JPH0472781B2 - - Google Patents
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- JPH0472781B2 JPH0472781B2 JP62051977A JP5197787A JPH0472781B2 JP H0472781 B2 JPH0472781 B2 JP H0472781B2 JP 62051977 A JP62051977 A JP 62051977A JP 5197787 A JP5197787 A JP 5197787A JP H0472781 B2 JPH0472781 B2 JP H0472781B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/041—Non-oxide glass compositions
- C03C13/043—Chalcogenide glass compositions
Description
[産業上の利用分野]
本発明は波長2〜15μmの広い赤外波長域で光
透過性を有し、特に波長5〜12μmの赤外光を低
損失で伝送可能な赤外光透過フアイバの製作に適
するガラス材料及びその材料を用いたガラスフア
イバに関するものである。 [従来の技術] 従来、光フアイバは石英系ガラス材料から作製
されていた。しかし、この種のガラスでは低損失
波長領域がSi−O結合の格子振動に起因する赤外
吸収および散乱によつて波長0.6〜1.7μmの領域に
限られ、それ以上長い波長の光は光フアイバの損
失が急激に増し、ほとんど吸収されてしまう欠点
があつた。従つて、例えばレーザー加工やレーザ
ーメスに用いられるCOレーザー光(波長5〜
7μm)やCO2レーザー光(波長10.6μm)などは石
英系ガラスのフアイバでは伝送が不可能である。 波長2〜15μm領域の赤外光を透過できる赤外
吸収端が長波長に位置する材料の例として、多結
晶光フアイバおよびカルコゲナイドガラスが有望
視されている。多結晶光フアイバの例としては、
TlBr−TlI(略称、KRS−5と呼ばれている)ハ
ライド結晶材料を用いたものが、またカルコゲナ
イドガラスフアイバの例としてはAs−S系ガラ
ス、Ge−P−S系ガラスおよびGe−As−Se系ガ
ラスフアイバなどのSやSe等を含む材料が考え
られているが、これら光フアイバ材料は以下に述
べるような欠点があるので、波長5〜12μmの赤
外光を低損失で透過し、長尺でかつ熱的に安定な
光フアイバを実現することはできなかつた。 [発明が解決しようとする問題点] 結晶系光フアイバでは、フアイバの長尺化が困
難であり、結晶粒界での光散乱が不可避であり、
曲げによつて損失が増加するため、低損失化が難
しく、可撓性に乏しい。一方、SやSe等を含む
カルコゲナイドガラスフアイバでは、結晶系光フ
アイバに見られる欠点はないが、As−S系ガラ
スフアイバでは6μm以上の波長域でGe−P−S
系ガラスフアイバでは5μm以上波長域で、また
Ge−As−Se系ガラスフアイバでは9μm以上の波
長域でそれぞれ赤外吸収により損失が急増し、例
えばCo2レーザー(波長10.6μm)伝送に供するに
は実用上困難である。 従つて、本発明の第1の目的は、波長2〜
15μmの広い領域で透過性を有し、特に波長5〜
12μmの領域において低損失な赤外光透過フアイ
バ材料を提供する点にある。また、第2の目的は
上記材料を用いたガラスフアイバを提供する点に
ある。 [問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明はGeが5〜
35at%(原子パーセント以下同じ)、Asが10〜
50at%、Seが10〜50at%およびTeが20〜60at%
からなり、これら成分の合計が100at%であるこ
とを特徴とするカルコゲナイドガラスを使用する
ことにより達成される。実施例でも示すようにこ
の範囲以外ではガラス化はきわめて困難である。 カルコゲナイドガラス材料を用いた光フアイバ
の赤外光に対する損失の大きさは、主にガラス母
体の格子振動に依存する。したがつて、赤外光に
対する損失を小さくするためには、格子振動によ
る吸収を長波長域に移動させる必要がある。その
ためにガラス組成原子の原子量を大きくすること
が考えられる。すなわち、格子振動の振動数
は、 =(1/2π)(f/μ)1/2 で表わされる。ここで、fは結合定数、μは構成
原子の換算原子量である。従つて、格子振動の波
長λは、λ=C/で表わされるので、原子量を
大きくすれば格子振動の波長が大きくなることが
わかる。 本発明によつて提供されるカルコゲナイドガラ
ス材料の組成は、原子量の大きいカルコゲナイト
元素Te原子量(127.6)を含むことにより、ガラ
ス材料の格子振動を長波長域に移動させることが
できる。また、上記組成でTe含量を変えること
により、屈折率に相対的差を持たせたガラスから
なるコアークラツド構造の光フアイバを作成する
ことが可能となる。 [作用] 本発明の光フアイバ材料を構成するガラス組成
は、長波長域に格子振動を移動させることによ
り、波長2〜15μm領域の赤外光を低損失で伝送
することが可能となる。また本発明の組成はガラ
ス化領域が大きく、ガラス化に必要な冷却速度が
小さく、安定性が良いガラスフアイバ材料を作製
