JPH05201745A - 優れた放射線透過特性および光学的非直線性を有するガラス - Google Patents

優れた放射線透過特性および光学的非直線性を有するガラス

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JPH05201745A
JPH05201745A JP3335956A JP33595691A JPH05201745A JP H05201745 A JPH05201745 A JP H05201745A JP 3335956 A JP3335956 A JP 3335956A JP 33595691 A JP33595691 A JP 33595691A JP H05201745 A JPH05201745 A JP H05201745A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射線スペクトルの可視光部分および赤外線
部分における優れた透過性ならびに優れた光学的非直線
性を呈するガラスを提供すること。 【構成】 本質的に酸化物ベ−スで重量パ−セントによ
り表されて、（ａ）15-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-
40％GeO2、および0.5-10％GaO1.5、ただしTlO0.5 + BiO
1.5≧60％およびGaO1.5 + GeO2≧15％、TlO0.5 + BiO
1.5 +GeO2 + GaO1.5の和が全組成の少なくとも85％を構
成しており、（ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％
TlO0.5および0-75％PbO、ただしTlO 0.5 + PbO≧25％、T
eO2 + SiO2≧25％、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が
全組成の少なくとも65％を構成しており、（ｃ）35-80
％SbO1.5、0-50％TlO0.5、0-40％PbOおよび0-10％Si
O2、ただしTlO0.5 + PbO≧20％、SbO1.5 + SiO2≧45％
からなるグル−プより選択されたガラスで作成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】本発明は放射線スペクトルの可視光
部分および赤外線部分における優れた透過性ならびに優
れた光学的非直線性を呈するガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】将来の光通信およびコンピュ−タシステ
ムに使用するために現在研究されている能動光装置(act
ive optical devices)は大きな光学的非直線性(optical
non-linearity)を特徴とする材料を必要とする。この
ような材料では、光ビ−ムが媒体の光学的特性に大きな
変化を生じさせ、他の光ビ−ムの(混変調)または自己の
(自己変調)の伝播を変更させることになる。多くのオプ
ティカル・デバイスにおいて、その材料の応答時間が速
く光損失が低いことを要求する。高濃度の重金属酸化物
(（ＨＭＯ）を含有したガラスが高度の光学的非直線性
を呈示することが認められており、それは電子的性質に
よるものであって、さらに速い応答時間を特徴とする。
例えば、代表的なＨＭＯについての測定によればガラス
質のシリカの約50×の非直線屈折率を呈示した。これら
の特徴は、電磁スペクトルの可視光部分および赤外線部
分の両方における優れた透過性と相俟って、共振子構造
の光によって誘起される位相変化、ビ−ムステアリング
(beam steering)、光学位相共役(optical phase conjug
ation)および双安定性が必要とされる場合を含む広い範
囲の光学的用途に対して上記のような材料を理想的なも
のとする。
【０００３】これらの用途で利用される光装置は、能動
材料の光学的特性が印加されるオプティカル・フィ−ル
ド(optical field)に応答して変化することを必要と
し、この効果の大きさは第３次サセプティビリティ・テ
ンソル(third order susceptibility tensor)と呼ばれ
る単一項X(3)によって特徴づけられる。この単一項は印
加された電界Ｅと偏波Ｐとの間の関係のベキ級数展開に
おける係数と考えることができ、概略てきに、P = X(1)
E + X(2)EE + X(3)EEE + ...と書くことができる。ここ
で、X(1)は線形サセプティビリティ・テンソル、X(2)は
第２次サセプティビリティ・テンソル、....である。X
(1)すなわち線形サセプティビリティ・テンソルはX(1)
= (n0 2 - 1)/4πという式によって線形屈折率n0と関係
づけられている。
【０００４】オプティカル・フィ−ルドがガラスのよう
な材料に印加されると、この材料の光学的特性が影響さ
れる。この効果の大きさは測定することができＲもので
あり、X(3)によって特徴づけられている。この現象を示
す例として、高強度光ビ−ムが非線形媒体中を通され、
その結果屈折率の変化を生じさせる場合がある。強度Ｉ
の光ビ−ムの場合には、屈折率はn = n0 + γIという式
で表すことができる。ただし、nは屈折率、n0は線形
（低強度）屈折率、γは非線形屈折率である。また、非
線形屈折率はγ = [(480π2)/(n0c2)]X(3) 1111という式
によってX(3)と関係づけられている。ただし、X(3) 1111
は第３次サセプティビリティ・テンソルのファ−スト・
ダイアゴナル・タ−ム(first diagonal term)であり、c
は光の速度である。非線形装置では、この屈折率の変化
は１つの光ビ−ムが他の光ビ−ムの挙動を操作するため
に用いられる場合に得られる。
【０００５】デジェネレイト・フォア・ウエ−ブ・ミキ
