JP2004021089A - 光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】アルカリ金属酸化物を必須成分とはせず温度変化による光路長変化が小さいガラスを構成要素として有する光学素子の提供。
【解決手段】波長が４５０〜１７００ｎｍの光に対して用いられ、該光が伝播するべきガラスを構成要素として有する、または該光が伝播するべきガラスからなる光学素子であって、該ガラスの波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ、２５℃におけるｎの温度変化率ｄｎ／ｄＴ、２５℃での線膨張係数αを用いて表されるｄＳ／ｄＴ（＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα）が８．９×１０−６／℃以下であり、かつ前記ガラスがアルカリ金属酸化物の質量百分率表示含有量が１％以下である光学素子。ｄＳ／ｄＴ。
【選択図】なし。
【解決手段】波長が４５０〜１７００ｎｍの光に対して用いられ、該光が伝播するべきガラスを構成要素として有する、または該光が伝播するべきガラスからなる光学素子であって、該ガラスの波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ、２５℃におけるｎの温度変化率ｄｎ／ｄＴ、２５℃での線膨張係数αを用いて表されるｄＳ／ｄＴ（＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα）が８．９×１０−６／℃以下であり、かつ前記ガラスがアルカリ金属酸化物の質量百分率表示含有量が１％以下である光学素子。ｄＳ／ｄＴ。
【選択図】なし。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度変化による光路長変化が小さい光学ガラス（アサーマルガラス）を構成要素として有する光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アサーマルガラスが構成要素として求められる光学素子としては、たとえばファブリーペロエタロン（以下単にエタロンという。）が挙げられる。
このようなアサーマルガラスとして特開２００２−２０１３６号公報には、質量百分率表示組成がＳｉＯ２ ２０〜７０％、Ｂ２Ｏ３ １０〜４０％、Ｃｓ２Ｏ １５〜６０％、ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋Ｃｓ２Ｏ≧８０％であるＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｃｓ２Ｏ系ガラスが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｃｓ２Ｏ系ガラスは温度変化による光路長変化が小さいという点では優れているが、アルカリ金属酸化物であるＣｓ２Ｏを多く含有しているので化学的耐久性が低いおそれがある。
本発明はアルカリ金属酸化物の含有量が小さいガラスであって温度変化による光路長変化が小さいガラスを構成要素として有する光学素子の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長が４５０〜１７００ｎｍの光に対して用いられ、該光が伝播するべきガラスを構成要素として有する、または該光が伝播するべきガラスからなる光学素子であって、該ガラスの波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ、２５℃におけるｎの温度変化率ｄｎ／ｄＴおよび２５℃における線膨張係数αを用いて下記式で表されるｄＳ／ｄＴが８．９×１０−６／℃以下であり、かつ前記ガラスがアルカリ金属酸化物を含有しない、またはアルカリ金属酸化物を含有してもその質量百分率表示含有量が１％以下であることを特徴とする光学素子を提供する。
ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の光学素子は波長が８５０〜１７００ｎｍである光を使用する光通信に好適である。
本発明の光学素子はｄＳ／ｄＴが８．９×１０−６／℃以下であるガラス（以下、本発明のガラスという。）を構成要素として有する光学素子、または本発明のガラスからなる光学素子である。
【０００６】
本発明のガラスはアルカリ金属酸化物を含有しない、またはアルカリ金属酸化物を含有してもその質量百分率表示含有量の合計Ｒ２Ｏが１％以下であるので、化学的耐久性に優れる。Ｒ２Ｏは好ましくは０．１％以下、より好ましくは１×１０−３％以下、特に好ましくは１×１０−５％以下である。
【０００７】
前者の光学素子においては本発明のガラス以外のものを構成要素として有する可能性を排除せず、そのようなものとしてたとえば本発明のガラスからなる２枚のガラス板を使用するエタロンが挙げられる。後者の光学素子においては本発明のガラスのみを構成要素として有し、そのようなものとしてたとえば、本発明のガラスからなる光ファイバグレーティング、光学レンズ、プリズム等が挙げられる。
