JPH0812370A - 酸化ゲルマニウム系ガラス組成物 - Google Patents

酸化ゲルマニウム系ガラス組成物

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JPH0812370A
JPH0812370A JP6141305A JP14130594A JPH0812370A JP H0812370 A JPH0812370 A JP H0812370A JP 6141305 A JP6141305 A JP 6141305A JP 14130594 A JP14130594 A JP 14130594A JP H0812370 A JPH0812370 A JP H0812370A
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JP
Japan
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glass
geo
composition
germanium oxide
based glass
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Application number
JP6141305A
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English (en)
Inventor
Shigeki Sakaguchi
茂樹 坂口
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/12Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/253Silica-free oxide glass compositions containing germanium

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】GeO2系ガラスにおいて、レーレ散乱を低減する
とともに、結晶化に対する安定性を改善した組成の近赤
外伝送光ファイバ用 GeO2系ガラス組成物を提供するこ
と。 【構成】上記目的は、酸化ゲルマニウム(GeO2)、五酸化
リン(P2O5)、フッ化物(MFX、M は陽イオン、X はフッ素
イオン数を示す)からなるガラス組成物であって、上記
P2O5 が最大 40mol%、MFX が最大40mol%であり、か
つ、P と M とのイオンの合計が全陽イオン総計の2%
以上であることを特徴とする酸化ゲルマニウム系ガラス
組成物とすることによって達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、近赤外光伝送に用いる
ガラス固有の光散乱の小さい光ファイバ用ガラス組成物
に係り、同時に、結晶化に対する安定性を改善した組成
の酸化ゲルマニウム系ガラス組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化ゲルマニウム(GeO2)系光ファイバ
は、波長2μm付近の赤外光を極めて効率良く伝送する
ことができるとされており、その光損失は、現在光通信
に用いられている石英系光ファイバよりも小さいとされ
ている(例えば、T.Miyasita andT.Manabe ; IEEE J. Qu
antum Electronics , Vol.QE‐18 , 1982 ,p.1432 記
載)。光ファイバの最低損失を規定する光学特性はレー
レ散乱と赤外吸収であるが、GeO2系ガラスは、石英系ガ
ラスに比べてレーレ散乱は大きいものの、赤外吸収が小
さいために、全体としての光損失が石英系よりも低くな
るもので、0.06dB/kmの光損失が予測されている(M.E.Li
nes ; J.Appl.Phys.,Vol.55 , 1984 ,p.4058記載)。
【0003】GeO2ガラスは単一成分でガラス化し、SiO2
に次いで安定な組成であることが良く知られている(作
花他編 ; ガラスハンドブック、朝倉書店刊)。また、ガ
ラス修飾酸化物であるアルカリ、アルカリ土類、さらに
他の中間酸化物やネットワーク構成酸化物と広い組成範
囲でガラスを形成する。しかしながら、単一成分ガラス
では耐候性が極めて乏しいこともあって、これまで、実
用的なガラスとして用いられることは殆どなかった。
【0004】このような状況にあって、上記のように石
英系光ファイバを凌駕する光損失特性が期待されること
が指摘されるに及んで注目され、GeO2系光ファイバの開
発が進められた。気相軸付け(VAD)法によって、フッ素
(F)のみを添加した GeO2系(T.Hosaka et al.; Electron
ics Lett. Vol.23 , 1987 ,p.24)、アンチモンを添加し
た GeO2系(H.Takahashi & I.Sugimoto ; IEEE J. Light
wave Tech.,Vol.LT‐2, 1984 ,p.613)で実際にファイバ
化がなされた。しかしながら、測定された光損失値は予
測された値に比べて二桁も高いものであった。その最大
の理由の一つは、大きな光散乱損失であった。この原因
としては、GeO2ガラス固有の散乱(レーレ散乱)が大きい
こと、および、結晶化に対する安定性が十分でないこと
に起因する結晶化による過剰散乱損失の発生が挙げられ
ていた。このように、従来組成のGeO2系ガラスでは光散
乱損失が大きいという重大な問題があった。
