JPS63201040A

JPS63201040A - ハライドガラス光ファイバ

Info

Publication number: JPS63201040A
Application number: JP63033837A
Authority: JP
Inventors: ポール・ウィリアム・フランス; ジョン・リチャード・ウィリアムズ
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1988-02-16
Publication date: 1988-08-19
Also published as: JPH0445467B2; US4836643A; CA1308584C; GB8703501D0; EP0282155A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はハライドガラス、特にフッ化物ガラスを用いた
高開口数の光ファイバに関する。本発明は、内視鏡、遠
隔分光器、レーザメス、遠隔監視装置その他の光学機器
に利用するに適する。

〔概　要〕

本発明は、ハライドガラスを用いた光ファイバにおいて
、ハフニウム・ハライドを比較的高濃度に含むガラスによ
りクラツディングを形成し、鉛ハライドを比較的高濃度
に含むガラスによりクラツディングを形成することによ
り、開口数が高く低損失の光ファイバを得るものである。

〔従来技術〕

光ファイバの開口数はコアおよびクラツディングの屈折
率と関係があり、（ＮＡ）　２　＝　Ｎ２−ｎ２で表される。ここで、ＮＡは開口数、Ｎはコアの屈折率
、ｎはクラツディングの屈折率である。この開口数ＮＡ
のアークサイン５ｉｔｒ’（ＮＡ）により、入射光を伝
搬するため必要な入射角の最大許容値が決定される。

光ファイバの利用形態として二つの分野が重要である。

ひとつは遠距離通信であり、もうひとつは赤外線伝送で
ある。これらの二つの利用形態を区別することが便利で
ある。

遠距離通信では、ディジタル変調された光信号を用いて
、遠距離、例えば数１１００ｋにわたり情報を伝送する
。この場合には、同時に使用できる搬送波周波数は少な
く、最も一般的な利用形態では１本のファイバでひとつ
の搬送波周波数しか使用しない。このため、その搬送波
周波数における特性が重要であり、例えば減衰量が０．
３ｄＢ／ｋｍ以下であることが必要である。また、分散
を最小にするため、単一モード光ファイバが使用される
。

これに対して、高開口数が必要とされる分野がある。そ
の例としては、内視鏡、遠隔分光器、レーザメスその他
の、赤外線だけでなく可視光および紫外線を含む放射光
を伝送する技術および素子がある。また、局部に光を照
射する分野もこれに含まれる。このような分野で使用さ
れるある種の素子、例えば内視鏡には、光源の位置で放
射光を集光して試験場所に運ぶために、光ファイバの束
（バンドル）が用いられる。また、例えばレーザメスの
ように、１本の光ファイバを用いるものもある。

光ファイバ束の入射端は、放射光を入射できる形状に加
工される。しかし、放射光のほぼ全量を受光面に垂直に
入射するのは実現が困難であり、場合によっては不可能
である。垂直からずれて入射した放射光を伝送できるこ
とが重要である。このための受光許容性は、東よりも個
々の光ファイ４くの特性、特にその開口数に依存する。

モニタリングおよびリモートセンシング等の遠隔監視装
置では、放射光そのものが問題である。

このため、光ファイバとして広帯域のものが必要である
。距離は遠距離通信の場合に比較して非常に短い。この
ような用途では、光源と監視位置との距離が２ｋｍ以上
となることは希であり、ｌｋｍ以上を越えることも非常
に少ない。一般的には１００ｍ以下の近距離で利用され
、多くの利用形態では１〜１０ｍしか必要としない。遠
隔監視に要求される基本的な動作は、監視のために十分
な放射光エキネルギを集光することであり、このために
は、多モード光ファイバの束が必要である（これに対し
て遠距離通信では、１本の単一モード光ファイバが必要
である）。東の大きさを決定するためには、減衰による
損失を考慮する必要がある。したがって、減衰が１００
０ｄＢ／ｋｍと大きくても、特に非常に近い範囲であれ
ば、十分な監視性能を得ることができる。

放射光を十分に集光するための束の大きさの重要性につ
いてはすでに説明した。しかし、放射光の伝搬に関係す
るのはコアであり、総コア面積が重要である。空間が限
られているので、実質的に漏れが生じない程度で、クラ
ツディングを最小にすることが重要である。このために
は、クラツディングの厚さを少なくとも１０即、望まし
くは１５μｍとする。光フアイバ全体の直径は、５０な
いし４００μｍが適当である。個々の光ファイバの断面
積の１０％ないし９０％、さらには４０％ないし６０％
がコアであるものが特に便利である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような用途で使用される光ファイバには、（１）
　　高開口数、高開口数は重要な特性である。その値としては、０．０
５以上、望ましくは０．２以上、可能ならば０．２５以
上が必要である。