シング(degenerate four wave mixing)（ＤＦＷＭ）と
呼ばれている種々の酸化物ガラスのX(3)を測定するため
に用いられうる１つの技法によれば、X(3)の最大値が重
金属すなわちタリウム、鉛、およびビスマスの濃度が最
も高いガラスで得られることが示されている。ＨＭＯガ
ラス内での通常の酸化状態におけるこれらの金属のイオ
ン、すなわちTl+、Pb++およびBi+3は本質的に不活性ガ
スのそれに２つの6s電子をプラスした電子配置を有して
いる。厳密に言えば、これらのイオンの電子配置は[Xe]
(4f14)(5d10)(6s2)であるが、充満された4fおよび5dシ
ェルならびにキセノンコアは球状に対称の密度を有して
いるから、配置は6s2と略記することができる。これら
２つの6s電子は方向づけられた軌道を占有する点で立体
化学的に活性の孤立電子対よりなっているが、この軌道
は本質的に性格上非結合性である。この孤立電子対が存
在するのは、Tl-O、Pb-Oの大きく歪んだ幾何学形状およ
びそれ程でもないがBi-O配位多面体に基因するものであ
り、これがＨＭＯガラスのX(3)特性の値が大きいことの
原因と考えられている。
【０００６】多数のＨＭＯガラスについてのＤＦＷＭ測
定結果は、３つの重金属イオンのうちで、Tl+がＨＭＯ
ガラスの正味X(3)に対して原子対原子ベ−スで全体の分
布が最も大きいことを示唆している。従って、タリウム
の濃度の高い酸化物ガラスは非線形光装置を作成するの
に特に適しているものととされている。
【０００７】上述したＨＭＯガラスの高い非直線性およ
びこれらのガラスで合成しうる導波路構造によって、こ
れらのガラスが多数の装置構成で有用なもとのとなって
いるのであり、そのような装置構成のうちの１つが導波
路型式（ファイバまたはプレ−ナ導波路）として実施で
きるものであるにすぎず、またそれらの装置構成のうち
の幾つかはバルクオプティク型式で実施することもでき
る。このような装置は非線形モ−ド結合装置、非線形干
渉装置、およいび光増幅器ならびに光学位相共役が望ま
しい領域を含むが、それらに限定されるものではない。
【０００８】非線形モ−ド結合装置は第３次サセプティ
ビリティの結果として導波路構造の２つの（またはそれ
より多い）モ−ドの結合を変化させることによって動作
する。この装置は種々のマルチコアカプラおよび単一コ
ア装置を含むものであり、この場合、導波路構造の２つ
以上のモ−ド（異なる偏波または空間分布を伴うモ−ド
のような）が非線形の相互作用によってそれらの結合を
変更される。
【０００９】非線形干渉装置では、２つの以上のの光ビ
−ム（または単一の光ビ−ムの種々の反射）の相対位相
が第３次サセプティビリティから生ずる光通路長の変化
を利用して変更される。このような差は非直線性による
屈折率の変化によってもたらされる。このグル−プの非
線形干渉装置の代表的なものはバルク型または導波型マ
ッハツェンダ−干渉計であるが、サグナック干渉計、マ
イケルソン型干渉計、分布帰還格子装置、およびファブ
リペロ−共振子を含めてもよい。
【００１０】光増幅器を作成する際にこれらのＨＭＯガ
ラスを用いると、誘導ラマン・ブリユアン増幅に対する
利得係数も大きくなる。この利得は導波構成においてポ
ンプビ−ムを用いて信号を増幅するために用いることが
できる。
【００１１】光学位相共役が所望される領域では、フォ
ア・ウエ−ブ・ミキシング相互作用（バルクまたは導
波）が利用されるが、この場合には、３つの入力光波が
第３のサセプティビリティを介して相互作用して独特の
特性を有する位相共役波と呼ばれる第４の波を形成す
る。これらの特性は収差補正、光メモリ、ビ−ムステア
リング、新しい波長の発生、および中性ネットワ−クの
ような用途のために開発され得る。
【００１２】赤外線透過特性を有する多くのガラス組成
が知られている。このような光学ガラス組成には例えば
等方性の結晶アルカリ土類フッ化物（米国特許第350238
6号）、硫化アンチモン（米国特許第3002842号）、セル
マニウム・ヒ素・セレニド／テルライド（米国特許第41
54503号）、三硫化二ヒ素（米国特許第2979382号）スト
ロンチウムおよびガリウム化合物（米国特許第3188216
号）が含まれ、赤外線透過ゲルマネ−トガラスを作成す
る方法がある（米国特許第3531305号）。
【００１３】米国特許第3291620号の光学ガラスを作成
するためにテルリウム、タングステン、タンタル、タリ
ウム、ビスマス、バリウムおよびチタンの酸化物が用い
られたが、米国特許第3531304号ではタングステン、ビ
スマスおよびヒ素よりなるグル−プからの少なくとも２
つメンバ−とマグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウムおよび鉛よりなる酸化物およびフッ化物の
グル−プから選択された１つのメンバ−が用いられた。
何れの文献にもGa2O3を用いることについては記載され
ていない。
【００１４】米国特許第3209641号および第4451116号に
示されているようにこれらの赤外線透過光学ガラスのう
ちの幾つかで光導波路ファイバが作成された。それらの
特許ではそれぞれファイバがヒ素および硫黄で構成され
かつファイバがタリウムのハロゲン化物から押出され
た。
【００１５】米国特許第3723141号は、酸化物ベ−スと
して重量パ−セントで表して本質的に10〜85％Bi2O3、1
0〜75％PbO、Bi2O3 + PbO > 60％、2〜25％BaO、1〜10
％ZnO、SiO2 + B2O3 + P2O5 < 1％、および個々に10％
を超えないCaO、SrO、CdO、HgO、Tl2O3、TiO2、GeO2、S
b2O3、As2O3の各成分の合計の20％までよりなる赤外線
透過ガラスの作成に関するものである。この特許ではGa
2O3についてはどこにも述べられていない。
【００１６】米国特許第3837867号は酸化物ベ−スとし
