WO2015182359A1 - 温度補償用部材及びそれを用いた光通信用光学デバイス - Google Patents

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WO2015182359A1
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俣野　高宏
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日本電気硝子株式会社
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    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind

Definitions

  • the present invention relates to a temperature compensation member used for an optical waveguide device or the like in an optical communication network.
  • wavelength multiplexing technology that transmits light of a plurality of wavelengths at once is used, and wavelength filters, couplers, waveguides, and the like are becoming important devices.
  • Some optical devices for optical communication of this type change their characteristics depending on the temperature and hinder outdoor use. Therefore, there is a need for a technique for keeping the characteristics of optical devices for optical communication constant regardless of temperature changes, so-called temperature compensation technique.
  • Typical optical devices for optical communication that require temperature compensation include waveguide devices such as arrayed waveguides and planar optical circuits, fiber Bragg gratings, and Fabry-Perot etalons (hereinafter referred to as etalons).
  • waveguide devices such as arrayed waveguides and planar optical circuits, fiber Bragg gratings, and Fabry-Perot etalons (hereinafter referred to as etalons).
  • optical communication optical devices have a problem that when the ambient temperature changes, the optical path length changes as the refractive index and the thermal expansion coefficient change as shown in the following formula (1).
  • dS / dT dn / dT + n ⁇ (1)
  • S represents the optical path length
  • T represents the temperature
  • n represents the refractive index
  • ⁇ represents the thermal expansion coefficient
  • a temperature compensation member is used in the optical device for optical communication in order to suppress a change in the optical path length.
  • an etalon has a structure in which half mirrors are formed on opposite end surfaces of a bulk (rectangular column, cylinder, etc.) etalon material that is a temperature compensation member.
  • quartz glass is used as a temperature compensation member (see, for example, Patent Document 1).
  • Quartz glass has a low thermal expansion coefficient of 6 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. in the temperature range of ⁇ 40 ° C. to 100 ° C., but the refractive index has a large temperature coefficient dn / dT, so that the temperature coefficient dS / dT of the optical path length is high. large. Therefore, when quartz glass is used as a temperature compensation member of an optical device for optical communication, there is a problem that optical characteristics are likely to change depending on the ambient temperature, resulting in poor demultiplexing accuracy.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a temperature compensating member capable of imparting excellent demultiplexing characteristics to an optical device for optical communication.
  • the temperature compensation member of the present invention is made of glass containing cation%, P 5+ 0.1% or more, and Sn 2+ 1% or more, and has a refractive index temperature coefficient dn / dT at 20 to 60 ° C. It is characterized by being ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or less.
  • the temperature compensation glass of the present invention contains P 5+ and Sn 2+ as essential components in the above range, the temperature coefficient dn / dT of the refractive index can be effectively reduced. As a result, the absolute value of the temperature coefficient dS / dT of the optical path length can be reduced, and excellent wavelength division characteristics can be imparted to the optical device for optical communication.
  • the temperature coefficient dS / dT of the optical path length at 20 to 60 ° C. expressed by the following formula (1) is ⁇ 15 ⁇ 10 ⁇ 6 to 15 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. preferable.
  • dS / dT dn / dT + n ⁇ (1)
  • S represents the optical path length
  • T represents the temperature
  • n represents the refractive index
  • ⁇ represents the thermal expansion coefficient
  • the temperature compensating member of the present invention preferably contains P 5+ 10 to 70% and Sn 2+ 10 to 90% in terms of cation%.
  • the temperature compensating member of the present invention preferably contains O 2 ⁇ 30 to 100% and F ⁇ + Cl ⁇ 0 to 70% in terms of anion%.
  • the temperature compensating member of the present invention preferably contains B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ 0 to 50% in terms of cation%.
  • the member for temperature compensation of the present invention preferably has a refractive index nd of 1.6 or more.
  • the temperature compensating member of the present invention preferably has a thermal expansion coefficient of -80 to 200 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. at ⁇ 40 to 100 ° C.
  • the temperature compensating member of the present invention preferably has a yield point of 500 ° C. or lower.
  • the temperature compensation member of the present invention preferably has an internal transmittance of 98% or more at a thickness of 10 mm at wavelengths of 1310 nm and 1550 nm.
  • the temperature compensating member of the present invention preferably has a water resistance based on JOGIS of 3 or higher and acid resistance of 2 or higher.
  • An optical device for optical communication according to the present invention is characterized by using the above temperature compensating member.
  • thermoelectric member capable of imparting excellent demultiplexing characteristics to an optical device for optical communication.
  • the temperature compensating member of the present invention is made of glass containing cation%, P 5+ 0.1% or more, and Sn 2+ 1% or more.
  • P 5+ is a constituent component of the glass skeleton. Further, dn / dT can be reduced, and as a result, there is an effect of reducing the absolute value of dS / dT. Moreover, it has the effect of increasing the light transmittance. In particular, in the case of a glass having a high refractive index, the effect of improving the light transmittance due to P 5+ is easily obtained. It also has the effect of suppressing devitrification.
  • the content of P 5+ is 0.1% or more, preferably 1% or more, more preferably 5% or more, further preferably 10% or more, and preferably 20% or more. Particularly preferred. When there is too little content of P5 + , the said effect will become difficult to be acquired.
  • the content of P 5+ is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, further preferably 60% or less, particularly preferably 55% or less, and 50% or less. Most preferably.
  • Sn 2+ can also effectively reduce dn / dT, and as a result, has the effect of reducing the absolute value of dS / dT. In addition, there are effects such as higher refractive index, lower yield point, improved chemical durability and weather resistance.
