Brevet FR2011800A1 — publié le 19700306

.69 21990 1 2011800 . .S&f4 la présente invention concerne un veire à indice de réfraction élevé, approprié à être utilisé comme âme de fibres en verre qui sont réunis en un faisceau danB un élément à fibres optique# . 5 De tels éléments à fibres optiques, qui sont connus par exemple par brevet français Ko. 1.510.554» sont fréquemment utilisés pour transmettre des images à très faible luminance sans perte de définition par dispersion, notamment dans les amplificateurs de luminance et dans les tubes de prises de vue de télévisioh. Dans ces éléments â 10 fibres optiques, on utilise un faisceau constitué par un grand nombre de fibres de très petit diamètre. Le fonctionnement d'un tel élément est basé sur le fait qu'un faisceau lumineux frappant une extrémité de la fibre, reste quasi complets -ment â l'intérieur de celle-ci par suite du phénomène de réflexion totale 15 et atteint l'autre extrémité sans que son intensité soit pratiquement altérée. A cet effet, une telle fibre est constituée par une âme cylindrique ou prismatique, en un maleriau transparent, à grand indice de réfraction (n.j ), enrobé de verre à petit indice de réfraction (ng). Au besoin, on peut appliquer une seconde couche sur le revêtement de la fibre, ce qui 20 permet d'éviter la dispersion de lumière entre les fibres et d'améliorer encore la définition de l'image transmise. On s'efforce d'obtenir pour n., une valeur aussi élevée que possible et pour ng une valeur aussi petite que possible, afin que l'angle limite ■& , c'est-à-dire l'angle formé entre le faisceau frappant l'élément et la perpendiculaire â la face terminale 25 de la fibre, soit aussi grand que possible. Il existe entre cet angle limite 6-, les indices de réfraction des deux verres et l'indice de réfraction (n ) du milieu environnant la relation» ° • ^ \/2 ~ n sxn -e- = V n. - n„ . o 1 d Il est connu de réaliser des fibres optiques en partant d'une 30 tige meulée et, éventuellement polie, en verre à grand indice de réfraction ayant par exemple 2,5 cm de diamètre et 25 cm de longueur. Sur cette tige, on glisse un tube en verre â petit indice de réfraction, s'adaptant rigoureusement autour de la tige. On chauffe la tige ainsi composée et on l'étire en une fibre de diamètre requis. 35 Pour enrober la fibre, on dispose de verres appropriés du poir/t de vue technologique pour l'enrobage, dont l'indice de réfraction n'efct pas inférieur à 1,48. Quant au verre de l'âme, son indice de réfraction doit être d'au moins 1,81 pour assurer â la fibre optique un angle limite aussi élevé que possible et donner un minimum de pertes de lumière., Le 40 choix d'un verre d'indice de réfraction élevé est difficile .du fait que 69 21990 2 2011800 les verres connus d'indice élevée présentent tous, plus ou moins, une tendance à la cristallisation. Or en cas d'étirage, il ne doit se produire aucune dévitrification, si faible soit-elle, car in résulterait une assez grande perte de lumière, principalément par dispersion. C'est ainsi 5 que les verres se prêtant convenablement à être utilisés pour la réalisa-» tion de lentilles, cas dans lequel ils sont uniquement comprimés puis meulés, s'avèrent être inutilisables pour la présente application, du fait qu'une faible tendance à-cristallisation se produit pendant l'étirage» effectué en deux ou trois étapes, entraînant une cristallisation inadmis-10 sible. Lorsque l'élément â fibres optiques est utilisé dans l'un des dispositifs électroniques précités, la présence de certains éléments (Pb, Cd, Se, F, Cl et Bi) doit être limitée ou évitée, afin d'empêcher l'empoisonnement de la photocathode. 