專利名稱：偏光玻璃及光隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏光玻璃，特別是作為光通信等中利用的小型光隔離器、由液晶·電光學(xué)結(jié)晶 法拉第旋轉(zhuǎn)器等的組合構(gòu)成的光開關(guān)或電磁傳感器等的起偏器的偏光玻
ο
背景技術(shù)：
已知分散有具有形狀各向異性的微細(xì)金屬粒子、例如銀粒子或銅粒子并發(fā)生取向的玻璃通過改變?nèi)肷淦夥较蚩梢愿淖兘饘倭Ｗ拥墓馕詹ǘ?，因此而成為起偏器?br> 眾所周知，這種偏光玻璃可以通過還原被拉伸的含有鹵化銅粒子的玻璃或者含有鹵化銀粒子的玻璃來(lái)制作。例如，專利文獻(xiàn)1中公開了由含有鹵化銅粒子的玻璃制作偏光玻璃的方法。即為如下所述的方法。首先，使母材玻璃中含有Cu離子和Cl離子。接著，進(jìn)行熔化 成型。然后，剪切成適當(dāng)?shù)某叽纾b入模型中進(jìn)行熱處理。由此，可以使粒徑50 300nm的CuCl微晶析出。然后，將析出了 CuCl微晶的玻璃材料加工成板狀形成預(yù)制件。在玻璃粘度達(dá)到IO7 IOuiPa · S的范圍的溫度下，拉伸預(yù)制件和玻璃內(nèi)部的鹵化銅粒子，接著在還原氛圍下進(jìn)行熱處理。由此還原鹵化銅粒子，制造含有被拉伸的具有形狀各向異性的金屬銅粒子的偏光玻璃。專利文獻(xiàn)1 日本特開平5-208844號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
這種偏光玻璃的偏光特性通過由下式定義的消光比和插入損失來(lái)表示。
消光比=-IOLog(P"/P 丄)[dB] (1)式 插入損失=-IOLog(P丄 /Pin) [dB] (2)式 這里，Pin為入射光量，P丄為垂直(透過)方向的出射光量，P"為平行(消光) 方向的出射光量。
消光比的測(cè)定通常采用

圖1所示的測(cè)定系統(tǒng)。使從波長(zhǎng)為1. 31 μ m或者1. 55 μ m 的激光二極管(LD)光源出射的光通過光纖準(zhǔn)直器成為準(zhǔn)直光并入射到格蘭 湯普遜棱鏡， 形成僅一個(gè)方向的直線偏振光入射到偏光玻璃。然后，旋轉(zhuǎn)偏光玻璃，測(cè)定用功率計(jì)檢測(cè)出的光量的最大值和最小值，利用上述的(1)式計(jì)算出消光比。
此時(shí)，如果改變偏光玻璃和功率計(jì)的距離(測(cè)定距離)，則得到的消光比的值也會(huì)改變。即，測(cè)定距離短時(shí)消光比降低，測(cè)定距離遠(yuǎn)時(shí)消光比升高?？梢哉J(rèn)為，這是因?yàn)閬?lái)自偏光玻璃的微弱的散射光向四周放射，因此，測(cè)定距離短時(shí)，在功率計(jì)處較多地接收到該散射光，因此消光比降低，測(cè)定距離遠(yuǎn)時(shí)，接收散射光的比例減少，因此消光比升高。
關(guān)于如上所述的測(cè)定距離和消光比的關(guān)系，與具體數(shù)值一起進(jìn)行說明。
對(duì)于某個(gè)具有開口部的功率計(jì)受光部與偏光玻璃的距離(測(cè)定距離)由Amm縮短到Bmm而引起的偏光玻璃的消光比的下降X(dB)，可以根據(jù)圖4所示的示意圖如下進(jìn)行說明。對(duì)于短的測(cè)定距離B下的功率計(jì)受光部可以接收到的散射光而言，當(dāng)測(cè)定距離延長(zhǎng)為A 時(shí)，其受光面積的比例減少為(B/A)*2。相反地，當(dāng)測(cè)定距離由A縮短為B時(shí)，可多接收(A/B)拉的散射光。
即，在散射光強(qiáng)度無(wú)角度依存性時(shí)，對(duì)于某個(gè)具有開口部的功率計(jì)受光部和偏光玻璃的距離(測(cè)定距離)由Amm縮短到Bmm而引起的偏光玻璃的消光比的下降X(dB)而言， 根據(jù)上述的功率計(jì)可以接收的受光部面積比，模擬地大概利用以下的式子計(jì)算。
X = IOLog (A/B)*2(3)式 由于實(shí)際的銅偏光玻璃中散射光具有角度依存性，因此，偏光玻璃的消光比的實(shí)際下降值稍稍偏離用(3)式求出的值，和測(cè)定距離為300mm的消光比55dB相比，測(cè)定距離縮短為15mm時(shí)的消光比下降為40dB左右。