【0005】光散乱損失の低減には、まず、ガラス固有
の散乱を低減する必要がある。ガラス材料固有の散乱損
失を規定するレーレ散乱は
【0006】
【数1】
【0007】で表わされる(D.A.Pinnow et al.; Appl.P
hys.Lett.,Vol.22 ,p.527)。ここで、nは屈折率、pは
光弾性係数、kはボルツマン定数、Tfは仮想温度(ガラ
ス転移温度 Tg に等しい)、βTは等温圧縮率、λは光の
波長である。上式から、散乱損失を低減するためには、
屈折率を下げること、および、ガラスを軟化させる仮想
温度 Tf従って Tgを下げること、が必要であることがわ
かる。
【0008】一方、石英系光ファイバにおいて、リン
(P)を添加することによって光散乱損失を低減できるこ
とが報告されている(K.Tajima et al.; IEEE J. Lightw
ave Tech.,Vol.10 , 1992 , p.1532)。これは、上式に
おける Tfを下げることによって密度ゆらぎが低減され
ることによるものである。GeO2ガラスにおいても同様の
効果が期待できるが、P2O5を添加したガラスは結晶化し
やすいという問題があった(高橋他 ; 旭硝子工業技術奨
励会報告、Vol.23 , 1974 , p.1)ため、P2O5を添加した
GeO2ガラスを用いてファイバ化した例はこれまでにな
かった。
【0009】次に、ガラスの結晶化による過剰散乱の発
生を抑制するためには、結晶化に対する安定性の改善が
必要である。これに対し、VAD 法と全く類似の火炎加水
分解法で合成した GeO2ガラスにおいては、示差熱分析
(DTA)によるガラス安定性の評価において、GeO2の六方
晶結晶の融点に対応する極めて小さな吸熱反応が観測さ
れている(S.Sakaguchi ; J. Non‐Crystalline Solids
、未発行)。このことから、上記の光ファイバは、作製
時の加熱工程で極めて僅かではあるが結晶化を生じ、光
散乱を過剰に増加していることが推定できる。すなわ
ち、従来の組成では、極めて僅かではあるが、結晶化防
止に対する安定性が十分とは言えないという欠点があっ
た。
【0010】ガラスの結晶化に対する安定性について
は、一般に、他の成分を添加することによって増加し得
ることが知られている。GeO2系ガラスについては、前記
のように、P2O5を添加した組成も含めて、多くの検討が
なされているが、結晶化に対する安定性や耐候性の改善
等について、どのような成分添加が有効であるかについ
ての検討は十分とは言えない。添加成分も酸化物が通常
であり、フッ化物添加の検討は極めて少ない。これま
で、GeO2‐(PbF2+ZnF2)系についての報告(XU Chao& GA
N Fuxi ; J. Non‐Crystalline Solids , Vol.112 , 19
89 , p.151)はあるが、これらの組成は明瞭な結晶化を
示し、安定性は全く不十分である。また、これまで、Ge
O2‐P2O5組成にフッ化物を添加した例はない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、従来の GeO2系ガラス組成では光散乱(レーレ散乱)
を低減することができず、また、結晶化に対する安定性
も十分とは言えないという欠点があった。
【0012】本発明の目的は、上記従来技術の有してい
た課題を解決して、GeO2系ガラスにおいて、レーレ散乱
を低減するとともに、結晶化に対する安定性を改善した
組成の近赤外伝送光ファイバ用 GeO2系ガラス組成物を
提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的は、酸化ゲルマ
ニウム(GeO2)、五酸化リン(P2O5)、フッ化物(MFX、Mは
陽イオン、X はフッ素イオン数を示す)からなるガラス
組成物であって、上記P2O5 が最大 40mol%、MFX が最
大40mol%であり、かつ、P と M とのイオンの合計が全
陽イオン総計の2%以上であることを特徴とする酸化ゲ
ルマニウム系ガラス組成物とすることによって達成する
ことができる。なお、上記の M は Li、Na、K、Mg、C
a、Sr、Ba、Zn、Cd、Al、Ga、In、Pb の中の少なくとも
何れか一つの中から選ぶことができる。
【0014】
【作用】本発明の組成は、GeO2を主成分とし、これに第
二、第三の成分として P2O5及び MFXを同時に添加する
ことを最も主要な特徴とするもので、これによって、ガ
ラス軟化温度の低減と屈折率の低減とを同時に図ること
ができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の GeO2系ガラス組成物につい
て、実施例によって具体的に説明する。
【0016】
【実施例1】図1は、本発明の一実施例を説明する図
で、上記 MFXを ZnF2とした場合のガラス化範囲を示し
た図である。
【0017】ガラスの合成は以下の手順によって行っ
た。まず、原料は GeO2、P2O5、ZnF2の粉末で、純度は
何れも99.9%以上とした。これらを所定の成分比(mol
%)となるように秤量、混合し、混合原料を白金るつぼ
に入れ、電気炉を用いて、10℃/分で昇温し、1150〜125
0℃で1時間溶融した。溶融後、20℃/分の速度で冷却し
た。このとき、ほぼ800℃以下の温度では、炉の熱容量
のため、冷却速度は上記よりも小さく、ガラスは炉冷さ
れた状態であった。冷却後、るつぼを取り出し、ガラス
化しているか否かを目視で検査した。図1は透明なガラ