15 II existe un verre -'.pour noyaux répondant convenablement â ces exigences. Ce verre présente une composition, en moles, située dans les limites suivantesi 35 à 62$ de GeOg 10 à 30# de BaO 20 0 â 25$ de TiO^ 0 â 15% de La20j ) ensemble au moins 10$ ô à 10$ de Zr02 ) 0 à 5$ de TagO^j 5 â 15$ de ZnO 25 Toutefois, lors de la fabrication, ces verres réagissent trop fortement avec le matériau d'enrobage usuel, de sorte que la transmission de la plaque de fibres définitive est notablement réduite. L'invention fournit un groupe de verres à indices de réfraction supérieurs à 1,81, ne présentent pas les inconvénients cités. Ils peuvent 30 être étirés plusieurs fois â une température comprise entre 750 et 800°C, sans qu'il se produise la moindre cristallisation. Ils sont incolores et transparents. Le verre conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il présente une composition,en poids,comprise dans les limites suivantes; 35 19 â 22$ de B^ 10 â 12$ de Ta^ 34 à 36$ de La20^ 8 à 20)î> de ThOg 2 à 5/à de ÀlgO ^ L o-ya de BaO 6 â 9$ de ZrOg . 3$ de TiO^ 10 à 15$ de NbgO^ 40 et de préférence: 69 21990 3 2011800 19 à 22p de -B^ 10 à 1 ; de 34 â de La^O^ o à ^û'/o de ThOp 2 â 5/i de A120^ 5 àfa de BaO 6 à 9/b de Zr02 i- 3Jb de TiO^ 5 8 â 10$ de Fbo0c. ^ 5 La stabilité de ces verres s'avère maximale dans cette ^anime, la cristallisation ne se produisant qu'à des températures supérieures de 50°C aux températures mentionnées ci-dessus. Grâce â cette stabilité, les verres peuvent être travaillés plus facilement, le traitement thermique 10 étant moins critique. A titre indicatif, on va maintenant décrire un exemple da réalisation i-sj fabrication d'un élément à fibres optiques. On réalise d'abord un tube en verre ayant une parci d'épaisseur de 1 à 1,5 mniJ un diamètre externe de 1?,5 m® et une longueur de 300 mn.; 15 constitué par un des verres décrits dans le tableau suivant (le pourcentage étant en poids)» 20 25 A B C Si02 60,1 46,3 61,3 22,6 31,6 21,3 , AI2O3 3,9 10,0 7,7 Na20 13,4 1,8 1,0 Li20 - 0,5 1,0 K20 - 5,0 6,7 CaO - 3,8 0,5 MgO - 1,0 0,5 Ces verres présentent un indice de réfraction n^ = 1,50> un coefficient ae dilatation linéaire, à une température comprise entre 30 et 30 300°C, de respectivement 66,2 - 54)6 et 54»9 x 10 ^ par °C, une température de dilatation supérieure (température â laquelle la viscosité \ = 10^*^ poidss) de respectivement 540, 516 et 4S7°C et une température de ramollis- 7 6S seraent (température â laquelle la viscosité^ = 10, pôises) de respectivement 696, 697 et 693°C, 35 Dans ce tube, on introduit un cylindre meule, de même lonsuso.r, en un verre dont lu composition répond à 1'une deii compositions mentionnées au tableau ci-après. Ce tableau indique également l'indice, de réfraction (n^), le coefficient de dilatation linéaire (c.d.l.) entre 30 et 300°C, la température de recuit maximale (TRM), ainsi que la température de raaol-40 lissement (TR) des verres. 