作为芯玻璃用于纤维光学光导的光学玻璃以及具有该芯玻璃的纤维光学阶跃折射率光纤制造技术

描述一种作为芯玻璃用于纤维光学光导的新型光学玻璃，该光学玻璃具有如下组成成分（以基于氧化物的摩尔％计）：５０－６０　ＳｉＯ↓［２］、０－１５　Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］、１０－３５　ＢａＯ、０－１８　ＳｒＯ、１０－３５∑　ＳｒＯ＋ＢａＯ、０－１５　ＺｎＯ、１０－４０∑　ＳｒＯ，ＢａＯ＋ＺｎＯ、５－３５∑　Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］＋ＺｎＯ、０．１－１．９　Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、０－４　ＺｒＯ↓［２］、０－４　Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］、０－４　Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］、０－４　Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］、０－４∑　Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］＋Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］＋Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］、４．５－１０　Ｎａ↓［２］Ｏ、０．１－１　Ｋ↓［２］Ｏ、０－１．５　Ｒｂ↓［２］Ｏ、０－１．５　Ｃｓ↓［２］Ｏ、０－１．５∑　Ｒｂ↓［２］Ｏ＋Ｃｓ↓［２］Ｏ、４．８－１１∑碱氧化物、０－６　ＭｇＯ、０－＜５　ＣａＯ。此外，描述一种由所述的芯玻璃与含硼硅酸盐玻璃制成的包层组成的光学阶跃光纤，其中包层玻璃具有某一折射率值ｎ↓［ｄ］，该折射率值ｎ↓［ｄ］比芯玻璃的折射率值至少低２％，其中包层玻璃具有某一粘度，在纤维制造的温度下，该粘度等于或者优选大于芯玻璃的粘度并且具有某一线性热膨胀系数σ，该线性热膨胀系数等于或者特别是比芯玻璃的线性热膨胀系数小至少２.１０↑［－６］Ｋ↑［－１］。

Optical glass used as fiber glass for fiber optical waveguide and fiber optical step index fiber with the core glass

As core glass for a new type of optical glass optical fibers, the optical glass has the following components (in mol% oxide meter based on SiO): 50 to 60 2, down 015 B: 2 O: 3, BaO, SrO, 1035 018 1035 SrO, 015 ZnO Sigma BaO 1040, sigma SrO, BaOZnO, 535 Sigma B: 2 O: 3 ZnO, 0.11.9 Al: 2 O: 3, ZrO: 2, 04 04 La: 2 O: 3, Y: 04 2: 3, O 04 Nb: 2 O: 5 sigma, 04 La: 2 O: 3 + Y: 2 O: 3 + Nb: 2 O: 5, 4.5 - 10 Na: 2 O, 0.1 - 1 K: 2 O, 0 - 1.5 Rb: 2 O, 0 1.5 Cs: 2 O, 0 - 1.5 Sigma Rb: 2 O + Cs: 2 O and 4.8 - 11, 0 - 6 Sigma alkali oxide MgO, 0 - < 5 CaO. In addition, a description of the optical order consists of the core glass and cladding made of boron silicate glass fiber step, the cladding glass has a refractive index value of N: D, the refractive index of N: D ratio value of at least 2% lower than the refractive index of the core glass, which the cladding glass has a viscosity in fiber manufacturing temperature, the viscosity is equal to or greater than the preferred core glass viscosity and has a linear thermal expansion coefficient r, the linear thermal expansion coefficient is equal to or especially than the core glass linear thermal expansion coefficient of at least 2.10 small arrows, 6 arrows, K 1.