（２）低減衰量、この減衰■は、使用周波数全体に対する値である。これ
は、０．５ないし４．５μｍの波長帯で使用される遠距
離通信用ファイバで特に必要である。この波長帯では、
フッ化物ファイバ、例えばフッ化ジルコニウムＺｒＦ４
を主成分とするものが特に適している。ザ・ジャーナル
・オブ・ライトウニイブ・チクノロシイ第ＬＴ−３巻第
３号、１９８５年６月（Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈ−ｎｏｌｏｇｙ、　Ｖ
ｏｌ、ＬＴ−３，Ｎｏ。３　　ｏｆ　Ｊｕｎｅ　１９８
５）の第５６９頁ないし第５７２頁には、遠距離通信用
のフッ化物ファイバが開示されている。

（３）整合性良好な光ファイバを得るには、二種類の低損失ガラスを
選択することが必要である。その一方は高屈折率のガラ
スであり、他方は低屈折率のガラスである。二つのガラ
スは互いに機械的に同等の性質をもち、特に、母材をフ
ァイバに線引きする段階で整合していなければならない
。

の三つの性質が必要である。

以上の三つの性質をすべて満たす一対のガラスを選択す
ることが重要な問題である。整合性の問題は、同一の化
学組成をもつガラスを選択すればよいことを示唆してい
るが、高開口数を実現するためには、異なる組成が必要
である。英国特許第ＧＢ２／１６４０３２Ａ号には、屈
折率差を形成するためにフッ化ナトリウムＮａＦ　とフ
ッ化ハフニウムＨｆＦ３とを使用することが開示されて
いる。しかし、散乱が発生することから、フッ化鉛Ｐｂ
Ｆ２の使用には反対している。

また、゛上述した文献、ザ・ジャーナル・オブ・ライト
ウニイブ・チクノロシイの論文では、非晶質フッ化物フ
ァイバのためのコア・クラッド組成について議論してい
る。特に、フッ化リチウムＬｉＰとフッ化鉛ＰｂＦ２と
の組み合わせ、およびフッ化ナトリウムＮａＦとフッ化
鉛ＰｂＦ２との組み合わせについて説明している。そし
て、コアにはフッ化ジルコニウムＺｒＦ、を含むガラス
を使用し、クラツディングには、フッ化ジルコニウム２
ｒＦ、のい＜ラカヲフッ化ハフニウムＨｆＦ４で置き換
えたガラスを使用した光ファイバを提案している。

本発明は、高開口数でしかも低損失の新規なハライドガ
ラス光ファイバを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のハライドガラス光ファイバは、クラツディング
がコアより高濃度のハフニウム・ハライドを含み、コア
がクラツディングより高濃度の鉛ハライドを含むことを
特徴とする特に、コアがハフニウム・ハライドをＹモル％含み、ク
ラツディングが鉛ハライドをｇモル％含む場合に、クラ
ツディングはＹ＋３モル％以上のハフニウム・ハライド
を含み、コアはｇ＋ｏ、５モル％以上の鉛ハライドを含
むことが望ましい。この組成により、波長５８９ｎｍの
放射光で測定される開口数を０．０５以上にすることが
できる。

クラツディングには鉛ハライドを含まず、コアにはハフ
ニウム・ハライドを含まないことが望ましい。

コアおよびクラツディングのガラス組成は、ハフニウム
・ハライドおよび鉛ハライド以外には同等であることが
望ましく、例えばジルコニウム、バリウム、ランタン、
アルミニウムおよびナトリウムのハライドを含むことが
できる。

