WO2003053873A2 - Phase-separated glasses - Google Patents
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- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
Definitions
- the present invention relates to a phase-separated optical glass and a method for producing such a glass.
- the present invention further relates to optical elements, in particular a glass fiber and an optical amplifier, produced from the phase-separated glass according to the invention, and to a method for producing such a glass fiber.
- Phase separated glasses have long been known in the art.
- sodium borosilicate glasses are produced in which the sodium and boron compounds can be dissolved out of the glass and the silicate residue is then used to produce quartz glass by sintering at relatively low temperatures.
- Fluorine-tarnished glasses are also used to produce white lamp glasses.
- Glass ceramics that is, glasses with a glassy matrix and crystallites enclosed therein, are an exception.
- the prior art mentions several glass ceramics which are used as optical glasses.
- US 5,483,628 and US 5,537,505 describe glass ceramics for optical waveguides.
- WO 99/05071 and WO 99/28255 also describe transparent glass ceramics, which can also be doped with rare earth compounds.
- glass ceramics have some disadvantages.
- the crystallites enclosed in the matrix can cause transmission losses due to scattering mechanisms at the phase boundaries.
- glass fibers can be drawn from such materials only with difficulty and, depending on the crystallite size, these generally have only poor mechanical resistance. It is assumed that the crystallites or their phase boundaries form a kind of predetermined breaking points.
- Glass ceramics are also usually produced by tempering a green glass body. Reheating after tempering for fiber drawing can therefore change the crystal properties, such as the crystallite size and distribution, and change the properties of the glass ceramic.
- Heavy metal glasses such as tellurium oxide glasses (see, for example, EP 0 858 976), bismuth oxide glasses (see, for example, EP 1 127 858 A1) or antimony oxide glasses (WO 99/51537) have also been proposed as materials for optical amplifiers in the recent past, which are characterized by have a wide gain.
- such heavy metal oxide glasses have the disadvantage that they have a significantly higher refractive index of n 2 than the standard SiO 2 Have fibers of the telecommunications network, so that when connecting such amplifier fibers with the usual SiO ⁇ fibers, the so-called splicing, problems occur at the phase boundaries due to scattering losses and reflections.
- novel optical glasses which do not have the problems of the prior art.
- novel glasses are to be provided which can be used as materials for optical amplifiers.
- phase-separated optical glass which comprises an SiO 2 -based matrix and at least one type of discrete regions embedded in the matrix, the discrete regions embedded in the matrix having a composition different from the matrix, and these regions are essentially not crystalline.
- FIG. 1 shows emission spectra of samples from the examples and comparative examples.
- FIG. 2 shows transmission spectra of two Er-doped antimony silicate glasses.
- Figures 3 to 5 show greatly enlarged photographic images of glasses according to the invention.
- “essentially crystalline” means that less than 10% by volume, preferably less than 5% by volume, more preferably less than 1% by volume and very particularly preferably that no crystallites in the matrix According to a preferred embodiment of the present invention, there are also no crystallites in the matrix.
- optical glasses or glasses of optical quality are understood to mean glasses with defined linear and / or nonlinear optical properties, which are usually melted from high-purity starting components.
- passive and active optical glasses are understood to mean those which have as little or no interaction with the incident light and which have defined linear optical properties, such as transparency, refractive index, Abbe number, etc. Such passive optical glasses can be used, for example, as optical lenses be applied.
- active glasses are understood to mean glasses which have a defined interaction with incident light, such as non-linear optical properties, frequency doubling, stimulated emission, etc. Such active optical glasses can be used, for example, as core material of optical amplifiers, as laser resonator material, etc. Of course, active optical glasses generally also have defined passive properties.
- the glass according to the invention is preferably transparent.
- matrix means the continuous phase of the phase-separated optical glass according to the invention and stands in contrast to the areas embedded in the matrix in which it is preferably not continuous, but discontinuous or discrete areas within the matrix. “Continuous” in this context means that essentially all areas of the silicate phase are connected to one another and that only in exceptional cases is a silicate “droplet” completely enclosed by the other phase.
- two or more different types of regions can also be present in the matrix. These areas can be homogeneous or in turn have further discrete areas with a composition different from the matrix and / or the first discrete areas.
- crystallites can also be present in the amorphous regions, provided that these regions are still essentially crystal-free, as defined above.
- the areas embedded in the matrix preferably have a spherical or droplet-like shape.
- the regions also have a shape deviating from a spherical shape.
- ellipsoidal regions are present in the matrix in the glass according to the invention.
- the glass according to the invention preferably has a binodal phase distribution.
- the mixture tends to form or contain discrete spherical particles.
- the phase boundaries are equally sharp from the start of particle formation and during their growth. A phase separation takes place in that centers form in the metastable state and droplets form as a result of the growth of these centers, the composition of the matrix and droplets being defined from the start and remaining essentially constant at a constant temperature.
- a spinodal arrangement of the phases can also be present in the phase-separated glass.
- These systems tend to form phases with non-spherical particles that are highly interconnected.
- the phase boundary is rather diffuse at the beginning of the phase separation and becomes clearer with increasing phase separation.
- interconnected phases are defined from the start, with the differences in the phase compositions and the volume of the phases increasing over time.
- Such spinodal arrangements can be converted into binodal arrangements.
- the size of the discrete areas embedded in the matrix is preferably matched to the properties of the light irradiated during later use.
- the discrete particles preferably have a size such that no unintended interactions occur when light is irradiated.
- a clouding of a glass can occur through various mechanisms. With a particle diameter that is larger than the wavelength of the radiated light, the glass can be clouded by refraction and / or reflection. Light scattering can take place with a particle diameter which is approximately equal to the wavelength. If the particle diameter is smaller than the wavelength, the glass is transparent.
- the areas embedded in the matrix have a smaller diameter than the wavelength of the incident light.
- the average discrete regions embedded in the matrix have a diameter of at most 100 nm, particularly preferably at most 50 nm, and preferably at least 1 nm.
- the regions embedded in the matrix have a diameter of preferably at most 25 nm, more preferably at most 20 nm, particularly preferably at most 10 nm.
- the transmission spectra of two glasses according to the invention which have the same composition but differ in the diameter of the regions embedded in the matrix.
- the maximum transmission of the glass, which have embedded areas with a larger diameter is deteriorated compared to the glass, which have embedded areas with a smaller diameter.
- the diameter of the regions embedded in the matrix is in a range from 10 to 100 nm, preferably 20 to 50 nm.
- glasses of this embodiment can be used as an intensity filter.
- the matrix and embedded areas have a different refractive index n.
- the difference in the refractive index between the matrix and the embedded regions can also be sufficiently small so that, even when larger particles are present, there is essentially no clouding of the glass due to light refraction and / or reflections at the phase boundaries.
- the phase-separated optical glass according to the invention preferably comprises the following composition (in mol%):
- Heavy metal oxide 0-80 Silicon dioxide is preferably present in an amount of 30 to 75 mol%. In this area, the maximum strength of the glass composition is usually obtained.
- Oxides of elements which are selected from the group of oxides of the elements Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, W, Ti, Zr, Cd and / or In can also be present.
- Additional oxides can be included to adjust physicochemical or optical properties or to reduce the tendency to crystallize.
- At least one further classic network-forming component such as B 2 O 3 , Al 2 O 3 , GeO 2 , etc. is preferred.
- components can be present in the glass according to the invention which bring about stabilization of the glassy phase against crystallization, such as Al 2 O 3 , Z ⁇ O and Li 2 O. These components are preferably present in a total proportion of Al 2 O 3 + ZnO + Li 2 O of 0.1 to 20 mol%.
- Lithium oxide can be added to the glass composition according to the invention in a proportion of preferably 0.01 to 10 mol%, more preferably 0.1 to 5 mol%, in order to improve the phase separation and to prevent crystallization of the regions embedded in the matrix , Furthermore, the addition of Li 2 O may be preferred, since it can enlarge the glass formation areas in glasses containing heavy metal oxide.
- the glass according to the invention can contain fluorine in a proportion of 0.01 to 20 mol%, preferably 0.1 to 10 mol%, to improve the phase separation.
- Zinc oxide can be used to regulate particle size. Zinc oxide can occur both in the matrix phase and in the embedded areas. It is believed to change the surface tension of the embedded areas. If zinc oxide or ZnO is present in a proportion of at least about 0.4 mol%, this can result in smaller embedded areas. The addition of zinc oxide is particularly preferred if lithium oxide is present in a content of at least 0.2 mol%.
- Phosphate or phosphorus compounds can support phase separation in some glass compositions. In the case of such glass compositions, the addition of phosphate is therefore particularly preferred. Phosphorus oxides also differ from the silicate matrix in terms of their physical properties and therefore tend to form a separate phase. If there are other compounds in the melt which are more compatible with the phosphate phase than with the silicate phase, these can form the regions different from the silicate matrix together with the phosphate phase. It is assumed that this process can also be used to enrich compounds in the areas other than the silicate matrix, which would just be soluble in the silicate matrix without the addition of phosphate.
- the matrix is preferably a multicomponent system, with at least three components preferably being present side by side in the matrix.
- the matrix contains silicon dioxide, aluminum oxide and potassium oxide, where potassium oxide can be replaced by other alkali metals and / or alkaline earth metals or can be present in a mixture with these.
- the phase-separated optical glass according to the invention also contains discrete regions embedded in the matrix, which have a different composition from the matrix and which are essentially non-crystalline.
- the composition according to the invention preferably contains a further compound which forms the main constituent of the regions embedded in the matrix.
- a further compound which forms the main constituent of the regions embedded in the matrix.
- part of the SiO 2 will also dissolve in the regions embedded in the matrix, just as part of the compound, which forms the main constituent of the regions embedded in the matrix, will also dissolve in the matrix.
- the further oxides which may be present can be distributed over both phases and can serve to stabilize and / or improve the physical properties of the matrix and / or of the regions embedded in the matrix.
- the molar fraction of the matrix components is greater than the molar fraction of the components which form the regions embedded in the matrix, for example the molar fraction of SiO 2 is 50 to 80 mol%, more preferably 60 to 70 Mol%, the molar proportion of the component which forms the main constituent of the regions embedded in the matrix, at 50 to 20 mol%, more preferably at 40 to 30 mol%.
- the regions embedded in the matrix preferably comprise at least one heavy metal compound.
- the proportion of the heavy metal compound in the glass composition is preferably at least 1 mol% on an oxide basis, more preferably at least 5 mol% on an oxide basis, particularly preferably at least 10 mol% on an oxide basis, and preferably at most 80 mol% on an oxide basis, more preferably at most 70 mol% on an oxide basis, particularly preferably at most 60 mol% on an oxide basis.
- a heavy metal compound is preferably selected from a group of compounds which is selected from compounds of antimony, molybdenum, tellurium, tungsten, arsenic, bismuth, tantalum, lanthanum, niobium and / or mixtures of these compounds. It is further preferred that the heavy metal compounds are heavy metal oxides. Compounds of these elements differ in molecular size and other physical properties from the silicate matrix, so that there is a tendency for phase separation in a silicate matrix.
- the glass according to the invention particularly preferably contains at least one heavy metal compound which is selected from compounds of antimony, molybdenum, tellurium, tungsten and / or mixtures of these compounds.
- These heavy metals in particular have a significantly lower bond strength to oxygen atoms compared to silicon. In the form of oxides, they have a much lower melting point than silicon dioxide. For these reasons, it is assumed that these heavy metal oxides are only poorly miscible, ie not compatible, with silicon dioxide in the molten state. As a result, discrete phases are formed when the starting compositions are melted in the liquid phase. When they cool down, these segregated phases remain and form a phase-separated glass.
- the glass according to the invention contains antimony oxide.
- the addition of boric acid to the glass composition deteriorates the phase separation.
- the addition of boron oxide or boric acid to the glass composition is therefore not preferred according to this embodiment of the present invention.
- the glass according to the invention according to this embodiment therefore preferably comprises only small amounts of at most 10 mol% and very particularly preferably essentially no boron oxide.
- BaO can also deteriorate the phase separation in glasses containing antimony oxide, and BaO is therefore preferably also present in a proportion of at most 10 mol% according to this embodiment of the present invention, more preferably the glass according to the invention contains essentially no BaO ,
- the expression “essentially none” means that this component is at most present as an impurity and is not added to the starting glass composition as an additional component.
- the glass according to the invention contains tellurium oxide and / or bismuth oxide.