【０００８】
本発明の光学素子としては、光ファイバグレーティング等のグレーティング構造を有するもの、エタロン、光学レンズ、プリズム等が挙げられる。
【０００９】
本発明のガラスはｄＳ／ｄＴが８．９×１０−６／℃以下であり、波長が４５０〜１７００ｎｍの光に対する光路長の温度変化による変化が小さい。ｄＳ／ｄＴは、好ましくは８．８×１０−６／℃以下、より好ましくは８．６×１０−６／℃以下である。
【００１０】
前記αは１０×１０−７／℃以下であることが好ましい。１０×１０−７／℃超では、本発明の光学素子が石英ガラス（２５℃における線膨張係数＝４×１０−７〜６×１０−７／℃）を本発明のガラスと接触すべき構成要素として有する場合、または石英ガラスを本発明の光学素子と接触するもしくは固定するものとして使用する場合、本発明のガラスと石英ガラスの膨張係数マッチングが困難になるおそれがある。より好ましくはαは８×１０−７／℃以下、特に好ましくは４×１０−７〜６×１０−７／℃である。
【００１１】
本発明のガラスは質量百分率表示で、ＳｉＯ２ ９０〜９８．８％、Ｆ １．２〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜８％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜８％、Ｐ２Ｏ５ ０〜８％、ＴｉＯ２ ０〜８％、から本質的になることが好ましい。
次に、この好ましい態様のガラスについて質量百分率表示を用いて説明する。ＳｉＯ２はネットワークフォーマであり必須である。９０％未満では化学的耐久性が低下する、または透過率が低下する等の問題が生じる。好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上である。
【００１２】
ＦはｄＳ／ｄＴを低下させる成分であり必須である。１．２％未満ではｄＳ／ｄＴが大きくなりすぎる。好ましくは１．４％以上、より好ましくは１．６％以上である。１０％超では化学的耐久性が低下する。
ＳｉＯ２とＦの含有量の合計は、好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上、特に好ましくは９８％以上である。
【００１３】
Ｂ２Ｏ３は必須ではないがｄｎ／ｄＴを小さくするために８％まで含有してもよい。８％超では化学的耐久性が低下するおそれがある。Ｂ２Ｏ３を含有する場合その含有量は好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．５％以上である。Ａｌ２Ｏ３は必須ではないがｄｎ／ｄＴを小さくするため、化学的耐久性を向上させるため、または強度を大きくするために８％まで含有してもよい。８％超ではαが大きくなりすぎるおそれがある。
【００１４】
Ｐ２Ｏ５は必須ではないがｄｎ／ｄＴを小さくするため、または粘度を低下させるために８％まで含有してもよい。８％超では化学的耐久性が低下するおそれがある。
ＴｉＯ２は必須ではないがαを小さくするために８％まで含有してもよい。８％超では透過率が低下するおそれがある。ＴｉＯ２を含有する場合その含有量は好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上である。
【００１５】
前記好ましい態様のガラスは本質的に上記成分からなるが、その他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。
なお、アルカリ金属酸化物は先に述べたように含有しない、または含有するとしてもその合計含有量は１％以下である。
また、遷移金属酸化物も含有しないことが好ましく、含有するとしてもその合計含有量は１×１０−５％以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の光学素子は周知の各光学素子の製造方法によって製造される。
また、本発明のガラスは、直接法、スート法（ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法）、プラズマ法、スパッタ法、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ法、等によって製造される。バルク状のガラスを得るためには、製造時の温度が低く、不純物の混入が避けられる点から、スート法が好ましい。薄膜状のガラスを得るためには、ＦＨＤ法またはスパッタ法が好ましい。
【００１７】
直接法またはスート法によって本発明のガラスを製造する方法としてはたとえば、ＳｉＦ４、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＰＯＣｌ３、ＴｉＣｌ４等の無機化合物原料、アルコキシド原料、エステル化合物原料等を石英ガラス形成原料とともに火炎加水分解させる方法、多孔質石英ガラス体をＳｉＦ４、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、ＢＦ３、ＳＦ６、ＢＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＰＯＣｌ３、ＴｉＣｌ４等の無機化合物原料、アルコキシド原料、エステル化合物原料等のガス雰囲気中または希釈液体中に保持して得られた多孔質ガラス体をガラス化する方法、等がある。
