1-y1(M3)y1)y2Ozで表される組成を有し、
M1が、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、NaおよびCaから選ばれる1種の元素であり、
M2が、Mg、Ba、Ca、Sr、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Na、Sc、Y、Hf、BiおよびAgから選ばれる少なくとも1種の元素であり、
M3が、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ga、Ge、In、Sn、SbおよびTeから選ばれる少なくとも1種の元素であり、かつ、
x、y1、y2およびzが、
0≦x≦0.5、
0≦y1<0.31、
1.4<y2<3.3、
3.9<z<8.0、
M1がBaの場合はx+y1≠0、かつ、
M1およびM2がBaの場合はy1≠0
の関係を満たす、チタン系酸化物ガラス。 - M1が、Ba、La、Ce、Pr、Nd、SmおよびCaから選ばれる1種の元素である、請求項1に記載のチタン系酸化物ガラス。
- M1が、Ba、La、NdおよびCaから選ばれる1種の元素である、請求項2に記載のチタン系酸化物ガラス。
- M1がBaであって、
x、y1、y2およびzが、
0≦x≦0.5、
0≦y1<0.05、
1.4<y2<2.3、
3.9<z<6.5、
x+y1≠0、かつ、
M2がBaの場合はy1≠0
の関係を満たす、請求項1に記載のチタン系酸化物ガラス。 - M1がBaであり、
M2が、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選ばれる少なくとも1種の元素であり、
x、y1、y2およびzが、
0≦x≦0.5、
0≦y1<0.05、
1.4<y2<2.3、
3.9<z<6.5、かつ、
x+y1≠0
の関係を満たす、請求項1に記載のチタン系酸化物ガラス。 - M1がLaであり、かつ、M3がZrである、請求項1に記載のチタン系酸化物ガラス。
- 可視光域における屈折率が2.0以上である、請求項1に記載のチタン系酸化物ガラス。
- 請求項1〜7の何れか1項に記載のチタン系酸化物ガラスを製造する方法であって、
(a)所定の組成に調整した原料を空中に浮遊させて、浮遊した状態の前記原料を加熱して熔融させる工程と、
(b)熔融させた前記原料を冷却する工程と、
を含む、チタン系酸化物ガラスの製造方法。 - 前記工程(a)と前記工程(b)との間に、
前記原料を、所定の時間、熔融状態に保持する工程を、さらに含む、請求項8に記載のチタン系酸化物ガラスの製造方法。
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