在這些偏光玻璃的消光比測(cè)定中，如圖1所示，作為光源光使用準(zhǔn)直光進(jìn)行測(cè)定， 由于測(cè)定設(shè)備上的限制，測(cè)定距離15mm為最短測(cè)定距離。在用于實(shí)際的光隔離器的光學(xué)系統(tǒng)中，用透鏡對(duì)來(lái)自激光二極管(LD)光源的發(fā)散光進(jìn)行聚光，并入射到光隔離器。因此，和圖1的準(zhǔn)直光的光學(xué)系統(tǒng)不同，光纖接收到的由偏光玻璃表面產(chǎn)生的共振散射引起的再放射光的比例減少。因此，因測(cè)定距離縮短引起的消光比下降也較小。也就是說，偏光玻璃的消光比和使用了該偏光玻璃的光隔離器的隔離度(isolation)具有消光比上升隔離度也上升的關(guān)系，但是該兩者的數(shù)值未必一致。
下面，對(duì)于上述內(nèi)容，嘗試進(jìn)行實(shí)際調(diào)查。
對(duì)于測(cè)定距離15mm處波長(zhǎng)1. 55 μ m的消光比為40dB的銅偏光玻璃而言，在測(cè)定距離300mm處波長(zhǎng)1. 55 μ m的條件下測(cè)定時(shí)，消光比為56dB。因此，和上述同樣地組裝波長(zhǎng) 1. 55 μ m用自由空間型光隔離器，測(cè)定其隔離度，結(jié)果為36dB，可知可以沒有問題地用于自由空間型光隔離器。
但是，使用作為同一樣品的、在測(cè)定距離15mm處的波長(zhǎng)1. 55 μ m的消光比為40dB 的銅偏光玻璃，并使用市售的石榴石膜、永久磁鐵、單模光纖，組裝波長(zhǎng)1.陽(yáng)μ m用尾纖型光隔離器測(cè)定隔離器的隔離度，其結(jié)果為^dB。
一般的光隔離器的隔離度的標(biāo)準(zhǔn)值為30dB以上，因此，28dB未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。也就是說，測(cè)定距離15mm處消光比為40dB以下的偏光玻璃不能用于尾纖型光隔離器。
可是，近年來(lái)，在城域體系中使用的光隔離器中，將偏光玻璃和光纖直接粘接的尾纖型光隔離器正在普及。在這種光隔離器中，縮短偏光玻璃和功率計(jì)的距離的近距離消光比變得尤為重要。
另一方面，根據(jù)Mie散射原理，偏光玻璃中的各向異性金屬微粒的短徑增大時(shí)，可推測(cè)該散射光變大，因此，盡可能將各向異性金屬微粒的短徑控制在較小水平而制作偏光玻璃顯得尤為重要。
由以上內(nèi)容可知，對(duì)于縮短偏光玻璃和功率計(jì)之間的距離的近距離消光比而言， 為了得到較高的消光比，通過提高鹵化金屬粒子的拉伸度，可以有效地增大還原后的金屬粒子的長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)徑/短徑)。
但是，在通過加熱拉伸預(yù)制件而拉伸鹵化金屬粒子時(shí)，存在預(yù)制件容易斷裂、成品率差之類的問題。下面，對(duì)該問題進(jìn)行具體說明。
當(dāng)預(yù)制件的玻璃硬、即缺乏柔軟性時(shí)，預(yù)制件難以拉伸。其結(jié)果，為了提高鹵化金屬微粒的拉伸度，需要以較高的張力進(jìn)行拉伸。但是，雖然只要施加較高的張力即可確實(shí)提高鹵化金屬微粒的拉伸率，但是預(yù)制件不能承受那么高的張力，預(yù)制件斷裂的幾率也升高。
另一方面，當(dāng)預(yù)制件的玻璃軟、即富于柔軟性時(shí)，可以以較小的張力對(duì)預(yù)制件進(jìn)行拉伸。但是，那樣的玻璃的機(jī)械強(qiáng)度低、易碎，因此，即使是較小的張力也會(huì)發(fā)生斷裂。
因此，在以不管上述預(yù)制件的玻璃硬還是軟都不斷裂的張力拉伸時(shí)，因未對(duì)鹵化金屬微粒施加必要的張力，所以鹵化金屬微粒的拉伸度不能上升，不能提高后面詳述的近距離消光比。
為了得到較高的消光比，通常情況下，在拉伸工序中，對(duì)于預(yù)制件的玻璃，在即將斷裂之前施加較高的張力進(jìn)行拉伸?？墒?，在使生產(chǎn)上不頻繁發(fā)生斷裂的條件下，不管預(yù)制件的玻璃硬還是軟，自然狀態(tài)下CuCl拉伸率也不會(huì)超出某恒定范圍。其結(jié)果，至今未能通過增加斷裂幾率提高鹵化金屬粒子的拉伸率。
這樣一來(lái)，在現(xiàn)有的銅偏光玻璃中，即使為了增大作為形狀各向異性金屬粒子前體的鹵化金屬微粒的拉伸率、即長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)徑/短徑)而以較高的張力進(jìn)行拉伸，在拉伸中也可能會(huì)發(fā)生斷裂。因此，為了生產(chǎn)性而不能減小形狀各向異性金屬的短徑。因此，測(cè)定距離15mm處的消光比低為40dB左右。其結(jié)果，盡管可以用于自由空間型光隔離器，但由于裝入尾纖型光隔離器時(shí)得到的隔離度下降，因此，存在不能得到隔離器標(biāo)準(zhǔn)的30dB以上的隔離性能的問題。