【００１８】
【実施例】
ＳｉＯ２およびＦを表に質量百分率表示で示す割合で含有する例１〜３のガラスをＶＡＤ法により作製した。すなわち、ＳｉＣｌ４を原料としてＶＡＤ法により多孔質石英ガラス体を作製し、この多孔質石英ガラス体をＳｉＦ４雰囲気下で９００〜１２５０℃に３時間保持してガラス化した。
例１〜３のガラスおよび石英ガラス（例４）について、ｎ、ｄｎ／ｄＴ（単位：１０−６／℃）およびα（単位：１０−７／℃）を以下のようにして測定し、ｄＳ／ｄＴ（単位：１０−６／℃）を算出した。
【００１９】
ｎ、ｄｎ／ｄＴ：ガラスを加工して厚みが１０ｍｍ、１辺が２０ｍｍの正三角形状プリズムを作製した。このプリズムについてカルニュー光学工業社製精密分光計ＧＭＲ−１を用いて波長が１５５０ｎｍの光に対する屈折率を−５〜＋６５℃の範囲で１０℃間隔で測定して、２５℃における屈折率および屈折率の温度変化率を求めた。
α：ＵＬＶＡＣ社製レーザー膨張計ＬＩＸ−１を用いて−１５０〜＋２００℃の範囲で測定した。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】
本発明によればアルカリ金属酸化物を必須成分とはしないガラスであって温度変化による光路長変化が小さいガラスを構成要素として有する光学素子、たとえば光ファイバグレーティング等のグレーティング構造を有する光学素子、エタロン等が得られる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度変化による光路長変化が小さい光学ガラス（アサーマルガラス）を構成要素として有する光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アサーマルガラスが構成要素として求められる光学素子としては、たとえばファブリーペロエタロン（以下単にエタロンという。）が挙げられる。
このようなアサーマルガラスとして特開２００２−２０１３６号公報には、質量百分率表示組成がＳｉＯ２ ２０〜７０％、Ｂ２Ｏ３ １０〜４０％、Ｃｓ２Ｏ １５〜６０％、ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋Ｃｓ２Ｏ≧８０％であるＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｃｓ２Ｏ系ガラスが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｃｓ２Ｏ系ガラスは温度変化による光路長変化が小さいという点では優れているが、アルカリ金属酸化物であるＣｓ２Ｏを多く含有しているので化学的耐久性が低いおそれがある。
本発明はアルカリ金属酸化物の含有量が小さいガラスであって温度変化による光路長変化が小さいガラスを構成要素として有する光学素子の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長が４５０〜１７００ｎｍの光に対して用いられ、該光が伝播するべきガラスを構成要素として有する、または該光が伝播するべきガラスからなる光学素子であって、該ガラスの波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ、２５℃におけるｎの温度変化率ｄｎ／ｄＴおよび２５℃における線膨張係数αを用いて下記式で表されるｄＳ／ｄＴが８．９×１０−６／℃以下であり、かつ前記ガラスがアルカリ金属酸化物を含有しない、またはアルカリ金属酸化物を含有してもその質量百分率表示含有量が１％以下であることを特徴とする光学素子を提供する。
ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の光学素子は波長が８５０〜１７００ｎｍである光を使用する光通信に好適である。
本発明の光学素子はｄＳ／ｄＴが８．９×１０−６／℃以下であるガラス（以下、本発明のガラスという。）を構成要素として有する光学素子、または本発明のガラスからなる光学素子である。
【０００６】
本発明のガラスはアルカリ金属酸化物を含有しない、またはアルカリ金属酸化物を含有してもその質量百分率表示含有量の合計Ｒ２Ｏが１％以下であるので、化学的耐久性に優れる。Ｒ２Ｏは好ましくは０．１％以下、より好ましくは１×１０−３％以下、特に好ましくは１×１０−５％以下である。
【０００７】
前者の光学素子においては本発明のガラス以外のものを構成要素として有する可能性を排除せず、そのようなものとしてたとえば本発明のガラスからなる２枚のガラス板を使用するエタロンが挙げられる。後者の光学素子においては本発明のガラスのみを構成要素として有し、そのようなものとしてたとえば、本発明のガラスからなる光ファイバグレーティング、光学レンズ、プリズム等が挙げられる。
