JPS627139B2 - - Google Patents

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JPS627139B2
JPS627139B2 JP56192438A JP19243881A JPS627139B2 JP S627139 B2 JPS627139 B2 JP S627139B2 JP 56192438 A JP56192438 A JP 56192438A JP 19243881 A JP19243881 A JP 19243881A JP S627139 B2 JPS627139 B2 JP S627139B2
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JP
Japan
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glass
fluoride
optical fiber
chalcogenide
light
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JP56192438A
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Japanese (ja)
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JPS5895625A (en
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Tadashi Myashita
Teruhisa Kanamori
Naryuki Mitachi
Yukio Terunuma
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/041Non-oxide glass compositions
    • C03C13/043Chalcogenide glass compositions
    • 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
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/041Non-oxide glass compositions
    • C03C13/042Fluoride glass compositions

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は波長が1μmから10μmにおける赤外
波長域において良好な光透過特性を有する光フア
イバに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical fiber having good light transmission characteristics in the infrared wavelength range of 1 μm to 10 μm.

従来、赤外線透過用光ガラスフアイバにおいて
は次の種類のガラスが代表的な例として知られて
いる。即ち(イ)GeO2、Sb2O5およびPbOなど重金属
の酸化物で構成されるもの、(ロ)GeおよびAsなど
とS、Se、Teなどカルコゲンとの化合物ガラ
ス、(ハ)ZrF4やAlF3などを網目形成材料とするフ
ツ素化合物ガラス、がある。
Conventionally, the following types of glasses are known as typical examples of optical glass fibers for transmitting infrared rays. Namely, (a) those composed of oxides of heavy metals such as GeO 2 , Sb 2 O 5 and PbO, (b) compound glasses of Ge and As and chalcogens such as S, Se and Te, and (c) ZrF 4 and others. There is fluorine compound glass that uses AlF 3 as a mesh forming material.

ここで前記(イ)のガラスからなる光フアイバは、
赤外波長域において光損失が1dB/m以下となる
波長帯が約2.5μm以下に限定される欠点があ
る。又、前記(ハ)のガラスからなる光フアイバは前
記(イ)のものよりも幾分長波長側に光の透過帯が広
がつているがそれでも約4μm以上の波長領域に
おいては1dB/m以上の光損失となることは免れ
ない。他方、前記(ロ)のカルコゲナイドガラスを用
いる光フアイバでは、10μm以上の波長域でも光
を良く透すものがあり、かつ、その光損失も他の
ものに比べ充分に低くなることが可能である。し
かし、実際に使用する観点から見るとカルコゲナ
イドガラスを用いる光フアイバはその成分とし
て、AsやSあるいはSe、Te等を成分とするた
め、極めて強い毒性を示す難点がある。また、カ
ルコゲナイドは、水分等の外気条件下で劣化し、
長期間の安定性に乏しい欠点がある。
Here, the optical fiber made of glass mentioned in (a) above is
There is a drawback that the wavelength band in which the optical loss is 1 dB/m or less in the infrared wavelength region is limited to about 2.5 μm or less. Furthermore, although the optical fiber made of the glass described in (c) above has a light transmission band that is somewhat wider on the longer wavelength side than that of the above-mentioned (a), it still has a transmission band of more than 1 dB/m in the wavelength region of about 4 μm or more. It is inevitable that this will result in a loss of light. On the other hand, some of the optical fibers using chalcogenide glass described in (2) above can transmit light well even in the wavelength range of 10 μm or more, and their optical loss can be sufficiently lower than that of other fibers. . However, from the point of view of actual use, optical fibers using chalcogenide glass have the disadvantage of extremely strong toxicity because their components include As, S, Se, Te, etc. In addition, chalcogenide deteriorates under outside air conditions such as moisture,
It has the disadvantage of poor long-term stability.

本発明は上記従来の欠点を解消する赤外線用光
フアイバを提供するものであつて、その構成は光
フアイバの断面において中心部がカルコゲン化物
ガラスからなり、中心部を囲む周辺部がフツ化物
ガラスで構成されることを特徴とし、カルコゲン
化物ガラスを中心部に用いることによつて顕著な
赤外線透過性能を確保する一方、周辺部において
も酸化物ガラスより赤外線透過性のよいフツ化物
ガラスを用いて赤外線の周辺部への漏出にも対処
すると共に中心部の露出を防止してその有害化を
回避し、赤外部の広い波長域において低損失で無
害かつ長期間の信頼性を確保したものである。
The present invention provides an optical fiber for infrared rays that eliminates the above-mentioned conventional drawbacks, and has a structure in which, in the cross section of the optical fiber, the center part is made of chalcogenide glass, and the peripheral part surrounding the center part is made of fluoride glass. By using chalcogenide glass in the center, remarkable infrared transmission performance is ensured, while in the periphery, fluoride glass, which has better infrared transmission than oxide glass, is used to transmit infrared rays. In addition to dealing with leakage to the periphery, the central part is prevented from being exposed and becomes harmful, ensuring low loss, harmlessness, and long-term reliability in a wide infrared wavelength range.