- the glass according to the invention further comprises at least one rare earth compound in a content of 0.005 to 10 mol%, more preferably 0.01 to 5 mol%.
- the rare earth compound is preferably at least one oxide which is selected from oxides of Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and / or Lu. Oxides of the elements Er, Pr, Tm, Nd and / or Dy are particularly preferred.
- Sc and / or Y compounds can also be contained in the glass.
- the rare earth compounds used are one or more so-called “optically active compounds”, “optically active compounds” being understood to mean those which lead to the glass according to the invention being stimulated to be emitted are capable if the glass is excited by a suitable pump source.
- At least two rare earth compounds in a total amount of 0.01 to 15 mol% can also be used.
- Glasses with optically active rare earth ions can be codoped with optically inactive rare earth elements, for example to increase the emission lifespan of the glass.
- it can be coded with La and / or Y.
- it can, for example, also be codoped with other optically active rare earth compounds, such as Yb.
- Sc and / or Y compounds can also be present in the glass according to the invention.
- other rare earth ions such as Tm
- other wavelength ranges can be developed, such as the so-called S band between 1420 and 1520 nm in the case of Tm.
- sensitizers such as Yb, Ho and Nd can be added in an appropriate amount, for example 0.005 to 8 mol%.
- the content of each individual rare earth compound is preferably from 0.005 to 8 mol% on an oxide basis.
- rare earth compounds accumulate preferentially in the discrete areas embedded in the matrix, provided that these are areas containing heavy metal oxide. It is assumed that the rare earth compounds also dissolve in the silicate matrix only when these areas are supersaturated.
- the areas embedded in the matrix can contain, in addition to the heavy metal oxide compound and possibly the rare earth compounds, further oxides, for example alkali and / or alkaline earth compounds and / or portions of network formers, such as SiO 2 , Al 2 O 3 .
- further oxides can therefore usually dissolve both in the matrix and in the regions embedded in the matrix and they can also be present in both phases at the same time.
- these additional oxides can be used to stabilize against crystallization.
- the phase-separated glass according to the invention is used as an optically active glass of an optical amplifier.
- the addition of at least one component such as B 2 0 3 , Al 2 0 3 , Ge0 2 , etc. is particularly preferred.
- oxides of W and or Ga can serve to increase the D ⁇ value, ie to broaden the emission cross section.
- the addition of alkali oxides is particularly advantageous if the glass is to be used for planar optical amplifiers using the ion exchange technique.
- Li 2 0 as a glass component is advantageous according to this embodiment if an optical amplifier with particularly good efficiency is to be generated in the L-band.
- the present invention further relates to a method for producing the phase-separated optical glass according to the invention, which comprises the steps of mixing the starting composition and melting these starting components.
- phase separation is preferably carried out solely by the starting composition of the components. According to the present invention, it is preferably not necessary to introduce special tempering steps in order to cause the at least two phases to separate.
- Demixing can occur, for example, in the case of glasses containing antimony oxide even at high temperatures of greater than 1000.degree.
- the heavy metal oxides also dissolve to a certain extent in the silicate phase, even if the majority of the heavy metal oxides form the discrete areas embedded in the matrix, and that Si0 2 also to a certain extent also in the heavy metal oxide-containing areas Phase solves. Therefore, depending on the solubility of the respective heavy metal oxide from the silicate matrix used may be preferred according to certain embodiments to add larger proportions of heavy metal oxide compounds to the starting mixture than is present later as a separate phase in the glass according to the invention.
- the heavy metal compound in cases in which La 2 0 3 , Nb 2 0 5 , Ta 2 0 5 , Sb 0 3 , W0 3 , and / or mixtures thereof are used as the heavy metal compound in the glass according to the invention, the heavy metal compound preferably has a proportion of 1 to 60 mol% of the starting batch. In cases in which Mo0 3 , Bi 2 ⁇ 3, Te0 2 and / or mixtures thereof are used as the heavy metal compound in the glass according to the invention, the heavy metal compound preferably has a proportion of 1 to 80 mol% of the starting mixture.
- fluorides preferably alkali and / or alkaline earth fluorides
- the fluorides NaF, CaF 2 , AIF 3 and / or mixtures thereof are particularly preferably added to the mixture.
- the starting components of the glass according to the invention are preferably predried before melting, since even a lower moisture content generally worsens the active and passive optical properties of glasses and, for example, can lead to shorter fluorescence lifetimes for glasses containing Er.
- melt by blowing in preferably dry oxygen, so-called 0 2 -bubbling.
- Drying of the melt can also be achieved by adding some of the starting components to the batch as bromides.
- the starting components In front- up to 25 mol% of the alkali and / or alkaline earth compounds and / or of Al 2 0 3 can preferably be added in the form of bromides.
- the glass After melting, the glass may be annealed prior to molding in accordance with one embodiment of the present invention.
- the glass according to the invention is cooled to room temperature after molding. It is preferred according to the invention that the glasses are relatively quick, i.e. with cooling rates of preferably at least 5 K h, more preferably of at least 10 K / h. Such cooling rates, which are fast for optical glasses, can result in a smaller diameter of the regions embedded in the matrix, which is preferred according to some embodiments of the present invention.
- a larger diameter of the regions embedded in the matrix may be desired, so that, according to these embodiments, slower cooling rates are preferred.
- the glass is quenched, i.e. cooled very quickly to room temperature.
- Larger glass volumes can be quenched by water cooling and or roller cooling.
- water cooling is generally not required in such glass products in order to achieve rapid cooling rates.
- Tempering or tempering the glasses near the melting point of the heavy metal oxide generally did not lead to any optical change in the glasses according to the invention. However, if the glass is heated to a temperature above the melting point of the areas embedded in the matrix warms, the heavy metal oxide-rich areas can melt, which in some glasses can lead to crystallization when the sample cools. According to the invention, the glasses according to the invention are therefore preferably no longer heated to a temperature above the melting temperature of the heavy metal oxide after the production.
- phase-separated glass according to the invention can be used particularly advantageously as optically active glass for an optical amplifier. Since glasses according to the invention can also be warped into fibers, for example, single-mode fibers can be produced with a rare earth-doped core for optical fiber amplifiers.
- FIG. 1 shows emission spectra of glasses according to the invention and not according to the invention for use as optically active glass for an optical amplifier.
- the glasses each have emission spectra of different widths, with the widest possible emission spectrum being preferred since this leads to a widened gain of the optical amplifier and optical amplifiers with a wide gain are desired in telecommunications.
- the first type (type A) has the narrowest and therefore the most unfavorable emission band.
- These glasses are compositions in which there are no two-phase glasses or in which the glass has crystallites in a proportion of> 10% by volume. In the case of erbium doping, these glasses have a pink color.
- glasses of the second type have a much wider emission band.
- These glasses are phase-separated glasses according to the invention according to one embodiment, which are essentially not crystalline. These glasses are usually yellowish in color.
- FIG. 1 thus shows that the phase-separated glasses according to the invention can achieve almost the same width of the emission spectrum as that of a pure antimony oxide glass, but at the same time its disadvantages, such as the difficult manufacture, can be avoided.
- a “glass in glass” in which different functionalities can be achieved in one material and these functionalities could not be present simultaneously in a homogeneous glass.
- the ones shown in FIG. 1 Glasses according to the invention have, for example, the following combination of properties:
- the phase-separated glass according to the invention has a longer fluorescence lifetime ⁇ than the glasses from the comparative examples.
- the glasses according to one embodiment of the invention have fluorescence lifetimes ⁇ of> 3 ms, preferably> 5 ms.
- the fluorescence lifetime ⁇ is the time at which the intensity of the fluorescence has dropped to 37% of the maximum intensity after the excitation light has been switched off.
- the present invention thus also relates to a glass fiber which comprises the glass according to the invention.
- a glass fiber which comprises the glass according to the invention.
- a double or triple crucible one or more outer glass jackets can also be applied to the fiber core simultaneously during the fiber drawing process.
- Such a glass fiber for an optical amplifier preferably has a core with a thickness of 1 to 15 ⁇ m and one or more glass jackets, so that an outer diameter of, for example, about 125 ⁇ m results.
- the glass according to the invention macroscopically has a refractive index which corresponds approximately to that of a conventional SiO 2 -based glass or is of the same order of magnitude.
- the glasses according to the invention macroscopically have a refractive index of ⁇ ⁇ 1.7 at 1300 nm. This low refractive index makes it possible, for example, for an amplifier fiber made from the glass according to the invention to be connected to the silicate glass fibers of the telecommunications network for optical amplifiers with little technical problems or outlay using methods customary in the prior art.
- Silicate glasses can also be selected for the coats.
- a cladding of an optical fiber should have physical properties similar to the core of an optical fiber. Since the glass according to the invention has the same macroscopic properties as a silicate glass, when using the glass according to the invention as the core glass of a glass fiber, the cladding glasses can also be of silicatic origin. This has the considerable advantage that the antimony oxide-containing shells required for homogeneous antimony oxide-containing glasses can be avoided, which are not advantageous for reasons of environmental protection and with regard to undesired crystallization. For example, crystallization-stable lead silicate glasses can be used as cladding glasses.
- the glass compositions given in the table below became glasses of the examples according to the invention and the glasses similar examples produced.
- High-purity raw materials were used.
- Anti-monoxide was dried to reduce the water content.
- all the glasses were melted in silica glass crucibles at about 1500 ° C.
- the silica glass crucible was arranged in an inductively heated platinum crucible. Dry oxygen was introduced into the melted mixture at 1550 ° C. for about 90 minutes.
- the molten glass composition was ⁇ A hour at about 1500 ° C allowed to stand before it was poured into pre-heated graphite molds.
- the samples were cooled uniformly at 450 ° C. for half an hour and cooled to room temperature at a rate of 15 K / h.
- the glasses of Examples A to L according to the invention all have the advantageous properties of an emission curve of type B, fluorescence lifetimes ⁇ of> 5 ms and a refractive index n at 1300 nm of approximately 1.6.
- the glasses from Examples B, C, D and F could be annealed at 700 ° C. without a significant change in the properties, such as, for example, separation of the phases.
- the heavy metal oxide content can be varied within a wide range, as examples A to F show. Furthermore, various other components can be contained in the glass according to the invention without the optical properties of the glass being impaired.
- the color of the glass can give an indication of the internal structure of the glass.
- Erbium (Er) usually dissolves in a phase containing heavy metal oxide in a yellowish color, whereas in the absence of a phase containing heavy metal oxide it dissolves in the silicate phase to form a pink or pink color.
- the color of the glass thus gives a first rough indication of whether the phase-separated glass according to the invention is present or not.
- the glass from example L which is colored strongly pink, but nevertheless has an emission curve of type B.
- This glass contains a relatively high proportion of erbium, and it is suspected that not all erbium oxide was able to dissolve in the heavy metal oxide-containing phase and therefore remains in the silicate phase and gives it its pink color, which gives the yellow color to the heavy metal-containing ones Phase covered.
- this exemplary embodiment is less preferred since the fluorescence lifetime ⁇ is deteriorated to a value below 5 ms compared to the other examples. This is attributed to concentration quenching due to the high Er concentration.
- the glass from comparative example 1 is a pure antimony oxide glass which was melted in a closed system.
- the glass from comparative example 2 is an Er-doped silicate glass without heavy metal oxide.
- compositions of the glasses from comparative examples 3 and 4 contain boron oxide in different contents. Both glasses only have an emission spectrum of type A, i.e. these glasses are only less suitable as glasses for optical amplifiers. Furthermore, the fluorescence lifetime ⁇ is deteriorated compared to that of the silicate glass from Comparative Example 2.
- the glass from comparative example 5 contains no boron oxide, it still has only one type A emission curve. This behavior is attributed to the presence of barium oxide in the glass.
- FIG. 3 shows the edge area of a two-phase glass, in which the areas different from the matrix can be clearly recognized as dark areas. In this case, the areas have a diameter of approximately 10 to 20 nm.
- FIG. 4 shows the recording of a glass which was produced by quenching the melt in water. The areas which contain antimony oxide and which are different from the matrix can be seen in dark areas and have a diameter of about 5 to 10 nm.
- FIGS. 5 a to c show photographic images of TEM microscopic images in different magnifications. The areas different from the matrix can also be clearly seen in these figures and have a diameter of approximately 10 to 20 nm.
- the 5c, the finer structuring contained is an artifact of the measurement and not due to the glass structure.