本發(fā)明的第一方式，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)，具有下述組成 SiO2 為 48 65、 化03為 13 33、 Al2O3 為 6 13、 AlF3 為 0 5、 堿金屬氧化物為7 17、 堿金屬氯化物為0 5、 堿土金屬氧化物為0 5、 氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、 SnO 為 0 0.6、 As2O3 為 0 5 ； 相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，所述玻璃基體中所含的Cl為0. 40 0. 85wt%，且所述玻璃基體的維氏硬度為360以上420以下。
本發(fā)明的第二方式，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的組成相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，具有下述組成 SiO2 為 55 63、 B2O3 為 16 22、 Al2O3 為 7 10、 堿金屬氧化物為8 12、 堿土金屬氧化物為0 3、 氧化銅為0. 3 1. 0、 SnO 為 0 0.3、 As2O3 為 0 3、 F 為 0.5 1.0、 Cl 為 0. 40 0. 85 ； 所述玻璃基體的維氏硬度為360以上420以下。
本發(fā)明的第三方式，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)，具有下述組成 SiO2 為 48 65、 B2O3 為 13 33、 Al2O3 為 6 13、 AlF3 為 0 5、 堿金屬氧化物為7 17、 堿金屬氯化物為0 5、 堿土金屬氧化物為0 5、 氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、 SnO 為 0 0.6、 As2O3 為 0 5 ； 相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，所述玻璃基體中所含的Cl為0. 40 0. 85wt%，且所述玻璃基體的努氏硬度為400以上495以下。
本發(fā)明的第四方式，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的組成相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，具有下述組成 SiO2 為 55 63、 B2O3 為 16 22、 Al2O3 為 7 10、 堿金屬氧化物為8 12、 堿土金屬氧化物為ο - 3, 氧化銅為0. 3 1. 0、 SnO 為 0 0. 3、 As2O3 為 0 3、 F 為 0. 5 1. 0、 Cl 為 0. 40 0. 85 ； 所述玻璃基體的努氏 便度為400以上495以下。
本發(fā)明的第五方式，其特征在于，是含有在玻璃基體中分散并發(fā)生取向的形狀各
向異性金屬粒子的偏光玻璃，所述玻璃基體從硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃及硼硅酸鹽玻璃中選擇，在所述玻璃基體中包含從103、La203、V2O3> Ta2O3> WO3及Nb2O5中選擇的至少一種添加成分，每種所述選擇的添加成分的含量以摩爾％換算計(jì)為0. 05 4%的范圍，選擇多種所述添加成分時(shí)的合計(jì)含量以摩爾％換算計(jì)為6 %以下，進(jìn)而，相對(duì)于所述玻璃基體整體以 wt%換算時(shí)，所述玻璃基體中所含的Cl為0. 40 0. 85wt%。
本發(fā)明的第六方式的特征在于，在第一 第四中任一項(xiàng)所述的方式中，所述玻璃基體從硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃及硼硅酸鹽玻璃中選擇，在所述玻璃基體中包含從103、 La203>V203>Ta203>ff03及Nb2O5中選擇的至少一種添加成分，每種所述選擇的添加成分的含量以摩爾％換算計(jì)為0. 05 4%的范圍，選擇多種所述添加成分時(shí)的合計(jì)含量以摩爾％換算計(jì)為6%以下。