  • the content of Sn 2+ is 1% or more, preferably 5% or more, more preferably 10% or more, further preferably 15% or more, and particularly preferably 20% or more. 25% or more is most preferable. When the content of Sn 2+ is too small, the above effect is difficult to obtain. On the other hand, when there is too much content of Sn2 + , it will become difficult to vitrify or devitrification resistance will fall easily. Therefore, the Sn 2+ content is preferably 90% or less, more preferably 87.5% or less, further preferably 85% or less, and particularly preferably 82.5% or less. .
  • the content of P 5+ + Sn 2+ is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, further preferably 50% or more, and particularly preferably 70% or more.
  • the upper limit is not particularly limited, and the content of P 5+ + Sn 2+ may be 100%, but when it contains other components, it is preferably 99.9% or less, and is 99% or less. More preferably, it is more preferably 95% or less, and particularly preferably 90% or less.
  • the glass constituting the temperature compensating member of the present invention can contain the following cation components.
  • B 3+ is a component constituting the glass skeleton. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, and especially the effect which suppresses that components, such as P5 + in glass, elute selectively into water is large.
  • the content of B 3+ is preferably 0 to 50%, more preferably 0.1 to 45%, and further preferably 0.5 to 40%. When there is too much content of B3 + , a refractive index will fall easily. Further, the devitrification resistance is likely to be lowered.
  • Si 4+ is also a component constituting the glass skeleton. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, and especially the effect which suppresses that components, such as P5 + in glass, elute selectively into water is large.
  • the content of Si 4+ is preferably 0 to 20%, more preferably 0.1 to 15%. When there is too much content of Si4 + , a refractive index will fall or a yield point will become high easily. In addition, undissolved striae and bubbles may remain in the glass, and may not satisfy the required quality as a constituent member of the optical device for optical communication.
  • Al 3+ is a component capable of constituting a glass skeleton together with Si 4+ and B 3+ . Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, and especially the effect which suppresses that components, such as P5 + in glass, elute selectively into water is large.
  • the content of Al 3+ is preferably 0 to 20%, more preferably 0.1 to 15%. When there is too much content of Al3 + , it will become easy to devitrify. Moreover, there exists a tendency for light transmittance to fall. Further, the melting temperature is increased, and striae and bubbles due to undissolution are likely to remain in the glass. As a result, there is a possibility that the required quality as a constituent member of the optical device for optical communication may not be satisfied.
  • Zn 2+ is a component that acts as a flux. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, suppresses the elution of the glass component in various washing
  • the content of Zn 2+ is preferably 0 to 40%, more preferably 0.1 to 30%, and further preferably 0.2 to 20%. When there is too much content of Zn ⁇ 2+> , light transmittance will fall or it will become easy to devitrify.
  • Ti 4+ has the effect of increasing the refractive index and improving devitrification resistance.
  • the content of Ti 4+ is preferably 0 to 20%, more preferably 0.1 to 15%, and even more preferably 1 to 10%.
  • the content of B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ is preferably 0 to 50%, more preferably 0 to 30%, still more preferably 0.1 to 25%. It is particularly preferably 5 to 20%, and most preferably 0.75 to 15%.
  • the content of B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ is too large, the devitrification resistance tends to decrease. Moreover, Sn metal etc. precipitate with a raise of melting temperature, and light transmittance becomes easy to fall. From the viewpoint of improving the weather resistance, it is preferable to contain B 3+ + Si 4+ + Al 3+ + Zn 2+ + Ti 4+ in an amount of 0.1% or more.
  • Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ and Ba 2+ are components that act as fluxes. Moreover, there exists an effect which improves a weather resistance, suppresses the elution of the glass component in various washing
  • cleaning solutions such as polishing washing water
  • the content of Mg 2+ + Ca 2+ + Sr 2+ + Ba 2+ is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 7.5%, and further preferably 0.1 to 5%.
  • the content is preferably 0.2 to 1.5%.
  • Zr 4+ is a component that improves weather resistance.
  • the content of Zr 4+ is preferably 0 to 2%, more preferably 0 to 1.5%, still more preferably 0.1 to 1%, and more preferably 0.2 to 0.00. 5% is particularly preferable.
  • the glass constituting the temperature compensating member of the present invention can contain various components in addition to the above components as long as the effects of the invention are not impaired.
  • La 3+ , Gd 3+ , Ta 5+ , W 6+ , Nb 5+ , Y 3+ , Yb 3+ , Ge 4+ and S 6+ may be included.
  • Li + , Na + and K + are components that reduce chemical durability, the content thereof is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and more preferably 1% or less. More preferably, it is particularly preferable not to contain.
  • Te 4+ , Bi 3+ , In 3+ and Ga 3+ are components that tend to lower the light transmittance, and therefore their content is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and more preferably 1%. More preferably, it is particularly preferably not included.
  • Fe 3+ , Ni 2+ and Co 2+ are components that significantly reduce the light transmittance. Therefore, the content of these components is preferably less than 0.1%, and more preferably not contained.
  • rare earth components such as Ce 4+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Eu 3+ , Tb 3+, and Er 3+ may also reduce the light transmittance, the content of these components is less than 0.1%, respectively. It is preferable that it is not contained.
  • Pb 2+ and As 3+ are each preferably less than 0.1%, and more preferably not contained.
  • the glass constituting the temperature compensating member of the present invention preferably contains O 2 ⁇ 30 to 100% and F ⁇ + Cl ⁇ 0 to 70% in terms of anion%, and O 2 ⁇ 40 to 99.9%.
