JPH0380131A - 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

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］ 本発明は波長２・〜１１μ班の赤外透過性、及びＣＯレ
ーザーや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アイバー
ーに関する。

［従来の技術］ 波長２〜１１μ扉の赤外線波長領域において低損失なカ
ルコゲナイドガラスフアイバーーは、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、ＣＯ
レーザーやＧＯ２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
中でもセレン系ノＪラスは結晶化に対する安定性、耐候
性および耐熱性に優れており、またファイバーに成形し
たときに優れた可どう性を示づ−ことから、ファイバー
用材狛１として注目されている。

［発明が解決しようとする課題］ ルツボ紡糸法を用いた、種々のカルコゲナイドガラスフ
アイバーーが提案されている（Ｊ、　Ｎ１５ｈＴ、　　
Ｙａｍａｓｈｉｔａ　　　Ｔ、　　Ｙａｍａｇｉｓｈｉ
、　　八ｌ’１ｒ１１．Ｐｂｙｓ、　　１−ｅｔｔ５３
　（１９８８）　５５３　、または、西ノ［、点本、稲
用、飯塚、目下、出片、第２回光波センシング技術研究
会講演論文集、２９ページ）、１１ぐＪにＧ　ｃ　Ｓ　
ｃ　Ｔ　Ｏガラスファイバーは、ＣＯ２レーザーの発振
波長である１０．６μ肌での損失が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、長ざ１汎のファイバーの場合
、出側パワーでせいぜい３Ｗ程度であり、出ｑ４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
た。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Ｗ、　Ｉｆが２００″Ｃ前後と低いため
に、ファイバーが該削熱記度以上に加熱されて容易に軟
化すること、（２）ＧｅＳｅＴｅ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、Ｔ−ガラスの温度〉が大きな
汗の値（約１５ｘ　１Ｏ−５）を示づため、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ＩＪ
”−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」ブナイドガ
ラスでより高いＧＯ２レーザーパワ〜を伝送するために
は、１０６μｍでの損失が低いことはもちろんのこと、
耐熱性に優れ、ｄｎ／　０丁が小さいガラスでコアクラ
ッドファイバーを作製する必要がある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るコアクラッド構造を右するカルコゲナイド
ガラスフアイバーーは、コアガラス及びクラッドガラス
がゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｄｉ、（Ａｓ）、ヒレン（Ｓ
ｅ）およびアンヂ七ン（Ｓｂ〉の口元索から構成されて
いることを特徴としている。刀なわら、該カラスファイ
バーは、コア、クラッドＪ！、にＧｅが１０〜３０ａｔ
％、八Ｓが５〜３５ａｔ％、Ｓｅが３７〜６５ａｔ％、
Ｓｂが１〜２０ａｔ％の組成範囲のガラスで、好ましく
はＧｅが１５〜２５、ＡＳが１０〜３０ａｔ％、Ｓｅが
４０〜５５ａｔ％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ザーパワー性に対し
ては好ましいが、上記限定範囲の上限を超えると、紡糸
中にガラスが結晶化しやすくなり、また結晶化しない場
合でもガラスが脆くなって非常に折れや１い。また、コ
アガラス、クラッドガラス共にＧｅの含有量が上記限定
範囲の下限よりも低くなるど、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。

ざらに、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よりも高くなると、ガラスが結晶
化しやすくなり、またファイバーに成形できた場合でも
ファイバーが脆くなる。またＡＳ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
るとともに波長８μ肌以上の領域での損失が高くなるた
め、ＧＯ２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ど、ガラ
スが結晶化しやずくなり、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超えると、ガラスの耐熱
性が下がり、波長８μ肌以上の領域での損失が高くなる
ためＣ，０２レーザーのパワー伝送に用いることが困難
になる。またＳｂの含有量が上記限定範囲の下限よりも
低くなると波長８μ肌以上の領域での損失が高くなるた
め、ＣＯ２レーザーのパワー伝送には好ましくなく、さ
らに上記限定範囲の上限を超えると、ガラスが結晶化し
やすくなり、またファイバーに成形できた場合でもファ
イバーが脆くなる。