て陽イオンパ−セントで表して本質的に33〜68％PbO、
2.5〜27％CdO、10〜30％Fe2O3、および4〜28％Tl2Oより
なる赤外線透過ガラスに関するものである。これらの範
囲は0〜80％PbO、4〜35％Tl2O、2〜22％CdO、および4〜
15％Fe2O3の概略重量パ−セントに対応している。この
特許ではGa2O3については述べられていない。
【００１７】米国特許第3837868号は本質的に酸化物ベ
−スとして陽イオンパ−セントで表して8〜80％Bi2O3、
0〜57％PbO、0〜32％CdO、少なくとも5％PbO-CdO、5〜3
2.5％Fe2O3、そして0〜15％の他の適合し得るガラス形
成成分よりなる赤外線透過ガラスについて述べている。
この特許ではGa2O3についてはどこにも述べられておら
ず、TeO2は組成に存在しないことが好ましい。
【００１８】米国特許第4456692号は本質的に酸化物ベ
−スとして重量パ−セントで表して40〜90％Bi2O3、5〜
30％Ga2O3、0〜35％CdO（好ましいガラスは4〜28％のCd
Oを含む）、3％までの塩素、0〜10％Cs2O、0〜25％Hg
O、0〜3％GeO2、および0〜4〜Sb 2O3の表示された配分の
酸化物の合計の30％までよりなる鉛を含まないガラスを
開示している。このガラス組成は鉛を含まないと明確に
述べられている。
【００１９】フランス特許第159090号は赤外線に対して
透明で、GeO2-Bi2O3および／またはTl2O3系内の組成を
有し、PbOおよび／またはPbF2も任意に存在していても
よい多数のガラスを開示している。
【００２０】オプティカル・エンジニアリング、26、第
102-106頁、1987年2月号における「ガラスおよびガラス
またはGelをベ−スとした組成の非線形光学特性」にお
いて、ヒロユキ・ナスおよびジョン・マッケンジ−は、
米国特許第4456692号および第4483931号によって最初に
開示された83％Bi2O3、7.2％Ga2O3、および9.8％CdO
と、42％Bi2O3、46％PbO、および12％Ga2O3との２つの
ガラス組成の潜在的に大きい光学的非直線性について論
述している。TeO2および／またはGeO2の添加については
触れていない。
【００２１】エヌ・モチダ、ケイ・ナカタおよびエス・
シブサワによるセラミック・ソサイエティ・ジャ−ナ
ル、86(7) 1978、第317-326頁における「一価および二
価の陽イオンを含んだ二相亜テルル酸塩ガラスの特性と
構造」という論文では、二相亜テルル酸塩系MO1/2-TeO2
（ただしMはLi、Na、K、Rb、Cs、Ag、またはTl）および
MO-TeO2（ただしMはBe、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、また
はPb）のガラス形成範囲について研究されている。その
論文では、Bi+3、Sb+3およびSi+4のような三価または四
価のイオンを含んだ三相または四相ガラス系について、
あるいはテルル酸塩ガラスの非線形光学特性および能動
光装置を作成するためにそのガラスを使用し得る可能性
については議論されていない。
【００２２】ケイ・ナッソウおよびディ−・エル・チャ
ドウイックによるジャ−ナル・オブ・ザ・アメリカン・
セラミック・ソサイエティ、65(1982)、197-203におけ
る「GeO2-Bi2O3-Tl2O系におけるガラス形成」では、G
e、BiおよびTlを含んだ三相酸化物系におけるガラスの
発生について研究されている。Ga2O3については触れら
れておらず、従って二相ガラスの安定性に対するそれの
大きな影響については認識されていない。
【００２３】最後に述べたジャ−ナルの論文では米国特
許第4790619号について述べているが、この米国特許の
目的はその論文や他の論文に記載されているガラス組成
を利用して非常に大きいラマン断面を有するラマン能動
光ファイバを作成することである。従って、この米国特
許の特許権者は彼等の発明を、GeO2、SiO2、AsO1.5より
なるグル−プから選択された第一主成分を、それらの組
合せ、PbO、BiO1.5、SbO1.5、TlO0.5よりなるグル−プ
から選択された重金属酸化物第二主成分、およびそれら
の組合せを形成するガラスよりなるラマン能動光ファイ
バのコアガラスに関係づけている。この米国特許にはGa
2O3およびTeO2については述べられておらず、Sb2O3を含
む実施例は明らかに本発明とは関係がない。
【００２４】1990年7月16-20日にハワイのカウアイ島で
開かれた非線形オプティックス会議で提出された「高非
線形度ファイバにおけるツ−・フォトン吸収」という論
文で、ディ−・エル・ワイドマン、ジェイ・シ−・ラッ
プおよびエム・エイ・ニュ−ハウスは、マルチモ−ドの
鉛・ビスマス・没食子酸塩組成ファイバの作成について
一般的な論述を行なっている。しかし、特定のガラス組
成は開示されていない。
【００２５】ジャ−ナル・オブ・ライトウエ−ブ・テク
ノロジ−、6、935-967ペ−ジ、1988年7月号における
「第３次非線形集積オプテイックス」という論文で、ジ
−・アイ・ステゲマン、イ−・エム・ライト、エヌ・フ
ィンレイソン、ア−ル・ザノイおよびシ−・ティ−・シ
−トンは、マッハツ・エンダ−干渉計、格子およびプリ
ズムカプラ、格子反射器、方向性カプラ、およびモ−ド
ソ−タのような非線形光装置を光導波路で構成すること
を可能にする科学的原理について一般的に論述してい
る。これらの装置の多くが本発明のもと一致している
が、それらの装置に適した特定のガラス組成については
述べられていない。
【００２６】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的は大濃
度のタリウムを含んだガラスであって、高度の光学的非
直線性ならびに優れた可視光および赤外線透過性を有
し、このような特性により上述した一般的な適用領域で