以下に本発明を実施例と共に詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below along with examples.

第1図a,b,cに本発明に係る光フアイバの
断面構造を示す。第1図aにおいて、透過光が主
に通過する中心部(コア部)1はカルコゲン化物
ガラスから成り、コア部を取り囲む周辺部(クラ
ツド部)はフツ化物ガラスから成る。本実施例は
カルコゲン化物ガラスとしてAs2S3を用い、フツ
化物ガラスとしてBaF2−GdF3−ZrF4系ガラスを
用いている。
FIGS. 1a, b, and c show cross-sectional structures of optical fibers according to the present invention. In FIG. 1a, a central portion (core portion) 1 through which transmitted light mainly passes is made of chalcogenide glass, and a peripheral portion (cladding portion) surrounding the core portion is made of fluoride glass. In this example, As 2 S 3 is used as the chalcogenide glass, and BaF 2 -GdF 3 -ZrF 4 glass is used as the fluoride glass.

光フアイバにおける光は主にコア部に閉じ込め
られて伝ぱんされるが、一部はクラツド部をも通
過する。特に単一モード光フアイバにおいては、
コア径2aとコアの屈折率n1およびクラツドの屈
折率n2によつて規定される規格化周波数、 V=2πa/λ√1 22 2が、コアとクラツドを通
過 する光量を決めている。ここで、λは伝ぱんされ
る光の波長である。この様子は第4図に示されて
いる。
Light in an optical fiber is mainly confined and propagated in the core, but some light also passes through the cladding. Especially in single mode optical fiber,
The normalized frequency defined by the core diameter 2a, the refractive index n1 of the core, and the refractive index n2 of the cladding, V=2πa/ λ√12-22 , determines the amount of light passing through the core and the cladding. There is. Here, λ is the wavelength of the propagated light. This situation is shown in FIG.

通常のV=2.4に設計された単一モード光フア
イバにおいては、伝ぱん光パワーのうち約20%が
クラツドを通過する。従つて、光の透過性を上げ
るためには、コアのみならず、クラツドも良好な
光学透過特性を有する必要のあることが理解され
る。
In a typical V=2.4 designed single mode optical fiber, approximately 20% of the transmitted optical power passes through the cladding. Therefore, it is understood that in order to increase the light transmittance, not only the core but also the cladding needs to have good optical transmittance properties.

第1図bおよび第1図cは、このような観点か
ら構成された光フアイバの断面構造である。第1
図bの例は、伝ぱん光のクラツド部への漏出が比
較的少ない多モード光フアイバの場合であり、コ
ア部1にAs2S3が用いられ、更にその外周1′に
As2S3より低屈折率のMs38S62が設けられ、最外
層部にフツ化物ガラスが設けられている。又第1
図cの例は単一モード光フアイバにおいてクラツ
ド部を厚く形成したものであり、ガラス組成は第
1図bと同様である。
FIGS. 1b and 1c show cross-sectional structures of optical fibers constructed from such a viewpoint. 1st
The example in Figure b is a multimode optical fiber in which the leakage of propagated light into the cladding part is relatively small, and the core part 1 is made of As 2 S 3 , and the outer periphery 1' is made of As 2 S 3.
Ms 38 S 62 , which has a lower refractive index than As 2 S 3 , is provided, and fluoride glass is provided as the outermost layer. Also the first
The example shown in FIG. 1C is a single mode optical fiber with a thick cladding portion, and the glass composition is the same as that in FIG. 1B.

第2図はコア部に用いる各種のカルコゲン化物
ガラスの光透過特性を示すグラフであり、また第
3図は周囲部に配置するフツ化物ガラスの光透過
特性の一例を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the light transmission characteristics of various chalcogenide glasses used in the core portion, and FIG. 3 is a graph showing an example of the light transmission characteristics of fluoride glasses arranged in the peripheral portion.

第2図から明らかなように各種のカルコゲン化
物ガラス例えば、As2S3、As3Se7、GeS4はそのい
ずれもが2.0〜5.5の波長域において極めて低い光
損失を示し、赤外線領域の光伝送用ガラスとして
好適な特性を有していることが判る。又第3図に
示されるようにフツ化物ガラスは2〜5μmの波
長域における光損失が酸化物ガラスより小さい。
これらの両図から、伝ぱん光がコア部のみならず
クラツド部にもしみ出している光フアイバにおい
て良好な光透過特性が得られることが判る。
As is clear from Fig. 2, various chalcogenide glasses, such as As 2 S 3 , As 3 Se 7 , and GeS 4 , all exhibit extremely low optical loss in the wavelength range of 2.0 to 5.5, and are highly sensitive to infrared light. It can be seen that the glass has suitable properties as a transmission glass. Further, as shown in FIG. 3, fluoride glass has smaller optical loss in the wavelength range of 2 to 5 μm than oxide glass.
From these two figures, it can be seen that good light transmission characteristics are obtained in an optical fiber in which the propagating light seeps not only into the core portion but also into the cladding portion.