  • F - + Cl - is particularly preferable to contain 1 ⁇ 30%, O 2- 80 ⁇ 98%, and F - + Cl - and most preferably from 2 to 20%.
  • F - or Cl - as a raw material for introducing other SnF 2 and SnCl 2, La, Gd, Ta , W, Nb, Y, Yb, Ge, Mg, Ca, fluoride of Sr or Ba And chloride.
  • the temperature compensation member of the present invention has a refractive index temperature coefficient dn / dT of ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or less, preferably ⁇ 6 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or less at 20 to 60 ° C., It is more preferably ⁇ 7 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or lower, and further preferably ⁇ 8 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or lower.
  • dn / dT is too large, the temperature coefficient dS / dT of the optical path length becomes large, and it becomes difficult to satisfy the required quality as a constituent member of the optical device for optical communication.
  • the temperature coefficient dS / dT of the optical path length represented by the following formula (1) at 20 to 60 ° C. is ⁇ 15 ⁇ 10 ⁇ 6 to 15 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • it is ⁇ 10 ⁇ 10 ⁇ 6 to 10 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., more preferably ⁇ 9 ⁇ 10 ⁇ 6 to 9 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., and ⁇ 8 ⁇ 10 ⁇ 6.
  • ⁇ 8 ⁇ 10 -6 / °C particularly preferably from ⁇ 8 ⁇ 10 -6 / °C, and most preferably -7 ⁇ 10 -6 ⁇ 7 ⁇ 10 -6 / °C.
  • dS / dT dn / dT + n ⁇ (1)
  • S represents the optical path length
  • T represents the temperature
  • n represents the refractive index
  • ⁇ represents the thermal expansion coefficient
  • the refractive index (nd) of the temperature compensating member of the present invention is preferably 1.6 to 1.95, more preferably 1.65 to 1.9, and 1.7 to 1 Is more preferably 1.75 to 1.9.
  • the refractive index at a wavelength of 1310 nm and 1550 nm of the temperature compensating member of the present invention is preferably 1.55 to 1.95, more preferably 1.6 to 1.95, and more preferably 1.65 to 1.95. It is more preferably 1.9, particularly preferably 1.7 to 1.9, and most preferably 1.75 to 1.9.
  • the coefficient of thermal expansion of the temperature compensating member of the present invention at ⁇ 40 to 100 ° C. is preferably 80 to 200 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., more preferably 100 to 180 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., 120 More preferably, it is ⁇ 160 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. If the thermal expansion coefficient is too small, dn / dT tends to increase. On the other hand, if the thermal expansion coefficient is too large, it is likely to be damaged by thermal shock. Moreover, when using it for the optical device for optical communications, it becomes difficult to match a thermal expansion coefficient with a to-be-joined member.
  • an excellent temperature compensation function can be exhibited under a high temperature environment (for example, around 100 ° C.).
  • the yield point of the temperature compensating member of the present invention is preferably 500 ° C. or less, more preferably 450 ° C. or less, further preferably 425 ° C. or less, and particularly preferably 420 ° C. or less. If the yield point of the temperature compensation member is too high, secondary processing such as mold press molding or draw molding tends to be difficult.
  • the internal transmittance at a thickness of 10 mm at wavelengths of 1310 nm and 1550 nm of the temperature compensating member of the present invention is preferably 98% or more, more preferably 99% or more, and 99.5% or more. Is more preferable.
  • the internal transmittance of the temperature compensation member of the present invention at wavelengths 1310 nm and 1550 nm is too low, it becomes difficult to satisfy the required quality as a component member of the optical device for optical communication.
  • the temperature compensation member of the present invention has a water resistance based on JOGIS of 3 or higher and acid resistance of 2 or higher.
  • a water resistance based on JOGIS of 3 or higher
  • acid resistance of 2 or higher.
  • the temperature compensating member of the present invention can be obtained by preparing raw materials so as to have a desired composition, melting in a melting furnace, and forming into a desired shape (for example, a plate shape).
  • a desired shape for example, a plate shape.
  • stannous pyrophosphate Sn 2 P 2 O 7
  • the resulting glass tends to be homogeneous.
  • dn / dT can be effectively reduced.
  • adjustment of each characteristic and homogenization of the composition can be achieved. By homogenizing the composition, a glass having a high light transmittance can be obtained.
  • the melting atmosphere is preferably an inert atmosphere or a reducing atmosphere.
  • an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
  • metals such as platinum and gold, refractories, quartz glass, glassy carbon and the like can be used.
  • a gold container is particularly preferable because an alloy reaction with the Sn component hardly occurs.
  • the metal container it is preferable to use a reinforced metal material in which an oxide such as ZrO 2 is dispersed.
  • the temperature compensating member of the present invention can be used as a constituent member of a waveguide device such as an arrayed wave guide or a planar optical circuit, a fiber Bragg grating or an etalon.
  • a waveguide device such as an arrayed wave guide or a planar optical circuit, a fiber Bragg grating or an etalon.
  • an etalon has a structure in which half mirrors are formed on opposite end faces of a temperature compensation member formed in a prismatic shape, a cylindrical shape, or the like.
  • Tables 1 to 4 show examples (No. 1 to 36) and comparative examples (No. 37) of the present invention.
  • raw materials such as oxides, fluorides and chlorides were prepared so as to have the respective compositions shown in the table, and were melted at 700 to 1000 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere using a quartz crucible.
  • fluoride raw material SnF 2 as the chloride material was used SnCl 2.
  • SnCl 2 as the chloride material was used SnCl 2.
  • the obtained molten glass was poured out on a preheated metal plate, and after annealing, a sample suitable for each measurement was produced.