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的主题是一种新型光学玻璃，该新型光学玻璃作为芯玻璃 适合用于纤维光学光导，以及一种具有与基于硼硅酸盐的包层玻璃组 合的这种芯玻璃的纤维光学阶跃折射率光纤。
技术介绍
一般地，用于光传播的玻璃纤维由高折射的芯玻璃和包围该芯玻 璃的包层玻璃构造而成，该包层玻璃具有比芯玻璃的折射率低的折射 率。传播光的纤维形式的玻璃体被称为阶跃折射率光纤，在该玻璃体 中通过该芯玻璃的横截面的折射率恒定。这种类型的玻璃纤维将耦合 到该纤维的一端内的光传播到该纤维的另一端，其中光在芯玻璃与包 层玻璃之间的界面上被完全反射(全反射)。可以耦合到这样的纤维中并被传播的光量与纤维芯的横截面积和纤维的数值孔径(NA)平方成比例。为使尽可能大的光量通过短距离 至中距离(<100m)传播，这种阶跃光纤经常被包在一起形成紧密的 纤维束，设有保护软管，把其末端粘接在金属套内并通过磨光和抛光 把该端面处理成光学上平整的面。相应地，集束光学纤维束被称为纤 维光学光导。纤维光学光导被应用于极为多样的技术和医学领域(普遍的工业 技术、照明技术、交通技术、汽车工业、建筑、内窥镜检查、牙科医 学)。其重要的功能是从地点A向地点B，大多通过短距离至中距离(稍 小些直至最大为100m)传播尽可能大的光通量。在此，通常从功率强 劲的光源发出的光，例如卤素灯或放电灯的光借助诸如透镜/反射器的光学辅助工具被耦合到纤维束中。含有束的单纤维的NA越高，该光导就可以传播越大的光量。通过纤维光学光导传播的光量除了取决于该光导的纤维的NA之外，同样取决于含有纤维的芯玻璃的传输特性。只有由完全确定的特 殊的组成成分的和具有由极低杂质度的原料熔化而成的芯玻璃传导光 尽可能低损耗地通过整个光导长度。用来熔制这种芯玻璃的原料由于其高纯度而相当昂贵，这可以导 致这种纤维或由这种纤维制造的光导的巨大的制造成本。除了纤维光学光导传播的光量之外，穿过该光导低色偏地传播光 通常也是重要的。基于含有纤维的芯玻璃的光谱传输依赖性，发生被 耦合的光源的色度坐标或多或少强度的色移，这大多可以见于从光导 传出的光的黄度。这在由色中性显像决定的各个地方起到干扰作用， 例如在医用内窥镜中，在摄制的图像文件中来区分例如健康和恶性组 织等。此外，特别是在可移动的应用(汽车、飞机)中，纤维的可靠性，也就是说，在-4(TC与直至ll(TC之间的温度变化要求下的抗老化性和其 相对于环境影响的化学稳定性是重要的。此外，纤维或纤维束的密度 对于可移动的应用也是重要的，因为汽车或飞机的重量影响汽车或飞 机的消耗。阶跃折射率光纤的密度主要由芯玻璃的密度来决定。为了能够从纤维的一端向另一端传导限定的光量，遵循预先规定 的数值孔径和纤维横截面。如前所述，纤维可以凭借高孔径和低损耗 来传导高光量。该特性基本上由芯玻璃决定。在釆用高质量芯玻璃的7情况下，可以窄地选择横截面并节省重量。而芯玻璃的密度也具有决 定性的影响。芯玻璃的密度越小，结构件的重量越小。结构件的重量 越小，例如在预先规定总重量的载重汽车中净载重量就越高从而驱动 燃料消耗就越小。由多成分玻璃制造光学阶跃光纤，要么通过所谓的双坩埚法，要 么是棒-管法进行。在这两种情况下，芯玻璃和包层玻璃被加热至这样的温度，该温度与在104到103分帕 秒(dPa's)的粘度范围相对应， 并在此被拉长成为纤维。由此可以制造出稳定的、具有低损耗的纤维， 芯玻璃和包层玻璃必须在诸如粘度特性曲线、热膨胀、结晶倾向等一 系列特性方面彼此相容。特别是不允许在纤维芯与纤维包层之间的界 面内发生接触反应或结晶，这可能将明显地干扰在纤维芯中被引导的 光的全反射并由此可能将使得该纤维不适合用于低损耗的光传播。此 外，纤维的机械强度也可能由于结晶受到不利的影响。根据现有技术，已知三种不同的、被考虑用于这种应用的纤维系统。最为人所知且最广泛地被加工的纤维系统由高含铅量的芯玻璃 (大多》35。/。PbO)和作为包层玻璃的碱硼硅酸盐玻璃组成。其优点在 于，在低制造成本与良好的可拉成纤维的性能的情况下，实现高的数 值孔径(在芯玻璃PbO-成分〉50。/。的情况下，直至〉0.7)，而没有结 晶问题。与之相比，存在诸如中等至严重的损耗(=20(^lj300dB/km)以及 相比而言较强的色偏的缺点，主要是由铅-自吸收性(可见光谱的蓝边) 以及被引入的诸如铬和镍的强着色元素杂质造成的。