の使用に適した新規なガラスを設計することである
【００２７】
【課題を解決するための手段】上記の目的は下記の３つ
の系 （ａ）Tl2O-Bi2O3-GeO2-Ga2O3 （ｂ）TeO2-Tl20および／またはPbO-SiO2 （ｃ）Sb2O3-Tl2Oおよび／またはPbO-SiO2 の狭い組成範囲内で実現することができる。さらに詳細
に述べると、本発明のガラスは下記のグル−プから選択
されるものであり、それらは本質的に酸化物ベ−スにつ
き陽イオンパ−セントで表して、 （ａ）15-16％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-40％GeO2およ
び0.5-10％GaO1.5 ただしBiO1.5 + TlO0.5≧60％、GaO1.5 + GeO2≧15％、
TlO0.5 + BiO1.5 + GeO2+ GaO1.5の和が全組成の少なく
とも85％を構成している。10％SiO2までおよび5％TeO2
までの表示された配分におけるグル−プの少なくとも１
つのメンバ−が全体の15％まで含有されうることが望ま
しい。 （ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％TlO0.5、およ
び0-75％PbO ただしTlO0.5 + PbO≧25％、TeO2 + SiO2≧25％、そし
てTeO2 + SiO2 + TlO0.5+ PbOが全組成の少なくとも65
％を構成している。35％WO3までおよび25％ZnOまでの表
示された配分におけるグル−プの少なくとも１つのメン
バ−が全体の35％まで含有されうることが望ましい。
【００２８】Tl2O-Bi2O3-GeO2-Ga2O3ガラスはタリウム
の濃度が高いため非線形光装置を作成するのに特に適し
ている。従って、Ga2O3およびBi2O3によって与えられる
安定化効果、すなわちガラスの失透に対する耐性によっ
て、ガラスの安定性について妥協することなしに60陽イ
オンパ−セントのも高いタリウム濃度を用いることがで
きるとともに、全重金属含有量すなわちTlO0.5 + BiO
1.5の85％までを含有したこのようなタリウムリッチの
ガラスを作成することができる。このようなガラスは大
きな非線形効果を呈示することが期待されるものであ
り、これらの効果はＤＦＷＭ測定によって確認されてい
る。
【００２９】タリウムおよび／または鉛テルライト(tel
lurite)および／またはアンチモナイト(antimonite)ガ
ラスも非線形光学用途の観点から非常に興味にあるもの
である。これらのガラスにおける最大許容タリウム濃度
は60％より低く従って先行系で得られるものより低い
が、ゲルマニウムと違ってテルリウムおよびアンチモン
のようなネットワ−ク形成元素はX(3)に大きく寄与する
ことが知られている。この寄与は、Tl+、Pb++およびBi
3+と同様にTe4+およびSb3+イオンは両方とも立体化学的
に活性の孤立電子対、この場合には5s2を有しているこ
とによるものであり、この孤立電子対も同様にテルライ
トおよびアンチモナイトガラスにおけるX(3)の値が増大
することに寄与するものと予想されている。さらに、こ
れらのガラスはタリウムシリケイト、ボレイト、ゲルマ
ネイトのような他のタリウムを含んだガラスに較べて優
れた赤外線透過性と良好な化学的耐久性を有している。
タリウムテルライトガラスはＳらに電磁スペクトルの可
視光部分での透過性が優れていることを特徴とする。テ
ルライトガラス組成にはガラスの安定性を確保するとと
もにそれらの形成特性を改善するためにSiO2が含まれて
いる。
【００３０】陽イオンパ−セントで表された組成範囲を
重量パ−セントで表された正確な組成範囲に変換するこ
とは数学的には可能ではないが、下記の値が重量パ−セ
ントによる本発明のガラスの基礎組成の概略値を示して
しる。 （ａ）17.6-72％Tl2O、12.6-60.6％Bi2O3、2.8-24.4％G
eO2、0.2-5.7％Ga2O3、0-3.6％SiO2、および0-4.7％TeO
2 （ｂ）4.3-69.3％TeO2、0.2-7.9％SiO2、0-63.9％Tl
2O、および0-89.3％PbO （ｃ）28.6-73.1％Sb2O3、0-62.2％Tl2Oおよび0-53.0％
PbO
【００３１】
【実施例】表Ｉは実験室規模で溶融された１つのグル−
プのガラス組成につき酸化物ベ−スで重量部によって報
告された記録であり本発明を示している。個々の成分の
和は100に等しいかあるいはそれに非常に近似している
から、あらゆる実用目的に対して、表に示された値は重
量パ−セントを表すものと認めうる。表ＩＡは同じグル
−プのガラス組成を陽イオンパ−セントで表している。
実際のバッチ成分は一緒に溶融されると適切な配分で所
望の酸化物に変換される酸化物または他の化合物のよう
な任意の材料よりなるものでありうる。例えば、TlNO3
またはTl2CO3のいずれかがタリウム供給源として用いら
れうる。
【００３２】バッチ成分は合成されそして互いにタンブ
ル混合されて均質な溶融物を確保し、そして金、プラチ
ナまたはＶＹＣＯＲ（商品名）るつぼ内に入れられる。
その上に蓋をした後で、このるつぼは約800〜1100℃で
動作している炉内に導入され、そしてバッチが約15〜60
分のあいだ溶融された。この溶融物がスチ−ルまたはグ
ラファイト型に注入され、直径約１インチ、厚さ約5mm
のガラス円板を形成し、これらのガラス円板は約175〜3
