JP6493653B2 - Temperature compensation member and optical device for optical communication using the same - Google Patents
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Description
本発明は、光通信ネットワークにおける光導波路デバイス等に使用される温度補償用部材に関するものである。 The present invention relates to a temperature compensation member used for an optical waveguide device or the like in an optical communication network.
近年、光通信技術の発達に伴い、光ファイバを用いたネットワークが急速に整備されつつある。このネットワークの中では、複数の波長の光を一括して伝送する波長多重技術が用いられるようになり、波長フィルタやカプラ、導波路等が重要なデバイスになりつつある。 In recent years, with the development of optical communication technology, networks using optical fibers are being rapidly developed. In this network, wavelength multiplexing technology that transmits light of a plurality of wavelengths at once is used, and wavelength filters, couplers, waveguides, and the like are becoming important devices.
この種の光通信用光学デバイスの中には、温度によって特性が変化し、屋外での使用に支障を来すものがある。そのため、光通信用光学デバイスの特性を温度変化によらずに一定に保つ技術、いわゆる温度補償技術が必要とされている。 Among optical devices for this type of optical communication, there are some devices whose characteristics change depending on temperature and hinder outdoor use. Therefore, there is a need for a technique for keeping the characteristics of optical devices for optical communication constant regardless of temperature changes, so-called temperature compensation technique.
温度補償を必要とする光通信用光学デバイスの代表的なものとして、アレイドウエーブガイドや平面光回路等の導波路デバイスやファイバブラッググレーティングやファブリペローエタロン(以下、エタロンという)がある。 Typical optical devices for optical communication that require temperature compensation include waveguide devices such as arrayed wave guides and planar optical circuits, fiber Bragg gratings, and Fabry-Perot etalons (hereinafter referred to as etalons).
これらの光通信用光学デバイスでは、その周囲温度が変化すると、下記式(1)に示すように、屈折率と熱膨張係数が変化することによって光路長が変化するという問題を有している。 These optical communication optical devices have a problem that when the ambient temperature changes, the optical path length changes as the refractive index and the thermal expansion coefficient change, as shown in the following formula (1).
dS/dT=dn/dT+nα ・・・(1)
ここで、Sは光路長、Tは温度、nは屈折率、αは熱膨張係数を表す。
dS / dT = dn / dT + nα (1)
Here, S represents the optical path length, T represents the temperature, n represents the refractive index, and α represents the thermal expansion coefficient.
そこで、上記の光通信用光学デバイスには光路長の変化を抑制するために、温度補償用部材が使用されている。例えば、エタロンは、温度補償用部材であるバルク状(角柱、円柱等)のエタロン材料の対向する両端面にハーフミラーを形成した構造を有している。従来、エタロンでは、温度補償用部材として石英ガラスが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a temperature compensating member is used in the optical device for optical communication in order to suppress a change in optical path length. For example, an etalon has a structure in which half mirrors are formed on opposite end surfaces of a bulk (rectangular column, cylinder, etc.) etalon material that is a temperature compensation member. Conventionally, in etalon, quartz glass is used as a temperature compensation member (see, for example, Patent Document 1).
石英ガラスは、−40℃〜100℃の温度範囲における熱膨張係数が6×10-7/℃と低いものの、屈折率の温度係数dn/dTが大きいため、光路長の温度係数dS/dTが大きい。そのため、光通信用光学デバイスの温度補償用部材として石英ガラスを使用した場合、周囲温度によって光学特性が変化しやすく、分波精度に劣るという問題がある。 Quartz glass has a low thermal expansion coefficient of 6 × 10 −7 / ° C. in the temperature range of −40 ° C. to 100 ° C., but has a large refractive index temperature coefficient dn / dT. large. Therefore, when quartz glass is used as a temperature compensation member of an optical device for optical communication, there is a problem that optical characteristics are likely to change depending on the ambient temperature, resulting in poor demultiplexing accuracy.
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、光通信用光学デバイスに対して優れた分波特性を付与することが可能な温度補償用部材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a temperature compensating member capable of imparting excellent demultiplexing characteristics to an optical device for optical communication.
本発明者が鋭意検討した結果、温度補償用部材として所定の組成を有するP−Sn系ガラスを用いれば、所望の屈折率の温度係数を達成でき、上記課題を解消できることを見出した。 As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that if a P-Sn glass having a predetermined composition is used as a temperature compensation member, a temperature coefficient of a desired refractive index can be achieved and the above problems can be solved.
即ち、本発明の温度補償用部材は、カチオン%で、P5+ 0.1%以上、及びSn2+ 1%以上を含有するガラスからなり、20〜60℃における屈折率の温度係数dn/dTが−5×10−6/℃以下であることを特徴とする。 That is, the temperature compensation member of the present invention is made of glass containing cation%, P 5+ 0.1% or more, and Sn 2+ 1% or more, and the temperature coefficient dn / dT of the refractive index at 20 to 60 ° C. It is characterized by being −5 × 10 −6 / ° C. or less.
本発明の温度補償用ガラスは、P5+及びSn2+を必須成分として上記範囲で含有しているため、屈折率の温度係数dn/dTを効果的に低下させることができる。結果として、光路長の温度係数dS/dTの絶対値を低減することができ、光通信用光学デバイスに対して優れた波長分割特性を付与することが可能となる。 Since the temperature compensation glass of the present invention contains P 5+ and Sn 2+ as essential components in the above range, the temperature coefficient dn / dT of the refractive index can be effectively reduced. As a result, the absolute value of the temperature coefficient dS / dT of the optical path length can be reduced, and excellent wavelength division characteristics can be imparted to the optical device for optical communication.