本發(fā)明的第七方式的特征在于，在第一 第六中任一項(xiàng)所述的方式中，對(duì)于中心波長(zhǎng)為1. 31 μ m的波長(zhǎng)范圍的光及中心波長(zhǎng)為1. 55 μ m的波長(zhǎng)范圍的光中的一者或者兩者在測(cè)定距離為15mm處的消光比為44dB以上。
本發(fā)明的第八方式的特征在于，在第一 第七中任一項(xiàng)所述的方式中，在距離主平面的中心點(diǎn)5mm處的偏光軸偏離量的絕對(duì)值的最大值為0. 15°以下。
本發(fā)明的第九方式為使用了第一 第八中任一項(xiàng)所述的方式的偏光玻璃的光隔
1 - O 本發(fā)明的第十方式是一種光隔離器，包含法拉第旋轉(zhuǎn)元件及至少一個(gè)起偏器作為構(gòu)成部件，作為所述起偏器使用了第一 第九中任一項(xiàng)所述的方式的偏光玻璃。
本發(fā)明的第十一方式是一種偏光玻璃的制造方法，通過拉伸玻璃預(yù)制件制造形狀各向異性金屬粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，其特征在于，具有下述工序 將所述玻璃基體的原料在氣密熔化爐內(nèi)熔化的工序； 將所述玻璃基體原料中的堿氧化物成分的至少一部分置換為堿氯化物成分的工序； 相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，所述玻璃基體包含0. 40 0. 85wt%的 Cl。
本發(fā)明的第十二方式是一種偏光玻璃的制造方法，其特征在于，在第十一方式所述的方式中，所述形狀各向異性金屬粒子是銅粒子，將所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)為下述組成的原料熔化 SiO2 為 48 65、 B2O3 為 13 33、 Al2O3 為 6 13、 AlF3 為 0 5、 堿金屬氧化物為7 17、 堿金屬氯化物為0 5、 堿土金屬氧化物為0 5、 氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、 SnO 為 0 0.6、 As2O3 為 0 5， 使所述玻璃基體的維氏硬度為360以上420以下。
本發(fā)明的第十三方式是一種偏光玻璃的制造方法，其特征在于，在第十一方式所述的方式中，所述形狀各向異性金屬粒子是銅粒子， 將所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)為下述組成的原料熔化 SiO2* 48 65、 化03為 13 33、 Al2O3 為 6 13、 AlF3 為 0 5、 堿金屬氧化物為7 17、 堿金屬氯化物為0 5、 堿土金屬氧化物為0 5、 氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、 SnO 為 0 0.6、 As2O3 為 0 5， 使所述玻璃基體的努氏硬度為400以上495以下。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供比較容易拉伸的母材玻璃，可以提供鹵化金屬微粒比較容易拉伸、可以減小形狀各向異性金屬微粒的短徑、測(cè)定距離短的近距離消光比高的偏光玻
^^ ο
具體實(shí)施例方式為了成品率良好地制造預(yù)制件可防止拉伸時(shí)的斷裂且近距離消光比高的偏光玻璃，必須做到即使以能增大鹵化金屬微粒的長(zhǎng)寬比變大的張力拉伸預(yù)制件，預(yù)制件也經(jīng)得住這種張力而不斷裂。需要說明的是，這里，將即使以更高的張力拉伸預(yù)制件的玻璃也可以在不使其斷裂的情況下進(jìn)行拉伸的情況稱為容易拉伸或者拉伸性優(yōu)異。
預(yù)制件玻璃的拉伸難易依賴于玻璃結(jié)構(gòu)(或者也稱為玻璃骨架結(jié)構(gòu))的強(qiáng)度。
例如，玻璃結(jié)構(gòu)強(qiáng)的玻璃難以拉伸，如果拉伸時(shí)施加較高的張力則這種玻璃發(fā)生斷裂。
另一方面，玻璃結(jié)構(gòu)弱的玻璃雖然以較低的張力即可容易拉伸，但是因?yàn)椴ＡУ慕Y(jié)構(gòu)弱，即使是較低的張力也容易發(fā)生斷裂，拉伸時(shí)不能施加適當(dāng)強(qiáng)度的張力。因此，不能增大鹵化金屬微粒的長(zhǎng)寬比。
不論是玻璃結(jié)構(gòu)強(qiáng)的玻璃還是弱的玻璃均難以拉伸。換言之，也可以說均為拉伸性差的玻璃。為了制造作為本發(fā)明的目標(biāo)的近距離消光比高的偏光玻璃，需要提高母材玻璃的拉伸性。