特に、クラツディングが、ａモル％のフッ化ジルコニウ
ムＺｒＦ１、ｂモル％のフッ化バリウムＢａＦ２．０モ
ル％のフッ化ランタンＬａＦ３、ｄモル％のフッ化アル
ミニウムＡＩＦ、、ｅモル％のフッ化ナトリウムＮａＦ
　Ｓｆモル％のフッ化ハフニウムＨｆＦ＜およびｇモル
％のフッ化鉛ＰｂＦ、を含み、コアが、Ｔモル％のフッ
化ジルコニウムＺｒＦ、、Ｕモル％のフッ化バリウムＢ
ａＦ２、Ｙモル％のフッ化ランタンＬａＦ、、Ｗモル％
のフッ化アルミニウムＡｌＦ３、Ｘモル％のフッ化ナト
リウムＮａＦ　、　Ｙモル％のフッ化ハフニウムＨｆＦ
４および２モル％のフッ化鉛ＰｂＦ、を含むことが望ま
しい。ここで、４５＜　ａ　＋　ｆ　＜５５、４５＜Ｔ＋Ｚ＜５５．１
５＜ｂ＜２５、　　　１５　＜　Ｕ　＜２５．３＜ｃ＜
５、　　　３＜Ｖ＜６．２くｄ〈５、　　　２＜Ｗ＜５．１５＜ｅ＜３０、　　　１０＜Ｘ＜２５．３　＜　ｆ　
＜５５、　　０．５＜Ｚ＜１０．３　＜　ｆ−Ｙ＜５５
、Ｑ、５＜Ｚ−ｇ＜３である。このとき、ｇ＝Ｙ＝０が
さらに望ましい。

〔作　用〕

本発明のハライドガラス光ファイバは、組成がほぼ同等
のハライドガラスを用いて、コアとクラツディングとの
屈折率差を比較的大きく設定できる。したがって、高開
口数、特に波長５８９ｎｍの放射光で測定される開口数
が０．０５以上の光ファイバが得られる。

本発明の光ファイバは、個別部品として用いることもで
き、複数の光ファイバを束にして用いることもできる。

異なる組成の光ファイバによりバンドルまたはケーブル
を形成し、これにより有効帯域幅を増加させることもで
きる。

〔実施例〕

以下に本発明の詳細な説明するが、これらはほんの−例
であり、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。

（実施例１）波長５８９０ｍにおける屈折率が１．４９３のクラツデ
ィングを作成するため、フッ化ジルコニウムＺｒＦ４３９．７モル％フッ化バリ
ウムＢａｄ、　　　　　１８．０モル％フッ化ランタン
ＬａＦ３４．０モル％フッ化アルミニウムＡｌＦ３３．０モル％フフ化ナトリ
ウムＮａＦ　　　　　２２．　Ｏモル％フッ化ハフニウ
ムＨｆＦ、　　　　１３．３モル％計　　　　　　　　
　　　１００．０モル％を秤量し、これらの混合物を純
粋な窒素Ｎ２および酸素０□の雲間気中で９００℃で溶
融させ、型に流し込んで中空の円筒ガラスを作成した。

この円筒ガラスの寸法は、長さ　ｆ＝１２ｃｍ外径　ａ＝ｌＱｍｍ内径　ｂ＝７ｍｍであった。

また、波長５８９ｎｍにおける屈折率が１．５０８のコ
アを作成するため、フッ化ジルコニウムＺｒＦ、　　　５１．５モル％フッ
化バリウムＢａＦ２１９．５モル％フッ化ランタンＬａ
Ｆ３４，７モル％フッ化アルミニウムＡｌＦ３３．３モル％フッ化ナトリ
ウムＮａＦ　　　　　１８．０モル％フッ化鉛ＰｂＦ２
３．０モル％計　　　　　　　　　　　１００．０モル％を秤量し、
これを溶解させた後に上述の円筒ガラスに流し込み、光
フアイバ母材を作成した。この光フアイバ母材の斜視図
を第１図に示す。この光フアイバ母材を従来からの方法
により線引きし、長さＬ＝７００ｍの光ファイバを作成
した。この光ファイバの斜視図を第２図に示す。

このファイバは、直径　　　　　　　　　　　　Ｃ＝１０μｍコアの面積
　　　　　　　　　　５０％波長５８９１ｍにおける開
口数　　　０．２１波長１２００ｎｍにおける減衰量　
　３０ｄＢ／ｋｍ波長１６００ｎｍにおける減衰量　　
１８ｄＢ／ｋｍ波長２０００ｎｍにおける減衰量　　１
２ｄＢ／ｋｍ波長２４００ｎｍにおける減衰量　　　９
ｄＢ／ｋｍ波長２６００ｎｍにおける減衰量（最小値）
　７ｄＢ／ｋｍであった。開口数０．２１という値は約
１２°の許容角度に対応する。