本発明の温度補償用部材は、下記式(1)により表される20〜60℃における光路長の温度係数dS/dTが−15×10−6〜15×10−6/℃であることが好ましい。 In the temperature compensation member of the present invention, the temperature coefficient dS / dT of the optical path length at 20 to 60 ° C. represented by the following formula (1) is −15 × 10 −6 to 15 × 10 −6 / ° C. preferable.
dS/dT=dn/dT+nα ・・・(1)
ここで、Sは光路長、Tは温度、nは屈折率、αは熱膨張係数を表す。
dS / dT = dn / dT + nα (1)
Here, S represents the optical path length, T represents the temperature, n represents the refractive index, and α represents the thermal expansion coefficient.
本発明の温度補償用部材は、カチオン%で、P5+ 10〜70%、及びSn2+ 10〜90%を含有することが好ましい。 The temperature compensating member of the present invention is preferably cation% and contains P 5+ 10 to 70% and Sn 2+ 10 to 90%.
本発明の温度補償用部材は、アニオン%で、O2− 30〜100%、及びF−+Cl− 0〜70%を含有することが好ましい。 Temperature compensating member of the present invention, anionic%, O 2-30 to 100%, and F - + Cl - preferably contains 0-70%.
本発明の温度補償用部材は、カチオン%で、B3++Si4++Al3++Zn2++Ti4+ 0〜50%を含有することが好ましい。 The temperature compensating member of the present invention preferably contains B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ 0 to 50% in terms of cation%.
本発明の温度補償用部材は、屈折率ndが1.6以上であることが好ましい。 The temperature compensating member of the present invention preferably has a refractive index nd of 1.6 or more.
本発明の温度補償用部材は、−40〜100℃における熱膨張係数が80〜200×10−7/℃であることが好ましい。 The temperature compensation member of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient at −40 to 100 ° C. of 80 to 200 × 10 −7 / ° C.
本発明の温度補償用部材は、屈伏点が500℃以下であることが好ましい。 The temperature compensating member of the present invention preferably has a yield point of 500 ° C. or lower.
本発明の温度補償用部材は、波長1310nm及び1550nmにおける厚さ10mmでの内部透過率が98%以上であることが好ましい。 The temperature compensating member of the present invention preferably has an internal transmittance of 98% or more at a thickness of 10 mm at wavelengths of 1310 nm and 1550 nm.
本発明の温度補償用部材は、JOGISに基づく耐水性が3級以上、耐酸性が2級以上であることが好ましい。 The temperature compensating member of the present invention preferably has a water resistance based on JOGIS of 3 or higher and an acid resistance of 2 or higher.
本発明の光通信用光学デバイスは、上記の温度補償用部材を用いたことを特徴とする。 An optical device for optical communication according to the present invention is characterized by using the temperature compensating member.
本発明によれば、光通信用光学デバイスに対して優れた分波特性を付与することが可能な温度補償用部材を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the member for temperature compensation which can provide the outstanding demultiplexing characteristic with respect to the optical device for optical communications can be provided.
本発明の温度補償用部材は、カチオン%で、P5+ 0.1%以上、及びSn2+ 1%以上を含有するガラスからなる。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を説明する。なお、特に断りがない限り、以下の各成分の含有量に関する説明において、「%」は「カチオン%」または「アニオン%」を意味する。 The temperature compensating member of the present invention is made of glass containing cation%, P 5+ 0.1% or more, and Sn 2+ 1% or more. Below, the reason which specified content of each component as mentioned above is demonstrated. Unless otherwise specified, in the following description regarding the content of each component, “%” means “cation%” or “anion%”.
P5+はガラス骨格の構成成分である。また、dn/dTを低下させることができ、結果としてdS/dTの絶対値を低下させる効果を有する。また、光透過率を高める効果を有する。特に、高屈折率のガラスの場合は、P5+による光透過率向上の効果が得られやすい。また、失透を抑制する効果も有する。P5+の含有量は0.1%以上であり、1%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることがさらに好ましく、20%以上であることが特に好ましい。P5+の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、P5+の含有量が多すぎると、Sn2+の含有量が相対的に少なくなって、屈折率が低下しやすくなるとともに、耐候性が低下しやすくなる。よって、P5+の含有量は70%以下であることが好ましく、65%以下であることがより好ましく、60%以下であることがさらに好ましく、55%以下であることが特に好ましく、50%以下であることが最も好ましい。 P 5+ is a constituent component of the glass skeleton. Further, dn / dT can be reduced, and as a result, there is an effect of reducing the absolute value of dS / dT. Moreover, it has the effect of increasing the light transmittance. In particular, in the case of a glass having a high refractive index, the effect of improving light transmittance by P 5+ is easily obtained. It also has the effect of suppressing devitrification. The content of P 5+ is 0.1% or more, preferably 1% or more, more preferably 5% or more, further preferably 10% or more, and preferably 20% or more. Particularly preferred. When there is too little content of P5 + , the said effect will become difficult to be acquired. On the other hand, when the content of P 5+ is too large, the content of Sn 2+ becomes relatively small, and the refractive index tends to be lowered, and the weather resistance is likely to be lowered. Therefore, the content of P 5+ is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, further preferably 60% or less, particularly preferably 55% or less, and 50% or less. Most preferably.