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Abstract
Description
PHASENSEPARIERTE GLÄSER PHASE SEPARATED GLASSES
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein phasensepariertes optisches Glas und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Glases. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner aus dem erfindungsgemäßen phasenseparierten Glas hergestellte optische Elemente, insbesondere eine Glasfaser und einen optischen Verstärker, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Glasfaser.The present invention relates to a phase-separated optical glass and a method for producing such a glass. The present invention further relates to optical elements, in particular a glass fiber and an optical amplifier, produced from the phase-separated glass according to the invention, and to a method for producing such a glass fiber.
Phasenseparierte Gläser sind bereits seit langem im Stand der Technik bekannt. So werden beispielsweise Natriumborosilicatgläser hergestellt, bei welchen die Natrium- und Borverbindungen aus dem Glas herausgelöst werden können und der silicatische Rückstand anschließend zur Herstellung von Quarzglas durch Sintern bei relativ niedrigen Temperaturen verwendet wird. Ferner werden Fluor-getrübte Gläser zur Herstellung von weißen Lampengläsern verwendet.Phase separated glasses have long been known in the art. For example, sodium borosilicate glasses are produced in which the sodium and boron compounds can be dissolved out of the glass and the silicate residue is then used to produce quartz glass by sintering at relatively low temperatures. Fluorine-tarnished glasses are also used to produce white lamp glasses.
Im Falle von optischen Gläsern wurde jedoch eine Zwei- bzw. Mehrphasigkeit in der Regel als Glasfehler betrachtet und eine Verwendung von phasenseparierten Gläsern als optische Gläser wurde bisher nur in Ausnahmefällen ins Auge gefasst. Auf diesem Gebiet wurde stets versucht, besonders homogene Gläser herzustellen.In the case of optical glasses, however, a two-phase or multi-phase was generally regarded as a glass defect, and the use of phase-separated glasses as optical glasses has so far only been considered in exceptional cases. In this area, attempts have always been made to produce particularly homogeneous glasses.
Eine Ausnahme bilden dabei Glaskeramiken, das heißt Gläser mit einer glasigen Matrix und darin eingeschlossenen Kristalliten. Im Stand der Technik werden mehrere Glaskeramiken genannt, welche als optische Gläser Verwendung finden. Beispielsweise beschreiben US 5,483,628 und US 5,537,505 Glaskeramiken für optische Wellenleiter. WO 99/05071 und WO 99/28255 beschreiben ebenfalls transparente Glaskeramiken, welche ferner mit Seltene Erden-Verbindungen dotiert sein können.Glass ceramics, that is, glasses with a glassy matrix and crystallites enclosed therein, are an exception. The prior art mentions several glass ceramics which are used as optical glasses. For example, US 5,483,628 and US 5,537,505 describe glass ceramics for optical waveguides. WO 99/05071 and WO 99/28255 also describe transparent glass ceramics, which can also be doped with rare earth compounds.
Derartige Glaskeramiken weisen jedoch einige Nachteile auf. Zum einen können abhängig von der Beleuchtungswellenlänge die in der Matrix eingeschlossenen Kristallite Transmissionsverluste aufgrund von Streumechanismen an den Phasengrenzen verursachen. Bei einer Verwendung als Glasfaser für optische Verstärker hat sich femer herausgestellt, dass Breite und Flachheit des Gains bei Glaskeramiken verschlechtert sind. Weiterhin können aus derartigen Materialien nur schwer Glasfasern gezogen werden und diese weisen in Abhängigkeit von der Kristallitgröße in der Regel eine nur schlechte mechanische Beständigkeit auf. Es wird angenommen, dass die Kristallite bzw. deren Phasengrenzen eine Art Sollbruchstellen bilden. Glaskeramiken werden ferner in der Regel durch Tempern eines Glasgrünkörpers hergestellt. Ein erneutes Erwärmen nach dem Tempern zum Faserziehen kann daher die Kristal liteigenschaften, wie die Kristallitgröße und -Verteilung verändern und die Eigenschaften der Glaskeramik verändern.However, such glass ceramics have some disadvantages. On the one hand, depending on the illumination wavelength, the crystallites enclosed in the matrix can cause transmission losses due to scattering mechanisms at the phase boundaries. When used as a glass fiber for optical amplifiers, it has also been found that the width and flatness of the gain are impaired in the case of glass ceramics. Furthermore, glass fibers can be drawn from such materials only with difficulty and, depending on the crystallite size, these generally have only poor mechanical resistance. It is assumed that the crystallites or their phase boundaries form a kind of predetermined breaking points. Glass ceramics are also usually produced by tempering a green glass body. Reheating after tempering for fiber drawing can therefore change the crystal properties, such as the crystallite size and distribution, and change the properties of the glass ceramic.
Gläser, welche in einer Glasmatrix diskrete Phasen amorpher Bereiche offenbaren, wurden bisher nicht als optische Gläser vorgeschlagen. WO 00/01632 beschreibt zwar ein Glas mit mindestens zwei getrennten amorphe Phasen, jedoch wird dieses Glas nur als Zwischenprodukt zur Herstellung einer Glaskeramik und nicht als optisches Glas verwendet.Glasses which reveal discrete phases of amorphous areas in a glass matrix have not previously been proposed as optical glasses. Although WO 00/01632 describes a glass with at least two separate amorphous phases, this glass is only used as an intermediate for the production of a glass ceramic and not as an optical glass.
Als Materialien für optische Verstärker sind in jüngerer Vergangenheit auch Schwermetallgläser wie Telluroxidgläser (vgl. z.B. EP 0 858 976), Bismutoxid- gläser (vgl. z.B. EP 1 127 858 A1) oder Antimonoxidgläser (WO 99/51537) vorgeschlagen worden, welche sich durch einen breiten Gain auszeichnen. Solche Schwermetalloxidgläser weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie einen wesentlich höheren Brechungsindex von n « 2 als die Standart-SiO2- Fasern des Telekommunikationsnetzes aufweisen, so dass beim Verbinden derartiger Verstärkerfasern mit den üblichen SiO∑-Fasem, dem sogenannten Splicing, Probleme an den Phasengrenzen durch Streuverluste und Reflexionen auftreten.Heavy metal glasses such as tellurium oxide glasses (see, for example, EP 0 858 976), bismuth oxide glasses (see, for example, EP 1 127 858 A1) or antimony oxide glasses (WO 99/51537) have also been proposed as materials for optical amplifiers in the recent past, which are characterized by have a wide gain. However, such heavy metal oxide glasses have the disadvantage that they have a significantly higher refractive index of n 2 than the standard SiO 2 Have fibers of the telecommunications network, so that when connecting such amplifier fibers with the usual SiO∑ fibers, the so-called splicing, problems occur at the phase boundaries due to scattering losses and reflections.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung neuartiger optischer Gläser, welche die Probleme des Stands der Technik nicht aufweisen. Insbesondere sollen neuartige Gläser bereitgestellt werden, welche als Materialien für optische Verstärker verwendet werden können.The object of the present invention is therefore to provide novel optical glasses which do not have the problems of the prior art. In particular, novel glasses are to be provided which can be used as materials for optical amplifiers.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen offenbarten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst.The above object is achieved by the embodiments of the present invention disclosed in the claims.
Insbesondere wird ein phasensepariertes optisches Glas bereitgestellt, welches eine auf SiO2-basierende Matrix und mindestens eine Sorte von in der Matrix eingebetteten, diskreten Bereichen umfasst, wobei die in der Matrix eingebetteten, diskreten Bereiche eine von der Matrix verschiedene Zusammensetzung aufweisen und wobei diese Bereiche im wesentlichen nicht kristallin sind.In particular, a phase-separated optical glass is provided which comprises an SiO 2 -based matrix and at least one type of discrete regions embedded in the matrix, the discrete regions embedded in the matrix having a composition different from the matrix, and these regions are essentially not crystalline.
Die Figuren zeigen:The figures show:
Figur 1 zeigt Emissionsspektren von Proben aus den Beispielen und Vergleichsbeispielen.FIG. 1 shows emission spectra of samples from the examples and comparative examples.
Figur 2 zeigt Transmissionsspektren zweier Er-dotierter Antimonsilicatgläser.FIG. 2 shows transmission spectra of two Er-doped antimony silicate glasses.
Figuren 3 bis 5 zeigen stark vergrößerte fotografische Abbildungen erfindungsgemäßer Gläser. Im Sinne der Erfindung bedeutet „im wesentlichen kristallin", dass weniger als 10 Vol.-%, vorzugsweise weniger als 5 Vol.-%, mehr bevorzugt weiniger als 1 Vol-% und ganz besonders bevorzugt, dass keine Kristallite in der von der Matrix verschiedenen Phase vorliegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen auch in der Matrix keine Kristallite vor.Figures 3 to 5 show greatly enlarged photographic images of glasses according to the invention. For the purposes of the invention, “essentially crystalline” means that less than 10% by volume, preferably less than 5% by volume, more preferably less than 1% by volume and very particularly preferably that no crystallites in the matrix According to a preferred embodiment of the present invention, there are also no crystallites in the matrix.
Unter dem Begriff „optische Gläser" bzw. Gläser optischer Qualität werden Gläser mit definierten linearen und/oder nichtlinearen optischen Eigenschaften verstanden, welche in der Regel aus hochreinen Ausgangskomponenten geschmolzen werden. Es kann dabei zwischen sogenannten passiven und aktiven optischen Gläsern unterschieden werden. Unter „passiven Gläsern" werden dabei solche verstanden, welche mit eingestrahltem Licht eine möglichst kleine bzw. keine Wechselwirkung haben, und welche definierte lineare optische Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Transparenz , Brechungsindex, Abbe-Zahl usw.. Solche passiven optischen Gläser können beispielsweise als optische Linsen angewandt werden. Unter „aktiven Gläsern" werden im Gegensatz dazu Gläser verstanden, welche eine definierte Wechselwirkung mit eingestrahlten Licht aufweisen, wie nicht-linear optische Eigenschaften, Frequenzverdopplung, stimulierte Emission usw.. Solche aktiven optischen Gläser können beispielsweise als Kernmaterial von optischen Verstärkern, als Laserresonatormaterial, usw. verwendet werden. Aktive optische Gläser weisen natürlich in der Regel auch definierte passive Eigenschaften auf.The term “optical glasses” or glasses of optical quality are understood to mean glasses with defined linear and / or nonlinear optical properties, which are usually melted from high-purity starting components. A distinction can be made between so-called passive and active optical glasses. passive glasses "are understood to mean those which have as little or no interaction with the incident light and which have defined linear optical properties, such as transparency, refractive index, Abbe number, etc. Such passive optical glasses can be used, for example, as optical lenses be applied. In contrast, “active glasses” are understood to mean glasses which have a defined interaction with incident light, such as non-linear optical properties, frequency doubling, stimulated emission, etc. Such active optical glasses can be used, for example, as core material of optical amplifiers, as laser resonator material, etc. Of course, active optical glasses generally also have defined passive properties.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Glas transparent.The glass according to the invention is preferably transparent.
Erfindungsgemäß bedeutet der Begriff „Matrix" die kontinuierliche Phase des erfindungsgemäßen phasenseparierten optischen Glases und steht im Gegensatz zu den in der Matrix eingebetteten Bereichen, bei denen es sich vor- zugsweise nicht um kontinuierliche, sondern diskontinuierliche bzw. diskrete Bereiche innerhalb der Matrix handelt. „Kontinuierlich" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass im wesentlichen alle Bereiche der silicatischen Phase miteinander verbunden sind und dass nur in Ausnahmefällen ein silicatisches „Tröpfchen" vollständig von der anderen Phase umschlossen ist.According to the invention, the term “matrix” means the continuous phase of the phase-separated optical glass according to the invention and stands in contrast to the areas embedded in the matrix in which it is preferably not continuous, but discontinuous or discrete areas within the matrix. “Continuous” in this context means that essentially all areas of the silicate phase are connected to one another and that only in exceptional cases is a silicate “droplet” completely enclosed by the other phase.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen in der Matrix des erfindungsgemäßen Glases eine Sorte diskrete Bereiche vor, welche eine von der Matrix verschiedene Zusammensetzung aufweisen. Gemäß weiterer Ausführungsformen können jedoch auch zwei oder mehrere unterschiedliche Sorten Bereiche in der Matrix vorliegen. Diese Bereiche können homogen sein oder ihrerseits weitere diskrete Bereiche mit einer von der Matrix und/oder den ersten diskreten Bereichen verschiedenen Zusammensetzungen aufweisen. Gemäß weniger bevorzugter Ausführungsformen können in den amorphen Bereichen auch Kristallite vorliegen, sofern diese Bereiche weiterhin im wesentlichen kristallfrei, wie oben definiert, sind.According to a preferred embodiment, there is a type of discrete areas in the matrix of the glass according to the invention which have a composition different from the matrix. According to further embodiments, however, two or more different types of regions can also be present in the matrix. These areas can be homogeneous or in turn have further discrete areas with a composition different from the matrix and / or the first discrete areas. According to less preferred embodiments, crystallites can also be present in the amorphous regions, provided that these regions are still essentially crystal-free, as defined above.