  • the obtained sample was measured for refractive index, thermal expansion coefficient, yield point, dn / dT, dS / dT, internal transmittance, acid resistance and water resistance. The results are shown in Tables 1 to 4.
  • the refractive index is shown by the measured values for d-line (587.6 nm) and LD light source (1310 nm, 1550 nm) of a helium lamp using KPR-2000 manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the thermal expansion coefficient and yield point were measured using a thermal expansion measuring device (dilat meter).
  • the coefficients of thermal expansion are ⁇ 40 to 100 ° C. ( ⁇ ⁇ 40 to 100 ), 100 to 200 ° C. ( ⁇ 100 to 200 ), ⁇ 40 to 20 ° C. ( ⁇ ⁇ 40 to 20 ), and 20 to 100 ° C. ( ⁇ 20 ⁇ 100 ) for each range.
  • the internal transmittance was measured as follows. First, using a spectrophotometer (UV-3100 manufactured by Shimadzu Corporation), the transmittance including the surface reflection loss was set to 0. 0 mm for each of the 5 mm ⁇ 0.1 mm and 10 mm ⁇ 0.1 mm optically polished samples. Measurement was performed at intervals of 5 nm, and the internal transmittance at wavelengths of 1310 nm and 1500 nm was calculated from the obtained measurement values.
  • a spectrophotometer UV-3100 manufactured by Shimadzu Corporation
  • Examples No. Samples 1 to 36 had a small dn / dT of ⁇ 10 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or less and a small absolute value of dS / dT of 1 to 14 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the 37 samples had a large absolute value of dn / dT as large as 7.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. and dS / dT as 20 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the temperature compensating member of the present invention can be used as an optical pickup lens for various optical disk systems, a video camera, a photographing lens for a general camera, or the like by appropriately forming it into a predetermined shape.
  • a powdery temperature compensating member with a phosphor powder, it can be used as a wavelength conversion member for changing the wavelength of ultraviolet light or visible light.

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Abstract

　光通信用光学デバイスに対して優れた分波特性を付与することが可能な温度補償用部材を提供する。　カチオン％で、Ｐ５＋　０．１％以上、及びＳｎ２＋　１％以上を含有するガラスからなり、２０～６０℃における屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが－５×１０－６／℃以下であることを特徴とする温度補償用部材。

Description

温度補償用部材及びそれを用いた光通信用光学デバイス
　本発明は、光通信ネットワークにおける光導波路デバイス等に使用される温度補償用部材に関するものである。
　近年、光通信技術の発達に伴い、光ファイバを用いたネットワークが急速に整備されつつある。このネットワークの中では、複数の波長の光を一括して伝送する波長多重技術が用いられるようになり、波長フィルタやカプラ、導波路等が重要なデバイスになりつつある。
　この種の光通信用光学デバイスの中には、温度によって特性が変化し、屋外での使用に支障を来すものがある。そのため、光通信用光学デバイスの特性を温度変化によらずに一定に保つ技術、いわゆる温度補償技術が必要とされている。
　温度補償を必要とする光通信用光学デバイスの代表的なものとして、アレイドウエーブガイドや平面光回路等の導波路デバイスやファイバブラッググレーティングやファブリペローエタロン（以下、エタロンという）がある。
　これらの光通信用光学デバイスでは、その周囲温度が変化すると、下記式（１）に示すように、屈折率と熱膨張係数が変化することによって光路長が変化するという問題を有している。
　　ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα　・・・（１）
　　ここで、Ｓは光路長、Ｔは温度、ｎは屈折率、αは熱膨張係数を表す。