Sn2+もdn/dTを効果的に低下させることができ、結果としてdS/dTの絶対値を低下させる効果を有する。また、高屈折率化、低屈伏点化、化学耐久性や耐候性の向上等の効果もある。Sn2+の含有量は1%以上であり、5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましく、15%以上であることがさらに好ましく、20%以上であることが特に好ましく、25%以上であることが最も好ましい。Sn2+の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Sn2+の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなったり、耐失透性が低下しやすくなる。よって、Sn2+の含有量は90%以下であることが好ましく、87.5%以下であることがより好ましく、85%以下であることがさらに好ましく、82.5%以下であることが特に好ましい。 Sn 2+ can also effectively reduce dn / dT, and as a result, has the effect of reducing the absolute value of dS / dT. In addition, there are effects such as higher refractive index, lower yield point, improved chemical durability and weather resistance. The content of Sn 2+ is 1% or more, preferably 5% or more, more preferably 10% or more, further preferably 15% or more, and particularly preferably 20% or more. 25% or more is most preferable. When the content of Sn 2+ is too small, the above effect is difficult to obtain. On the other hand, when there is too much content of Sn2 + , it will become difficult to vitrify or devitrification resistance will fall easily. Therefore, the Sn 2+ content is preferably 90% or less, more preferably 87.5% or less, further preferably 85% or less, and particularly preferably 82.5% or less. .
本発明において、耐失透性に優れ、機械的強度の高いガラスを得るためには、P5++Sn2+の含有量を調整することが好ましい。具体的には、P5++Sn2+の含有量は30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましく、70%以上であることが特に好ましく、80%以上であることが最も好ましい。なお上限は特に限定されず、P5++Sn2+の含有量が100%であってもよいが、他の成分を含有する場合は、99.9%以下であることが好ましく、99%以下であることがより好ましく、95%以下であることがさらに好ましく、90%以下であることが特に好ましい。 In the present invention, in order to obtain a glass having excellent devitrification resistance and high mechanical strength, it is preferable to adjust the content of P 5+ + Sn 2+ . Specifically, the content of P 5+ + Sn 2+ is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, further preferably 50% or more, and particularly preferably 70% or more. Preferably, 80% or more is most preferable. The upper limit is not particularly limited, and the content of P 5+ + Sn 2+ may be 100%, but when it contains other components, it is preferably 99.9% or less, and is 99% or less. More preferably, it is more preferably 95% or less, and particularly preferably 90% or less.
本発明の温度補償用部材を構成するガラスには、上記成分以外にも、下記のカチオン成分を含有させることができる。 In addition to the above components, the glass constituting the temperature compensating member of the present invention can contain the following cation components.
B3+はガラス骨格を構成する成分である。また、耐候性を向上させる効果があり、特に、ガラス中のP5+等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。B3+の含有量は0〜50%であることが好ましく、0.1〜45%であることがより好ましく、0.5〜40%であることがさらに好ましい。B3+の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、耐失透性が低下しやすくなる。 B 3+ is a component constituting the glass skeleton. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, and especially the effect which suppresses that components, such as P5 + in glass, elute selectively into water is large. The content of B 3+ is preferably 0 to 50%, more preferably 0.1 to 45%, and still more preferably 0.5 to 40%. When there is too much content of B3 + , a refractive index will fall easily. Further, the devitrification resistance is likely to be lowered.
Si4+もガラス骨格を構成する成分である。また、耐候性を向上させる効果があり、特に、ガラス中のP5+等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。Si4+の含有量は0〜20%であることが好ましく、0.1〜15%であることがより好ましい。Si4+の含有量が多すぎると、屈折率が低下したり、屈伏点が高くなりやすい。また、未溶解による脈理や気泡がガラス中に残存し、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たさなくなる可能性がある。 Si 4+ is also a component constituting the glass skeleton. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, and especially the effect which suppresses that components, such as P5 + in glass, elute selectively into water is large. The content of Si 4+ is preferably 0 to 20%, and more preferably 0.1 to 15%. When there is too much content of Si4 + , a refractive index will fall or a yield point will become high easily. In addition, undissolved striae and bubbles may remain in the glass, and may not satisfy the required quality as a constituent member of the optical device for optical communication.
Al3+は、Si4+やB3+とともにガラス骨格を構成することが可能な成分である。また、耐候性を向上させる効果があり、特に、ガラス中のP5+等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。Al3+の含有量は0〜20%であることが好ましく、0.1〜15%であることがより好ましい。Al3+の含有量が多すぎると、失透しやすくなる。また、光透過率が低下する傾向がある。さらに、溶融温度が高くなって、未溶解による脈理や気泡がガラス中に残存しやすくなる。その結果、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たさなくなる可能性がある。 Al 3+ is a component capable of constituting a glass skeleton together with Si 4+ and B 3+ . Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, and especially the effect which suppresses that components, such as P5 + in glass, elute selectively into water is large. The content of Al 3+ is preferably 0 to 20%, and more preferably 0.1 to 15%. When there is too much content of Al3 + , it will become easy to devitrify. Moreover, there exists a tendency for light transmittance to fall. Further, the melting temperature is increased, and striae and bubbles due to undissolution are likely to remain in the glass. As a result, there is a possibility that the required quality as a constituent member of the optical device for optical communication may not be satisfied.