Die in der Matrix eingebetteten Bereiche weisen vorzugsweise eine kugelförmige bzw. tröpfchenförmige Form auf.The areas embedded in the matrix preferably have a spherical or droplet-like shape.
Gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bereiche jedoch auch eine von einer Kugelform abweichende Form aufweisen. Beispielsweise kann es gemäß bestimmter Ausführungsformen vorteilhaft sein, dass in dem erfindungsgemäßen Glas ellipsoide Bereiche in der Matrix vorliegen. Dadurch ist es möglich, dem erfindungsgemäßen Glas optisch anisotrope Eigenschaften zu verleihen. Eine derartige Verformung der in der Regel kugelförmigen Bereiche innerhalb der Matrix kann beispielsweise durch die beim Faserziehen auf das Glas ausgeübten Kräfte erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Glas weist vorzugsweise eine binodale Phasenverteilung auf. Das Gemisch neigt dazu, diskrete sphärische Teilchen auszubilden oder enthält diese. Die Phasengrenzen sind von Beginn der Teilchenbildung an und während deren Wachstum gleich scharf ausgebildet. Eine Phasentrennung erfolgt, indem sich im metastabilen Zustand Zentren bilden und sich durch Wachstum dieser Zentren Tröpfchen ausbilden, wobei die Zusammensetzung von Matrix und Tröpfchen von Beginn an definiert sind und bei gleichbleibender Temperatur im wesentlichen konstant bleiben.According to certain embodiments of the present invention, however, the regions also have a shape deviating from a spherical shape. For example, it can be advantageous according to certain embodiments that ellipsoidal regions are present in the matrix in the glass according to the invention. This makes it possible to give the glass according to the invention optically anisotropic properties. Such a deformation of the generally spherical areas within the matrix can be generated, for example, by the forces exerted on the glass during fiber drawing. The glass according to the invention preferably has a binodal phase distribution. The mixture tends to form or contain discrete spherical particles. The phase boundaries are equally sharp from the start of particle formation and during their growth. A phase separation takes place in that centers form in the metastable state and droplets form as a result of the growth of these centers, the composition of the matrix and droplets being defined from the start and remaining essentially constant at a constant temperature.
Jedoch kann gemäß besonderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in dem phasenseparierten Glas auch eine spinodale Anordnung der Phasen vorliegen. Diese Systeme neigen zur Bildung von Phasen mit nicht sphärischen Teilchen, welche in hohem Ausmaß miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zu binodalen Phasenverteilungen ist die Phasengrenze zu Beginn der Phasentrennung eher diffus und wird mit zunehmender Phasentrennung deutlicher. Im instabilen Zustand des Gemischs sind von Anfang an miteinander verbundene Phasen definiert, wobei mit der Zeit die Unterschiede der Phasenzusammensetzungen und das Volumen der Phasen ansteigt.However, according to special embodiments of the present invention, a spinodal arrangement of the phases can also be present in the phase-separated glass. These systems tend to form phases with non-spherical particles that are highly interconnected. In contrast to binodal phase distributions, the phase boundary is rather diffuse at the beginning of the phase separation and becomes clearer with increasing phase separation. In the unstable state of the mixture, interconnected phases are defined from the start, with the differences in the phase compositions and the volume of the phases increasing over time.
Derartige spinodale Anordnungen können sich in binodale Anordnungen umwandeln bzw. umgewandelt werden.Such spinodal arrangements can be converted into binodal arrangements.
Die Größe der in der Matrix eingebetteten diskreten Bereiche ist vorzugsweise auf die Eigenschaften des bei der späteren Verwendung eingestrahlten Lichts abgestimmt. So weisen die diskreten Teilchen vorzugsweise eine solche Größe auf, dass beim Einstrahlen von Licht keine nicht beabsichtigen Wechselwirkungen auftreten.The size of the discrete areas embedded in the matrix is preferably matched to the properties of the light irradiated during later use. For example, the discrete particles preferably have a size such that no unintended interactions occur when light is irradiated.
Eine Trübung eines Glases kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen. Bei einem Teilchendurchmesser, welcher größer als die Wellenlänge des ein- gestrahlten Lichts ist, kann durch Lichtbrechung und/oder Reflektion das Glas getrübt werden. Lichtstreuung kann bei einem Teilchendurchmesser erfolgen, welcher in etwa gleich der Wellenlänge ist. Bei einem Teilchendurchmesser kleiner als der Wellenlänge ist das Glas transparent.A clouding of a glass can occur through various mechanisms. With a particle diameter that is larger than the wavelength of the radiated light, the glass can be clouded by refraction and / or reflection. Light scattering can take place with a particle diameter which is approximately equal to the wavelength. If the particle diameter is smaller than the wavelength, the glass is transparent.
Der Verlust der Intensität durch Streumechanismen erfolgt gemäß der folgenden vereinfachten Formel (Näherung der Raleigh-Beziehung) V2 / λ4 (1) wobei I die Intensität, V das Volumen der Teilchen und λ die Wellenlänge der eingestrahlten Strahlung bedeutet.The loss of intensity by scattering mechanisms takes place according to the following simplified formula (approximation of the Raleigh relationship) V 2 / λ 4 (1) where I is the intensity, V is the volume of the particles and λ is the wavelength of the irradiated radiation.
In der Regel weisen die in die Matrix eingebetteten Bereiche einen geringeren Durchmesser als die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts auf.As a rule, the areas embedded in the matrix have a smaller diameter than the wavelength of the incident light.
Beispielsweise weisen die in der Matrix eingebetteten diskreten Bereiche jm Mittel einen Durchmesser höchstens 100 nm, besonderes bevorzugt höchstens 50 nm, und vorzugsweise mindestens 1 nm auf.For example, the average discrete regions embedded in the matrix have a diameter of at most 100 nm, particularly preferably at most 50 nm, and preferably at least 1 nm.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die in der Matrix eingebetteten Bereiche einen Durchmesser von vorzugsweise höchstens 25 nm, mehr bevorzugt höchstens 20 nm auf, besonders bevorzugt höchstens 10 nm auf.According to one embodiment of the present invention, the regions embedded in the matrix have a diameter of preferably at most 25 nm, more preferably at most 20 nm, particularly preferably at most 10 nm.
Fig. 2 zeigt die Transmissionsspektren zweier erfindungsgemäßer Gläser, welche die gleiche Zusammensetzung aufweisen, sich jedoch im Durchmesser der in der Matrix eingebetteten Bereiche unterscheiden. Die maximale Transmission des Glases, welches eingebettete Bereiche mit einem größeren Durchmesser aufweisen, ist im Vergleich zu dem Glas, welches eingebettete Bereiche mit einem kleineren Durchmesser aufweisen, verschlechtert. Gemäß anderer Ausführungsformen liegt der Durchmesser der in die Matrix eingebetteten Bereiche in einem Bereich von 10 bis 100 nm, vorzugsweise 20 bis 50 nm. Beispielsweise können Gläser dieser Ausführungsform als Intensitätsfilter verwendet werden.2 shows the transmission spectra of two glasses according to the invention which have the same composition but differ in the diameter of the regions embedded in the matrix. The maximum transmission of the glass, which have embedded areas with a larger diameter, is deteriorated compared to the glass, which have embedded areas with a smaller diameter. According to other embodiments, the diameter of the regions embedded in the matrix is in a range from 10 to 100 nm, preferably 20 to 50 nm. For example, glasses of this embodiment can be used as an intensity filter.
In der Regel weisen Matrix und eingebettete Bereiche einen unterschiedlichen Brechungsindex n auf. Gemäß bestimmter Ausführungsformen kann jedoch der Unterschied des Brechungsindex zwischen Matrix und eingebetteten Bereichen auch ausreichend gering sein, so dass auch beim Vorliegen von größeren Teilchen im wesentlichen keine Trübung des Glases durch Lichtbrechung und/oder Reflexionen an den Phasengrenzen auftreten.As a rule, the matrix and embedded areas have a different refractive index n. According to certain embodiments, however, the difference in the refractive index between the matrix and the embedded regions can also be sufficiently small so that, even when larger particles are present, there is essentially no clouding of the glass due to light refraction and / or reflections at the phase boundaries.
Das erfindungsgemäße phasenseparierte optische Glas umfasst vorzugsweise die folgende Zusammensetzung (in Mol-%):The phase-separated optical glass according to the invention preferably comprises the following composition (in mol%):
SiO2 20-80SiO 2 20-80
GeO2 0-30GeO 2 0-30
AI2O3 0-40AI 2 O 3 0-40
Ga203 0-40 ln2O3 0-30Ga 2 0 3 0-40 ln 2 O 3 0-30
Ti02 0-30Ti0 2 0-30
ZrO2 0-30ZrO 2 0-30
V2O5 0-30V 2 O 5 0-30
B2O3 0-50B 2 O 3 0-50
R1 20 0-40 (R1 = Li, Na, K, Rb und/oder Cs)R 1 2 0 0-40 (R 1 = Li, Na, K, Rb and / or Cs)
R20 0-40 (R2 = Mg, Ca, Sr, Ba, Pb und/oder Zn)R 2 0 0-40 (R 2 = Mg, Ca, Sr, Ba, Pb and / or Zn)
F, CI, Br 0-20F, CI, Br 0-20
P2O5 0-40P 2 O 5 0-40
Schwermetalloxid 0-80 Vorzugsweise liegt Siliziumdioxid in einer Menge von 30 bis 75 Mol-% vor. In diesem Bereich wird in der Regel die maximale Festigkeit der Glaszusammensetzung erhalten.Heavy metal oxide 0-80 Silicon dioxide is preferably present in an amount of 30 to 75 mol%. In this area, the maximum strength of the glass composition is usually obtained.
Weiterhin können Oxide von Elementen enthalten sein, welche aus der Gruppe von Oxiden der Elemente Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, W, Ti, Zr, Cd und/oder In ausgewählt sind.Oxides of elements which are selected from the group of oxides of the elements Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, W, Ti, Zr, Cd and / or In can also be present.
Zusätzliche Oxide können zur Einstellung physikochemischer bzw. optischer Eigenschaften oder zur Erniedrigung der Kristallisationsneigung enthalten sein.Additional oxides can be included to adjust physicochemical or optical properties or to reduce the tendency to crystallize.
Beispielsweise ist die Zugabe mindestens einer weiteren klassischen netzwerkbildenden Komponente wie B2O3, AI2O3, Ge02 usw. bevorzugt.For example, the addition of at least one further classic network-forming component such as B 2 O 3 , Al 2 O 3 , GeO 2 , etc. is preferred.
Ferner können Komponenten in dem erfindungsgemäßen Glas vorliegen, welche eine Stabilisierung der glasigen Phase gegen Kristallisation bewirken, wie beispielsweise Al203, ZπO und Li2O. Diese Komponenten liegen vorzugsweise in einem Gesamtanteil AI2O3 + ZnO + Li2O von 0,1 bis 20 Mol-% vor.Furthermore, components can be present in the glass according to the invention which bring about stabilization of the glassy phase against crystallization, such as Al 2 O 3 , ZπO and Li 2 O. These components are preferably present in a total proportion of Al 2 O 3 + ZnO + Li 2 O of 0.1 to 20 mol%.
Lithiumoxid kann der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung in einem Anteil von vorzugsweise 0,01 bis 10 Mol-%, mehr bevorzugt 0,1 bis 5 Mol-%, zugefügt werden, um die Phasenseparation zu verbessern und um eine Kristallisation der in der Matrix eingebetteten Bereiche zu verhindern. Ferner kann die Zugabe von Li2O bevorzugt sein, da es in Schwermetalloxid-haltigen Gläsern die Glasbildungsbereiche vergrößern kann.Lithium oxide can be added to the glass composition according to the invention in a proportion of preferably 0.01 to 10 mol%, more preferably 0.1 to 5 mol%, in order to improve the phase separation and to prevent crystallization of the regions embedded in the matrix , Furthermore, the addition of Li 2 O may be preferred, since it can enlarge the glass formation areas in glasses containing heavy metal oxide.