ざらに本発明によるカルコゲナイドガラスフアイバーー
は、コアガラス組成を Ｇｅ−ｗ、　Ａｓ　＝ｘ、　Ｓｅ＝ｙ、　Ｓｂ＝ｚ、か
つＧｅ＋Ａｓ＋３ｅ＋Ｓｂ＝１００ａｔ％で表した場合
、クラッドガラスの組成が、 Ｗ≦Ｇｅ≦ｗ＋５、ｘ−５≦ＡＳ≦ＸＸｙ≦Ｓｅ≦”）
／＋１０．Ｚ−１５≦Ｓｂ≦２かつＧｅ＋ＡＳ−１３　
ｅ　十Ｓ　ｂ　＝　１００ａｔ％、の組成範囲であるこ
とによっで構成されいてる。

ｔ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およびＳｂの一部をＳｅ
に置換する必要がある。ＡＳおよびＳｂと３ｅとの置換
量は、ＳＣ含右狙にして１〜１０ａｔ％の範囲、好まし
くは１〜７．５ａｔ％の範囲である。該置換量が１ａｔ
％よりも低い場合には、ファイバーの開口数が小さくな
り光の伝送中に光がクラッド層にしみ出すためにファイ
バーの損失が増加する。また該置換量が７．５ａｔ％で
もファイバーの開口数は０．７以上と十分大きな値であ
り、１０ａｔ％以上の置換は光学的には意味をもたなく
へ゛る。

［実施例］ 次に本発明の方法を実施例に基づいて、ざらに詳細に説
明する。

実施例−１ Ｇｅ：２０ａｔ％、Ａｓ：２０ａｔ％、３ｅ：５０ａｔ
％。

Ｓ　ｂ　：　１０ａｔ％の構成からなるコアロッドをＧ
ｅ：２０ａｔ％、Ａｓ：１８ａｔ％、Ｓｅ：５５ａｔ％
、Ｓｂニアａｔ％の構成からなるタラツドチコーブの中
に挿入し、これを下部にノズルを有するルツボの中に垂
直に設置し、ルツボ内部をアルゴンガスで情操した。そ
の後、ルツボの下端近傍のみをクラッドチ−ブ及びコア
１コツトの粘度が１０６ボイズ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
ッドチー１−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４．５Ｋｇ／ｃ
Ｍの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１Ｏ−２ｔｏｒｒに減圧した。これらの
作業によってクラッドチ−ブとコア「１ツドとは完全に
一体化し、ノズルよりコア径６５０μ肌、クラッド径８
００μ班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。

１９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１０．６μ班での透過
損失は４．０ｄＢ／ｍであった。ファイバーのＮＡは０
．６であった。ファイバーに用いたガラスのガラス転移
点を示差熱分析計で測定したところ、コアガラスが２９
０℃、クラッドガラスが２７０℃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、ｄｎ／ｄ
Ｔ＝３　ｘ　１０−５以下であった。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１００　Ｃｍのファイバーで、１５Ｗ以上のパワーを
入射することができ、９Ｗ以上の出射パワーを得ること
ができた。出射パワーが１０Ｗを超えた時点でファイバ
ーの大剣端面が破壊された。これは入側端面での反則損
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
ーブを作製して、実施例−１と同じ手法でコア径６５０
μ汎、クラッド径８００μ班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、１０６μ机での損失は実施例−２のファイバーで４
６Ｂ／７１’Ｌ、また実施例−３のファイバーで４．４
ｄＢ／　ｍが達成された。

ファイバーに用いたガラスのガラス転移点はいずれのコ
アガラスあるいはクラッドガラスでも２５０℃以上であ
った。またこれらのファイバー１００ｃｍを用いてＣＯ
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１５Ｗのパワーを大剣することによって７Ｗ
以上の出射パワーが得られた。