控制與母材玻璃的拉伸性相關(guān)的玻璃結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的方法有以下2種。
(1)拉伸的溫度 溫度高時(shí)玻璃結(jié)構(gòu)變?nèi)?，溫度低時(shí)玻璃結(jié)構(gòu)變強(qiáng)。
(2)玻璃基體中的堿金屬氧化物、硼酸、磷酸等的量 玻璃基體中的堿金屬氧化物、硼酸、磷酸等的濃度高時(shí)，玻璃結(jié)構(gòu)變?nèi)?，這些物質(zhì)的濃度低時(shí)，玻璃結(jié)構(gòu)變強(qiáng)。
在現(xiàn)有的偏光玻璃的組成中，不論升高還是降低拉伸時(shí)的溫度，為了防止預(yù)制件斷裂均不能對(duì)預(yù)制件施加較高的張力，其結(jié)果不能增大金屬鹵化物微粒的長(zhǎng)寬比。
另一方面，以現(xiàn)有的偏光玻璃的組成為基礎(chǔ)，調(diào)節(jié)堿金屬氧化物、硼酸、磷酸等的成分量的方法存在“有時(shí)玻璃的化學(xué)耐久性變化”、“有時(shí)玻璃結(jié)晶”、“有時(shí)對(duì)鹵化金屬微粒的結(jié)晶帶來(lái)不良影響(阻礙結(jié)晶、析出粗大結(jié)晶)”等問題。
在這樣的問題存在的情況下，本發(fā)明人等對(duì)優(yōu)化預(yù)制件玻璃的拉伸性的方法進(jìn)行了潛心研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玻璃結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度因母材玻璃中所含的Cl量不同而發(fā)生很大變化。即，Cl量減少時(shí)玻璃的結(jié)構(gòu)變強(qiáng)，母材玻璃的維氏硬度、努氏硬度增加，與其相反地，母材玻璃中的Cl量增加時(shí)玻璃的結(jié)構(gòu)變?nèi)?。進(jìn)而，隨著母材玻璃中的Cl量增加，母材玻璃的維氏硬度、或者努氏硬度下降。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用該維氏硬度、或者努氏硬度的下降，可以提高由預(yù)制件玻璃得到的偏光玻璃的近距離消光比。
下面，對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行說明。
為了得到作為本發(fā)明的目標(biāo)的具有高消光比的偏光玻璃，在調(diào)配偏光玻璃的原料組成時(shí)，以wt%換算計(jì)，優(yōu)選具有如下組成=SiO2為48 65、B203為13 33、A1203為6 13、A1F3為0 5、堿金屬氧化物為7 17、堿金屬氯化物為0 5、堿土金屬氧化物為0 5、氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、SnO為0 0. 6, As2O3為0 5，合計(jì)為IOOwt%。
需要說明的是，作為各成分的原料，使用例如下述的原料。
‘ SiO2 =SiO2 ^ · B2O3 H3BO3J2O3 等 · Al2O3 :A1 (OH) 3、Al2O3 等 ·堿金屬氧化物碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氟化物等 ·堿土金屬氧化物碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氟化物等 ·氧化銅氧化物、氯化物、氟化物、硝酸鹽等 · SnO SnO、SnO2 等 · As2O3 :As203 ^ · F 上述氧化物成分的陽(yáng)離子的氟化物(例如AlF3) · Cl 上述氧化物成分的陽(yáng)離子的氯化物(例如NaCl) 此時(shí)，在本實(shí)施方式中，相對(duì)于構(gòu)成偏光玻璃的玻璃基體整體以換算時(shí)，上述玻璃基體中所含的Cl為0. 40 0. 85wt %。詳細(xì)情況后述，只要玻璃基體中的Cl量在上述的范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)使弱鍵在玻璃內(nèi)的全部鍵中所占的比例增加，以不斷裂程度的張力進(jìn)行拉伸也能增大鹵化金屬微粒的長(zhǎng)寬比，可以提高近距離消光比。
此時(shí)，作為向母材玻璃中導(dǎo)入Cl的方法，有下述所示的方法等，使用哪種方法均可。