Zn2+は融剤として作用する成分である。また、耐候性を向上させ、研磨洗浄水等の各種洗浄溶液中へのガラス成分の溶出を抑制したり、高温多湿状態でのガラス表面の変質を抑制したりする効果がある。また、Zn2+はガラス化を安定にする効果もある。以上に鑑み、Zn2+の含有量は0〜40%であることが好ましく、0.1〜30%であることがより好ましく、0.2〜20%であることがさらに好ましい。Zn2+の含有量が多すぎると、光透過率が低下したり、失透しやすくなる。 Zn 2+ is a component that acts as a flux. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, suppresses the elution of the glass component in various washing | cleaning solutions, such as polishing washing water, and suppresses the quality change of the glass surface in a hot and humid state. Zn 2+ also has the effect of stabilizing vitrification. In view of the above, the content of Zn 2+ is preferably 0 to 40%, more preferably 0.1 to 30%, and still more preferably 0.2 to 20%. When there is too much content of Zn <2+> , light transmittance will fall or it will become easy to devitrify.
Ti4+は屈折率を高めたり、耐失透性を向上させる効果がある。但し、その含有量が多すぎると、光透過率が低下する傾向がある。特に、不純物としてFeイオンがガラス中に多く含まれる場合(例えば20ppm以上)に光透過率が顕著に低下する傾向がある。また、耐失透性が低下しやすくなる。従って、Ti4+の含有量は0〜20%であることが好ましく、0.1〜15%であることがより好ましく、1〜10%であることがさらに好ましい。 Ti 4+ has the effect of increasing the refractive index and improving devitrification resistance. However, when the content is too large, the light transmittance tends to decrease. In particular, when the glass contains a large amount of Fe ions as impurities (for example, 20 ppm or more), the light transmittance tends to be significantly reduced. Further, the devitrification resistance is likely to be lowered. Therefore, the content of Ti 4+ is preferably 0 to 20%, more preferably 0.1 to 15%, and further preferably 1 to 10%.
B3++Si4++Al3++Zn2++Ti4+の含有量は0〜50%であることが好ましく、0〜30%であることがより好ましく、0.1〜25%であることがさらに好ましく、0.5〜20%であることが特に好ましく、0.75〜15%であることが最も好ましい。B3++Si4++Al3++Zn2++Ti4+の含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。また、溶融温度の上昇に伴いSn金属等が析出し、光透過率が低下しやすくなる。なお、耐候性を向上させる観点からは、B3++Si4++Al3++Zn2++Ti4+を0.1%以上含有させることが好ましい。 The content of B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ is preferably 0 to 50%, more preferably 0 to 30%, still more preferably 0.1 to 25%, and It is particularly preferably 5 to 20%, and most preferably 0.75 to 15%. When the content of B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ is too large, the devitrification resistance tends to decrease. Moreover, Sn metal etc. precipitate with a raise of melting temperature, and light transmittance becomes easy to fall. From the viewpoint of improving the weather resistance, it is preferable to contain B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ in an amount of 0.1% or more.
Mg2+、Ca2+、Sr2+及びBa2+(アルカリ土類金属イオン)は融剤として作用する成分である。また、耐候性を向上させ、研磨洗浄水等の各種洗浄溶液中へのガラス成分の溶出を抑制したり、高温多湿状態でのガラス表面の変質を抑制したりする効果がある。但し、これらの成分の含有量が多すぎると、液相温度が上昇(液相粘度が低下)して、溶融または成形工程中に失透物が析出しやすくなる傾向がある。その結果、量産化しにくくなる。なお、これらの成分は屈折率を大きく変動させないという特徴がある。以上に鑑み、Mg2++Ca2++Sr2++Ba2+の含有量は0〜10%であることが好ましく、0〜7.5%であることがより好ましく、0.1〜5%であることがさらに好ましく、0.2〜1.5%であることが特に好ましい。 Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ and Ba 2+ (alkaline earth metal ions) are components that act as fluxes. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, suppresses the elution of the glass component in various washing | cleaning solutions, such as polishing washing water, and suppresses the quality change of the glass surface in a hot and humid state. However, when there is too much content of these components, liquidus temperature rises (liquidus viscosity falls), and there exists a tendency for a devitrification thing to precipitate easily during a melting or shaping | molding process. As a result, mass production is difficult. These components have a feature that the refractive index does not fluctuate greatly. In view of the above, the content of Mg 2+ + Ca 2+ + Sr 2+ + Ba 2+ is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 7.5%, and further preferably 0.1 to 5%. The content is preferably 0.2 to 1.5%.
Zr4+は耐候性を向上させる成分である。但し、その含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。また、溶融温度の上昇に伴いSn金属等が析出し、光透過率が低下しやすくなる。従って、Zr4+の含有量は0〜2%であることが好ましく、0〜1.5%であることがより好ましく、0.1〜1%であることがさらに好ましく、0.2〜0.5%であることが特に好ましい。 Zr 4+ is a component that improves weather resistance. However, when the content is too large, the devitrification resistance tends to be lowered. Moreover, Sn metal etc. precipitate with a raise of melting temperature, and light transmittance becomes easy to fall. Therefore, the content of Zr 4+ is preferably 0 to 2%, more preferably 0 to 1.5%, still more preferably 0.1 to 1%, and more preferably 0.2 to 0. 5% is particularly preferable.
本発明の温度補償用部材を構成するガラスには、発明の効果を損なわない範囲で、上記成分以外にも種々の成分を含有させることができる。例えば、La3+、Gd3+、Ta5+、W6+、Nb5+、Y3+、Yb3+、Ge4+及びS6+等を含有させても構わない。 The glass constituting the temperature compensating member of the present invention can contain various components in addition to the above components as long as the effects of the invention are not impaired. For example, La 3+ , Gd 3+ , Ta 5+ , W 6+ , Nb 5+ , Y 3+ , Yb 3+ , Ge 4+ and S 6+ may be included.