00℃で動作しているアニ−ラ−に直ちに移された。 表Ｉ 1 2 3 4 5 6 7 Tl2O 54.8 55.9 56.0 56.1 - - 17.6 PbO - - - - 78.0 73.2 55.4 Bi2O3 30.3 30.6 30.7 30.8 - - - Ga203 - 2.5 4.5 6.2 - - - SiO2 - - - - 4.8 4.9 5.0 GeO2 10.8 11.0 6.9 6.9 - - - TeO2 4.1 - - - 17.2 21.8 22.0 8 9 10 11 12 13 14 Tl2O 46.9 57.9 44.0 54.4 32.7 30.9 18.4 PbO - - - - - 13.1 19.4 Sb2O3 - - 56.0 45.6 67.3 56.0 62.0 SiO2 0.3 0.3 - - - - TeO2 52.8 47.8 - - - - - 15 16 Tl2O 48.6 50.9 TeO2 24.3 41.1 SiO2 0.3 0.4 WO3 26.9 - ZnO - 7.7 表ＩA (陽イオンパ−セント) 1 2 3 4 5 6 7 TlO0.5 50.0 50.0 50.0 50.0 - - 15.0 PbO - - - - 65.0 60.0 45.0 BiO1.5 25.0 25.0 25.0 25.0 - - - GaO1.5 - 5.0 9.0 12.5 - - - SiO2 - - - - 15.0 15.0 15.0 GeO2 20.0 20.0 16.0 12.5 - - - TeO2 5.0 - - - 20.0 25.0 25.0 8 9 10 11 12 13 14 TlO0.5 39.5 44.5 35.0 45.0 25.0 25.0 14.5 PbO - - - - - 10.0 14.5 SbO1.5 - - 65.0 55.0 75.0 65.0 71.0 SiO2 1.0 1.0 - - - - - TeO2 59.5 54.5 - - - - - 15 16 TlO0.5 45.6 40.5 TeO2 30.4 43.5 SiO2 0.9 1.0 WO3 23.1 - ZnO - 16.0
【００３３】表IIはガラス技術の分野で公知の測定技法
によって決定された密度（ρ）グラム／cm3および上述
したデジェネレイト・フォア・ウエイブ・ミキシングの
技法によって測定された10-14esuの単位での第３次サセ
プティビリティ・テンソル(X (3))のファ−スト・ダイア
ゴナル・タ−ムを記録している。 表II 1 2 3 4 5 6 7 ρ 7.891 7.783 7.913 7.904 7.402 7.210 7.186 nD 2.44 - 2.35 - - 2.27 - X(3) 71±11 - 88±13 - - 40±6 - 8 9 10 11 12 13 14 ρ 6.693 6.882 6.445 6.654 6.132 5.931 5.813 nD 2.27 2.28 - - 2.22 - - X(3) - - - - 32±5 - - 15 16 ρ 7.449 6.570 nD - - X(3) - -
【００３４】実施例３における88×10-14というX(3)の
値は本発明者等が知るかぎりでは任意の酸化物ガラスに
ついてこれまでに測定された最も大きい非線形サセプテ
ィビリティであＲ、これはガラス質シリカの値のほぼ25
0倍であることに注目すべきである。
【００３５】物理的特性と溶融および形成特性について
の全体的な検討に基づいて、本発明のガラスの好ましい
組成は本質的に酸化物をベ−スとし陽イオンパ−セント
で表して、 （ａ）38-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-30％GeO2、お
よび5-10％GaO1.5（TlO0.5 + BiO1.5 + GeO2 + GaO1.5
の和は全組成の少なくとも90％を構成する） （ｂ）20
-40％TeO2、5-20％SiO2、0-50％TlO0.5、および10-65％
PbO（TeO2+ SiO2 + TlO0.5 + PbOの和は全組成の少なく
とも70％を構成する） （ｃ）50-75％SbO1.5、5-50％TlO0.5、および0-20％PbO 上記（ａ）に定義されたガラスでは、10％SiO2までおよ
び5％TeO2までの表示された配分におけるグル−プの少
なくとも１つのメンバ−を全体の10％まで含むことが望
ましい。上記（ｂ）で定義されたガラスでは、30％WO3
までおよび20％ZnOまでの表示された配分におけるグル
−プの少なくとも１つのメンバ−を全体の30％まで含む
ことが望ましい。
【００３６】本発明の最も好ましい組成が実施例３であ
る。
【００３７】上記のガラスを装置に適用する場合に光導
波路構造を作成する必要がありうる。等業者には一般に
知られているように、このような構造が適切に動作する
ためには、コアとクラッドとの間に屈折率の差が存在し
なければならない。この差は導波路の種類、すなわち単
一モ−ドかマルチモ−ドかと、導波路の用途、すなわち
ファイバが真っ直ぐな状態で用いられるか屈曲した状態
で用いられるかに依存する。従って、コアガラスとクラ
ッドガラスとは両方とも本発明の範囲内の組成で作成さ
れるが、コアガラスとクラッドガラスの組成はそのコア
とクラッドとの間に屈折率の所望の差をつけるのに十分
なだけ相違していることが理解されるであろう。
【００３８】以上本発明の特定の実施例について説明し
たが、以上の説明は例示のためのみであって本発明の範
囲を何等限定するものではない。上述した原理は特許請
求の範囲内において他の態様でも具体化できるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/35 ５０５ 7246−2Ｋ Ｈ０１Ｓ 3/17 8934−4Ｍ (72)発明者 ダグラス ワレン ホール アメリカ合衆国ニューヨーク州14830、コ ーニング、フォレスト ヒル ドライブ 48 (72)発明者 マーク アンドリュウ ニュウハウス アメリカ合衆国ニューヨーク州14830、コ ーニング、ワタウガ アベニュウ 225

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高い光学的非直線性および放射線スペク
    トルの可視光および赤外線部分における高い透過性を有