方法1 將形成Na2O或K2O等堿氧化物成分的原料、例如Na2CO3或KNO3的一部分置換成NaCl或KCl等包含堿元素和Cl的原料而導(dǎo)入。
方法2 添加NH4C1、HaO、HClO3等包含Cl的原料。
方法3 在母材玻璃的熔化中，將包含Cl的氣體(例如Cl2、SOCl2)噴吹到玻璃熔液中。
方法4 在母材玻璃的熔化中，用包含Cl的氣體(例如Cl2、SOCl2)對(duì)玻璃熔液進(jìn)行鼓泡。
但是，由于包含Cl的氣體毒性極高其操作危險(xiǎn)，因此使用包含Cl的氣體不能說是優(yōu)選的方法。而且，Cl在玻璃的熔化中揮發(fā)而難以殘留在玻璃中，而在提高包含Cl的原料的比例的方法(例如增加由Na2CO3到NaCl的置換量)、或者大量添加Cl源(例如NH4Cl 等)的方法中，包含毒性高的Cl的氣體從熔化爐排放到大氣中，需要大規(guī)模的除害設(shè)備。因此，這些方法也難說是優(yōu)選的方法。
因此，在本實(shí)施方式中，通過滿足下述條件中的至少任一項(xiàng)，可以在不使用包含毒性高的Cl的氣體、且不提高玻璃原料中的Cl濃度的情況下增加玻璃中的Cl的濃度。
條件1 在構(gòu)成玻璃的成分中，添加從^O3、La2O3、V2O5、Ta2O5、WO3及Nb2O5中選擇的至少一種成分。
條件2 在密閉性高的熔化爐中熔化玻璃。
在條件1中，將從103、1^203、％05、1^205、103、他205中選擇的至少一種成分添加到玻璃組成中時(shí)，與不添加這些成分的組成相比，可以增加玻璃中的Cl濃度。增加殘存在玻璃中的Cl的量的機(jī)理尚不明確，但是可推測(cè)為，當(dāng)將從Y203、La2O3^ V2O5, Ta2O5, W03、Nb2O5中選擇的至少一種成分添加到玻璃中時(shí)，具有在玻璃的熔化溫度不怎么上升的情況下提高玻璃熔液的粘性且抑制熔融中Cl揮發(fā)的作用，使Cl的殘存量增加。
這樣一來(lái)，在玻璃中添加t03、L￡i203、V205、Ta205、W03、Nb2O5時(shí)，Cl容易殘留在玻璃中。形成玻璃后的玻璃基體中的這些成分的含量以摩爾％計(jì)，當(dāng)添加成分為1種時(shí)優(yōu)選為 0. 05 4%的范圍，選擇多種時(shí)的合計(jì)含量?jī)?yōu)選為6%以下。當(dāng)添加成分的含量不足0. 05% 時(shí)，使Cl殘留在玻璃中的效果小，如果當(dāng)添加成分為1種時(shí)其含量超過4%、選擇多種時(shí)其合計(jì)含量超過6%，則會(huì)發(fā)生玻璃容易結(jié)晶的熱特性變高(拉伸溫度高)等的問題。
需要說明的是，這些添加成分的原料主要可使用氧化物化203、La2O3^ V2O5, Ta2O5, W03、Nb2O5)，也可以使其一部分或者總量為氟化物或者氯化物。
另一方面，條件2所說的密閉性高的熔化爐是指去掉例如原料間歇投入或者采取測(cè)試玻璃用的前門而改善了氣密性的熔化爐。使用密閉性高的熔化爐時(shí)，可以保持裝滿玻璃熔液的坩堝周圍的氛圍中的Cl濃度。其結(jié)果，可以抑制Cl從玻璃熔液中揮發(fā)，提高玻璃中的Cl量。去掉前門的熔化爐是密閉性高的熔化爐的一個(gè)例子，是指熔化爐內(nèi)的氛圍向外部泄漏的縫隙少的爐子。另外，利用提高了密閉性的熔化爐，不論間歇式熔化爐、連續(xù)式熔化爐的種類均可提高爐的密閉性。其結(jié)果可以提高玻璃中的Cl量。需要說明的是，在使用間歇式熔化爐的情況下，即使熔化母材玻璃的爐上加蓋子，也可以保持與玻璃熔液接觸的氛圍的Cl濃度，和使用密閉性高的熔化爐時(shí)具有同樣的效果。
如上所述由玻璃原料制作形成偏光玻璃的玻璃基體時(shí)，對(duì)于形成玻璃后的玻璃基體的組成，以》1%計(jì)的組成優(yōu)選為為55 63 J2O3為16 22、A1203為7 10、堿金屬氧化物為8 12、堿土金屬氧化物為0 3、氧化銅為0. 3 1. 0、SnO為0 0. 3、As2O3 為0 3、F為0. 5 1. 0、Cl為0. 40 0. 85，且合計(jì)為IOOwt % 這里，如上所述，在本實(shí)施方式中，制作形成偏光玻璃的玻璃基體時(shí)，在形成玻璃后的玻璃基體的組成中，包含0. 40 0. 85wt%的Cl。對(duì)于該理由進(jìn)行如下詳細(xì)敘述。
首先，從氧化物玻璃的結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)進(jìn)行說明。