【０００８】
本発明の光学素子としては、光ファイバグレーティング等のグレーティング構造を有するもの、エタロン、光学レンズ、プリズム等が挙げられる。
【０００９】
本発明のガラスはｄＳ／ｄＴが８．９×１０−６／℃以下であり、波長が４５０〜１７００ｎｍの光に対する光路長の温度変化による変化が小さい。ｄＳ／ｄＴは、好ましくは８．８×１０−６／℃以下、より好ましくは８．６×１０−６／℃以下である。
【００１０】
前記αは１０×１０−７／℃以下であることが好ましい。１０×１０−７／℃超では、本発明の光学素子が石英ガラス（２５℃における線膨張係数＝４×１０−７〜６×１０−７／℃）を本発明のガラスと接触すべき構成要素として有する場合、または石英ガラスを本発明の光学素子と接触するもしくは固定するものとして使用する場合、本発明のガラスと石英ガラスの膨張係数マッチングが困難になるおそれがある。より好ましくはαは８×１０−７／℃以下、特に好ましくは４×１０−７〜６×１０−７／℃である。
【００１１】
本発明のガラスは質量百分率表示で、ＳｉＯ２ ９０〜９８．８％、Ｆ １．２〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜８％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜８％、Ｐ２Ｏ５ ０〜８％、ＴｉＯ２ ０〜８％、から本質的になることが好ましい。
次に、この好ましい態様のガラスについて質量百分率表示を用いて説明する。ＳｉＯ２はネットワークフォーマであり必須である。９０％未満では化学的耐久性が低下する、または透過率が低下する等の問題が生じる。好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上である。
【００１２】
ＦはｄＳ／ｄＴを低下させる成分であり必須である。１．２％未満ではｄＳ／ｄＴが大きくなりすぎる。好ましくは１．４％以上、より好ましくは１．６％以上である。１０％超では化学的耐久性が低下する。
ＳｉＯ２とＦの含有量の合計は、好ましくは９２％以上、より好ましくは９５％以上、特に好ましくは９８％以上である。
【００１３】
Ｂ２Ｏ３は必須ではないがｄｎ／ｄＴを小さくするために８％まで含有してもよい。８％超では化学的耐久性が低下するおそれがある。Ｂ２Ｏ３を含有する場合その含有量は好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．５％以上である。Ａｌ２Ｏ３は必須ではないがｄｎ／ｄＴを小さくするため、化学的耐久性を向上させるため、または強度を大きくするために８％まで含有してもよい。８％超ではαが大きくなりすぎるおそれがある。
【００１４】
Ｐ２Ｏ５は必須ではないがｄｎ／ｄＴを小さくするため、または粘度を低下させるために８％まで含有してもよい。８％超では化学的耐久性が低下するおそれがある。
ＴｉＯ２は必須ではないがαを小さくするために８％まで含有してもよい。８％超では透過率が低下するおそれがある。ＴｉＯ２を含有する場合その含有量は好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上である。
【００１５】
前記好ましい態様のガラスは本質的に上記成分からなるが、その他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。
なお、アルカリ金属酸化物は先に述べたように含有しない、または含有するとしてもその合計含有量は１％以下である。
また、遷移金属酸化物も含有しないことが好ましく、含有するとしてもその合計含有量は１×１０−５％以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の光学素子は周知の各光学素子の製造方法によって製造される。
また、本発明のガラスは、直接法、スート法（ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法）、プラズマ法、スパッタ法、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ法、等によって製造される。バルク状のガラスを得るためには、製造時の温度が低く、不純物の混入が避けられる点から、スート法が好ましい。薄膜状のガラスを得るためには、ＦＨＤ法またはスパッタ法が好ましい。
【００１７】
直接法またはスート法によって本発明のガラスを製造する方法としてはたとえば、ＳｉＦ４、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＰＯＣｌ３、ＴｉＣｌ４等の無機化合物原料、アルコキシド原料、エステル化合物原料等を石英ガラス形成原料とともに火炎加水分解させる方法、多孔質石英ガラス体をＳｉＦ４、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、ＢＦ３、ＳＦ６、ＢＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＰＯＣｌ３、ＴｉＣｌ４等の無機化合物原料、アルコキシド原料、エステル化合物原料等のガス雰囲気中または希釈液体中に保持して得られた多孔質ガラス体をガラス化する方法、等がある。