    するガラスであって、本質的に酸化物ベ−スで陽イオン
    パ−セントによって表して （ａ）15-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-40％GeO2、お
    よび0.5-10％GaO1.5、ただしTlO0.5 + BiO1.5≧60％お
    よびGaO1.5 + GeO2≧15％、TlO0.5 + BiO1.5 +GeO2 + G
    aO1.5の和が全組成の少なくとも85％を構成しており、 （ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および
    0-75％PbO、ただしTlO 0.5 + PbO≧25％、TeO2 + SiO2≧
    25％、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成の少な
    くとも65％を構成しており、 （ｃ）35-80％SbO1.5、0-50％TlO0.5、0-40％PbOおよび
    0-10％SiO2、ただしTlO0.5 + PbO≧20％、SbO1.5 + SiO
    2≧45％ からなるグル−プより選択されたガラス。
  2. 【請求項２】 前記（ａ）がSiO210％までおよびTeO25
    ％までの表示された割合でのグル−プの少なくとも１つ
    のメンバ−を全体の15陽イオンパ−セントまで含んでい
    る請求項１のガラス。
  3. 【請求項３】 前記（ｂ）がWO310％までおよびZnO25％
    までの表示された割合でのグル−プの少なくとも１つの
    メンバ−を全体の35陽イオンパ−セントまで含んでいる
    請求項１のガラス。
  4. 【請求項４】 （ａ）38-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、
    5-30％GeO2および5-10％GaO1.5、TlO0.5 + BiO1.5 + Ge
    O2 + GaO1.5の和が全組成の少なくとも90％を構成し、 （ｂ）20-40％TeO2、5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および1
    0-65％PbO、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成
    の少なくとも70％を構成し、 （ｃ）50-75％SbO1.5、5-50％TlO0.5、および0-20％PbO より本質的になる請求項１のガラス。
  5. 【請求項５】 前記（ａ）がSiO210％までおよびTeO25
    ％までの表示された割合でのグル−プの少なくとも１つ
    のメンバ−を全体の10％まで含んでいる請求項４のガラ
    ス。
  6. 【請求項６】 前記（ｂ）がWO330％までおよびZnO20％
    までの表示された割合でのグル−プの少なくとも１つの
    メンバ−を全体の30％まで含んでいる請求項４のガラ
    ス。
  7. 【請求項７】 導波路構造のすくなくとも２つのモ−ド
    間の結合が非線形相互作用によって変更されるマルチモ
    −ドカプラを具備した非線形モ−ド結合装置において、
    本質的に酸化物ベ−スで重量パ−セントにより表され
    て、 （ａ）15-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-40％GeO2、お
    よび0.5-10％GaO1.5、ただしTlO0.5 + BiO1.5≧60％お
    よびGaO1.5 + GeO2≧15％、TlO0.5 + BiO1.5 +GeO2 + G
    aO1.5の和が全組成の少なくとも85％を構成しており、 （ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および
    0-75％PbO、ただしTlO 0.5 + PbO≧25％、TeO2 + SiO2≧
    25％、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成の少な
    くとも65％を構成しており、 （ｃ）35-80％SbO1.5、0-50％TlO0.5、0-40％PbOおよび
    0-10％SiO2、ただしTlO0.5 + PbO≧20％、SbO1.5 + SiO
    2≧45％ からなるグル−プより選択されたガラスで個々に形成さ
    れたコア部分およびクラッド部分よりなる導波路構造を
    具備しており、前記コア部分およびクラッド部分のガラ
    スがそのコアとクラッドとの間の屈折率の所望の差を生
    じさせるのに十分なだけ組成が異なっていることを特徴
    とする非線形モ−ド結合装置。
  8. 【請求項８】 前記コアおよびクラッド部分が、本質的
    に酸化物ベ−スで陽イオンパ−セントにより表されて、 （ａ）38-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-30％GeO2およ
    び5-10％GaO1.5、TlO0.5 + BiO1.5 + GeO2 + GaO1.5の
    和が全組成の少なくとも90％を構成し、 （ｂ）20-40％TeO2、5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および1
    0-65％PbO、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成
    の少なくとも70％を構成し、 （ｃ）5-50％TlO0.5、0-20％PbO、0-10％SiO2、および5
    0-75％SbO1.5よりなるグル−プから選択された請求項７
    の非線形モ−ド結合装置。
  9. 【請求項９】 導波路構造のすくなくとも２つのモ−ド