可以認(rèn)為，在包含SW2的氧化物玻璃中，在由4個(gè)氧包圍Si的四面體上結(jié)合交聯(lián)氧，且它們呈3維網(wǎng)狀結(jié)合。在具有如圖2(a)所示的玻璃結(jié)構(gòu)的玻璃中漸漸包含許多Cl 時(shí)，如圖2 (b)所示，Cl進(jìn)入交聯(lián)氧的位置，交聯(lián)氧的較強(qiáng)的共價(jià)鍵變成Cl的較弱的離子鍵。 由此，在玻璃結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生了部分較弱的鍵，玻璃結(jié)構(gòu)變?nèi)?。與其相反地，如果玻璃中的Cl 變少，則部分較弱的鍵減少，玻璃結(jié)構(gòu)變強(qiáng)。
另外，如下所示(出處化學(xué)與物理學(xué)手冊(cè)第79版外)，與偏光玻璃使用的Si等陽(yáng)離子或0等陰離子相比，Cl的離子半徑較大，即使是微小的量的變化也會(huì)對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)帶來(lái)大的影響。

權(quán)利要求
1.一種偏光玻璃，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)，具有下述組成SiO2 為 48 65、B2O3 為 13 33、Al2O3 為 6 13、AlF3 為 5、堿金屬氧化物為7 17、堿金屬氯化物為0 5、堿土金屬氧化物為0 5、氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、SnO 為 0 0. 6、As2O3 為 0 5 ；相對(duì)于所述玻璃基體整體以wt %換算時(shí)，所述玻璃基體中所含的Cl為0.40 0. 85wt%，且所述玻璃基體的維氏硬度為360以上420以下。
2.一種偏光玻璃，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的組成相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，具有下述組成SiO2 為 55 63、 B2O3 為 16 22、 Al2O3 為 7 10、 堿金屬氧化物為8 12、 堿土金屬氧化物為0 3、 氧化銅為0. 3 1. 0、 SnO 為 0 0. 3、 As2O3 為 0 3、 F 為 0. 5 1. 0、 Cl 為 0. 40 0. 85 ；所述玻璃基體的維氏硬度為360以上420以下。
3.一種偏光玻璃，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)，具有下述組成SiO2 為 48 65、 B2O3 為 13 33、 Al2O3 為 6 13、 AlF3 為 5、 堿金屬氧化物為7 17、 堿金屬氯化物為0 5、 堿土金屬氧化物為0 5、 氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、 SnO 為 0 0. 6、As2O3 為 0 5 ；相對(duì)于所述玻璃基體整體以wt %換算時(shí)，所述玻璃基體中所含的Cl為0.40 0. 85wt%，且所述玻璃基體的努氏硬度為400以上495以下。
4.一種偏光玻璃，其特征在于，是形狀各向異性銅粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，所述玻璃基體的組成相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，具有下述組成SiO2 為 55 63、 B2O3 為 16 22、 Al2O3 為 7 10、 堿金屬氧化物為8 12、 堿土金屬氧化物為0 3、 氧化銅為0. 3 1. 0、 SnO 為 0 0. 3、 As2O3 為 0 3、 F 為 0. 5 1. 0、 Cl 為 0. 40 0. 85 ；所述玻璃基體的努氏硬度為400以上495以下。
5.—種偏光玻璃，其特征在于，是含有在玻璃基體中分散并發(fā)生取向的形狀各向異性金屬粒子的偏光玻璃，所述玻璃基體從硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃及硼硅酸鹽玻璃中選擇，在所述玻璃基體中包含從IO3、Lei2O3、V2O3、Tei2O3、WO3及Nb2O5中選擇的至少一種添加成分，每種所述選擇的添加成分的含量以摩爾％換算計(jì)為0. 05 4%的范圍，選擇多種所述添加成分時(shí)的合計(jì)含量以摩爾％換算計(jì)為6%以下，進(jìn)而，相對(duì)于所述玻璃基體整體以換算時(shí)，所述玻璃基體中所含的Cl為0. 40 0. 85wt%。