なお、Li+、Na+及びK+は化学耐久性を低下させる成分であるため、その含有量はそれぞれ10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましく、含有させないことが特に好ましい。 Since Li + , Na + and K + are components that reduce chemical durability, the content thereof is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and more preferably 1% or less. More preferably, it is particularly preferable not to contain.
Te4+、Bi3+、In3+及びGa3+は光透過率を低下させやすい成分であるため、その含有量はそれぞれ10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましく、含有させないことが特に好ましい。 Te 4+ , Bi 3+ , In 3+ and Ga 3+ are components that tend to lower the light transmittance, and therefore their content is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and more preferably 1%. More preferably, it is particularly preferably not included.
Fe3+、Ni2+及びCo2+は光透過率を顕著に低下させる成分である。よって、これら成分の含有量はそれぞれ0.1%未満であることが好ましく、含有させないことがより好ましい。 Fe 3+ , Ni 2+ and Co 2+ are components that significantly reduce the light transmittance. Therefore, the content of these components is preferably less than 0.1%, and more preferably not contained.
また、Ce4+、Pr3+、Nd3+、Eu3+、Tb3+及びEr3+等の希土類成分も光透過率を低下させるおそれがあるため、これらの成分の含有量はそれぞれ0.1%未満であることが好ましく、含有させないことがより好ましい。 Moreover, since rare earth components such as Ce 4+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Eu 3+ , Tb 3+, and Er 3+ may also reduce the light transmittance, the content of these components is less than 0.1%, respectively. It is preferable that it is not contained.
なお、環境上の理由から、Pb2+及びAs3+の含有量はそれぞれ0.1%未満であることが好ましく、含有させないことがより好ましい。 For environmental reasons, the contents of Pb 2+ and As 3+ are each preferably less than 0.1%, and more preferably not contained.
本発明の温度補償用部材を構成するガラスは、アニオン%で、O2− 30〜100%、及びF−+Cl− 0〜70%を含有することが好ましく、O2− 40〜99.9%、及びF−+Cl− 0.1〜60%を含有することがより好ましく、O2− 50〜99.5%、及びF−+Cl− 0.5〜50%を含有することがさらに好ましく、O2− 70〜99%、及びF−+Cl− 1〜30%を含有することが特に好ましく、O2− 80〜98%、及びF−+Cl− 2〜20%を含有することが最も好ましい。F−及びCl−を積極的に含有させることにより、dn/dTを低下させやすくなる。ただし、その含有量が多すぎると、溶融時の揮発性が高くなり脈理が発生しやすくなる。なお、F−やCl−を導入するための原料としては、SnF2やSnCl2の他、La、Gd、Ta、W、Nb、Y、Yb、Ge、Mg、Ca、SrまたはBaのフッ化物及び塩化物が挙げられる。 Glass constituting the temperature compensating member of the present invention, anionic%, O 2-30 to 100%, and F - + Cl - to preferably contains 0~70%, O 2- 40~99.9% , And F − + Cl − 0.1 to 60%, more preferably O 2 −50 to 99.5%, and F − + Cl − 0.5 to 50%, 2 70% to 99%, and F - + Cl - is particularly preferable to contain 1 to 30% O 2 80 to 98% and F - + Cl - and most preferably contains 2 to 20%. By positively containing F − and Cl − , dn / dT is easily lowered. However, if the content is too large, the volatility at the time of melting becomes high and striae easily occurs. In addition, as a raw material for introducing F − and Cl − , fluorides of La, Gd, Ta, W, Nb, Y, Yb, Ge, Mg, Ca, Sr or Ba are available in addition to SnF 2 and SnCl 2. And chloride.
上記成分以外にも、Br−等を含有させてもよい。 In addition to the above components, Br - or the like may be contained.
本発明の温度補償用部材は、20〜60℃において屈折率の温度係数dn/dTが−5×10−6/℃以下であり、−6×10−6/℃以下であることが好ましく、−7×10−6/℃以下であることがより好ましく、−8×10−6/℃以下であることがさらに好ましい。dn/dTが大きすぎると、光路長の温度係数dS/dTが大きくなって、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たしにくくなる。 The temperature compensating member of the present invention has a refractive index temperature coefficient dn / dT of −5 × 10 −6 / ° C. or lower, preferably −6 × 10 −6 / ° C. or lower at 20 to 60 ° C., It is more preferably −7 × 10 −6 / ° C. or lower, and further preferably −8 × 10 −6 / ° C. or lower. When dn / dT is too large, the temperature coefficient dS / dT of the optical path length becomes large, and it becomes difficult to satisfy the required quality as a constituent member of the optical device for optical communication.