　そこで、上記の光通信用光学デバイスには光路長の変化を抑制するために、温度補償用部材が使用されている。例えば、エタロンは、温度補償用部材であるバルク状（角柱、円柱等）のエタロン材料の対向する両端面にハーフミラーを形成した構造を有している。従来、エタロンでは、温度補償用部材として石英ガラスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００－４７０２９号公報
　石英ガラスは、－４０℃～１００℃の温度範囲における熱膨張係数が６×１０-7／℃と低いものの、屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが大きいため、光路長の温度係数ｄＳ／ｄＴが大きい。そのため、光通信用光学デバイスの温度補償用部材として石英ガラスを使用した場合、周囲温度によって光学特性が変化しやすく、分波精度に劣るという問題がある。
　本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、光通信用光学デバイスに対して優れた分波特性を付与することが可能な温度補償用部材を提供することを目的とする。
　本発明者が鋭意検討した結果、温度補償用部材として所定の組成を有するＰ－Ｓｎ系ガラスを用いれば、所望の屈折率の温度係数を達成でき、上記課題を解消できることを見出した。
　即ち、本発明の温度補償用部材は、カチオン％で、Ｐ５＋　０．１％以上、及びＳｎ２＋　１％以上を含有するガラスからなり、２０～６０℃における屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが－５×１０－６／℃以下であることを特徴とする。
　本発明の温度補償用ガラスは、Ｐ５＋及びＳｎ２＋を必須成分として上記範囲で含有しているため、屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴを効果的に低下させることができる。結果として、光路長の温度係数ｄＳ／ｄＴの絶対値を低減することができ、光通信用光学デバイスに対して優れた波長分割特性を付与することが可能となる。
　本発明の温度補償用部材は、下記式（１）により表される２０～６０℃における光路長の温度係数ｄＳ／ｄＴが－１５×１０－６～１５×１０－６／℃であることが好ましい。
　　ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα　・・・（１）
　　ここで、Ｓは光路長、Ｔは温度、ｎは屈折率、αは熱膨張係数を表す。
　本発明の温度補償用部材は、カチオン％で、Ｐ５＋　１０～７０％、及びＳｎ２＋　１０～９０％を含有することが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、アニオン％で、Ｏ２－　３０～１００％、及びＦ－＋Ｃｌ－　０～７０％を含有することが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、カチオン％で、Ｂ３＋＋Ｓｉ４＋＋Ａｌ３＋＋Ｚｎ２＋＋Ｔｉ４＋　０～５０％を含有することが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、屈折率ｎｄが１．６以上であることが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、－４０～１００℃における熱膨張係数が８０～２００×１０－７／℃であることが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、屈伏点が５００℃以下であることが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、波長１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおける厚さ１０ｍｍでの内部透過率が９８％以上であることが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、ＪＯＧＩＳに基づく耐水性が３級以上、耐酸性が２級以上であることが好ましい。
　本発明の光通信用光学デバイスは、上記の温度補償用部材を用いたことを特徴とする。
　本発明によれば、光通信用光学デバイスに対して優れた分波特性を付与することが可能な温度補償用部材を提供することができる。
　本発明の温度補償用部材は、カチオン％で、Ｐ５＋　０．１％以上、及びＳｎ２＋　１％以上を含有するガラスからなる。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を説明する。なお、特に断りがない限り、以下の各成分の含有量に関する説明において、「％」は「カチオン％」または「アニオン％」を意味する。
　Ｐ５＋はガラス骨格の構成成分である。また、ｄｎ／ｄＴを低下させることができ、結果としてｄＳ／ｄＴの絶対値を低下させる効果を有する。また、光透過率を高める効果を有する。特に、高屈折率のガラスの場合は、Ｐ５＋による光透過率向上の効果が得られやすい。また、失透を抑制する効果も有する。Ｐ５＋の含有量は０．１％以上であり、１％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましく、１０％以上であることがさらに好ましく、２０％以上であることが特に好ましい。Ｐ５＋の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ｐ５＋の含有量が多すぎると、Ｓｎ２＋の含有量が相対的に少なくなって、屈折率が低下しやすくなるとともに、耐候性が低下しやすくなる。よって、Ｐ５＋の含有量は７０％以下であることが好ましく、６５％以下であることがより好ましく、６０％以下であることがさらに好ましく、５５％以下であることが特に好ましく、５０％以下であることが最も好ましい。
　Ｓｎ２＋もｄｎ／ｄＴを効果的に低下させることができ、結果としてｄＳ／ｄＴの絶対値を低下させる効果を有する。また、高屈折率化、低屈伏点化、化学耐久性や耐候性の向上等の効果もある。Ｓｎ２＋の含有量は１％以上であり、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましく、１５％以上であることがさらに好ましく、２０％以上であることが特に好ましく、２５％以上であることが最も好ましい。Ｓｎ２＋の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Ｓｎ２＋の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなったり、耐失透性が低下しやすくなる。よって、Ｓｎ２＋の含有量は９０％以下であることが好ましく、８７．５％以下であることがより好ましく、８５％以下であることがさらに好ましく、８２．５％以下であることが特に好ましい。