スが得られた組成の範囲を示したものである。このよう
にして得られたガラスは、P と Zn のイオンの合計が陽
イオン総計の2%以上であれば、室内に放置しても純 G
eO2ガラスのように失透することはなく、耐候性は良い
ものであった。
【0018】図2は、上記で得られた、GeO2:P2O5:Zn
F2が 70:20:10mol%のガラス試料の、昇温速度20℃/
分での示差熱分析(DTA)曲線を示した図である。図の結
果から、ガラス転移を示す屈曲点ははっきりと認められ
るが、結晶化を示すピークは全く認められないことか
ら、極めて安定なガラスであることがわかる。炉冷とい
う遅い冷却速度においても得られる極めて安定なガラス
であるためである。図1のガラス化範囲で得られた試料
については全て結晶化ピークは認められなかった。
【0019】図3は、図2と同一組成のガラス試料につ
いて、レーレ散乱強度を角度について測定した結果(+
記号)を示した図である。また、比較のため、気相軸付
け(VAD)法で作製した純 GeO2ガラス試料についての測定
結果も同時に示した(□記号)。図から明らかなように、
本実施例組成のガラス試料は、純 GeO2ガラス試料に比
べてレーレ散乱強度は著しく小さく、約60%である。こ
のように GeO2ガラス試料に比べて固有の散乱が低くな
ることはこれまでに全く報告されていない。このこと
は、本実施例の組成範囲のガラスを用いて光ファイバを
作製した場合に、光損失として純 GeO2光ファイバより
もさらに低い値が期待できることを示すものである。こ
のように、本実施例組成範囲のガラス試料は、結晶化に
対して極めて安定で、材料固有のレーレ散乱も低いもの
である。
【0020】
【実施例2】実施例1に示した ZnF2以外の MFXを用い
た場合のガラス化範囲を図4に示す。MFXの種類によっ
てガラス化範囲は異なるが、図中のA、B、Cは、MFX
の量について、Aはおよそ40mol%、Bはおよそ25mol
%、Cはおよそ15mol%の範囲を示している。ここで、
Aに示すガラス化範囲となる MFXとしては、CaF2、Bに
示すガラス化範囲となる MFXとしては、CdF2、GaF3、C
に示すガラス化範囲となる MFXとしては、LiF、NaF、K
F、MgF2、SrF2、BaF2、AlF3、InF3、PbF2を挙げること
ができる。
【0021】上記のガラス化範囲での組成のガラス試料
は、DTA 曲線上で結晶化ピークの認められない安定なガ
ラスであった。また、これらのガラス化範囲内で得られ
たガラス試料は、純 GeO2ガラスに比べて、小さいレー
レ強度を示した。
【0022】また、MFXとして複数の成分を用いること
が有効であることは言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上述べてきたように、酸化ゲルマニウ
ム系ガラス組成物を本発明構成の組成物とすることによ
って、GeO2系ガラスにおいて、レーレ散乱を低減すると
ともに、結晶化に対する安定性を改善した組成の近赤外
伝送光ファイバ用 GeO2系ガラス組成物を提供すること
ができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の MFXとして ZnF2を用いた場合のガラ
ス化範囲を示す三元状態図。
【図2】70GeO2‐20P2O5‐10ZnF2組成ガラスの DTA 曲
線。
【図3】図2と同一組成のガラス及び純 GeO2のレーレ
散乱強度の角度依存性を示す図。
【図4】本発明の MFXとして ZnF2以外の材料を用いた
場合のガラス化範囲を示す三元状態図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化ゲルマニウム(GeO2)、五酸化リン(P2O
    5)、フッ化物(MFX、M は陽イオン、X はフッ素イオン数
    を示す)からなるガラス組成物であって、上記 P2O5
    最大40mol%、MFX が最大40mol%であり、かつ、P と M
    とのイオンの合計が全陽イオン総計の2%以上である
    ことを特徴とする酸化ゲルマニウム系ガラス組成物。
  2. 【請求項2】上記の M が Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、B
    a、Zn、Cd、Al、Ga、In、Pb の中の少なくとも何れか一
    つであることを特徴とする請求項1記載の酸化ゲルマニ
    ウム系ガラス組成物。
JP6141305A 1994-06-23 1994-06-23 酸化ゲルマニウム系ガラス組成物 Pending JPH0812370A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100249930B1 (ko) * 1998-01-10 2000-03-15 강신준 유리조성물및이를이용한유리의제조방법
KR100249929B1 (ko) * 1998-01-10 2000-03-15 강신준 유리조성물및이를이용한유리의제조방법
US6495481B1 (en) 2001-05-21 2002-12-17 Nano Technologies Glasses for laser and fiber amplifier applications and method for making thereof

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