することが可能となる。 [実施例] 以下、本発明の実施例を説明する。 実施例 1 表1で示した組成割合になるように純度99.999
%のSeインゴツト、純度99.99999%のAsシヨツ
トおよび純度99.9999%のTeインゴツトの粉砕物
を混合し、混合物に原料中の酸素不純物による光
吸収に伴う光伝送損失を少なくするために、金属
Mgを100ppm添加し、石英ガラスアンプル(内
径13mmφ、肉厚1.2mm、長さ100mm)に真空度が
10-6Torrになるように真空封入し、850℃で6時
間予備加熱した後、急冷しAs−Se−Te化合物を
得た。 次に温度900℃で2時間水素還元した純度
99.9999%のGe粒塊(5mm角程度)に、上記で述
べたAs−Se−Te化合物を温度850℃で石英ガラ
ス製蒸留容器中にて真空蒸留を行い移し、移し終
えた容器部分の両端をバーナーで融封し、ガラス
合成用容器とした。続いて揺らん炉に入れ、揺ら
んしながら500℃に予備加熱した後、900℃に加熱
し、24時間保持した。その後炉から取出し急冷し
カルコゲナイドガラスを得た。 次にこのガラスを評価するために、示差走査熱
分析およびX線分析を行いガラス化領域を決定し
た。表1にTe含有量が20、30、40、50および
60at%のGe−As−Se−Te系カルコゲナイドガラ
スの走査温度10℃/分で測定温度500℃までに観
測されたガラス転移点を例示する。
透過性を有し、特に波長5〜12μmの赤外光を低
損失で伝送可能な赤外光透過フアイバの製作に適
するガラス材料及びその材料を用いたガラスフア
イバに関するものである。 [従来の技術] 従来、光フアイバは石英系ガラス材料から作製
されていた。しかし、この種のガラスでは低損失
波長領域がSi−O結合の格子振動に起因する赤外
吸収および散乱によつて波長0.6〜1.7μmの領域に
限られ、それ以上長い波長の光は光フアイバの損
失が急激に増し、ほとんど吸収されてしまう欠点
があつた。従つて、例えばレーザー加工やレーザ
ーメスに用いられるCOレーザー光(波長5〜
7μm)やCO2レーザー光(波長10.6μm)などは石
英系ガラスのフアイバでは伝送が不可能である。 波長2〜15μm領域の赤外光を透過できる赤外
吸収端が長波長に位置する材料の例として、多結
晶光フアイバおよびカルコゲナイドガラスが有望
視されている。多結晶光フアイバの例としては、
TlBr−TlI(略称、KRS−5と呼ばれている)ハ
ライド結晶材料を用いたものが、またカルコゲナ
イドガラスフアイバの例としてはAs−S系ガラ
ス、Ge−P−S系ガラスおよびGe−As−Se系ガ
ラスフアイバなどのSやSe等を含む材料が考え
られているが、これら光フアイバ材料は以下に述
べるような欠点があるので、波長5〜12μmの赤
外光を低損失で透過し、長尺でかつ熱的に安定な
光フアイバを実現することはできなかつた。 [発明が解決しようとする問題点] 結晶系光フアイバでは、フアイバの長尺化が困
難であり、結晶粒界での光散乱が不可避であり、
曲げによつて損失が増加するため、低損失化が難
しく、可撓性に乏しい。一方、SやSe等を含む
カルコゲナイドガラスフアイバでは、結晶系光フ
アイバに見られる欠点はないが、As−S系ガラ
スフアイバでは6μm以上の波長域でGe−P−S
系ガラスフアイバでは5μm以上波長域で、また
Ge−As−Se系ガラスフアイバでは9μm以上の波
長域でそれぞれ赤外吸収により損失が急増し、例
えばCo2レーザー(波長10.6μm)伝送に供するに
は実用上困難である。 従つて、本発明の第1の目的は、波長2〜
15μmの広い領域で透過性を有し、特に波長5〜
12μmの領域において低損失な赤外光透過フアイ
バ材料を提供する点にある。また、第2の目的は
上記材料を用いたガラスフアイバを提供する点に
ある。 [問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明はGeが5〜
35at%(原子パーセント以下同じ)、Asが10〜
50at%、Seが10〜50at%およびTeが20〜60at%
からなり、これら成分の合計が100at%であるこ
とを特徴とするカルコゲナイドガラスを使用する
ことにより達成される。実施例でも示すようにこ
の範囲以外ではガラス化はきわめて困難である。 カルコゲナイドガラス材料を用いた光フアイバ
の赤外光に対する損失の大きさは、主にガラス母
体の格子振動に依存する。したがつて、赤外光に
対する損失を小さくするためには、格子振動によ
る吸収を長波長域に移動させる必要がある。その
ためにガラス組成原子の原子量を大きくすること
が考えられる。すなわち、格子振動の振動数
は、 =(1/2π)(f/μ)1/2 で表わされる。ここで、fは結合定数、μは構成
原子の換算原子量である。従つて、格子振動の波
長λは、λ=C/で表わされるので、原子量を
大きくすれば格子振動の波長が大きくなることが
わかる。 本発明によつて提供されるカルコゲナイドガラ
ス材料の組成は、原子量の大きいカルコゲナイト
元素Te原子量(127.6)を含むことにより、ガラ
ス材料の格子振動を長波長域に移動させることが
できる。また、上記組成でTe含量を変えること
により、屈折率に相対的差を持たせたガラスから
なるコアークラツド構造の光フアイバを作成する