Ferner kann das erfindungsgemäße Glas zur Verbesserung der Phasentrennung Fluor in einem Anteil von 0,01 bis 20 Mol-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Mol-% enthalten. Zinkoxid kann dazu verwendet werden, die Teilchengröße zu regulieren. Zinkoxid kann sowohl in der Matrixphase als auch in den eingebetteten Bereichen auftreten. Es wird angenommen, dass es die Oberflächenspannung der eingebetteten Bereiche verändert. Liegt Zinkoxid bzw. ZnO in einem Anteil von mindestens etwa 0,4 Mol-% vor, so kann dies in kleineren eingebetteten Bereichen resultieren. Besonders bevorzugt ist die Zugabe von Zinkoxid, wenn Lithiumoxid in einem Gehalt von mindestens 0,2 Mol-% vorliegt.Furthermore, the glass according to the invention can contain fluorine in a proportion of 0.01 to 20 mol%, preferably 0.1 to 10 mol%, to improve the phase separation. Zinc oxide can be used to regulate particle size. Zinc oxide can occur both in the matrix phase and in the embedded areas. It is believed to change the surface tension of the embedded areas. If zinc oxide or ZnO is present in a proportion of at least about 0.4 mol%, this can result in smaller embedded areas. The addition of zinc oxide is particularly preferred if lithium oxide is present in a content of at least 0.2 mol%.
Phosphat bzw. Phosphorverbindungen wie Phosphoroxide kann/können bei einigen Glaszusammensetzungen eine Phasenseparation unterstützen. Bei derartigen Glaszusammensetzungen ist daher die Zugabe von Phosphat besonders bevorzugt. Auch Phosphoroxide unterscheiden sich von ihren physikalischen Eigenschaften von der silicatischen Matrix und neigen daher dazu, eine separate Phase auszubilden. Liegen in der Schmelze weitere Verbindungen vor, welche eher mit der phosphatischen Phase kompatibel sind als mit der silicatischen, so können diese zusammen mit der phosphatischen Phase die von der silicatischen Matrix verschiedenen Bereiche bilden. Es wird angenommen, dass durch diesen Vorgang auch Verbindungen in den von der silicatischen Matrix verschiedenen Bereichen angereichert werden können, welche ohne die Zugabe von Phosphat gerade noch in der silicatischen Matrix löslich wären.Phosphate or phosphorus compounds, such as phosphorus oxides, can support phase separation in some glass compositions. In the case of such glass compositions, the addition of phosphate is therefore particularly preferred. Phosphorus oxides also differ from the silicate matrix in terms of their physical properties and therefore tend to form a separate phase. If there are other compounds in the melt which are more compatible with the phosphate phase than with the silicate phase, these can form the regions different from the silicate matrix together with the phosphate phase. It is assumed that this process can also be used to enrich compounds in the areas other than the silicate matrix, which would just be soluble in the silicate matrix without the addition of phosphate.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Matrix um ein Multikomponentensystem, wobei vorzugsweise mindestens drei Komponenten nebeneinander in der Matrix vorliegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Matrix Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Kaliumoxid, wobei Kaliumoxid durch andere Alkalimetalle und/oder Erdalkalimetalle ausgetauscht sein kann bzw. im Gemisch mit diesen vorliegen kann. Das erfindungsgemäße phasenseparierte optische Glas enthält neben der Matrix ferner in der Matrix eingebettete diskrete Bereiche, welche eine von der Matrix verschiedene Zusammensetzung aufweisen und welche im wesentlichen nicht kristallin sind.The matrix is preferably a multicomponent system, with at least three components preferably being present side by side in the matrix. According to a preferred embodiment, the matrix contains silicon dioxide, aluminum oxide and potassium oxide, where potassium oxide can be replaced by other alkali metals and / or alkaline earth metals or can be present in a mixture with these. In addition to the matrix, the phase-separated optical glass according to the invention also contains discrete regions embedded in the matrix, which have a different composition from the matrix and which are essentially non-crystalline.
Vorzugsweise liegt in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung neben SiO2 welches zur Bildung der Matrix fungiert, eine weitere Verbindung vor, welche den Hauptbestandteil der in der Matrix eingebetteten Bereiche bildet. In der Regel wird sich ein Teil des SiO2 jedoch auch in den in der Matrix eingebetteten Bereichen lösen, so wie sich ein Teil der Verbindung, welche den Hauptbestandteil der in der Matrix eingebetteten Bereiche bildet, auch in der Matrix lösen wird. Die ggf. vorliegenden weiteren Oxide können sich auf beide Phasen verteilen und können der Stabilisation und/oder Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der Matrix und/oder der in der Matrix eingebetteten Bereiche dienen.In addition to SiO 2, which functions to form the matrix, the composition according to the invention preferably contains a further compound which forms the main constituent of the regions embedded in the matrix. As a rule, however, part of the SiO 2 will also dissolve in the regions embedded in the matrix, just as part of the compound, which forms the main constituent of the regions embedded in the matrix, will also dissolve in the matrix. The further oxides which may be present can be distributed over both phases and can serve to stabilize and / or improve the physical properties of the matrix and / or of the regions embedded in the matrix.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der molare Anteil der Matrixkomponenten größer als der molare Anteil der Komponenten, welche die in der Matrix eingebetteten Bereiche bilden, beispielsweise liegt der molare Anteil an SiO2 bei 50 bis 80 Mol-%, mehr bevorzugt 60 bis 70 Mol- %, der molare Anteil der Komponente, welche den Hauptbestandteil der in der Matrix eingebetteten Bereiche bildet, bei 50 bis 20 Mol-%, mehr bevorzugt bei 40 bis 30 Mol-%.According to one embodiment of the present invention, the molar fraction of the matrix components is greater than the molar fraction of the components which form the regions embedded in the matrix, for example the molar fraction of SiO 2 is 50 to 80 mol%, more preferably 60 to 70 Mol%, the molar proportion of the component which forms the main constituent of the regions embedded in the matrix, at 50 to 20 mol%, more preferably at 40 to 30 mol%.
Weist die Matrixzusammensetzung einen höheren Anteil am Gesamtgemisch auf, so kann eine Phasenumkehr stattfinden, d.h. die auf Silicat-basierende Zusammensetzung bildet nicht mehr die kontinuierliche Phase bzw. die Matrix, sondern bildet diskrete Bereiche innerhalb einer beispielsweise schwermetall- oxidhaltigen Phase aus. Eine solche Phasenumkehr ist jedoch erfindungsgemäß nicht bevorzugt. Vorzugsweise umfassen die in der Matrix eingebetteten Bereiche mindestens eine Schwermetallverbindung. Der Anteil der Schwermetallverbindung in der Glaszusammensetzung beträgt vorzugsweise mindestens 1 Mol-% auf Oxidbasis, mehr bevorzugt mindestens 5 Mol-% auf Oxidbasis, besonders bevorzugt mindestens 10 Mol-% auf Oxidbasis, und vorzugsweise höchstens 80 Mol-% auf Oxidbasis, mehr bevorzugt höchstens 70 Mol-% auf Oxidbasis, besonders bevorzugt höchstens 60 Mol-% auf Oxidbasis.If the matrix composition has a higher proportion of the total mixture, a phase reversal can take place, ie the silicate-based composition no longer forms the continuous phase or the matrix, but rather forms discrete areas within a phase containing, for example, heavy metal oxide. However, such a phase inversion is not preferred according to the invention. The regions embedded in the matrix preferably comprise at least one heavy metal compound. The proportion of the heavy metal compound in the glass composition is preferably at least 1 mol% on an oxide basis, more preferably at least 5 mol% on an oxide basis, particularly preferably at least 10 mol% on an oxide basis, and preferably at most 80 mol% on an oxide basis, more preferably at most 70 mol% on an oxide basis, particularly preferably at most 60 mol% on an oxide basis.
Eine Schwermetallverbindung ist dabei vorzugsweise aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, welche aus Verbindungen von Antimon, Molybdän, Tellur, Wolfram, Arsen, Wismut, Tantal, Lanthan, Niob und/oder Gemischen dieser Verbindungen ausgewählt ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass es sich bei den Schwermetallverbindungen um Schwermetalloxide handelt. Verbindungen dieser Elemente unterscheiden sich in Molekülgröße und anderen physikalischen Eigenschaften von der silicatischen Matrix, so dass in einer silicatischen Matrix eine Tendenz zur Phasenseparation besteht.A heavy metal compound is preferably selected from a group of compounds which is selected from compounds of antimony, molybdenum, tellurium, tungsten, arsenic, bismuth, tantalum, lanthanum, niobium and / or mixtures of these compounds. It is further preferred that the heavy metal compounds are heavy metal oxides. Compounds of these elements differ in molecular size and other physical properties from the silicate matrix, so that there is a tendency for phase separation in a silicate matrix.
Besonders bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas mindestens eine Schwermetallverbindung, welche aus Verbindungen von Antimon, Molybdän, Tellur, Wolfram und/oder Gemischen dieser Verbindungen ausgewählt ist. Insbesondere diese Schwermetalle weisen, verglichen mit Silizium, eine wesentliche geringere Bindungsstärke zu Sauerstoffatomen auf. Sie weisen in Form der Oxide im Vergleich zu Siliziumdioxid einen wesentlich tiefer liegenden Schmelzpunkt auf. Es wird angenommen, dass aus diesen Gründen diese Schwermetalloxide mit Siliziumdioxid in geschmolzenem Zustand nur schlecht mischbar, d.h. nicht kompatibel, sind. Dadurch bilden sich beim Aufschmelzen der Ausgangszusammensetzungen in der flüssigen Phase diskrete Phasen aus. Beim Abkühlen bleiben diese entmischten Phasen bestehen und bilden ein phasensepariertes Glas. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das erfindungsgemäße Glas Antimonoxid. Es hat sich herausgestellt, dass bei derartigen Antimonoxid-haltigen Gläsern die Zugabe von Borsäure zur Glaszusammensetzung die Phasentrennung verschlechtert. Für eine klare Phasentrennung ist daher gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zugabe von Boroxid bzw. Borsäure zu der Glaszusammensetzung nicht bevorzugt. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Glas gemäß dieser Ausführungsform daher nur geringe Mengen von höchstens 10 Mol-% und ganz besonders bevorzugt im wesentlichen kein Boroxid. Ferner wurde gefunden, dass auch BaO die Phasenseparation bei Antimonoxid-haltigen Gläsern verschlechtern kann, und BaO liegt daher gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ebenfalls vorzugsweise in einem Anteil von höchstens 10 Mol-% vor, mehr bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas im wesentlichen kein BaO.The glass according to the invention particularly preferably contains at least one heavy metal compound which is selected from compounds of antimony, molybdenum, tellurium, tungsten and / or mixtures of these compounds. These heavy metals in particular have a significantly lower bond strength to oxygen atoms compared to silicon. In the form of oxides, they have a much lower melting point than silicon dioxide. For these reasons, it is assumed that these heavy metal oxides are only poorly miscible, ie not compatible, with silicon dioxide in the molten state. As a result, discrete phases are formed when the starting compositions are melted in the liquid phase. When they cool down, these segregated phases remain and form a phase-separated glass. According to one embodiment of the present invention, the glass according to the invention contains antimony oxide. It has been found that with such antimony oxide-containing glasses, the addition of boric acid to the glass composition deteriorates the phase separation. For a clear phase separation, the addition of boron oxide or boric acid to the glass composition is therefore not preferred according to this embodiment of the present invention. The glass according to the invention according to this embodiment therefore preferably comprises only small amounts of at most 10 mol% and very particularly preferably essentially no boron oxide. Furthermore, it has been found that BaO can also deteriorate the phase separation in glasses containing antimony oxide, and BaO is therefore preferably also present in a proportion of at most 10 mol% according to this embodiment of the present invention, more preferably the glass according to the invention contains essentially no BaO ,
Der Ausdruck „im wesentlichen kein" bedeutet dabei erfindungsgemäß, dass diese Komponente höchstens als Verunreinigung vorliegt und nicht als zusätzliche Komponente zu der Ausgangsglaszusammensetzung hinzugegeben wird.According to the invention, the expression “essentially none” means that this component is at most present as an impurity and is not added to the starting glass composition as an additional component.