本発明の温度補償用部材は、20〜60℃において下記式(1)により表される光路長の温度係数dS/dTが−15×10−6〜15×10−6/℃であることが好ましく、−10×10−6〜10×10−6/℃であることがより好ましく、−9×10−6〜9×10−6/℃であることがさらに好ましく、−8×10−6〜8×10−6/℃であることが特に好ましく、−7×10−6〜7×10−6/℃であることが最も好ましい。dS/dTが小さすぎる、または大きすぎる(即ち、dS/dTの絶対値が大きすぎる)と、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たしにくくなる。 In the temperature compensation member of the present invention, the temperature coefficient dS / dT of the optical path length represented by the following formula (1) at 20 to 60 ° C. is −15 × 10 −6 to 15 × 10 −6 / ° C. Preferably, it is −10 × 10 −6 to 10 × 10 −6 / ° C., more preferably −9 × 10 −6 to 9 × 10 −6 / ° C., and −8 × 10 −6. particularly preferably from ~8 × 10 -6 / ℃, and most preferably -7 × 10 -6 ~7 × 10 -6 / ℃. If dS / dT is too small or too large (that is, the absolute value of dS / dT is too large), it becomes difficult to satisfy the required quality as a component of the optical device for optical communication.
dS/dT=dn/dT+nα ・・・(1)
ここで、Sは光路長、Tは温度、nは屈折率、αは熱膨張係数を表す。
dS / dT = dn / dT + nα (1)
Here, S represents the optical path length, T represents the temperature, n represents the refractive index, and α represents the thermal expansion coefficient.
温度補償用部材の屈折率が大きくなることにより光路長を短くなるため、温度補償部材の薄型化を図ることが可能となる。ただし、温度補償用部材の屈折率が高すぎると、ガラスが不安定になる傾向がある。以上に鑑み、本発明の温度補償用部材の屈折率(nd)は1.6〜1.95であることが好ましく、1.65〜1.9であることがより好ましく、1.7〜1.9であることがさらに好ましく、1.75〜1.9であることが特に好ましい。また、本発明の温度補償用部材の波長1310nm及び1550nmにおける屈折率はそれぞれ1.55〜1.95であることが好ましく、1.6〜1.95であることがより好ましく、1.65〜1.9であることがさらに好ましく、1.7〜1.9であることが特に好ましく、1.75〜1.9であることが最も好ましい。 Since the optical path length is shortened by increasing the refractive index of the temperature compensating member, it is possible to reduce the thickness of the temperature compensating member. However, if the refractive index of the temperature compensating member is too high, the glass tends to become unstable. In view of the above, the refractive index (nd) of the temperature compensating member of the present invention is preferably from 1.6 to 1.95, more preferably from 1.65 to 1.9, and from 1.7 to 1 Is more preferably 1.75 to 1.9. Moreover, it is preferable that the refractive index in wavelength 1310nm and 1550nm of the temperature compensation member of this invention is 1.55-1.95 respectively, It is more preferable that it is 1.6-1.95, 1.65- It is more preferably 1.9, particularly preferably 1.7 to 1.9, and most preferably 1.75 to 1.9.
本発明の温度補償用部材の−40〜100℃における熱膨張係数は80〜200×10−7/℃であることが好ましく、100〜180×10−7/℃であることがより好ましく、120〜160×10−7/℃であることがさらに好ましい。熱膨張係数が小さすぎると、dn/dTが大きくなりやすい。一方、熱膨張係数が大きすぎると、サーマルショックにより破損しやすくある。また、光通信用光学デバイスに使用する際に、被接合部材との熱膨張係数がマッチングしにくくなる。 The coefficient of thermal expansion of the temperature compensation member of the present invention at −40 to 100 ° C. is preferably 80 to 200 × 10 −7 / ° C., more preferably 100 to 180 × 10 −7 / ° C., 120 More preferably, it is ˜160 × 10 −7 / ° C. If the thermal expansion coefficient is too small, dn / dT tends to increase. On the other hand, if the thermal expansion coefficient is too large, it is likely to be damaged by thermal shock. Moreover, when using it for the optical device for optical communications, it becomes difficult to match a thermal expansion coefficient with a to-be-joined member.
本発明の温度補償用部材の−40〜20℃における熱膨張係数α−40〜20と20〜100℃における熱膨張係数α20〜100との差|α−40〜20−α20〜100|は5×10−7/℃以下であることが好ましく、2.5×10−7/℃以下であることが好ましい。熱膨張係数の差|α−40〜20−α20〜100|が上記範囲内であると、室温付近において優れた温度補償機能を発揮することが可能となる。 Difference between thermal expansion coefficient α -40 to 20 at −40 to 20 ° C. and thermal expansion coefficient α 20 to 100 at 20 to 100 ° C. | α −40 to 20 −α 20 to 100 | preferably is less than 5 × 10 -7 / ℃, is preferably 2.5 × 10 -7 / ℃ or less. When the difference in thermal expansion coefficient | α −40 to 20 −α 20 to 100 | is within the above range, an excellent temperature compensation function can be exhibited near room temperature.
本発明の温度補償用部材の−40〜100℃における熱膨張係数α−40〜100と100〜200℃における熱膨張係数α100〜200との差|α−40〜100−α100〜200|は5×10−7/℃以下であることが好ましく、2.5×10−7/℃以下であることが好ましい。熱膨張係数の差|α−40〜100−α100〜200|が上記範囲内であると、高温環境下(例えば100℃付近)において、優れた温度補償機能を発揮することが可能となる。 Difference between thermal expansion coefficient α- 40 to 100 at −40 to 100 ° C. and thermal expansion coefficient α 100 to 200 at 100 to 200 ° C. of the temperature compensation member of the present invention | α −40 to 100 −α 100 to 200 | preferably is less than 5 × 10 -7 / ℃, is preferably 2.5 × 10 -7 / ℃ or less. When the difference in thermal expansion coefficient | α −40 to 100 −α 100 to 200 | is within the above range, an excellent temperature compensation function can be exhibited in a high temperature environment (for example, around 100 ° C.).