    間の結合が非線形相互作用によって変更される単一コア
    装置を具備した非線形モ−ド結合装置において、本質的
    に酸化物ベ−スで重量パ−セントにより表されて、 （ａ）15-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-40％GeO2、お
    よび0.5-10％GaO1.5、ただしTlO0.5 + BiO1.5≧60％お
    よびGaO1.5 + GeO2≧15％、TlO0.5 + BiO1.5 +GeO2 + G
    aO1.5の和が全組成の少なくとも85％を構成しており、 （ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および
    0-75％PbO、ただしTlO 0.5 + PbO≧25％、TeO2 + SiO2≧
    25％、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成の少な
    くとも65％を構成しており、 （ｃ）35-80％SbO1.5、0-50％TlO0.5、0-40％PbOおよび
    0-10％SiO2、ただしTlO0.5 + PbO≧20％、SbO1.5 + SiO
    2≧45％ からなるグル−プより選択されたガラスで個々に形成さ
    れたコア部分およびクラッド部分よりなる導波路構造を
    具備しており、前記コア部分およびクラッド部分のガラ
    スがそのコアとクラッドとの間の屈折率の所望の差を生
    じさせるのに十分なだけ組成が異なっていることを特徴
    とする非線形モ−ド結合装置。
  10. 【請求項１０】 前記コアおよびクラッド部分が、本質
    的に酸化物ベ−スで陽イオンパ−セントにより表され
    て、 （ａ）38-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-30％GeO2およ
    び5-10％GaO1.5、TlO0.5 + BiO1.5 + GeO2 + GaO1.5の
    和が全組成の少なくとも90％を構成し、 （ｂ）20-40％TeO2、5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および1
    0-65％PbO、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成
    の少なくとも70％を構成し、 （ｃ）5-50％TlO0.5、0-20％PbO、0-10％SiO2、および5
    0-75％SbO1.5よりなるグル−プから選択された請求項９
    の非線形モ−ド結合装置。
  11. 【請求項１１】 少なくとも２つの直接のおよび／また
    は反射した光ビ−ムの位相が第３次サセプティビリティ
    から生ずる光通路長の変化を利用して変更される導波型
    の非線形干渉装置において、本質的に酸化物ベ−スで重
    量パ−セントにより表されて、 （ａ）15-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-40％GeO2、お
    よび0.5-10％GaO1.5、ただしTlO0.5 + BiO1.5≧60％お
    よびGaO1.5 + GeO2≧15％、TlO0.5 + BiO1.5 +GeO2 + G
    aO1.5の和が全組成の少なくとも85％を構成しており、 （ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および
    0-75％PbO、ただしTlO 0.5 + PbO≧25％、TeO2 + SiO2≧
    25％、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成の少な
    くとも65％を構成しており、 （ｃ）35-80％SbO1.5、0-50％TlO0.5、0-40％PbOおよび
    0-10％SiO2、ただしTlO0.5 + PbO≧20％、SbO1.5 + SiO
    2≧45％ からなるグル−プより選択されたガラスで個々に形成さ
    れたコア部分およびクラッド部分よりなる導波路構造を
    具備しており、前記コア部分およびクラッド部分のガラ
    スがそのコアとクラッドとの間の屈折率の所望の差を生
    じさせるのに十分なだけ組成が異なっていることを特徴
    とする非線形干渉装置。
  12. 【請求項１２】 前記コアおよびクラッド部分が、本質
    的に酸化物ベ−スで陽イオンパ−セントにより表され
    て、 （ａ）38-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-30％GeO2およ
    び5-10％GaO1.5、TlO0.5 + BiO1.5 + GeO2 + GaO1.5の
    和が全組成の少なくとも90％を構成し、 （ｂ）20-40％TeO2、5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および1
    0-65％PbO、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成
    の少なくとも70％を構成し、 （ｃ）5-50％TlO0.5、0-20％PbO、0-10％SiO2、および5
    0-75％SbO1.5よりなるグル−プから選択された請求項１
    １の非線形干渉装置。
  13. 【請求項１３】 少なくとも２つの直接のおよび／また
    は反射した光ビ−ムの位相が第３次サセプティビリティ
    から生ずる光通路長の変化を利用して変更されるバルク
    オプティック型の非線形干渉装置において、本質的に酸