比較例−１ Ｑ　ｅ　：　２０ａｔ％、Ａ　Ｓ　：　３０ａｔ％、３
　ｅ　：　５０ａｔ％の組成からなるコアロッドをＧ　
ｅ　：　２０ａｔ％、ＡＳ：２５ａｔ％、Ｓｅ：５５ａ
ｔ％の組成からなるクラッドチューブの中に仲人し、実
施例−１と同じ手法でコア径６５０μ卯、クラツド径８
００μ肌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１０．６ｆ１７ｎ、での透過損失は５．５ｄ
Ｂ／　ｍであった。このファイバー　１００　Ｃｍを用
いてＣＯ２レー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約１．５
　ｄＢ／７７１高いため、０ 伝送効率が非隼に悪く、出力８Ｗを得るためには２０Ｗ
以上のパワーを入用する必要があった。また、入側パワ
ーが１０Ｗ以上になるど、ファイバーの表面温度が上品
し、７７フイバ一外周をコーディングしているアクリル
樹脂が軟化して発煙しはじめた。

さらに入用パワーが１５Ｗ以上になるとフッフィバ−の
入用端面が破壊されやすかった。

比較例−２ Ｇ　ｅ　：　２０ａｔ％、Ｓ　ｅ　：　６０ａｔ％、３
　ｂ　：　２０ａｔ％の組成からなるコアロッドをＱ　
ｅ　：　２０ａｔ％、Ｓｅ：６２ａｔ％、Ｓ　ｂ　：　
１８ａｔ％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こころみた。しかし
、コアロッドとクラッドデユープの界面が失透し、得ら
れたファイバの損失は１０６μ卯で７６Ｂ／ｍ以上であ
り、非常に折れ易かった。このファイバー　１００　ｃ
ｍをもちいてＣＯ２レーザーのパワー伝送を行ったとこ
ろ、入用パワーが５Ｗ伺近に達すると伝送路が破壊され
ｌこ　。

比較例−３〜６ 第１表に示ず組成からなるＧｅ−ＡＳ−３ｅＳｂガラス
コアロツド及びクラッドチューブの作製を試みたが、い
ずれの場合にもガラス中に微結晶が析出するため、良質
のプリフォームが得られなかった。

実施例／比較例 表　　１ ガラス組成（ａｔ％） コア　　　　　クラッド Ｇｅ　Ａｓ　Ｓｅ　Ｓｂ　　　Ｇｅ　Ａｓ　Ｓｅ　Ｓｂ
２０２０５０１０　　２０１８５５　７１５２５５５１
０　　１４２４５２１０２３１５４７１５　　２０１３
５４１３２０３０５０　−　　２０２５５５　−２０　
−６０２０　　２０　−６２１８５３０５５１０　　　
５２５６０１０ ４０４４６１０　　３５４５１１（１ ７７８０６５７８２６ １５１０５０２５１０１０５５２５ ［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’−ＡＳ−８ｅ−３
ｂガラスフアイバーを製造することができる。又、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１００　ｃｍのファイバーの場合、９
Ｗ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。

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）及びアンチモン
   （Ｓｂ）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アイ
   バー。 ２、コア、クラッド共にＧｅが１０〜３０ａｔ％、Ａｓ
   が５〜３５ａｔ％、Ｓｅが３７〜６５ａｔ％、Ｓｂが１
   〜２０ａｔ％の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
   アイバー。 ３、コアガラスの組成を Ｇｅ＝ｗ、Ａｓ＝ｘ、Ｓｅ＝ｙ、Ｓｂ＝ｚ、かつＧｅ＋
   Ａｓ＋Ｓｅ＋Ｓｂ＝１００ａｔ％で表した場合、クラッ
   ドガラスの組成が、 ｗ≦Ｇｅ≦ｗ＋５、ｘ−５≦Ａｓ≦ｘ、 ｙ≦Ｓｅ≦ｙ＋１０、ｚ−１５≦Ｓｂ≦ｚかつＧｅ＋Ａ
   ｓ＋Ｓｅ＋Ｓｂ＝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アイバー。