　本発明において、耐失透性に優れ、機械的強度の高いガラスを得るためには、Ｐ５＋＋Ｓｎ２＋の含有量を調整することが好ましい。具体的には、Ｐ５＋＋Ｓｎ２＋の含有量は３０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがより好ましく、５０％以上であることがさらに好ましく、７０％以上であることが特に好ましく、８０％以上であることが最も好ましい。なお上限は特に限定されず、Ｐ５＋＋Ｓｎ２＋の含有量が１００％であってもよいが、他の成分を含有する場合は、９９．９％以下であることが好ましく、９９％以下であることがより好ましく、９５％以下であることがさらに好ましく、９０％以下であることが特に好ましい。
　本発明の温度補償用部材を構成するガラスには、上記成分以外にも、下記のカチオン成分を含有させることができる。
　Ｂ３＋はガラス骨格を構成する成分である。また、耐候性を向上させる効果があり、特に、ガラス中のＰ５＋等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。Ｂ３＋の含有量は０～５０％であることが好ましく、０．１～４５％であることがより好ましく、０．５～４０％であることがさらに好ましい。Ｂ３＋の含有量が多すぎると、屈折率が低下しやすくなる。また、耐失透性が低下しやすくなる。
　Ｓｉ４＋もガラス骨格を構成する成分である。また、耐候性を向上させる効果があり、特に、ガラス中のＰ５＋等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。Ｓｉ４＋の含有量は０～２０％であることが好ましく、０．１～１５％であることがより好ましい。Ｓｉ４＋の含有量が多すぎると、屈折率が低下したり、屈伏点が高くなりやすい。また、未溶解による脈理や気泡がガラス中に残存し、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たさなくなる可能性がある。
　Ａｌ３＋は、Ｓｉ４＋やＢ３＋とともにガラス骨格を構成することが可能な成分である。また、耐候性を向上させる効果があり、特に、ガラス中のＰ５＋等の成分が水中へ選択的に溶出することを抑制する効果が大きい。Ａｌ３＋の含有量は０～２０％であることが好ましく、０．１～１５％であることがより好ましい。Ａｌ３＋の含有量が多すぎると、失透しやすくなる。また、光透過率が低下する傾向がある。さらに、溶融温度が高くなって、未溶解による脈理や気泡がガラス中に残存しやすくなる。その結果、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たさなくなる可能性がある。
　Ｚｎ２＋は融剤として作用する成分である。また、耐候性を向上させ、研磨洗浄水等の各種洗浄溶液中へのガラス成分の溶出を抑制したり、高温多湿状態でのガラス表面の変質を抑制したりする効果がある。また、Ｚｎ２＋はガラス化を安定にする効果もある。以上に鑑み、Ｚｎ２＋の含有量は０～４０％であることが好ましく、０．１～３０％であることがより好ましく、０．２～２０％であることがさらに好ましい。Ｚｎ２＋の含有量が多すぎると、光透過率が低下したり、失透しやすくなる。
　Ｔｉ４＋は屈折率を高めたり、耐失透性を向上させる効果がある。但し、その含有量が多すぎると、光透過率が低下する傾向がある。特に、不純物としてＦｅイオンがガラス中に多く含まれる場合（例えば２０ｐｐｍ以上）に光透過率が顕著に低下する傾向がある。また、耐失透性が低下しやすくなる。従って、Ｔｉ４＋の含有量は０～２０％であることが好ましく、０．１～１５％であることがより好ましく、１～１０％であることがさらに好ましい。
　Ｂ３＋＋Ｓｉ４＋＋Ａｌ３＋＋Ｚｎ２＋＋Ｔｉ４＋の含有量は０～５０％であることが好ましく、０～３０％であることがより好ましく、０．１～２５％であることがさらに好ましく、０．５～２０％であることが特に好ましく、０．７５～１５％であることが最も好ましい。Ｂ３＋＋Ｓｉ４＋＋Ａｌ３＋＋Ｚｎ２＋＋Ｔｉ４＋の含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。また、溶融温度の上昇に伴いＳｎ金属等が析出し、光透過率が低下しやすくなる。なお、耐候性を向上させる観点からは、Ｂ３＋＋Ｓｉ４＋＋Ａｌ３＋＋Ｚｎ２＋＋Ｔｉ４＋を０．１％以上含有させることが好ましい。
　Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋及びＢａ２＋（アルカリ土類金属イオン）は融剤として作用する成分である。また、耐候性を向上させ、研磨洗浄水等の各種洗浄溶液中へのガラス成分の溶出を抑制したり、高温多湿状態でのガラス表面の変質を抑制したりする効果がある。但し、これらの成分の含有量が多すぎると、液相温度が上昇（液相粘度が低下）して、溶融または成形工程中に失透物が析出しやすくなる傾向がある。その結果、量産化しにくくなる。なお、これらの成分は屈折率を大きく変動させないという特徴がある。以上に鑑み、Ｍｇ２＋＋Ｃａ２＋＋Ｓｒ２＋＋Ｂａ２＋の含有量は０～１０％であることが好ましく、０～７．５％であることがより好ましく、０．１～５％であることがさらに好ましく、０．２～１．５％であることが特に好ましい。
　Ｚｒ４＋は耐候性を向上させる成分である。但し、その含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。また、溶融温度の上昇に伴いＳｎ金属等が析出し、光透過率が低下しやすくなる。従って、Ｚｒ４＋の含有量は０～２％であることが好ましく、０～１．５％であることがより好ましく、０．１～１％であることがさらに好ましく、０．２～０．５％であることが特に好ましい。
　本発明の温度補償用部材を構成するガラスには、発明の効果を損なわない範囲で、上記成分以外にも種々の成分を含有させることができる。例えば、Ｌａ３＋、Ｇｄ３＋、Ｔａ５＋、Ｗ６＋、Ｎｂ５＋、Ｙ３＋、Ｙｂ３＋、Ｇｅ４＋及びＳ６＋等を含有させても構わない。
　なお、Ｌｉ＋、Ｎａ＋及びＫ＋は化学耐久性を低下させる成分であるため、その含有量はそれぞれ１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、１％以下であることがさらに好ましく、含有させないことが特に好ましい。
　Ｔｅ４＋、Ｂｉ３＋、Ｉｎ３＋及びＧａ３＋は光透過率を低下させやすい成分であるため、その含有量はそれぞれ１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、１％以下であることがさらに好ましく、含有させないことが特に好ましい。
　Ｆｅ３＋、Ｎｉ２＋及びＣｏ２＋は光透過率を顕著に低下させる成分である。よって、これら成分の含有量はそれぞれ０．１％未満であることが好ましく、含有させないことがより好ましい。
　また、Ｃｅ４＋、Ｐｒ３＋、Ｎｄ３＋、Ｅｕ３＋、Ｔｂ３＋及びＥｒ３＋等の希土類成分も光透過率を低下させるおそれがあるため、これらの成分の含有量はそれぞれ０．１％未満であることが好ましく、含有させないことがより好ましい。
　なお、環境上の理由から、Ｐｂ２＋及びＡｓ３＋の含有量はそれぞれ０．１％未満であることが好ましく、含有させないことがより好ましい。
