JPH0312339A - コアクラッド構造を有するカルコゲナイドガラスファイバー - Google Patents

コアクラッド構造を有するカルコゲナイドガラスファイバー

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JPH0312339A
JPH0312339A JP1146624A JP14662489A JPH0312339A JP H0312339 A JPH0312339 A JP H0312339A JP 1146624 A JP1146624 A JP 1146624A JP 14662489 A JP14662489 A JP 14662489A JP H0312339 A JPH0312339 A JP H0312339A
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glass fiber
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準治 西井
Ikuo Inagawa
郁夫 稲川
Takashi Yamagishi
山岸 隆司
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HISANKABUTSU GLASS KENKYU KAIHATSU KK
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HISANKABUTSU GLASS KENKYU KAIHATSU KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は赤外透過性、及びCo2レーザーのパワー伝送
特性に優れたコアクラッド構造を有するカルコゲナイド
ガラスファイバーに関する。
[従来の技術] カルコゲナイドガラスは赤外透過性、化学的安定性、耐
熱性に優れた赤外透過材料として知られている。このガ
ラスをファイバー状に成形すれば、温度計測や赤外イメ
ージ伝送用の導波路に応用できるばかりでなく、Co2
レーザーのエネルギー伝送用導波路としても利用するこ
とができる。カルコゲナイドガラスの中でも特にセレン
系ガラスは結晶化に対する安定性や耐熱性に特に優れて
おり、かつ2〜11μmの赤外域において吸収率が低い
ことから、ファイバー用材料として注目されている。
[発明が解決しようとする課題] 一般に光ファイバーは、中心部のコアガラスとその外周
のコアガラスよりも屈折率の低いクラッドガラスとの2
重構造で形成され、さらにその外周に傷が付かないよう
に樹脂を被覆することが好ましい。本発明者等は独自に
開発したルツボ紡糸法(J、N15hii、 T、Ya
llaShita、 T、Yamagishi、At)
I)Phys、 Lett、 53 (1988)55
3)を用いて、種々のコアクラッド構造を有するカルコ
ゲナイドガラスファイバーを提案してぎた。特にGe5
eTeガラスフアイバーは、Co2レーザーの発振波長
である10.6μmでの損失が1.5dB /mと低い
ので該レーザーのパワー伝送用ファイバーとしての応用
が期待された。
しかし、このファイバーを用いて伝送し得るレーザーパ
ワーは、長さ1TrLのファイバーの場合、出射パワー
でせいぜい3W程度であり、出射パワーがそれ以上にな
ると該ファイバーの伝送路が破壊される。まだ充分解明
されていないが、破壊の原因は、(1)ガラスの耐熱温
度が200℃前後と低いために、ファイバーが該耐熱温
度以上に加熱されて容易に軟化すること、(2)GeS
eTeガラスの屈折率が温度の上昇と共に大きく増加す
る、すなわちdn/dT(ここでn=ガラスの屈折率、
■−ガラスの温度)が大きな正の値(約150x 10
’)を示すため、レーザーパワーの伝送中にファイバー
の温度が増加するとレーザービームが自己集束し、パワ
ー密度が局所的に増加することの2つが考えられる。従
って、カルコゲナイドガラスでより高いCO2レーザ−
パワーを伝送するためには耐熱性に優れ、dn/dTが
小さいガラスでコアクラッドファイバイーを作製する必
要がある。
[課題を解決するための手段] 本発明に係るコアラッド構造を有するQe−As−8e
ガラスフアイバーは、コアガラス及びクラッドガラスが
ゲルマニウム(Ge)、ひ素(As)、セレン(Se)
の3元素から構成されていることを特徴としてる。すな
わち、このガラスファイバーは、コア、クラッド共にG
eが8〜28、Asが5〜45at%、Seが40〜7
0at%の組成範囲のガラスで、好ましくはGeが18
〜23、Asが15〜38at%、Seが45〜62a
t%の組成範囲のガラスで構成されている。
コアガラス、クラッドガラス共にGeの含有量が高い方
がガラスの耐熱性が上がるので耐レーザ−パワー性に対
しては好ましいが、上記限定範囲の上限を越えると、ガ
ラスが結晶化しやすくなり紡糸ができなくなるばかりか
、ガラスが脆くなり、ファイバーに形成できても非常に