カルコゲン化物ガラスの組成としては、ここで
砒素とイオウの化合物の例を示したが、ガラスの
形成能力や線引き加工の可能性および光の透過性
から、ゲルマニウム、シリコン、アンチモン、リ
ン、スズのうちの1元素あるいは上記の砒素を含
めたもののうちから2つ以上の元素と、セレン、
テルルと上記のイオウを含めた元素のうちから1
つあるいは2つ以上の元素との化合物ガラスを使
用することができる。
As for the composition of chalcogenide glass, an example of a compound of arsenic and sulfur is shown here, but from the viewpoint of glass forming ability, possibility of wire drawing, and light transmittance, it is possible to use germanium, silicon, antimony, phosphorus, and tin. or two or more of the above elements including arsenic, selenium,
1 of the elements including tellurium and the above sulfur
Compound glasses with one or more elements can be used.

また、フツ化物ガラスとしては、安定なガラス
状態を実現し、その上、線引き加工が可能である
という要求条件を満すものとして、上記のBaF2
−GdF3−ZrF4系以外に、ZrF4にLa、Th、Al、
Cd、Tl、Yのフツ素化物の1つ以上を添加した
ガラス、およびAlF3にCa、Ba、Gd、Y、Sb、
Tl、Cdのフツ素化物の1つあるいは2つ以上添
加したガラスを使用することができる。
In addition, as a fluoride glass, the above-mentioned BaF 2
In addition to −GdF 3 −ZrF 4 system, ZrF 4 has La, Th, Al,
Glass doped with one or more of Cd, Tl, Y fluorides, and AlF3 with Ca, Ba, Gd, Y, Sb,
Glass to which one or more of Tl and Cd fluorides are added can be used.

次に、本発明に係る光フアイバの作製の実施例
を以下に示す。
Next, an example of manufacturing an optical fiber according to the present invention will be shown below.

予め、組成が33モル%BaF2−4モル%GdF3
63モル%ZrF4の内径10mmφ、外径14mmφ、長さ
200mmの円筒状ガラスパイプを作製した。次に、
これに研磨を施し凹凸のないスムーズな内壁面を
得た。
In advance, the composition was set to 33 mol% BaF 2 −4 mol% GdF 3
63 mol% ZrF 4 inner diameter 10mmφ, outer diameter 14mmφ, length
A 200mm cylindrical glass pipe was made. next,
This was polished to obtain a smooth inner wall surface with no irregularities.

一方、二重キヤステイング法によつてAs2S3
コア(コア径7mmφ)、As38S62をクラツド(クラ
ツド径9.8mmφ)とするロツドを作製した。次
に、このカルコゲナイドガラスロツドを、上記フ
ツ化物ガラスパイプに挿入し一体化した。次いで
一体化したガラス体を、約320℃に局部加熱して
延伸し外径136μm、カルコゲナイトガラスクラ
ツド径100μm、コア径70μmの光フアイバを得
た。本光フアイバのコア、カルコゲナイドガラス
クラツドおよびフツ化物ガラスクラツドの屈折率
はそれぞれ、2.41、2.38および1.528であつた。ま
た、光透過率は、波長2.4μで250dB/Km、3.4μ
mで360dB/Kmであつた。
On the other hand, a rod having a core made of As 2 S 3 (core diameter 7 mm φ) and a cladding made of As 38 S 62 (clad diameter 9.8 mm φ) was prepared by a double casting method. Next, this chalcogenide glass rod was inserted into the fluoride glass pipe and integrated. The integrated glass body was then locally heated to about 320° C. and drawn to obtain an optical fiber having an outer diameter of 136 μm, a chalcogenite glass cladding diameter of 100 μm, and a core diameter of 70 μm. The refractive indices of the core, chalcogenide glass cladding, and fluoride glass cladding of the optical fiber were 2.41, 2.38, and 1.528, respectively. In addition, the light transmittance is 250dB/Km at a wavelength of 2.4μ, 3.4μ
It was 360dB/Km.

