JPH0813693B2 - 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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JPH0813693B2
JPH0813693B2 JP1146624A JP14662489A JPH0813693B2 JP H0813693 B2 JPH0813693 B2 JP H0813693B2 JP 1146624 A JP1146624 A JP 1146624A JP 14662489 A JP14662489 A JP 14662489A JP H0813693 B2 JPH0813693 B2 JP H0813693B2
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郁夫 稲川
隆司 山岸
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非酸化物ガラス研究開発株式会社
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C25/00Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10Coating
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    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/041Non-oxide glass compositions
    • C03C13/043Chalcogenide glass compositions
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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.Nishii,T.Yamashita,T.Yam
agishi,Appl.Phys.Lett.53(1988)553)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きた。特にGeSeTeガラスファイバー
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1m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20
0℃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)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)
が大きな正の値(約150×10-5)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レーザー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] 本発明に係るコアクラッド構造を有するGe−As−Seガ
ラスファイバーは、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いる。すなわち、
このガラスファイバーは、コア、クラッド共にGeが8〜
28、Asが5〜45at%、Seが40〜70at%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
〜62at%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
Ge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か、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−Seガラスファイバーは、
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≦Ge≦x+5、y−10≦As≦y−1、 z+1≦Se≦z+10 かつGe+As+Se=100at% 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との置換量は1〜10at%の範囲、好ましくは1
〜7.5at%の範囲であり、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 Ge:20at%,As:30at%,Se:50at%の組成からなるコア
ロッドを、Ge:20at%,As:25at%,Se: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中に垂直に設置し、ルツボ内部をア
ルゴンガスで置換した。その後、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/cm2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
ッド径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280℃、
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、dn/dT=5×10-5
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100cmのファイバーで8
W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、クラッド径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/m、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100cmを用いてCO2
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 Ge:29at%,Se:19at%,Te:52at%の組成からなるコア
ロッドを、Ge:18,As:20at%,Se:32,Te:30at%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
じ手法でコア径650μm、クラッド径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、6μ
m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1/3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GeSe
2結晶が、また比較例4〜5の材料ではAsまたはSe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 Ge:20at%,As:30at%,Se:50at%の組成からなるガラ
スロッドを、Ge:20at%,As:17at%,Se:63at%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。
[発明の効果] 本発明によれば、コラ・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−Se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100cm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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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. 【請求項2】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≦Ge≦x+5、y−10≦ As≦y−1、 z+1≦Se≦z+10、 かつGe+As+Se=100at% の組成範囲であ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。
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 examiner, † Cited by third party
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