本発明の温度補償用部材の屈伏点は500℃以下であることが好ましく、450℃以下であることがより好ましく、425℃以下であることがさらに好ましく、420℃以下であることが特に好ましい。温度補償用部材の屈伏点が高すぎると、モールドプレス成形やドロー成形等の二次加工が困難になる傾向がある。 The yield point of the temperature compensating member of the present invention is preferably 500 ° C. or less, more preferably 450 ° C. or less, further preferably 425 ° C. or less, and particularly preferably 420 ° C. or less. If the yield point of the temperature compensation member is too high, secondary processing such as mold press molding or draw molding tends to be difficult.
本発明の温度補償用部材の波長1310nm及び1550nmにおける厚さ10mmでの内部透過率は、98%以上であることが好ましく、99%以上であることがより好ましく、99.5%以上であることがさらに好ましい。本発明の温度補償用部材の波長1310nm及び1550nmにおける内部透過率が低すぎると、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たしにくくなる。 The internal transmittance at a thickness of 10 mm at wavelengths of 1310 nm and 1550 nm of the temperature compensating member of the present invention is preferably 98% or more, more preferably 99% or more, and 99.5% or more. Is more preferable. When the internal transmittance of the temperature compensation member of the present invention at wavelengths 1310 nm and 1550 nm is too low, it becomes difficult to satisfy the required quality as a component member of the optical device for optical communication.
本発明の温度補償用部材のJOGISに基づく耐水性は3級以上、耐酸性は2級以上であることが好ましい。温度補償用部材の耐水性及び耐酸性が上記範囲外である場合、研磨加工後の洗浄や高温高湿下の使用により表面劣化が生じやすくなる。 The temperature compensation member according to the present invention preferably has a water resistance based on JOGIS of 3 or higher and an acid resistance of 2 or higher. When the water resistance and acid resistance of the temperature compensation member are out of the above ranges, surface deterioration is likely to occur due to cleaning after polishing and use under high temperature and high humidity.
本発明の温度補償用部材は、所望の組成になるように原料を調合した後、溶融炉中で溶融し、所望の形状(例えば板状)に成形することにより得られる。原料としてピロリン酸第一スズ(Sn2P2O7)を用いることにより、得られるガラスが均質になりやすくなる。また、原料として、フッ化物や塩化物からなる原料を用いることにより、dn/dTを効果的に低下させることが可能となる。なお、一次溶融によりカレットを作製後、当該カレットを用いて二次溶融を行なうことにより、各特性の調整や組成の均質化を図ることができる。組成が均質化されることにより、光透過率の高いガラスを得ることができる。 The temperature compensating member of the present invention can be obtained by preparing raw materials so as to have a desired composition, melting in a melting furnace, and forming into a desired shape (for example, a plate shape). By using stannous pyrophosphate (Sn 2 P 2 O 7 ) as a raw material, the resulting glass tends to be homogeneous. Further, by using a raw material made of fluoride or chloride as the raw material, dn / dT can be effectively reduced. In addition, after producing a cullet by primary melting and performing secondary melting using the cullet, adjustment of each characteristic and homogenization of the composition can be achieved. By homogenizing the composition, a glass having a high light transmittance can be obtained.
溶融雰囲気は不活性雰囲気または還元性雰囲気とすることが好ましい。例えば、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気中で溶融することにより、均質なガラスが得られやすくなる。ガラス溶融用容器としては、白金や金等の金属、耐火物、石英ガラス、グラッシーカーボン等を使用することができる。金属製容器のうち、特に金製容器はSn成分との合金反応が起こりにくいため好ましい。なお、金属製容器としては、ZrO2等の酸化物を分散させた強化金属材料を使用することが好ましい。 The melting atmosphere is preferably an inert atmosphere or a reducing atmosphere. For example, it is easy to obtain a homogeneous glass by melting in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. As the glass melting container, metals such as platinum and gold, refractories, quartz glass, glassy carbon and the like can be used. Among metal containers, a gold container is particularly preferable because an alloy reaction with the Sn component hardly occurs. As the metal container, it is preferable to use a reinforced metal material in which an oxide such as ZrO 2 is dispersed.
本発明の温度補償用部材は、アレイドウエーブガイドや平面光回路等の導波路デバイスやファイバブラッググレーティングやエタロンの構成部材として用いることができる。例えば、エタロンは、角柱や円柱状等に成形した温度補償用部材の対向する両端面にハーフミラーを形成した構造を有している。 The temperature compensating member of the present invention can be used as a constituent member of a waveguide device such as an arrayed wave guide or a planar optical circuit, a fiber Bragg grating, or an etalon. For example, an etalon has a structure in which half mirrors are formed on opposite end faces of a temperature compensation member formed in a prismatic shape, a cylindrical shape, or the like.
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
表1〜4は本発明の実施例(No.1〜36)及び比較例(No.37)を示している。 Tables 1 to 4 show examples (No. 1 to 36) and comparative examples (No. 37) of the present invention.
各試料は次のようにして作製した。 Each sample was produced as follows.
まず、表に示す各組成になるように酸化物、フッ化物、塩化物等の原料を調合し、石英坩堝を用いて窒素雰囲気中にて700〜1000℃で1時間溶融した。なお、フッ化物原料としてはSnF2、塩化物原料としてはSnCl2を用いた。得られた溶融ガラスを、予熱した金属板上に流し出し、アニール後、各測定に適した試料を作製した。 First, raw materials such as oxides, fluorides, and chlorides were prepared so as to have the respective compositions shown in the table, and were melted at 700 to 1000 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere using a quartz crucible. As the fluoride raw material SnF 2, as the chloride material was used SnCl 2. The obtained molten glass was poured out on a preheated metal plate, and after annealing, a sample suitable for each measurement was produced.