此外，铅作为增 加环境负担的物质越来越陷入声名狼藉并因此在光纤的新发展中实际 不再使用。这种具有含铅的芯玻璃的纤维的另一个缺点是高密度，高 密度导致高的结构件重量。另一种纤维系统由碱硼硅酸盐玻璃组成，这种碱硼硅酸盐玻璃即 可被用作芯玻璃又可被用作包层玻璃。在专利文献中，例如在EP 0 081 928、 DE 28 40 451 C2或者US 4,264，131中描述了这些不同的玻璃系统。该玻璃除了含有高份额的硼 之外，还含有高份额的碱土和/或氧化锆石和氧化锗，以便实现所希望 的高折射率。这种玻璃的优点在于极其低的损耗(部分在40dB/km) 和在采用大多对环境无害的原料(存在变动方案的例外，该变动方案 含有高份额的钡，例如DE 29 40 451 C2)的同时的非常小的色偏。这 种玻璃系统的缺点在于纤维的大多较小的数值孔径NA以及不太高的化 学稳定性。后者取决于，纤维直接在其生产时紧随例如从双坩埚上的 喷嘴中拉出之后，在线被设置合成材料包层，作为对抗可能的化学和/ 或机械侵害的保护。此外，该低损耗以应用高纯度和由此昂贵的原料 作为代价。由此，两个最后所述的方面，高制造成本和合成材料包层 使得作为成束纤维的应用实际不再可能广泛采用。而是作为单纤维被 应用于大量专门的应用，用于数据-或者能量传播(激光纤维)。最后，作为第三种纤维系统的石英玻璃被考虑作为成束纤维，也 就是说，以纤维束的形式用于光传播。相对于石英玻璃的极端低的损 耗(至6dB/km)、非常好的色中性以及良好的环境亲和性的优点，髙 成本是重大的缺点。纯净的石英材料由于高加工温度而极其昂贵，此 外需要非常费力的掺杂工艺用于所谓的预制件，在掺杂工艺中，通过 把氟置入到圆柱形棒的表面内，获得纯净石英的所必需的折射率的降 低，该折射率的降低作为光学绝缘对于在后来的纤维中的光传播是必 需的。此外，石英纤维的可达到的NA恰好受到限制(=0.22)。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，在硼硅酸盐玻璃-系统中找到一种作为光学纤 维用芯玻璃的光学玻璃以及一种具有该芯玻璃的纤维光学阶跃折射率光纤，该玻璃具有在0.51之上的高数值孔径(NA)，在整个可见光谱 范围内具有低度至中度的损耗，仅具有小的色偏，而在纤维制造时具 有良好的可拉出性没有结晶或界面反应的趋向，具有在100(TC以下的 低的加工温度VA (VA用英语表达为working point (工作点)是这样的 温度，在该温度下玻璃具有l(^Pa，s的粘度)，可由物美价廉的原料制 造而成，具有小的密度(优选在3.6g，cm-s以下)以及与由硼硅酸盐玻 璃-系统制成的包层玻璃是相容的。该任务通过在权利要求1中所描述的芯玻璃和在权利要求7中所描 述的阶跃折射率光纤来解决。该玻璃具有1.58到1.65的折射率值nd、 50到59.本文档来自技高网...

【技术保护点】
含钡的、光学硼硅酸盐玻璃，具有１．５８到１．６５的折射率值ｎ↓［ｄ］和５０到５９．０的阿贝数ｖ↓［ｄ］，其特征在于如下组成成分（以基于氧化物的摩尔％计）　ＳｉＯ↓［２］　５０－６０　Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］　０－１５　Ｂａ Ｏ　１０－３５　ＳｒＯ　０－１８　ΣＳｒ、Ｂａ　１０－３５　ＺｎＯ　０－１５　ΣＳｒ、Ｂａ、Ｚｎ　１０－４０　ΣＢ↓［２］Ｏ↓［３］、ＺｎＯ　５－３５　Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］　０．１－１．９ 　ＺｒＯ↓［２］　０－４　Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］　０－４　Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］　０－４　Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］　０－４　ΣＬａ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］　０－４　 　Ｎａ↓［２］Ｏ　４．５－１０　Ｋ↓［２］Ｏ　０．１－１　Ｒｂ↓［２］Ｏ　０－１．５　Ｃｓ↓［２］Ｏ　０－１．５　ΣＲｂ↓［２］Ｏ、Ｃｓ↓［２］Ｏ　０－１．５　Σ碱土氧化物　４．８－１１　 ＭｇＯ　０－６　ＣａＯ　０－＜５。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌韦科尔伯格，阿克塞克科德特，莫尼卡吉尔克，斯蒂芬尼汉森，玛格达蕾娜温克勒特鲁德维希，沃尔夫冈艾斯，托马斯海因里希，洛塔尔维尔梅斯，沃尔弗拉姆格赫恩，马库斯卡佩尔，托马斯魏因加特纳，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]