Gemäß weiterer Ausführungsformen enthält das erfindungsgemäße Glas Telluroxid und/oder Bismuthoxid. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Zugabe von ZnO zur Stabilisation der in der Matrix eingebetteten Bereiche gegen Kristallisation in einem Anteil von 0,01 bis 20 Mol-%, insbesondere 0,1 bis 10 Mol-%, besonders bevorzugt.According to further embodiments, the glass according to the invention contains tellurium oxide and / or bismuth oxide. According to this embodiment, the addition of ZnO to stabilize the regions embedded in the matrix against crystallization in a proportion of 0.01 to 20 mol%, in particular 0.1 to 10 mol%, is particularly preferred.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen umfasst das erfindungsgemäße Glas ferner mindestens eine Seltene Erden-Verbindung in einem Gehalt von 0,005 bis 10 Mol-%, mehr bevorzugt 0,01 bis 5 Mol-%. Vorzugsweise handelt es sich bei der Seltene Erden-Verbindung um mindestens ein Oxid, welches aus Oxiden von Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu ausgewählt ist. Besonders bevorzugt sind Oxide der Elemente Er, Pr, Tm, Nd und/oder Dy.According to preferred embodiments, the glass according to the invention further comprises at least one rare earth compound in a content of 0.005 to 10 mol%, more preferably 0.01 to 5 mol%. The rare earth compound is preferably at least one oxide which is selected from oxides of Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and / or Lu. Oxides of the elements Er, Pr, Tm, Nd and / or Dy are particularly preferred.
Gegebenenfalls können zusätzlich zu einer oder mehreren Seltene Erden- Verbindungen) auch Sc- und/oder Y-Verbindungen im Glas enthalten sein.If necessary, in addition to one or more rare earth compounds), Sc and / or Y compounds can also be contained in the glass.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den verwendeten Seltene Erden-Verbindungen um eine oder mehrere sogenannte „optisch aktive Verbindungen", wobei unter „optisch aktiven Verbindungen" solche verstanden werden, welche dazu führen, dass das erfindungsgemäße Glas zur stimulierten Emission befähigt sind, wenn das Glas durch eine geeignete Pumpquelle angeregt wird.According to a preferred embodiment of the present invention, the rare earth compounds used are one or more so-called “optically active compounds”, “optically active compounds” being understood to mean those which lead to the glass according to the invention being stimulated to be emitted are capable if the glass is excited by a suitable pump source.
Es können auch mindestens zwei Seltene Erden-Verbindungen in einer Gesamtmenge von 0,01 bis 15 Mol-% verwendet werden. Gläser mit optisch aktiven Seltene Erden-Ionen können mit optisch nicht aktiven Seltene Erden- Elementen codotiert werden, um beispielsweise die Emissionslebensdauern des Glases zu erhöhen. So kann beispielsweise Er mit La und/oder Y codotiert werden. Um die Pumpeffizienz des Verstärkers zu erhöhen, kann beispielsweise Er auch mit weiteren optisch aktiven Seltene Erden- Verbindungen, wie beispielsweise Yb, codotiert werden.At least two rare earth compounds in a total amount of 0.01 to 15 mol% can also be used. Glasses with optically active rare earth ions can be codoped with optically inactive rare earth elements, for example to increase the emission lifespan of the glass. For example, it can be coded with La and / or Y. In order to increase the pump efficiency of the amplifier, it can, for example, also be codoped with other optically active rare earth compounds, such as Yb.
Gegebenenfalls können zusätzlich zu einer oder mehreren Seltene Erden- Verbindungen auch Sc- und/oder Y-Verbindungen im erfindungsgemäßen Glas enthalten sein. Durch die Dotierung mit anderen Seltene Erden-Ionen wie beispielsweise Tm können andere Wellenlängenbereiche erschlossen werden, wie im Fall von Tm das sogenannte S-Band zwischen 1420 und 1520 nm.If necessary, in addition to one or more rare earth compounds, Sc and / or Y compounds can also be present in the glass according to the invention. By doping with other rare earth ions such as Tm, other wavelength ranges can be developed, such as the so-called S band between 1420 and 1520 nm in the case of Tm.
Ferner können, um eine wirkungsvollere Ausnutzung des Anregungslichts zu bewirken, Sensibilisatoren wie Yb, Ho und Nd in einer geeigneten Menge, beispielsweise 0,005 bis 8 Mol-% zugefügt werden.Furthermore, in order to make more effective use of the excitation light, sensitizers such as Yb, Ho and Nd can be added in an appropriate amount, for example 0.005 to 8 mol%.
Der Gehalt jeder einzelnen Seltene Erden-Verbindung beträgt vorzugsweise von 0,005 bis 8 Mol-% auf Oxidbasis.The content of each individual rare earth compound is preferably from 0.005 to 8 mol% on an oxide basis.
Es wurde festgestellt, dass sich derartige Seltene Erden-Verbindungen vorzugsweise in den in der Matrix eingebetteten diskreten Bereichen anreichern, sofern es sich bei diesen um Schwermetalloxid-haltige Bereiche handelt. Es wird angenommen, dass sich erst bei einer Übersättigung dieser Bereiche die Seltene Erden-Verbindungen auch in der silicatischen Matrix lösen.It has been found that such rare earth compounds accumulate preferentially in the discrete areas embedded in the matrix, provided that these are areas containing heavy metal oxide. It is assumed that the rare earth compounds also dissolve in the silicate matrix only when these areas are supersaturated.
Die in der Matrix eingebetteten Bereiche können neben der Schwermetalloxidverbindung und ggf. den Seltene Erden-Verbindungen auch weitere Oxide, beispielsweise Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen und/oder Anteile von Netzwerkbildnern, wie Si02, Al203 enthalten. Derartige weitere Oxide können sich somit in der Regel sowohl in der Matrix als auch in den in der Matrix eingebetteten Bereichen lösen und sie können auch gleichzeitig in beiden Phasen vorliegen. In den eingebetteten Bereichen können diese zusätzlichen Oxide zur Stabilisation gegen Kristallisation dienen.The areas embedded in the matrix can contain, in addition to the heavy metal oxide compound and possibly the rare earth compounds, further oxides, for example alkali and / or alkaline earth compounds and / or portions of network formers, such as SiO 2 , Al 2 O 3 . Such further oxides can therefore usually dissolve both in the matrix and in the regions embedded in the matrix and they can also be present in both phases at the same time. In the embedded areas, these additional oxides can be used to stabilize against crystallization.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße phasenseparierte Glas als optisch aktives Glas eines optischen Verstärkers verwendet. Zur Verbesserung der Faserziehbarkeit für op- tische Faserverstärker ist insbesondere ist die Zugabe mindestens einer Komponente wie B203, Al203, Ge02 usw. besonders bevorzugt.According to a further embodiment of the present invention, the phase-separated glass according to the invention is used as an optically active glass of an optical amplifier. To improve the fiber drawability for Table fiber amplifier is particularly preferred, the addition of at least one component such as B 2 0 3 , Al 2 0 3 , Ge0 2 , etc. is particularly preferred.
Ferner können Oxide von W und oder Ga dazu dienen, den Dλ-Wert zu erhöhen, d.h. den Emissionsquerschnitt zu verbreitern. Die Zugabe von Alkalioxiden ist insbesondere von Vorteil, wenn das Glas für planare optische Verstärker unter Einsatz der lonenaustausch-Technik genutzt werden soll. Li20 als Glaskomponente ist gemäß dieser Ausführungsform vorteilhaft, wenn ein optischer Verstärker mit besonders guter Effizienz im L-Band generiert werden soll.Furthermore, oxides of W and or Ga can serve to increase the Dλ value, ie to broaden the emission cross section. The addition of alkali oxides is particularly advantageous if the glass is to be used for planar optical amplifiers using the ion exchange technique. Li 2 0 as a glass component is advantageous according to this embodiment if an optical amplifier with particularly good efficiency is to be generated in the L-band.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen phasenseparierten optischen Glases, welches die Schritte Mischen der Ausgangszusammensetzung und Schmelzen dieser Ausgangskomponenten umfasst.The present invention further relates to a method for producing the phase-separated optical glass according to the invention, which comprises the steps of mixing the starting composition and melting these starting components.
Eine Phasenseparation erfolgt im geschmolzenem Zustand vorzugsweise allein durch die Ausgangszusammensetzung der Komponenten. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzugsweise nicht erforderlich, besondere Temperschritte einzuführen, um eine Entmischung der mindestens zwei Phasen zu bewirken.In the molten state, phase separation is preferably carried out solely by the starting composition of the components. According to the present invention, it is preferably not necessary to introduce special tempering steps in order to cause the at least two phases to separate.
Die Entmischung kann beispielsweise bei Antimonoxid-haltigen Gläsern bereits bei hohen Temperaturen von größer als 1000° C auftreten.Demixing can occur, for example, in the case of glasses containing antimony oxide even at high temperatures of greater than 1000.degree.
Es wurde gefunden, dass sich die Schwermetalloxide zu einem gewissen Anteil auch in der silicatischen Phase lösen, wenn auch der Hauptanteil der Schwermetalloxide die in der Matrix eingebetteten, diskreten Bereiche bildet, und dass sich Si02 zu einem gewissen Anteil auch in der Schwermetalloxid- haltigen Phase löst. Daher kann es in Abhängigkeit von der Löslichkeit des jeweiiigen Schwermetalloxids von der verwendeten silicatischen Matrix gemäß bestimmter Ausführungsformen bevorzugt sein, größere Anteile an Schwermetalloxid-Verbindungen zu dem Ausgangsgemenge zuzugeben, als später als separate Phase im erfindungsgemäßen Glas vorliegt. Im Fällen, in denen La203, Nb205, Ta205, Sb 03, W03, und/oder Gemische davon als Schwermetallverbindung in dem erfindungsgemäßen Glas verwendet werden, weist die Schwermetallverbindung vorzugsweise einen Anteil von 1 bis 60 Mol-% des Ausgangsgemenges auf. In Fällen, in denen Mo03, Bi2θ3, Te02 und/oder Gemische davon als Schwermetallverbindung in dem erfindungsgemäßen Glas verwendet werden, weist die Schwermetallverbindung vorzugsweise einen Anteil von 1 bis 80 Mol-% des Ausgangsgemenges auf.It was found that the heavy metal oxides also dissolve to a certain extent in the silicate phase, even if the majority of the heavy metal oxides form the discrete areas embedded in the matrix, and that Si0 2 also to a certain extent also in the heavy metal oxide-containing areas Phase solves. Therefore, depending on the solubility of the respective heavy metal oxide from the silicate matrix used may be preferred according to certain embodiments to add larger proportions of heavy metal oxide compounds to the starting mixture than is present later as a separate phase in the glass according to the invention. In cases in which La 2 0 3 , Nb 2 0 5 , Ta 2 0 5 , Sb 0 3 , W0 3 , and / or mixtures thereof are used as the heavy metal compound in the glass according to the invention, the heavy metal compound preferably has a proportion of 1 to 60 mol% of the starting batch. In cases in which Mo0 3 , Bi 2 θ3, Te0 2 and / or mixtures thereof are used as the heavy metal compound in the glass according to the invention, the heavy metal compound preferably has a proportion of 1 to 80 mol% of the starting mixture.
Dem Gemenge können zum Erreichen eines Fluorgehalts des erfindungsgemäßen Glases Fluoride, vorzugsweise Alkali- und/oder Erdalkalifluoride, in einem Anteil von vorzugsweise höchstens 10 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 5 Mol-% zugesetzt werden. Besonders bevorzugt werden dem Gemenge die Fluoride NaF, CaF2, AIF3 und/oder Gemische davon zugegeben.To achieve a fluorine content of the glass according to the invention, fluorides, preferably alkali and / or alkaline earth fluorides, can be added to the mixture in a proportion of preferably at most 10 mol%, particularly preferably at most 5 mol%. The fluorides NaF, CaF 2 , AIF 3 and / or mixtures thereof are particularly preferably added to the mixture.
Vorzugsweise werden die Ausgangskomponenten des erfindungsgemäßen Glases vor dem Schmelzen vorgetrocknet, da auch ein geringerer Feuchtigkeitsgehalt die aktiven und passiven optischen Eigenschaften von Gläsern in der Regel verschlechtert und beispielsweise bei Er-haltigen Gläsern zu kürzeren Fluoreszenzlebensdauern führen kann.The starting components of the glass according to the invention are preferably predried before melting, since even a lower moisture content generally worsens the active and passive optical properties of glasses and, for example, can lead to shorter fluorescence lifetimes for glasses containing Er.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Schmelze durch Einblasen von vorzugsweise trockenen Sauerstoff, sogenanntes 02-Bubbling, zu trocknen.It is further preferred to dry the melt by blowing in preferably dry oxygen, so-called 0 2 -bubbling.