ことが可能となる。 [作用] 本発明の光フアイバ材料を構成するガラス組成
は、長波長域に格子振動を移動させることによ
り、波長2〜15μm領域の赤外光を低損失で伝送
することが可能となる。また本発明の組成はガラ
ス化領域が大きく、ガラス化に必要な冷却速度が
小さく、安定性が良いガラスフアイバ材料を作製
することが可能となる。 [実施例] 以下、本発明の実施例を説明する。 実施例 1 表1で示した組成割合になるように純度99.999
%のSeインゴツト、純度99.99999%のAsシヨツ
トおよび純度99.9999%のTeインゴツトの粉砕物
を混合し、混合物に原料中の酸素不純物による光
吸収に伴う光伝送損失を少なくするために、金属
Mgを100ppm添加し、石英ガラスアンプル(内
径13mmφ、肉厚1.2mm、長さ100mm)に真空度が
10-6Torrになるように真空封入し、850℃で6時
間予備加熱した後、急冷しAs−Se−Te化合物を
得た。 次に温度900℃で2時間水素還元した純度
99.9999%のGe粒塊(5mm角程度)に、上記で述
べたAs−Se−Te化合物を温度850℃で石英ガラ
ス製蒸留容器中にて真空蒸留を行い移し、移し終
えた容器部分の両端をバーナーで融封し、ガラス
合成用容器とした。続いて揺らん炉に入れ、揺ら
んしながら500℃に予備加熱した後、900℃に加熱
し、24時間保持した。その後炉から取出し急冷し
カルコゲナイドガラスを得た。 次にこのガラスを評価するために、示差走査熱
分析およびX線分析を行いガラス化領域を決定し
た。表1にTe含有量が20、30、40、50および
60at%のGe−As−Se−Te系カルコゲナイドガラ
スの走査温度10℃/分で測定温度500℃までに観
測されたガラス転移点を例示する。
【表】
第1図ないし第5図はGe−As−Se−Te系ガラ
スの三角図を示す。すなわち、第1図にTe含有
量が20at%,第2図にTe含有量が30at%、第3
図にTe含有量が40at%、第4図にTe含有量が
50at%及び第5図にTe含有量が60at%であるGe
−As−Se−Te系ガラスは広いガラス化領域を持
つており、安定なガラスであることを示してい
る。 ガラス組成Ge20As30Se20Te30を例として、ガラ
スブロツクから切り出した円板の両端を平面研磨
し、赤外透過率を測定した。第6図に赤外透過率
(%)を例示する。波長域2〜15μmの赤外光を良
く透過している。 上記の場合と同様に作製したGe20As30Se30Te20
ガラスを切断、研磨して直径12mm、長さ100mmの
ガラスロツドを得、石英製ノズルから圧力0.5
Kg/cm2で引き出して光フアイバにした。この時の
ノズル径は3mm、加熱温度は420℃である。この
フアイバの最低損失は0.5dB/mと極めて低損失
であつた。10.6μmでは2.5dB/mであつた。 実施例 2 Te含有量の異なる組成を用い、相対手金い屈
折率差をもたせたガラスからなるコア・クラツド
構造の光フアイバを作成し、損失を測定した。例
えば組成Ge30As13Se27Te30ガラスをコア材とし、
組成Ge25As25Se35Te15ガラスをクラツド材とし、
温度407℃、圧0.3Kg/cm2の条件で加圧ロツドイン
チユーブ法を用いてフアイバ化した。得られたコ
ア・クラツド構造の光フアイバの損失は、最低損
失が0.35dB/m、10.6μmでは2dB/mであり、
コアクラツド構造ではないフアイバよりも低損失
になる利点がある。 [発明の効果] 以上で述べたように、本発明の赤外光透過性カ
ルコゲナイドガラスは、波長域2〜15μmにおい
て、赤外味透過性が良く、ガラス化領域が広く安
定なものであり、赤外光を用いた光通信やレーザ
ーパワー伝送が可能となるガラス材料として使用
できるという利点がある。
スの三角図を示す。すなわち、第1図にTe含有
量が20at%,第2図にTe含有量が30at%、第3
図にTe含有量が40at%、第4図にTe含有量が
50at%及び第5図にTe含有量が60at%であるGe
−As−Se−Te系ガラスは広いガラス化領域を持
つており、安定なガラスであることを示してい
る。 ガラス組成Ge20As30Se20Te30を例として、ガラ
スブロツクから切り出した円板の両端を平面研磨
し、赤外透過率を測定した。第6図に赤外透過率
(%)を例示する。波長域2〜15μmの赤外光を良
く透過している。 上記の場合と同様に作製したGe20As30Se30Te20
ガラスを切断、研磨して直径12mm、長さ100mmの
ガラスロツドを得、石英製ノズルから圧力0.5
Kg/cm2で引き出して光フアイバにした。この時の
ノズル径は3mm、加熱温度は420℃である。この
フアイバの最低損失は0.5dB/mと極めて低損失
であつた。10.6μmでは2.5dB/mであつた。 実施例 2 Te含有量の異なる組成を用い、相対手金い屈
折率差をもたせたガラスからなるコア・クラツド
構造の光フアイバを作成し、損失を測定した。例
えば組成Ge30As13Se27Te30ガラスをコア材とし、
組成Ge25As25Se35Te15ガラスをクラツド材とし、
温度407℃、圧0.3Kg/cm2の条件で加圧ロツドイン
チユーブ法を用いてフアイバ化した。得られたコ
ア・クラツド構造の光フアイバの損失は、最低損
失が0.35dB/m、10.6μmでは2dB/mであり、