6.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的偏光玻璃，其特征在于， 所述玻璃基體從硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃及硼硅酸鹽玻璃中選擇，在所述玻璃基體中包含從IO3、Lei2O3、V2O3、Tei2O3、WO3及Nb2O5中選擇的至少一種添加成分，每種所述選擇的添加成分的含量以摩爾％換算計(jì)為0. 05 4%的范圍，選擇多種所述添加成分時(shí)的合計(jì)含量以摩爾％換算計(jì)為6%以下。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的偏光玻璃，其特征在于，對(duì)于中心波長(zhǎng)為1.31μπι 的波長(zhǎng)范圍的光及中心波長(zhǎng)為1.55μπι的波長(zhǎng)范圍的光中的一者或者兩者在測(cè)定距離為 15mm處的消光比為44dB以上。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的偏光玻璃，其特征在于，在距離主平面的中心點(diǎn) 5mm處的偏光軸偏離量的絕對(duì)值的最大值為0. 15°以下。
9.一種光隔離器，使用了權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的偏光玻璃。
10.一種光隔離器，包含法拉第旋轉(zhuǎn)元件及至少一個(gè)起偏器作為構(gòu)成部件，作為所述起偏器使用了權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的偏光玻璃。
11.一種偏光玻璃的制造方法，通過拉伸玻璃預(yù)制件制造形狀各向異性金屬粒子分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的偏光玻璃，其特征在于，具有下述工序?qū)⑺霾ＡЩw的原料在氣密熔化爐內(nèi)熔化的工序；將所述玻璃基體原料中的堿氧化物成分的至少一部分置換為堿氯化物成分的工序； 相對(duì)于所述玻璃基體整體以wt%換算時(shí)，所述玻璃基體包含0. 40 0. 85wt%的Cl。
12.如權(quán)利要求11所述的偏光玻璃的制造方法，其特征在于， 所述形狀各向異性金屬粒子是銅粒子，將所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)為下述組成的原料熔化SiO2 為 48 65、B2O3 為 13 33、Al2O3 為 6 13、AlF3 為 5、堿金屬氧化物為7 17、堿金屬氯化物為0 5、堿土金屬氧化物為0 5、氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、SnO 為 0 0. 6、As2O3 為 0 5，使所述玻璃基體的維氏硬度為360以上420以下。
13.如權(quán)利要求11所述的偏光玻璃的制造方法，其特征在于， 所述形狀各向異性金屬粒子是銅粒子，將所述玻璃基體的原料組成以換算時(shí)為下述組成的原料熔化SiO2 為 48 65、B2O3 為 13 33、Al2O3 為 6 13、AlF3 為 5、堿金屬氧化物為7 17、堿金屬氯化物為0 5、堿土金屬氧化物為0 5、氧化銅和鹵化銅為0. 3 2. 5、SnO 為 0 0. 6、As2O3 為 0 5，使所述玻璃基體的努氏硬度為400以上495以下。
全文摘要
本發(fā)明提供偏光玻璃及光隔離器。本發(fā)明可改善偏光玻璃的近距離測(cè)定消光比。所述偏光玻璃包含分散于玻璃基體中并發(fā)生取向的形狀各向異性金屬粒子，相對(duì)于所述玻璃基體整體以wt％換算時(shí)，所述玻璃基體中所含的Cl為0.40～0.85wt％。維氏硬度為360以上420以下，努氏硬度為400以上495以下，或使上述玻璃基體中包含從Y2O3、La2O3、V2O3、Ta2O3、WO3及Nb2O5中選擇的至少一種添加成分。需要說明的是，每種所述選擇的添加成分的含量以摩爾％換算計(jì)為0.05～4％的范圍，選擇多種所述添加成分時(shí)的合計(jì)含量以摩爾％換算計(jì)為6％以下。
文檔編號(hào)G02B27/28GK102186787SQ20098014093
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者米田嘉隆 申請(qǐng)人:豪雅冠得股份有限公司