以上述べた本発明に係る光フアイバによれば赤
外波長域で良好な光透過特性が得られ、無害な耐
候性に優れる利点を得ることができる。なお、上
記実施例ではコアガラスとしてAs2S3を用いた
が、これに換えてAS−Se系ガラスを採用するこ
とにより約10μmに及ぶ長い波長域まで良好な光
透過特性を実現することも可能である。
According to the optical fiber according to the present invention described above, it is possible to obtain good light transmission characteristics in the infrared wavelength range, and it is possible to obtain the advantage of excellent harmless weather resistance. In the above example, As 2 S 3 was used as the core glass, but by using AS-Se glass instead, it is also possible to achieve good light transmission characteristics up to a long wavelength range of about 10 μm. It is possible.

更に本発明に係る光フアイバはパイプ材料とし
てフツ化物ガラスを採用することにより熱膨脹係
数や軟化点の相似性から光フアイバ線引き加工が
容易で、その結果カルコゲナイドガラスの優れた
赤外光透過性を存分に発揮した光フアイバの実現
を可能ならしめるという利点も大きい。このよう
な本発明の光フアイバは情報の光伝送媒体、電力
伝送、赤外光のセンシング媒体など通信、電力、
医学、画像処理等の広汎な分野へ適用することが
できる。
Furthermore, by using fluoride glass as the pipe material, the optical fiber according to the present invention can be easily drawn due to the similarity in coefficient of thermal expansion and softening point, and as a result, it retains the excellent infrared light transmittance of chalcogenide glass. It also has the great advantage of making it possible to realize optical fibers, which have been demonstrated for a long time. The optical fiber of the present invention can be used for communications, power transmission, infrared light sensing media, etc. as an optical transmission medium for information, power transmission, and infrared light sensing medium.
It can be applied to a wide range of fields such as medicine and image processing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はa,b,c本発明の光フアイバの断面
図、第2図は、カルコゲナイドガラスの光透過特
性のグラフ、第3図は、フツ化物ガラスの光透過
特性のグラフ、第4図は、単一モード光フアイバ
の電力密度分布と動径の関係を示すグラフであ
る。 図中、1はカルコゲン化物ガラスのコア部、
1′はカルコゲン化物ガラスのクラツド部、2は
フツ化物ガラスのクラツド部である。
Fig. 1 is a, b, c sectional view of the optical fiber of the present invention, Fig. 2 is a graph of the light transmission characteristics of chalcogenide glass, Fig. 3 is a graph of the light transmission characteristics of fluoride glass, and Fig. 4 is a graph showing the relationship between the power density distribution and radius vector of a single mode optical fiber. In the figure, 1 is the core part of chalcogenide glass,
1' is a cladding portion of chalcogenide glass, and 2 is a cladding portion of fluoride glass.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光フアイバの断面において、中心部がカルコ
ゲン化物ガラスからなり、中心部を囲む周辺部が
フツ化物ガラスで構成されることを特徴とする赤
外線透過光フアイバ。 2 特許請求の範囲第1項において、中心部のガ
ラスが砒素、ゲルマニウム、シリコン、アンチモ
ン、リン、スズのうち一つの元素あるいは2以上
の元素と、イオウ、セレン、テルルのうち一つの
元素あるいは2以上の元素とが結合したカルコゲ
ン化物ガラスであることを特徴とする赤外線透過
光フアイバ。 3 特許請求の範囲第1項において、周辺部のガ
ラスが、バリウム、ガドリニユウム、ランタン、
トリウム、アルミニウム、カドミニウム、タリウ
ム、イツトリウムのフツ素化物の一つあるいは二
以上とフツ化ジルコニウムとの当化合物からなる
フツ化物ガラスであり、又はカルシウム、バリウ
ム、ガドリニユウム、イツトリウム、アンチモ
ン、タリウム、カドミニウムのフツ素化物の一つ
あるいは二以上とフツ化アルミニウムとの化合物
からなるフツ化物ガラスであることを特徴とする
赤外線透過光フアイバ。
[Scope of Claims] 1. An infrared transmitting optical fiber characterized in that, in a cross section of the optical fiber, a central portion is made of chalcogenide glass, and a peripheral portion surrounding the central portion is made of fluoride glass. 2. In claim 1, the central glass contains one or more elements of arsenic, germanium, silicon, antimony, phosphorus, and tin, and one or more elements of sulfur, selenium, and tellurium. An infrared transmitting optical fiber characterized by being a chalcogenide glass in which the above elements are combined. 3 In claim 1, the peripheral glass is made of barium, gadolinium, lanthanum,
It is a fluoride glass consisting of a compound of one or more fluorides of thorium, aluminum, cadmium, thallium, or yttrium and zirconium fluoride, or a fluoride glass consisting of a compound of zirconium fluoride, or a fluoride of calcium, barium, gadolinium, yttrium, antimony, thallium, or cadmium. An infrared transmitting optical fiber characterized in that it is a fluoride glass made of a compound of one or more fluorides and aluminum fluoride.
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