69 21990 4 2011800 ►3 i-3 w g p. • o y—S \r* o o • o X O ES fcl t3h)>3>3Sis|fffel H- P> p-tu & 4 H-> P (\î ooororo o isj ro o v> ro oor\> o ouj vji v_n • oj u> -j 0\ ©s on vo \q 03 —* L."'-' ro KSI W 00 tM -^3 W ^ O a W O O ON -0 0\ •JSk OS -J M «v 00 VO -i -s. 0-*-'VJ1U>0?UJ—3M3 VJî O O Os VJi O O Os OC 4=». Vn Os —3 o -» ->■ «• kfj vo —* —k O-* c o m u w -j ro ~j vo Vil VJ1 IS3 VJI VJl VO \D K> oc —J OS -Ê* Os «4 —1 •£» O —* >• or- a> CD O O ■* ui Ui Œ N *• *• ♦« «O %• V» \J» VJ1 o C\ ON O VD Ui Os -^3 L»j 00 On ON ON -*• vo vo 00 00 *■* o ro vj> u> —j «o vo V_n OJ ON On VO VO u> VO *"-3 Os U> ro u/ U1 {« U1 co ui -* *• u *a i* «t» ON OO O Q' UJ \J1 * -*3 UJ u» ro O ««^2 5^3 V» cd vo u> vo ■—■3 —j —o .Ja, -a O 03 OC o o w vji w —j- ro «i »i» %» «a ^ t« U1. ui vû ^ ro vc U> Os VC V» «« VJ\ ^ 2 «• v Or Oo 00 —* {jj o c ui \ji oj -o rovjrvo U1\jlO\UiO^C5-JO --4 VO ON -0 o O oo 00 O O U> VJ7 VJT VO o? o te *® ON O oj --4 ro os vo *»»».«•%» -0 Vû U1 —3 Os VJ1 ~J ->J -ê* o o Os Oo VJ1 -» O Oo O ON ON CF sa o fO *• vo u —J -k ON Uî Os o O & o c F-e+ H* o 2 V*-o »o o H* p- CQ Oo f-3 ► I cl 69 21990 ^ 2011800 Les tiges complexes ainsi obtenues ont été étirées, à une température comprise entre 770 et 780°C, d'abord en fibres d'environ 300 yU d'épaisseur, que l'on groupe, en faisceaux de 12 mm de diamètre; puis ces faisceaux ont été étirés jusqu'à un diamètre de 300ja, ce qui amène le 5 diamètre de la fibre initiale à une valeur d'environ 6yu, Les fibres complexes ainsi obtenues sont découpées en longueurs de 100 mm, puis introduites, en faisceaux serrés, dans une ampoule de 25 ram ae diamètre, en un verre au silicate de bore de l'une des trois compositions mentionnées en premier lieu. L'ampoule ainsi remplie, est évacuée, scellée 10 et maintenue pendant 30 â 60 minutes à une température comprise entre 680 â 700°C. Du produit ainsi obtenu on découpe des plaques d'éléments â fibres optiques que l'on polit. , 69 21990 6 2011800 Hi-jVETOICATION S : 1. Verre â grand, indice de réfraction convenant particulièrement à être utilise comme âme de fibres de verre qui sont réunies en faisceaux . dans un élément â fibres optiques, ce verre étant caractérisé en ce que sa composition, en poids,est compriâe dans les limites suivantes s 19 à 22$ de B^ 10 â 12$ de Ta^ 34 à 38$ de La203 8 à 20$ de ThOg 2 â 5$ de AlgO^ i-6$ de BaO 6 à 9$ de ZrOg £.3$ de TiOg 10 à 15$ de NbgO^. 2. Verre selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition, en poids,est comprise dans les limites suivantes: 19 à 21$ de B203 4 à 10$ de Ta^ 34 à 38$ de La203 8 à 20$ de ThOg 2 â 4$ de Al ^3 ^.6$ de BaO 6 à 9$ de Zr02 L 3$ de Ti02 10 à 15$ de NbgO^. 3. Verre selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition, en poids,QSt comprise dans les limites suivantes: 19 à 22$ de BgO-j 10 â 12$ de Ta^ 34 à 38$ de La203 8 â 20$ de ThOg 2 â 5$ de A12Q3 £ 6$ de BaO 6 â 9$ de ZrOg £3$ de Ti02 8 à 10$ de NbgO^. 4. Elément â fibres optiques dans lequel l'âme des fibres est en un verre tel que spécifié ci-dessus. Phi P" SIX PAGES Société dite: N.V.PHILIPS' GLOEILAMPENPABRIEKEN L1» Mandataire: Jean CASANOVA SuceMMur 4e M. ARMKNOAUO JEUNE 23, Boulevard de Strasbourg, PARIS