　本発明の温度補償用部材を構成するガラスは、アニオン％で、Ｏ２－　３０～１００％、及びＦ－＋Ｃｌ－　０～７０％を含有することが好ましく、Ｏ２－　４０～９９．９％、及びＦ－＋Ｃｌ－　０．１～６０％を含有することがより好ましく、Ｏ２－　５０～９９．５％、及びＦ－＋Ｃｌ－　０．５～５０％を含有することがさらに好ましく、Ｏ２－　７０～９９％、及びＦ－＋Ｃｌ－　１～３０％を含有することが特に好ましく、Ｏ２－　８０～９８％、及びＦ－＋Ｃｌ－　２～２０％を含有することが最も好ましい。Ｆ－及びＣｌ－を積極的に含有させることにより、ｄｎ／ｄＴを低下させやすくなる。ただし、その含有量が多すぎると、溶融時の揮発性が高くなり脈理が発生しやすくなる。なお、Ｆ－やＣｌ－を導入するための原料としては、ＳｎＦ２やＳｎＣｌ２の他、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａのフッ化物及び塩化物が挙げられる。
　上記成分以外にも、Ｂｒ－等を含有させてもよい。
　本発明の温度補償用部材は、２０～６０℃において屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが－５×１０－６／℃以下であり、－６×１０－６／℃以下であることが好ましく、－７×１０－６／℃以下であることがより好ましく、－８×１０－６／℃以下であることがさらに好ましい。ｄｎ／ｄＴが大きすぎると、光路長の温度係数ｄＳ／ｄＴが大きくなって、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たしにくくなる。
　本発明の温度補償用部材は、２０～６０℃において下記式（１）により表される光路長の温度係数ｄＳ／ｄＴが－１５×１０－６～１５×１０－６／℃であることが好ましく、－１０×１０－６～１０×１０－６／℃であることがより好ましく、－９×１０－６～９×１０－６／℃であることがさらに好ましく、－８×１０－６～８×１０－６／℃であることが特に好ましく、－７×１０－６～７×１０－６／℃であることが最も好ましい。ｄＳ／ｄＴが小さすぎる、または大きすぎる（即ち、ｄＳ／ｄＴの絶対値が大きすぎる）と、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たしにくくなる。
　　ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα　・・・（１）
　　ここで、Ｓは光路長、Ｔは温度、ｎは屈折率、αは熱膨張係数を表す。
　温度補償用部材の屈折率が大きくなることにより光路長を短くなるため、温度補償部材の薄型化を図ることが可能となる。ただし、温度補償用部材の屈折率が高すぎると、ガラスが不安定になる傾向がある。以上に鑑み、本発明の温度補償用部材の屈折率（ｎｄ）は１．６～１．９５であることが好ましく、１．６５～１．９であることがより好ましく、１．７～１．９であることがさらに好ましく、１．７５～１．９であることが特に好ましい。また、本発明の温度補償用部材の波長１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおける屈折率はそれぞれ１．５５～１．９５であることが好ましく、１．６～１．９５であることがより好ましく、１．６５～１．９であることがさらに好ましく、１．７～１．９であることが特に好ましく、１．７５～１．９であることが最も好ましい。
　本発明の温度補償用部材の－４０～１００℃における熱膨張係数は８０～２００×１０－７／℃であることが好ましく、１００～１８０×１０－７／℃であることがより好ましく、１２０～１６０×１０－７／℃であることがさらに好ましい。熱膨張係数が小さすぎると、ｄｎ／ｄＴが大きくなりやすい。一方、熱膨張係数が大きすぎると、サーマルショックにより破損しやすくある。また、光通信用光学デバイスに使用する際に、被接合部材との熱膨張係数がマッチングしにくくなる。
　本発明の温度補償用部材の－４０～２０℃における熱膨張係数α－４０～２０と２０～１００℃における熱膨張係数α２０～１００との差｜α－４０～２０－α２０～１００｜は５×１０－７／℃以下であることが好ましく、２．５×１０－７／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数の差｜α－４０～２０－α２０～１００｜が上記範囲内であると、室温付近において優れた温度補償機能を発揮することが可能となる。
　本発明の温度補償用部材の－４０～１００℃における熱膨張係数α－４０～１００と１００～２００℃における熱膨張係数α１００～２００との差｜α－４０～１００－α１００～２００｜は５×１０－７／℃以下であることが好ましく、２．５×１０－７／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数の差｜α－４０～１００－α１００～２００｜が上記範囲内であると、高温環境下（例えば１００℃付近）において、優れた温度補償機能を発揮することが可能となる。
　本発明の温度補償用部材の屈伏点は５００℃以下であることが好ましく、４５０℃以下であることがより好ましく、４２５℃以下であることがさらに好ましく、４２０℃以下であることが特に好ましい。温度補償用部材の屈伏点が高すぎると、モールドプレス成形やドロー成形等の二次加工が困難になる傾向がある。
　本発明の温度補償用部材の波長１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおける厚さ１０ｍｍでの内部透過率は、９８％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましく、９９．５％以上であることがさらに好ましい。本発明の温度補償用部材の波長１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおける内部透過率が低すぎると、光通信用光学デバイスの構成部材としての要求品位を満たしにくくなる。
　本発明の温度補償用部材のＪＯＧＩＳに基づく耐水性は３級以上、耐酸性は２級以上であることが好ましい。温度補償用部材の耐水性及び耐酸性が上記範囲外である場合、研磨加工後の洗浄や高温高湿下の使用により表面劣化が生じやすくなる。
　本発明の温度補償用部材は、所望の組成になるように原料を調合した後、溶融炉中で溶融し、所望の形状（例えば板状）に成形することにより得られる。原料としてピロリン酸第一スズ（Ｓｎ２Ｐ２Ｏ７）を用いることにより、得られるガラスが均質になりやすくなる。また、原料として、フッ化物や塩化物からなる原料を用いることにより、ｄｎ／ｄＴを効果的に低下させることが可能となる。なお、一次溶融によりカレットを作製後、当該カレットを用いて二次溶融を行なうことにより、各特性の調整や組成の均質化を図ることができる。組成が均質化されることにより、光透過率の高いガラスを得ることができる。