Eine Trocknung der Schmelze kann auch erreicht werden, indem ein Teil der Ausgangskomponenten als Bromide dem Gemenge zugegeben werden. Vor- zugsweise können bis zu 25 Mol-% der Alkali- und/oder Erdalkaliverbindungen und/oder des Al203 in Form von Bromiden zugeben werden.Drying of the melt can also be achieved by adding some of the starting components to the batch as bromides. In front- up to 25 mol% of the alkali and / or alkaline earth compounds and / or of Al 2 0 3 can preferably be added in the form of bromides.
Nach dem Schmelzen kann das Glas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor dem Formen getempert werden.After melting, the glass may be annealed prior to molding in accordance with one embodiment of the present invention.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen wird das erfindungsgemäße Glas nach dem Formen auf Raumtemperatur abgekühlt. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, die Gläser relativ schnell, d.h. mit Kühlraten von vorzugsweise mindestens 5 K h, mehr bevorzugt von mindestens 10 K/h abzukühlen. Durch solche, für optische Gläser schnellen Kühlraten kann ein kleinerer Durchmesser der in der Matrix eingebetteten Bereiche erhalten werden, was gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist.According to preferred embodiments, the glass according to the invention is cooled to room temperature after molding. It is preferred according to the invention that the glasses are relatively quick, i.e. with cooling rates of preferably at least 5 K h, more preferably of at least 10 K / h. Such cooling rates, which are fast for optical glasses, can result in a smaller diameter of the regions embedded in the matrix, which is preferred according to some embodiments of the present invention.
Gemäß anderer Ausführungsformen kann jedoch ein größerer Durchmesser der in der Matrix eingebetteten Bereiche gewünscht sein, so dass gemäß dieser Ausführungsformen langsamere Kühlraten bevorzugt sind.According to other embodiments, however, a larger diameter of the regions embedded in the matrix may be desired, so that, according to these embodiments, slower cooling rates are preferred.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Glas abgeschreckt, d.h. sehr rasch auf Raumtemperatur abgekühlt. Größere Glasvolumina können dabei durch Wasserkühlung und oder Walzenkühlung abgeschreckt werden. Da aber beispielsweise beim Faserziehen nur eine relativ kleine Giasmenge den beheizten Teil der Apparatur verlässt, ist bei derartigen Glasprodukten eine Wasserkühlung in der Regel nicht erforderlich, um schnelle Kühlraten zu erreichen.According to one embodiment of the present invention, the glass is quenched, i.e. cooled very quickly to room temperature. Larger glass volumes can be quenched by water cooling and or roller cooling. However, since, for example, only a relatively small amount of gias leaves the heated part of the apparatus during fiber drawing, water cooling is generally not required in such glass products in order to achieve rapid cooling rates.
Eine Temperung bzw. ein Tempern der Gläser nahe des Schmelzpunktes des Schwermetalloxides führten in der Regel zu keiner optischen Veränderung der erfindungsgemäßen Gläser. Wenn man jedoch das Glas auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der in der Matrix eingebetteten Bereiche er- wärmt, kann es zum Aufschmelzen der schwermetalloxidreichen Bereiche kommen, was bei einigen Gläsern zu einer Kristallisation beim Abkühlen der Probe führen kann. Erfindungsgemäß werden daher die erfindungsgemäßen Gläser gemäß einer Ausführungsform nach der Herstellung vorzugsweise nicht mehr auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Schwermetalloxides erwärmt.Tempering or tempering the glasses near the melting point of the heavy metal oxide generally did not lead to any optical change in the glasses according to the invention. However, if the glass is heated to a temperature above the melting point of the areas embedded in the matrix warms, the heavy metal oxide-rich areas can melt, which in some glasses can lead to crystallization when the sample cools. According to the invention, the glasses according to the invention are therefore preferably no longer heated to a temperature above the melting temperature of the heavy metal oxide after the production.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße phasenseparierte Glas als optisches aktives Glas für einen optischen Verstärker verwendet werden. Da sich erfindungsgemäße Gläser auch zu Fasern verziehen lassen, können beispielsweise Single-Mode-Fasern mit einem Seltene Erden-dotierten Kern für optische Faserverstärker hergestellt werden.The phase-separated glass according to the invention can be used particularly advantageously as optically active glass for an optical amplifier. Since glasses according to the invention can also be warped into fibers, for example, single-mode fibers can be produced with a rare earth-doped core for optical fiber amplifiers.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich nur bei Vorliegen von in der Matrix eingebetteten, amorphen Bereichen eine Verbreiterung des Emissionsspektrums und damit des Gains beobachten lässt. Sind die in der Matrix eingebetteten Bereicht hingegen kristallisiert, ergibt sich eine vergleichsweise schmalere Emission und dadurch eine schmalere und inhomogene Verstär- kercharakterisitik.Surprisingly, it was found that a widening of the emission spectrum and thus of the gain can only be observed when amorphous regions are embedded in the matrix. If, on the other hand, the areas embedded in the matrix are crystallized, the result is a comparatively narrower emission and thus a narrower and inhomogeneous amplifier characteristic.
Figur 1 zeigt Emissionsspektren von erfindungsgemäßen und nicht erfindungsgemäßen Gläsern für eine Verwendung als optisch aktives Glas für einen optischen Verstärker.FIG. 1 shows emission spectra of glasses according to the invention and not according to the invention for use as optically active glass for an optical amplifier.
Bei den in Figur 1 gezeigten Emissionsspektren können drei Typen von Spektren unterschieden werden. Die Gläser weisen jeweils unterschiedlich breite Emissionsspektren auf, wobei ein möglichst breites Emissionsspektrum bevorzugt ist, da dies zu einem verbreiterten Gain des optischen Verstärkers führt und optische Verstärker mit einem breiten Gain in der Telekommunikation erwünscht sind.. Der erste Typ (Typ A) weist die schmälste und damit die ungünstigste Emissionsbande auf. Bei diesen Gläsern handelt es sich um Zusammensetzungen, bei denen keine zweiphasigen Gläser vorliegen bzw. bei denen das Glas Kristallite in einem Anteil von > 10 Vol-% aufweist. Diese Gläser weisen im Falle einer Erbiumdotierung eine Pinkfärbung auf.Three types of spectra can be distinguished in the emission spectra shown in FIG. The glasses each have emission spectra of different widths, with the widest possible emission spectrum being preferred since this leads to a widened gain of the optical amplifier and optical amplifiers with a wide gain are desired in telecommunications. The first type (type A) has the narrowest and therefore the most unfavorable emission band. These glasses are compositions in which there are no two-phase glasses or in which the glass has crystallites in a proportion of> 10% by volume. In the case of erbium doping, these glasses have a pink color.
Im Gegensatz dazu weisen Gläser des zweiten Typs (Typ B) eine wesentlich breitere Emissionsbande auf. Bei diesen Gläsern handelt es sich um erfindungsgemäße phasenseparierte Gläser gemäß einer Ausführungsform, welche im wesentlichen nicht kristallin sind. Diese Gläser sind in der Regel gelblich verfärbt.In contrast, glasses of the second type (type B) have a much wider emission band. These glasses are phase-separated glasses according to the invention according to one embodiment, which are essentially not crystalline. These glasses are usually yellowish in color.
Die breiteste Emissionskurve (Kurve Typ C) ist an einem reinen Er-dotierten Antimonoxidglas gemessen worden. Neben den in der Einleitung genannten Nachteilen sind solche Antimonoxidgläser jedoch nur schwer herzustellen, da man die Ausgangszusammensetzung aufgrund der Flüchtigkeit des Antimons nur in einem geschlossenen Tiegel aufschmelzen kann und nur durch rasches Abkühlen der Schmelze, sogenanntes Quenchen, durch beispielsweise schnelles Einbringen einer die Schmelze enthaltenden Ampulle in ein größeres Volumen Wasser erhalten werden kann.The broadest emission curve (curve type C) was measured on a pure Er-doped antimony oxide glass. In addition to the disadvantages mentioned in the introduction, such antimony oxide glasses are, however, difficult to manufacture, since, because of the volatility of the antimony, the starting composition can only be melted in a closed crucible and only by rapid cooling of the melt, so-called quenching, for example by rapidly introducing one containing the melt Ampoule can be obtained in a larger volume of water.
Diese Figur 1 zeigt somit, dass die erfindungsgemäßen phasenseparierten Gläser fast die gleiche Breite des Emissionsspektrums erreichen können, wie die eines reinen Antimonoxidglases, gleichzeitig aber dessen Nachteile, wie beispielsweise die schwierige Herstellung vermieden werden können. Es liegt also ein „Glas in Glas" vor, bei welchem sich in einem Werkstoff unterschiedliche Funktionalitäten erreichen lassen und diese Funktionalitäten in einem homogenen Glas nicht gleichzeitig vorliegen könnten. Die in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Gläser weisen beispielsweise die folgende Eigenschaftskombination auf:FIG. 1 thus shows that the phase-separated glasses according to the invention can achieve almost the same width of the emission spectrum as that of a pure antimony oxide glass, but at the same time its disadvantages, such as the difficult manufacture, can be avoided. There is therefore a “glass in glass” in which different functionalities can be achieved in one material and these functionalities could not be present simultaneously in a homogeneous glass. The ones shown in FIG. 1 Glasses according to the invention have, for example, the following combination of properties:
• Ein hoher Brechwert der in der Matrix eingebetteten Bereiche - gute emissionsspektroskopische Eigenschaften (breite Emission),• A high refractive index of the areas embedded in the matrix - good emission spectroscopic properties (wide emission),
• ein geringer Brechwert der Matrix - einfaches Verbinden einer das erfindungsgemäßen Glas enthaltenden Glasfaser an eine übliche Si02-Faser und• a low refractive index of the matrix - simple connection of a glass fiber containing the glass according to the invention to a conventional Si0 2 fiber and
• eine gute mechanische Stabilität der Faser durch die silicatische Matrix.• good mechanical stability of the fiber thanks to the silicate matrix.
Überraschenderweise hat sich ferner herausgestellt, dass das erfindungsgemäße phasenseparierte Glas eine größere Fluoreszenzlebensdauer τ als die Gläser aus den Vergleichsbeispielen aufweist. Die erfindungsgemäßen Gläser gemäß einer Ausführungsform weisen Fluoreszenzlebensdauern τ von > 3 ms, vorzugsweise > 5 ms, auf. Als die Fluoreszenzlebensdauer τ wird dabei die Zeit bezeichnet, bei welcher die Intensität der Fluoreszenz nach Abschalten des Anregungslichts auf 37 % der Maximalintensität abgefallen ist.Surprisingly, it has also been found that the phase-separated glass according to the invention has a longer fluorescence lifetime τ than the glasses from the comparative examples. The glasses according to one embodiment of the invention have fluorescence lifetimes τ of> 3 ms, preferably> 5 ms. The fluorescence lifetime τ is the time at which the intensity of the fluorescence has dropped to 37% of the maximum intensity after the excitation light has been switched off.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Glasfaser, welche das erfindungsgemäße Glas umfasst. Zur Herstellung einer derartigen Glasfaser ist es bevorzugt, mittels eines Mehrfachtiegelverfahrens die Ausgangskomponenten des Glases aufzuschmelzen und gegebenenfalls nach einem Läuterschritt das geschmolzene Glas direkt in eine Glasfaser zu verziehen, ohne dass das Glas vorher verfestigt und wieder aufgewärmt wird. Mittels eines Doppel- bzw. Dreifachtiegels können auf diese Weise während des Faserziehprozesses gleichzeitig auch eine oder mehrere äußere Glasmäntel auf dem Faserkern aufgebracht werden.The present invention thus also relates to a glass fiber which comprises the glass according to the invention. To produce such a glass fiber, it is preferred to melt the starting components of the glass by means of a multi-crucible process and, if necessary, to draw the molten glass directly into a glass fiber after a refining step, without the glass being solidified and reheated beforehand. By means of a double or triple crucible, one or more outer glass jackets can also be applied to the fiber core simultaneously during the fiber drawing process.