【００１８】
【実施例】
ＳｉＯ２およびＦを表に質量百分率表示で示す割合で含有する例１〜３のガラスをＶＡＤ法により作製した。すなわち、ＳｉＣｌ４を原料としてＶＡＤ法により多孔質石英ガラス体を作製し、この多孔質石英ガラス体をＳｉＦ４雰囲気下で９００〜１２５０℃に３時間保持してガラス化した。
例１〜３のガラスおよび石英ガラス（例４）について、ｎ、ｄｎ／ｄＴ（単位：１０−６／℃）およびα（単位：１０−７／℃）を以下のようにして測定し、ｄＳ／ｄＴ（単位：１０−６／℃）を算出した。
【００１９】
ｎ、ｄｎ／ｄＴ：ガラスを加工して厚みが１０ｍｍ、１辺が２０ｍｍの正三角形状プリズムを作製した。このプリズムについてカルニュー光学工業社製精密分光計ＧＭＲ−１を用いて波長が１５５０ｎｍの光に対する屈折率を−５〜＋６５℃の範囲で１０℃間隔で測定して、２５℃における屈折率および屈折率の温度変化率を求めた。
α：ＵＬＶＡＣ社製レーザー膨張計ＬＩＸ−１を用いて−１５０〜＋２００℃の範囲で測定した。
【００２０】
【表１】
【発明の効果】
本発明によればアルカリ金属酸化物を必須成分とはしないガラスであって温度変化による光路長変化が小さいガラスを構成要素として有する光学素子、たとえば光ファイバグレーティング等のグレーティング構造を有する光学素子、エタロン等が得られる。
Claims (5)
- 波長が４５０〜１７００ｎｍの光に対して用いられ、該光が伝播するべきガラスを構成要素として有する、または該光が伝播するべきガラスからなる光学素子であって、該ガラスの波長１５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ、２５℃におけるｎの温度変化率ｄｎ／ｄＴおよび２５℃における線膨張係数αを用いて下記式で表されるｄＳ／ｄＴが８．９×１０−６／℃以下であり、かつ前記ガラスがアルカリ金属酸化物を含有しない、またはアルカリ金属酸化物を含有してもその質量百分率表示含有量が１％以下であることを特徴とする光学素子。
ｄＳ／ｄＴ＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα - αが１０×１０−７／℃以下である請求項１に記載の光学素子。
- ガラスが質量百分率表示で、ＳｉＯ２ ９０〜９８．８％、Ｆ １．２〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜８％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜８％、Ｐ２Ｏ５ ０〜８％、ＴｉＯ２ ０〜８％、から本質的になる請求項１または２に記載の光学素子。
- 光学素子がエタロンである請求項１、２または３に記載の光学素子。
- 光学素子がグレーティング構造を有するものである請求項１、２または３に記載の光学素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002178470A JP2004021089A (ja) | 2002-06-19 | 2002-06-19 | 光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004021089A true JP2004021089A (ja) | 2004-01-22 |
Family
ID=31176183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002178470A Withdrawn JP2004021089A (ja) | 2002-06-19 | 2002-06-19 | 光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004021089A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005194118A (ja) * | 2004-01-05 | 2005-07-21 | Asahi Glass Co Ltd | シリカガラス |
| WO2011068064A1 (ja) * | 2009-12-01 | 2011-06-09 | 旭硝子株式会社 | ＴｉＯ2を含有するシリカガラス |
-
2002
- 2002-06-19 JP JP2002178470A patent/JP2004021089A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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