　溶融雰囲気は不活性雰囲気または還元性雰囲気とすることが好ましい。例えば、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気中で溶融することにより、均質なガラスが得られやすくなる。ガラス溶融用容器としては、白金や金等の金属、耐火物、石英ガラス、グラッシーカーボン等を使用することができる。金属製容器のうち、特に金製容器はＳｎ成分との合金反応が起こりにくいため好ましい。なお、金属製容器としては、ＺｒＯ２等の酸化物を分散させた強化金属材料を使用することが好ましい。
　本発明の温度補償用部材は、アレイドウエーブガイドや平面光回路等の導波路デバイスやファイバブラッググレーティングやエタロンの構成部材として用いることができる。例えば、エタロンは、角柱や円柱状等に成形した温度補償用部材の対向する両端面にハーフミラーを形成した構造を有している。
　以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　表１～４は本発明の実施例（Ｎｏ．１～３６）及び比較例（Ｎｏ．３７）を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　各試料は次のようにして作製した。
　まず、表に示す各組成になるように酸化物、フッ化物、塩化物等の原料を調合し、石英坩堝を用いて窒素雰囲気中にて７００～１０００℃で１時間溶融した。なお、フッ化物原料としてはＳｎＦ２、塩化物原料としてはＳｎＣｌ２を用いた。得られた溶融ガラスを、予熱した金属板上に流し出し、アニール後、各測定に適した試料を作製した。
　得られた試料について、屈折率、熱膨張係数、屈伏点、ｄｎ／ｄＴ、ｄＳ／ｄＴ、内部透過率、耐酸性及び耐水性を測定した。結果を表１～４に示す。
　屈折率は、島津製作所製　ＫＰＲ－２０００を用いて、ヘリウムランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）及びＬＤ光源（１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ）に対する測定値で示した。
　熱膨張係数及び屈伏点は熱膨張測定装置（ｄｉｌａｔｏ　ｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。熱膨張係数は、－４０～１００℃（α－４０～１００）、１００～２００℃（α１００～２００）、－４０～２０℃（α－４０～２０）、及び２０～１００℃（α２０～１００）の各範囲について測定した。
　ｄｎ／ｄＴは、上記ｄ線の２０℃における屈折率ｎｄ１及び６０℃における屈折率ｎｄ２の値を用い、ｄｎ／ｄＴ＝（ｎｄ２－ｎｄ１）／（６０－２０）の式から算出した。
　ｄＳ／ｄＴは、上記ｄｎ／ｄＴの値、２０℃における屈折率ｎｄ１及び熱膨張係数（－４０～１００℃）の値を用い、ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎｄ１×αの式から算出した。
　内部透過率は以下のようにして測定した。まず分光光度計（株式会社島津製作所製ＵＶ－３１００）を用いて、光学研磨された厚さ５ｍｍ±０．１ｍｍ及び１０ｍｍ±０．１ｍｍの各試料について、表面反射損失を含む透過率を０．５ｎｍ間隔で測定し、得られた測定値から波長１３１０ｎｍ及び１５００ｎｍにおける内部透過率を算出した。
　耐水性及び耐酸性はＪＯＧＩＳに定める粉末法に基づき測定した。
　表１～４に示すように、実施例であるＮｏ．１～３６の試料はｄｎ／ｄＴが－１０×１０－６／℃以下と小さく、ｄＳ／ｄＴが１～１４×１０－６／℃と絶対値が小さかった。一方、比較例であるＮｏ．３７の試料はｄｎ／ｄＴが７．５×１０－６／℃と大きく、ｄＳ／ｄＴが２０×１０－６／℃と絶対値が大きかった。
　本発明の温度補償用部材は、所定の形状に適宜成形することにより、各種光ディスクシステムの光ピックアップレンズや、ビデオカメラ、一般のカメラの撮影用レンズ等として利用することもできる。その他、粉末状の温度補償用部材を蛍光体粉末と複合化することにより、紫外光や可視光の波長を変化させるための波長変換部材として使用することも可能である。

Claims (11)

  1. 　カチオン％で、Ｐ５＋　０．１％以上、及びＳｎ２＋　１％以上を含有するガラスからなり、２０～６０℃における屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが－５×１０－６／℃以下であることを特徴とする温度補償用部材。
  2. 　下記式（１）により表される２０～６０℃における光路長の温度係数ｄＳ／ｄＴが－１５×１０－６～１５×１０－６／℃であることを特徴とする請求項１に記載の温度補償用部材。
    　　ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα　・・・（１）
    　　ここで、Ｓは光路長、Ｔは温度、ｎは屈折率、αは熱膨張係数を表す。
  3. 　カチオン％で、Ｐ５＋　１０～７０％、及びＳｎ２＋　１０～９０％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の温度補償用部材。
  4. 　アニオン％で、Ｏ２－　３０～１００％、及びＦ－＋Ｃｌ－　０～７０％を含有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の温度補償用部材。
  5. 　カチオン％で、Ｂ３＋＋Ｓｉ４＋＋Ａｌ３＋＋Ｚｎ２＋＋Ｔｉ４＋　０～５０％を含有することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の温度補償用部材。
  6. 　屈折率ｎｄが１．６以上であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の温度補償用部材。
  7. 　－４０～１００℃における熱膨張係数が８０～２００×１０－７／℃であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の温度補償用部材。
  8. 　屈伏点が５００℃以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の温度補償用部材。
  9. 　波長１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおける厚さ１０ｍｍでの内部透過率が９８％以上であることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の光学ガラス。
  10. 　ＪＯＧＩＳに基づく耐水性が３級以上、耐酸性が２級以上であることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の温度補償用部材。
  11. 　請求項１～１０のいずれか一項に記載の温度補償用部材を用いたことを特徴とする光通信用光学デバイス。
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