得られた試料について、屈折率、熱膨張係数、屈伏点、dn/dT、dS/dT、内部透過率、耐酸性及び耐水性を測定した。結果を表1〜4に示す。 The obtained sample was measured for refractive index, thermal expansion coefficient, yield point, dn / dT, dS / dT, internal transmittance, acid resistance and water resistance. The results are shown in Tables 1-4.
屈折率は、島津製作所製 KPR−2000を用いて、ヘリウムランプのd線(587.6nm)及びLD光源(1310nm、1550nm)に対する測定値で示した。 Refractive index was shown by the measured value with respect to d line | wire (587.6nm) of a helium lamp and LD light source (1310nm, 1550nm) using Shimadzu Corporation KPR-2000.
熱膨張係数及び屈伏点は熱膨張測定装置(dilato meter)を用いて測定した。熱膨張係数は、−40〜100℃(α−40〜100)、100〜200℃(α100〜200)、−40〜20℃(α−40〜20)、及び20〜100℃(α20〜100)の各範囲について測定した。 The thermal expansion coefficient and yield point were measured using a thermal expansion measuring device (dilat meter). Thermal expansion coefficient, -40~100 ℃ (α -40~100), 100~200 ℃ (α 100~200), - 40~20 ℃ (α -40~20), and 20 to 100 ° C. (alpha 20 ˜100 ) for each range.
dn/dTは、上記d線の20℃における屈折率nd1及び60℃における屈折率nd2の値を用い、dn/dT=(nd2−nd1)/(60−20)の式から算出した。 dn / dT is calculated from the equation dn / dT = (nd 2 −nd 1 ) / (60−20) using the values of the refractive index nd 1 at 20 ° C. and the refractive index nd 2 at 60 ° C. of the d line. did.
dS/dTは、上記dn/dTの値、20℃における屈折率nd1及び熱膨張係数(−40〜100℃)の値を用い、dS/dT=dn/dT+nd1×αの式から算出した。 dS / dT was calculated from the equation: dS / dT = dn / dT + nd 1 × α using the value of dn / dT, the refractive index nd 1 at 20 ° C., and the value of thermal expansion coefficient (−40 to 100 ° C.). .
内部透過率は以下のようにして測定した。まず分光光度計(株式会社島津製作所製UV−3100)を用いて、光学研磨された厚さ5mm±0.1mm及び10mm±0.1mmの各試料について、表面反射損失を含む透過率を0.5nm間隔で測定し、得られた測定値から波長1310nm及び1500nmにおける内部透過率を算出した。 The internal transmittance was measured as follows. First, using a spectrophotometer (UV-3100 manufactured by Shimadzu Corporation), the transmittance including the surface reflection loss was set to 0. 0 for each of the 5 mm ± 0.1 mm and 10 mm ± 0.1 mm optically polished samples. Measurement was performed at intervals of 5 nm, and the internal transmittance at wavelengths of 1310 nm and 1500 nm was calculated from the obtained measurement values.
耐水性及び耐酸性はJOGISに定める粉末法に基づき測定した。 Water resistance and acid resistance were measured based on the powder method defined in JOGIS.
表1〜4に示すように、実施例であるNo.1〜36の試料はdn/dTが−10×10−6/℃以下と小さく、dS/dTが1〜14×10−6/℃と絶対値が小さかった。一方、比較例であるNo.37の試料はdn/dTが7.5×10−6/℃と大きく、dS/dTが20×10−6/℃と絶対値が大きかった。 As shown in Tables 1 to 4, No. Samples 1 to 36 had a small dn / dT of −10 × 10 −6 / ° C. or less and a dS / dT of 1 to 14 × 10 −6 / ° C. and a small absolute value. On the other hand, No. which is a comparative example. Sample 37 had a large absolute value of dn / dT as large as 7.5 × 10 −6 / ° C. and dS / dT as 20 × 10 −6 / ° C.
本発明の温度補償用部材は、所定の形状に適宜成形することにより、各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズや、ビデオカメラ、一般のカメラの撮影用レンズ等として利用することもできる。その他、粉末状の温度補償用部材を蛍光体粉末と複合化することにより、紫外光や可視光の波長を変化させるための波長変換部材として使用することも可能である。 The temperature compensating member of the present invention can be used as an optical pickup lens for various optical disk systems, a video camera, a photographing lens for a general camera, or the like by appropriately forming it into a predetermined shape. In addition, by combining a powdery temperature compensating member with a phosphor powder, it can be used as a wavelength conversion member for changing the wavelength of ultraviolet light or visible light.
Claims (10)
dS/dT=dn/dT+nα ・・・(1)
ここで、Sは光路長、Tは温度、nは屈折率、αは熱膨張係数を表す。 2. The temperature coefficient dS / dT of the optical path length at 20 to 60 ° C. represented by the following formula (1) is −15 × 10 −6 to 15 × 10 −6 / ° C. 2. Temperature compensation member.
dS / dT = dn / dT + nα (1)
Here, S represents the optical path length, T represents the temperature, n represents the refractive index, and α represents the thermal expansion coefficient.
An optical device for optical communication using the temperature compensating member according to any one of claims 1 to 9.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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