[发明专利]碱金属锌硅酸盐玻璃系统中的芯玻璃及纤维光学光导

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于纤维光学光导的碱金属锌硅酸盐玻璃系统(Alkali-Zink-Silikat-Glassystem)中的芯玻璃以及一种具有由所述玻璃制成的芯玻璃的纤维光学光导。 

背景技术

纤维光学光导对于光传输在极为多样的技术和医学领域(例如在普遍的工业技术、照明技术和交通技术、汽车工业、牙科医学、内窥镜检查中等等)被越来越多地推广。由于其良好的热耐受性和化学耐受性而通常使用由玻璃制成的纤维光学光导，所述纤维光学光导由聚成纤维束的单个纤维组成。单个的光导纤维通过全反射来传导光。被最好地推广的光导纤维是阶跃纤维，所述阶跃纤维由芯玻璃制成的芯组成，其中，该芯玻璃具有在其横截面上恒定的折射率。该芯玻璃被由包层玻璃制成的包层包围，所述包层玻璃具有比所述芯玻璃低的折射率。在芯玻璃与包层玻璃之间的分界面上出现全反射。 

能够被耦合到这样的纤维中的光通量与纤维的数值孔径(NA)的平方以及纤维芯的横截面积成正比。 

除了数值孔径之外，光在纤维中的损耗也起了重要作用。因此，仅可以应用低损耗的芯玻璃。用于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其制造的光导的过于高昂的制造成本。此外，出于与环境相关的原因而不可以再使用有毒的组分，诸如PbO、CdO、BeO、HgO、Tl₂O、ThO₂。 

除了纤维光学光导传输的光通量之外，光穿过光导的低色偏的传输通常也起重要作用。基于含有所述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(Gelbstich)。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，在为区分例如健康和恶性组织摄制的图像文件中等。 

此外，特别是在可移动的应用中，纤维的可靠性是重要的，也就是在大约-50℃与110℃之间的温度变化要求下的抗老化性、对机械应力的稳定性、特别是耐振强度以及相对于环境影响的化学稳定性。在此，特别是芯的水解稳定性和酸稳定性是非常重要的。纤维的密度也非常重要，因为纤维的密度直接影响到飞机或者汽车的工作负荷和燃料消耗。阶跃纤维的密度主要通过芯玻璃的密度来确定。 

发明内容

本发明的任务在于，找到一种用于光学阶跃光纤的、可以物美价廉地制造的新型芯玻璃，以及一种具有这种芯玻璃的光学纤维。特别是芯玻璃与包层玻璃的反应应当特别地低。此外，芯玻璃和特别是应用该芯玻璃制造的纤维在不利的条件下(例如在高压釜中进行处理时)，应当尽可能小地被侵蚀，特别是所述芯玻璃应当属于酸稳定性等级1。 

该任务通过如下的碱金属锌硅酸盐玻璃系统内的芯玻璃来解决，所述芯玻璃(以基于氧化物的摩尔％计)含有54.5-65 SiO₂、18.5-30ZnO、8-20∑碱金属氧化物(Alkalioxide)、0.5-3 La₂O₃、2-5 ZrO₂、0.02-5 HfO₂、2.02-5 ZrO₂+HfO₂、0.4-6 BaO、0.0-6 SrO、0-2 MgO、0-2 CaO、0.4-6∑碱土金属氧化物(Erdalkalioxide)、0.5-3 Li₂O(而Li₂O不多于碱金属氧化物总量的25％)、＞58.5∑SiO₂+ZrO₂+HfO₂并且在该玻璃中Na₂O∶K₂O的比例为1∶1.1到1∶0.3以及ZnO∶BaO的比例大于3.5∶1。