コアクラツド構造ではないフアイバよりも低損失
になる利点がある。 [発明の効果] 以上で述べたように、本発明の赤外光透過性カ
ルコゲナイドガラスは、波長域2〜15μmにおい
て、赤外味透過性が良く、ガラス化領域が広く安
定なものであり、赤外光を用いた光通信やレーザ
ーパワー伝送が可能となるガラス材料として使用
できるという利点がある。
第1図はTe含有量20at%のGe−As−Te系ガ
ラスの三角図、第2図はTe含有量30at%のGe−
As−Se−Te系ガラスの三角図、第3図はTe含
有量40at%のGe−As−Se−Te系ガラスの三角
図、第4図はTe含有量50at%のGe−As−Se−
Te系ガラスの三角図、第5図はTe含有量60at%
のGe−As−Se−Te系ガラスの三角図をそれぞれ
示しており、三角図中の斜線はガラス化領域を示
している。第6図はGe−As−Se−Te系ガラスの
赤外透過率(試料厚5mm)を示す図である。
ラスの三角図、第2図はTe含有量30at%のGe−
As−Se−Te系ガラスの三角図、第3図はTe含
有量40at%のGe−As−Se−Te系ガラスの三角
図、第4図はTe含有量50at%のGe−As−Se−
Te系ガラスの三角図、第5図はTe含有量60at%
のGe−As−Se−Te系ガラスの三角図をそれぞれ
示しており、三角図中の斜線はガラス化領域を示
している。第6図はGe−As−Se−Te系ガラスの
赤外透過率(試料厚5mm)を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 Geが5〜30at%、Asが10〜50at%、Seが10
〜50at%、Teが20〜60at%からなり、この組成
の合計が100at%であることを特徴とする赤外光
透過フアイバ用材料。 2 Geが5〜30at%、Asが10〜50at%、Seが10
〜50at%、Teが20〜60at%からなり、この組成
の合計が100at%である赤外光透過フアイバ用材
料よりなるガラスフアイバであつて、Te含有量
がクラツド材料より大である組成のガラスをコア
としたことを特徴とするガラスフアイバ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62051977A JPS63222041A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 赤外光透過フアイバ用材料及びその材料を用いたガラスフアイバ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62051977A JPS63222041A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 赤外光透過フアイバ用材料及びその材料を用いたガラスフアイバ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63222041A JPS63222041A (ja) | 1988-09-14 |
JPH0472781B2 true JPH0472781B2 (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=12901925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62051977A Granted JPS63222041A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 赤外光透過フアイバ用材料及びその材料を用いたガラスフアイバ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63222041A (ja) |
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Citations (3)
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JPS5988338A (ja) * | 1982-11-08 | 1984-05-22 | Hitachi Ltd | 赤外光用光フアイバ |
JPS60246243A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-12-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 赤外線透過光フアイバ |
JPS61127639A (ja) * | 1984-11-21 | 1986-06-14 | Hitachi Ltd | 赤外光フアイバ用材料 |
-
1987
- 1987-03-09 JP JP62051977A patent/JPS63222041A/ja active Granted
Patent Citations (3)
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JPS63222041A (ja) | 1988-09-14 |
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