折れやすい。また、コアガラス、クラッドガラス共にG
eの含有mが上記限定範囲の下限よりも低くなると、ガ
ラスの耐熱性が悪くなるので、パワー伝送に用いるには
好ましくない。
さらに、コアガラス、クラッドガラス共にAsの含有量
が上記限定範囲の上限からはずれると、ガラスが結晶化
しやすくなるために紡糸ができなくなり、また上記限定
範囲の下限からはずれると、ガラスが結晶化しやすくな
るとともに波長10,6μmでの損失が高くなるため、
CO2レーザーのパワー伝送ができなくなる。seの含
有量が上記限定範囲の下限よりも低くなると、ガラスが
結晶化しやすくなり、紡糸ができなくなる。seの含有
量が上記限定範囲の上限を越えると、ガラスが結晶化し
やすくなり紡糸ができなくなるばかりが、ガラスの耐熱
性が下がるので好ましくない。
さらに本発明によるGe−As−3eガラスフアイバー
は、コアガラスの組成を Ge=x、As=y、5e=z、がっGe+As + 
S e = 100at%で表した場合、クラッドガラ
スの組成が、 X≦Ge≦X+5、y−10≦As≦y−1、z+1≦
Se≦Z+10 かツG e + A S + S e = 1ooat
%の組成範囲であることによって構成されている。
すなわち、コアガラスよりもクラッドガラスの屈折率を
下げるためにコアガラスのAsの一部をSeに置換する
必要がある。
AsとSeとの置換口は1〜10at%の範囲、好まし
くは1〜7. sat%の範囲であり、該置換量が1a
t%よりも低い場合にはファイバーの間口数が小さくな
るため、パワー伝送の際の光軸調節が困難になり、また
、ファイバーの曲げ損失が増加する。また該置換量が7
.5at%以上は開口数に対してはなんら光学的な意味
をもたなくなる。さらにAsとSeとを置換すると紡糸
温度域でのコアガラスとクラッドガラスとの粘性が大き
く異なる場合が生じるので、その場合にはコアガラスの
Asの1〜10at%をすべてSeに置換するのではな
く、その一部をGeに置換するのが好ましく、その置換
量の上限は5at%である。該置換量が5at%よりも
多くなると紡糸温度域でのクラッドガラスの粘性がコア
ガラスの粘性よりも高くなるために紡糸ができなくなる
場合がある。
[実施例] 次に本発明の方法を実施例に基づいて、さらに詳細に説
明する。
実施例−1 G e : 20at%、As:30at%、 3 :
 50at%の組成からなるコアロッドを、Q e :
 20at%、As:25at%、 S: 55at%
の組成からなるクラッドチューブの中に挿入し、これを
下部にノズルを有するルツボの下端近傍のみをクラッド
チューブ及びコアロッドの粘度が106ボイスになる温
度まで加熱した。クラッドチューブとコアロッドとが融
着し、かつクラッドチューブがルツボ下端のノズルの周
囲に均一に融着した後に、クラッドチューブの周囲を4
.5/ciのあ圧力で加圧すると同時にクラッドチュー
ブとコアロッドとの間隙を102torrに減圧した。
これらの作業によってクラッドチューブとコアロッドと
は完全に一体化し、ノズルよりコア径650μm、クラ
ツド径800μmlのファイバーを連続的に紡糸するこ
とができた。ファイバーは直ちに樹脂でコーティングし
た後にドラムに巻取った。
得られたファイバーの透過損失を第1図に示す。
CO2レーザーの発振波長である10.6μmでの透過
損失は5.0dB /mであった。ファイバーのNAは
0.5であった。ファイバーに用いたガラスのガラス移
転点を示差熱分析計で測定したところ、コアガラスが2
80℃、クラッドガラスが275℃であった。またコア
ガラスの屈折率の温度依存性を測定したところ、d n
 / d T = 50x 10−5以下テアツた。こ
のファイバーを用いてCO2レーザーのパワー伝送を試
みたところ、長さ1100Cのファイバーで8Wの出射
パワーを得ることができた。出射パワーが9Wを越えた
時点でファイバーの入射端面が破壊された。これは入射
端面での反射損失が15%以上であるために端面がガラ
スの耐熱温度以上に加熱されたためであろう。この端面
破壊は端面に無反射膜を施すことによって解決できると
思われる。
実施例−2〜3 第1表に示す組成からなるコアロッド及びクラッドチュ
ーブを作成して、実施例−1と同じ手法でコア径650
μm、クラツド径800μmのファイバーを連続的に紡
糸した。得られたファイバーの透過損失を測定したとこ
ろ、10,6μmでの損失は実施例−2ののファイバー
で5.5dB /TrL、また実施例−3のファイバー
で5.4dB /mが達成された。
ファイバーに用いたガラスのガラス点転移はいずれのコ
アガラスあるいはクラッドガラスでも260℃以上であ
った。またこれらのファイバー1100Cを用いてC○
2レーザーのパワー伝送を行ったところ、いずれのファ
イバーでも7W以上の出射パワーが得られ、いずれの場
合にも入射端面が破壊された。
比較例−1 Q e : 29at%、3e:19at%、 Te 
: 52at%の組成からなるコアロッドを、Ge :