（実施例２）実施例１と同様にして、フッ化ジルコニウムＺｒＦ４３９．７０モル％フッ化バ
リウムＢａＦ２２０．００モル％フッ化ランタン１ａＦ
３４．００モル％フッ化アルミニウムＡｌＦ３３．００
モル％フッ化ナトリウムＮａＦ　　　　　２０．００モ
ル％フッ化ハフニウムＨｆＦ４　　　１３．３０モル％
直径　　　　　　　　　　　１７５μｍのクラッディン
グと、フッ化ジルコニウムＺｒＦ４　　５１．５４モル％フッ
化バリウムＢａＦ２１７．５４モル％フッ化ランタンＬ
ａＦ３　　　　　４゜７０モル％フッ化アルミニウムＡ
ｌＦ３　　　３．２１％ル％フッ化ナトリウムＮａＦ　
　　　　２０．００モル％フッ化鉛ＰｂＦ２３．０１モ
ル％直径　　　　　　　　　　　　１２５μｍのコアとを備
えた光ファイバを作成した。この光ファイバは、コアの面積　　　　　　　　　　５１％波長５８９ｎｍ
における開口数　　　０．２１破壊伸び（Ｂｒｅａｋｉ
ｎｇ　５ｔｒａｉｎ）　　　２％波長３２００ｎｍにお
ける減衰量　　　４０　ｄＢ／ｋｍ波長２６０Ｏり＋ｎ
における減衰量（最小値）２１．２　ｄＢ／ｋｍ波長１５００ｎｍにおける減衰量　　　３４　ｄＢ／ｋ
ｍであった。破壊伸びの値は、二点曲げ試験により測定
された中央強度値である。

理想的には、ガラス組成物は他の成分を含んでいない。

しかし、実際には少量の不純物が存在する。このような
不純物が存在していても、以上の実施例では十分な開口
数が得られた。ただし、鉛とハフニウムとの相互汚染が
あると、それが不純物となって開口数が小さくなるので
、これについては注意が必要である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のハライドガラス光ファイ
バは、開口数が高く低損失である。高開口数であること
から、本発明のハライドガラス光ファイバは、十分な放
射光エネルギを集光させる必要のある機器、例えば内視
鏡、遠隔分光器、レーザメス、遠隔監視装置その他に用
いて大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は光フアイバ母材の斜視図。第２図は光ファイバの斜視図。尼　２　口

Claims

【特許請求の範囲】１、ハライドガラスを主成分とするクラッディングおよ
びコアを備えたハライドガラス光ファイバにおいて、上記クラッディングは上記コアより高濃度のハフニウム
・ハライドを含み、上記コアは上記クラッディングより高濃度の鉛ハライド
を含むことを特徴とするハライドガラス光ファイバ。２、クラッディングは、ａモル％のフッ化ジルコニウムＺｒＦ＿４、ｂモル％の
フッ化バリウムＢａＦ＿２、ｃモル％のフッ化ランタンＬａＦ＿３、ｄモル％のフッ化アルミニウムＡｌＦ＿３、ｅモル％の
フッ化ナトリウムＮａＦ、ｆモル％のフッ化ハフニウムＨｆＦ＿４およびｇモル％
のフッ化鉛ＰｂＦ＿２を含み、コアは、Ｔモル％のフッ化ジルコニウムＺｒＦ＿４、Ｕモル％の
フッ化バリウムＢａＦ＿２、Ｖモル％のフッ化ランタンＬａＦ＿３、Ｗモル％のフッ化アルミニウムＡｌＦ＿３、Ｘモル％の
フッ化ナトリウムＮａＦ、Ｙモル％のフッ化ハフニウムＨｆＦ＿４およびＺモル％
のフッ化鉛ＰｂＦ＿２を含む請求項１記載の光ファイバ。ただし、４５＜ａ＋ｆ＜５５、４５＜Ｔ＋Ｚ＜５５、１５＜ｂ＜
２５、１５＜Ｕ＜２５、３＜ｃ＜６、３＜Ｖ＜６、２＜ｄ＜５、２＜Ｗ＜５、１５＜ｅ＜３０、１０＜Ｘ＜２５、３＜ｆ＜５５、０．５＜Ｚ＜１０、３＜ｆ−Ｙ＜５５、０．５＜Ｚ−ｇ＜８である。３、ｇ＝Ｙ＝０である請求項２記載の光ファイバ。