Eine derartige Glasfaser für einen optischen Verstärker weist vorzugsweise einen Kern mit einer Dicke von 1 bis 15 μm und einen oder mehrere Glas- mäntel auf, so dass sich ein Außendurchmesser von beispielsweise etwa 125 μm ergibt.Such a glass fiber for an optical amplifier preferably has a core with a thickness of 1 to 15 μm and one or more glass jackets, so that an outer diameter of, for example, about 125 μm results.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass das erfindungsgemäße Glas makroskopisch einen Brechungsindex hat, welcher in etwa dem eines üblichen auf Si02-basierenden Glases entspricht bzw. in der gleichen Größenordnung liegt. So weisen die erfindungsgemäßen Gläser makroskopisch bei 1300 nm einen Brechwert von π < 1 ,7 auf. Dieser geringe Brechwert macht es beispielsweise möglich, dass eine aus dem erfindungsgemäßen Glas hergestellte Verstärkerfaser für einen optischen Verstärker mit geringen technischen Problemen bzw. Aufwand durch im Stand der Technik übliche Verfahren mit den Silicatglasfasern des Telekommunikationsnetzes verbunden werden kann.Surprisingly, it was found that the glass according to the invention macroscopically has a refractive index which corresponds approximately to that of a conventional SiO 2 -based glass or is of the same order of magnitude. The glasses according to the invention macroscopically have a refractive index of π <1.7 at 1300 nm. This low refractive index makes it possible, for example, for an amplifier fiber made from the glass according to the invention to be connected to the silicate glass fibers of the telecommunications network for optical amplifiers with little technical problems or outlay using methods customary in the prior art.
Ferner können auch für die Mäntel silicatische Gläser gewählt werden. Ein Mantel einer Glasfaser sollte ähnliche physikalische Eigenschaften wie der Kern einer Glasfaser haben. Da das erfindungsgemäße Glas makroskopisch die gleichen Eigenschaften wie ein silicatisches Glas aufweist, können bei Verwendung des erfindungsgemäßen Glases als Kernglas einer Glasfaser die Mantelgläser ebenfalls silicatischen Ursprungs sein. Das weist den erheblichen Vorteil auf, dass die bei homogenen Antimonoxid-haltigen Gläsern erforderlichen Antimonoxid-haltigen Mäntel vermieden werden können, welche aus Umweltschutzgründen und hinsichtlich einer unerwünschten Kristallisation nicht vorteilhaft sind. Beispielsweise können kristallisationsstabile Bleisilicat- gläser als Mantelglas verwendet werden.Silicate glasses can also be selected for the coats. A cladding of an optical fiber should have physical properties similar to the core of an optical fiber. Since the glass according to the invention has the same macroscopic properties as a silicate glass, when using the glass according to the invention as the core glass of a glass fiber, the cladding glasses can also be of silicatic origin. This has the considerable advantage that the antimony oxide-containing shells required for homogeneous antimony oxide-containing glasses can be avoided, which are not advantageous for reasons of environmental protection and with regard to undesired crystallization. For example, crystallization-stable lead silicate glasses can be used as cladding glasses.
Beispiele:Examples:
Es wurden die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Glaszusammensetzungen zu Gläsern der erfindungsgemäßen Beispiele sowie der Ver- gleichsbeispiele hergestellt. Zum Einsatz kamen hochreine Rohstoffe. Aπti- monoxid wurde zur Reduzierung des Wassergehalts getrocknet. Anschließend wurden alle Gläser in Kieselglastiegeln bei etwa 1500° C eingeschmolzen. Der Kieselglastiegel war in einem induktiv beheizten Platintiegel angeordnet. In das aufgeschmolzene Gemisch wurde etwa 90 Minuten bei 1550° C trockener Sauerstoff eingeleitet. Anschließend wurde die aufgeschmolzene Glaszusammensetzung ΛA Stunde bei etwa 1500° C stehen gelassen, bevor sie in vorgewärmte Graphitformen gegossen wurde. Die Kühlung der Proben erfolgte einheitlich bei 450° C während V_> Stunde und Abkühlen auf Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 15 K/h. The glass compositions given in the table below became glasses of the examples according to the invention and the glasses similar examples produced. High-purity raw materials were used. Anti-monoxide was dried to reduce the water content. Then all the glasses were melted in silica glass crucibles at about 1500 ° C. The silica glass crucible was arranged in an inductively heated platinum crucible. Dry oxygen was introduced into the melted mixture at 1550 ° C. for about 90 minutes. Subsequently, the molten glass composition was Λ A hour at about 1500 ° C allowed to stand before it was poured into pre-heated graphite molds. The samples were cooled uniformly at 450 ° C. for half an hour and cooled to room temperature at a rate of 15 K / h.
Tabelle 1Table 1
Tabelle 1 (Fortsetzung)Table 1 (continued)
Tabelle 1 (Fortsetzung)Table 1 (continued)
Anmerkung zur Tabelle: Kein Eintrag in Feldern von Zei len, welche physikalische Eigenschaften beschreiben, bedeutet, dass diese Eigenschaft bei diesem Glas bisher nicht be- stimmt wurde.Note on the table: No entry in fields of lines that describe physical properties means that this property has not been determined for this glass so far.
Bei 450 bis 500° C gekühlte Proben zeigen sowohl makroskopisch als auch TEM-mikroskopisch keine bis vernachlässigbare Kristallisation.Samples cooled at 450 to 500 ° C show no to negligible crystallization both macroscopically and TEM microscopically.
Die Gläser der erfindungsgemäßen Beispiele A bis L weisen alle die vorteilhaften Eigenschaften einer Emissionskurve vom Typ B, Fluoreszenzlebensdauern τ von > 5 ms und einen Brechungsindex n bei 1300 nm von etwa 1 ,6 auf. Die Gläser aus Beispielen B, C, D und F konnten bei 700° C getempert werden, ohne das eine wesentliche Veränderung der Eigenschaften, wie beispielsweise eine Entmischung der Phasen auftrat.The glasses of Examples A to L according to the invention all have the advantageous properties of an emission curve of type B, fluorescence lifetimes τ of> 5 ms and a refractive index n at 1300 nm of approximately 1.6. The glasses from Examples B, C, D and F could be annealed at 700 ° C. without a significant change in the properties, such as, for example, separation of the phases.
Dabei kann der Schwermetalloxid-Gehalt in einem breiten Bereich variiert werden, wie Beispiele A bis F zeigen. Ferner können verschiedene andere Komponenten in dem erfindungsgemäßen Glas enthalten sein, ohne dass die optischen Eigenschaften des Glases beeinträchtigt werden.The heavy metal oxide content can be varied within a wide range, as examples A to F show. Furthermore, various other components can be contained in the glass according to the invention without the optical properties of the glass being impaired.
Einen Hinweis auf die innere Struktur des Glases kann im Fall der Er-dotierten Antimonoxid-haltigen Gläser die Färbung des Glases geben. Erbium (Er) löst sich in einer Schwermetalloxid-haltigen Phase in der Regel in gelblicher Farbe, während es sich in Abwesenheit einer Schwermetalloxid-haltigen Phase in der silicatischen Phase unter Bildung einer Rosa- bzw. Pinkfärbung löst. Die Farbe des Glases gibt somit einen ersten groben Hinweis darauf, ob das erfindungsgemäße phasenseparierte Glas vorliegt oder nicht.In the case of Er-doped antimony oxide-containing glasses, the color of the glass can give an indication of the internal structure of the glass. Erbium (Er) usually dissolves in a phase containing heavy metal oxide in a yellowish color, whereas in the absence of a phase containing heavy metal oxide it dissolves in the silicate phase to form a pink or pink color. The color of the glass thus gives a first rough indication of whether the phase-separated glass according to the invention is present or not.
Eine Ausnahme bildet dabei das Glas aus Beispiel L, welches stark pink gefärbt ist, jedoch trotzdem eine Emissionskurve vom Typ B aufweist. Dieses Glas enthält einen relativ hohen Anteil Erbium, und es wird vermutet, dass sich nicht alles Erbiumoxid in der Schwermetalloxid-haltigen Phase lösen konnte und dadurch in der silicatischen Phase verbleibt und dieser ihren pink- farbenen Farbton verleiht, welcher die Gelbfärbung der Schwermetall-haltigen Phase überdeckt. Dieses Ausführungsbeispiel ist jedoch weniger bevorzugt, da die Fluoreszenzlebensdauer τ gegenüber den anderen Beispielen auf einen Wert unter 5 ms verschlechtert ist. Dies wird auf ein auf die hohe ErKonzentration zurückzuführendes Konzentrationsquenching zurückgeführt. Bei dem Glas aus Vergleichsbeispiel 1 handelt es sich um ein reines Antimonoxidglas, welches in einem geschlossenen System geschmolzen wurde. Bei dem Glas aus Vergleichsbeispiel 2 handelt es sich um ein Er-dotiertes si- licatisches Glas ohne Schwermetalloxid.An exception to this is the glass from example L, which is colored strongly pink, but nevertheless has an emission curve of type B. This glass contains a relatively high proportion of erbium, and it is suspected that not all erbium oxide was able to dissolve in the heavy metal oxide-containing phase and therefore remains in the silicate phase and gives it its pink color, which gives the yellow color to the heavy metal-containing ones Phase covered. However, this exemplary embodiment is less preferred since the fluorescence lifetime τ is deteriorated to a value below 5 ms compared to the other examples. This is attributed to concentration quenching due to the high Er concentration. The glass from comparative example 1 is a pure antimony oxide glass which was melted in a closed system. The glass from comparative example 2 is an Er-doped silicate glass without heavy metal oxide.
Die Zusammensetzungen der Gläser aus Vergleichsbeispielen 3 und 4 enthalten Boroxid in unterschiedlichen Gehalten. Beide Gläser weisen nur ein Emissionsspektrum vom Typ A auf, d.h. diese Gläser sind als Gläser für optische Verstärker nur schlechter geeignet. Ferner ist die Fluoreszenzlebensdauer τ gegenüber der des silicatischen Glases aus Vergleichsbeispiel 2 verschlechtert.The compositions of the glasses from comparative examples 3 and 4 contain boron oxide in different contents. Both glasses only have an emission spectrum of type A, i.e. these glasses are only less suitable as glasses for optical amplifiers. Furthermore, the fluorescence lifetime τ is deteriorated compared to that of the silicate glass from Comparative Example 2.
Das Glas aus Vergleichsbeispiel 5 enthält zwar keine Boroxid, es weist trotzdem nur eine Emissionskurve vom Typ A auf. Dieses Verhalten wird auf die Anwesenheit von Bariumoxid im Glas zurückgeführt.Although the glass from comparative example 5 contains no boron oxide, it still has only one type A emission curve. This behavior is attributed to the presence of barium oxide in the glass.
Figuren 3 und 4 zeigen fotografische Abbildungen von erfindungsgemäßen Antimonoxid-haltigen Gläsern. Figur 3 zeigt den Randbereich eines zweipha- sigen Glases, in welchem die von der Matrix verschiedenen Bereiche deutlich als dunkle Bereiche zu erkennen sind. In diesem Fall weisen die Bereiche einen Durchmesser von etwa 10 bis 20 nm auf. Figur 4 zeigt die Aufnahme eines Glases, welches durch Abschrecken der Schmelze in Wasser hergestellt wurde. Die von der Matrix verschiedenen Antimonoxid-haltigen Bereiche sind dunkle Bereiche zu erkennen und weisen einen Durchmesser von etwa 5 bis 10 nm auf.Figures 3 and 4 show photographic images of antimony oxide-containing glasses according to the invention. FIG. 3 shows the edge area of a two-phase glass, in which the areas different from the matrix can be clearly recognized as dark areas. In this case, the areas have a diameter of approximately 10 to 20 nm. FIG. 4 shows the recording of a glass which was produced by quenching the melt in water. The areas which contain antimony oxide and which are different from the matrix can be seen in dark areas and have a diameter of about 5 to 10 nm.
Figuren 5 a bis c zeigen fotographische Abbildungen von TEM- mikroskopischen Aufnahmen in unterschiedlich starker Vergrößerung. Auch in diesen Abbildungen sind die von der Matrix verschiedenen Bereiche deutlich zu erkennen und weisen einen Durchmesser von etwa 10 bis 20 nm auf. Die in Figur 5c enthaltene, feinere Strukturierung ist ein Artefakt der Messung und nicht auf die Glasstruktur zurückzuführen. FIGS. 5 a to c show photographic images of TEM microscopic images in different magnifications. The areas different from the matrix can also be clearly seen in these figures and have a diameter of approximately 10 to 20 nm. The 5c, the finer structuring contained is an artifact of the measurement and not due to the glass structure.
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