18. As :20at%、 3 e :  32.
T e : 30at%(7)l成カラナルクラッドチ
ューブの中に挿入し、実施例−1と同じ手法でコア径6
50μm1クラツド径800μmのファイバーを連続的
に紡糸した。得られたファイバーの10.6μmでの透
過損失は1.5dB /mであった。
しかし、このファイバー100cmを用いてCO2レザ
ーのパワー伝送を行ったところ、実施例−1〜3のファ
イバーに比べると透過損失が173以下であるにもかか
わらず、出力が3Wに達した時点で伝送路が破壊された
。破壊された部分のファイバーの断面を反射顕微鏡で観
察したところ、コアの一部のみが溶けた跡が見られ、レ
ザービームの自己集束が生じていると推察された。
比較例−2〜5 第1表に示す組成からなるコアロッド及びクラッドチュ
ーブの作製を試みたが、比較例2〜3の材料ではGeS
e2結晶が、また比較例4〜5の材料ではAsまたはS
eの結晶が析出しやすいため、良質なファイバーの製造
が困難だった。
比較例−6 Q e : 20at%、As:30at%、S e 
: 50at%の組成からなるガラスロッドを、Ge 
: 20at%、As : 17at%、3e:63a
t%の組成からなるクラッドチューブの中に挿入し、実
施例−1と同じ手法で紡糸を試みた。しかし、コアガラ
スの軟化点がクラッドガラスの軟化点よりも20℃以上
高いため、安定した紡糸ができなかった。
C発明の効果] 本発明によれば、コア・クラッド構造を有し、赤外透過
性に優れ、かつ耐熱温度が高いGe−△5−8eガラス
ファイバーを製造することができる。また、このファイ
バーを用いて、co2レーザーのパワー伝送を行ったと
ころ、長さ 100cIItのファイバーの場合、8W
以上のパワーが伝送できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1のコア・クラッド型ファイバーの透過
損失スペクトルである。 非酸化物ガラス研究開発株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 コアガラスおよびクラッドガラスがゲルマニウム(
    Ge)、ひ素(As)、セレン(Se)の3元素から構
    成されていることを特徴とするコアクラッド構造を有す
    るカルコゲナイドガラスファイバー。 2 コア、クラッド共にGeが8〜28at%、Asが
    5〜45at%、Seが40〜70at%の組成範囲に
    あることを特徴とする請求項1記載のコアクラッド構造
    を有するカルコゲナイドガラスファイバー。 3 コアガラスの組成をGe=x、As=y、Se=z
    、かつGe+As+Se=100at%で表した場合、
    クラッドガラスの組成が、 x≦Gex+5、y−10≦As≦y−1、z+1≦S
    e≦z+10、 かつGe+As+Se=100at% の組成範囲であることを特徴とする請求項1または2記
    載のコアクラッド構造を有するカルコゲナイドガラスフ
    ァイバー。
JP1146624A 1989-06-12 1989-06-12 コアクラッド構造を有するカルコゲナイドガラスファイバー Expired - Lifetime JPH0813693B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006290738A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Corning Inc 低粘度押出成形および射出成形のためのカルコゲナイドガラス
US10191186B2 (en) 2013-03-15 2019-01-29 Schott Corporation Optical bonding through the use of low-softening point optical glass for IR optical applications and products formed

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5935039A (ja) * 1982-08-18 1984-02-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 赤外線透過光フアイバ

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