    化物ベ−スで重量パ−セントにより表されて、 （ａ）15-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-40％GeO2、お
    よび0.5-10％GaO1.5、ただしTlO0.5 + BiO1.5≧60％お
    よびGaO1.5 + GeO2≧15％、TlO0.5 + BiO1.5 +GeO2 + G
    aO1.5の和が全組成の少なくとも85％を構成しており、 （ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および
    0-75％PbO、ただしTlO 0.5 + PbO≧25％、TeO2 + SiO2≧
    25％、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成の少な
    くとも65％を構成しており、 （ｃ）35-80％SbO1.5、0-50％TlO0.5、0-40％PbOおよび
    0-10％SiO2、ただしTlO0.5 + PbO≧20％、SbO1.5 + SiO
    2≧45％ からなるグル−プより選択されたガラスで個々に形成さ
    れたコア部分およびクラッド部分よりなる導波路構造を
    具備しており、前記コア部分およびクラッド部分のガラ
    スがそのコアとクラッドとの間の屈折率の所望の差を生
    じさせるのに十分なだけ組成が異なっていることを特徴
    とする非線形干渉装置。
  14. 【請求項１４】 前記コアおよびクラッド部分が、本質
    的に酸化物ベ−スで陽イオンパ−セントにより表され
    て、 （ａ）38-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-30％GeO2およ
    び5-10％GaO1.5、TlO0.5 + BiO1.5 + GeO2 + GaO1.5の
    和が全組成の少なくとも90％を構成し、 （ｂ）20-40％TeO2、5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および1
    0-65％PbO、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成
    の少なくとも70％を構成し、 （ｃ）5-50％TlO0.5、0-20％PbO、0-10％SiO2、および5
    0-75％SbO1.5よりなるグル−プから選択された請求項１
    ３の非線形モ−ド結合装置。
  15. 【請求項１５】 信号ビ−ムがポンプビ−ムと結合され
    かつ誘導ラマンまたはブリユアン散乱を利用してポンプ
    ビ−ムによって増幅されるようになされており、能動光
    媒体として導波路を有しているラマンまたはブリユアン
    増幅器において、本質的に酸化物ベ−スで重量パ−セン
    トにより表されて、 （ａ）15-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-40％GeO2、お
    よび0.5-10％GaO1.5、ただしTlO0.5 + BiO1.5≧60％お
    よびGaO1.5 + GeO2≧15％、TlO0.5 + BiO1.5 +GeO2 + G
    aO1.5の和が全組成の少なくとも85％を構成しており、 （ｂ）5-75％TeO2、0.5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および
    0-75％PbO、ただしTlO 0.5 + PbO≧25％、TeO2 + SiO2≧
    25％、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成の少な
    くとも65％を構成しており、 （ｃ）35-80％SbO1.5、0-50％TlO0.5、0-40％PbOおよび
    0-10％SiO2、ただしTlO0.5 + PbO≧20％、SbO1.5 + SiO
    2≧45％ からなるグル−プより選択されたガラスで個々に形成さ
    れたコア部分およびクラッド部分よりなる導波路構造を
    具備しており、前記コア部分およびクラッド部分のガラ
    スがそのコアとクラッドとの間の屈折率の所望の差を生
    じさせるのに十分なだけ組成が異なっていることを特徴
    とするラマンまたはブリユアン増幅器。
  16. 【請求項１６】 前記コアおよびクラッド部分が、本質
    的に酸化物ベ−スで陽イオンパ−セントにより表され
    て、 （ａ）38-60％TlO0.5、10-45％BiO1.5、5-30％GeO2およ
    び5-10％GaO1.5、TlO0.5 + BiO1.5 + GeO2 + GaO1.5の
    和が全組成の少なくとも90％を構成し、 （ｂ）20-40％TeO2、5-20％SiO2、0-50％TlO0.5および1
    0-65％PbO、TeO2 + SiO2 + TlO0.5 + PbOの和が全組成
    の少なくとも70％を構成し、 （ｃ）5-50％TlO0.5、0-20％PbO、0-10％SiO2、および5
    0-75％SbO1.5よりなるグル−プから選択された請求項１
    ５のラマンまたはブリユアン増幅器。
JP3335956A 1990-11-28 1991-11-27 優れた放射線透過特性および光学的非直線性を有するガラス Pending JPH05201745A (ja)

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US07/618,939 US5093288A (en) 1990-11-28 1990-11-28 Thallium germanate, tellurite, and antimonite glasses
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