Brevet FR2028865A1 — publié le 19701016

L'invention concerne un verre approprié notamment à être utilisé pour la partie absorbant la lumière d'un élément optique à fibres. Des éléments optiques â fibres, constitués par un 5 faisceau de fibres de verre de très petit diamètre servant à la transmission de la lumière ont été fréquemment utilisés, ces dernières années, 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 prise de vues de télévision. 10 Le fonctionnement d'une fibre est basée sur le fait qu'un faisceau lumineux frappant une extrémité de la fibre reste quasi complètement à l'intérieur de celle-ci par suite du phénomène de réflexion totale et atteint l'autre extrémité sans que son intensité soit pratiquement altérée. A cet effet, une telle fibre est constituée par une âme en 15 un matériau à grand indice de réfraction (n^) enrobée de verre à petit indice de réfraction (ng). Les fibres peuvent avoir touteforme de section fermée constante, non seulement circulaire mais également rectangulaire ou polygonale. Il faut faire en sorte qu'il ne se produise pas de perte 20 de définition par dispersion. A cet effet, il faut en premier lieu que l'angle limite 6, c'est-à-dire l'angle formé entre le faisceau frappant l'élément optique â fibres et la perpendiculaire â la face terminale de la fibre, pour lequel ce rayon lumineux n'est pas encore totalement réfléchi, soit aussi grand que possible. Tous les rayons lumineux frappant 25 la face terminale de la fibre sous un angle inférieur audit angle restent à l'intérieur de celle-ci et la parcourent dans toute sa longueur, par suite du phénomène de réflexion totale. Il existe entre cet angle limite 8-, les indices de réfraction des deux verres et l'indice de réfraction (no) du milieu environnant la relation 30 nQ sin © »^n.|2 - n^ • Dans le cas d'un élément optique à fibres, avec de l'air comme milieu ambiant, un choix approprié des deux verres eh ce qui concerne leurs indices de réfraction permet d'obtenir, un angle limite 0 de 90*, ce qui implique qu'une fois introduite dans la fibre, toute la lu-35 mière, même celle tombant sous Tin petit angle sur la surface de la fibre, reste à l'intérieur de cette dernière par suite de la réflexion totale. La source la plus importante de dispersion est constituée par de la lumière frappant une face terminale de l'élément optique â fibres sous un angle non égal â 0*. Il est évident que le verre de 40 l'enveloppe doit avoir une épaisseur minimale, sinon, il se produit un BÀDOfllGINAL. 70 01953 2 2028865 risque de "diaphotie" entre les fibres. Cette valeur minimale est de l'ordre de quelques dixièmes de microns, ce qui implique que dans une section de l'élément optique à fibres, le verre occupe 25 à. 40$ de la superficie totale. Les autres sources de dispersion, qui sont plus acci-5 dentelles, telles que les irrégularités de la face terminale et la présence de bulles de gaz ou de cristaux dans le verre de l'âme, exercent moins d'influence. De plus, il faut tenir compte d'un milieu ambiant, dont l'indice de réfraction (nQ) peut être notablement supérieur à 1, t«l qu'une immersion ou une couche d'un conducteur photo-électrique avec un 10 liant déposé sur la face terminale d'un élément optique â fibres. Dans ces conditions, l'angle limite 0 est notablement plus petit comme il ressort de la relation nQ sin 0 «w - % En ce qui concerne l'absorption de lumière dispersée, ) on connaît du brevet français N* 1.518.830 une fibre de verre pour un 15 élément optique à fibres présentant une partie transparente constituant l'âme, à grand indice de réfraction, une partie transparente constituant le revêtement entourant l'âme, à faible indice de réfraction, ledit revêtement contenant en poids, moins de 2,5$ de NagO et une partie absorbant la lumière, entourant le revêtement de l'âme» 20 A cet effet, on connaît un verre au silicate de bore contenant de l'oxyde de fer FegO^ dans une quantité comprise, en poids, entre 2 et 10$, de l'oxyde de titane TiOg dans une quantité comprise, en poids, entre 2 et 10$, la quantité totale dê FegO^ et de TiOg devant être située entre 4 et 15$ en poids, alors qu'une quantité totale d'oxydes 25 alcalino terreux inférieure à 5$ en poids, peut être présente et pratiquement pas d'oxydes métalliques de transition bivalents ( Ces verres connus présentent l'inconvénient de ne pouvoir être utilisés comme revêtement absorbant la lumière (verre noir) dans les éléments optiques â fibres que si le verre transparent sonsti-tuant l'enveloppe avec lequel le revêtement absorbant la lumière entre en 35 contact contient au maximum en poids 2,5$ de NagO. Si le verre de l'enveloppe contient une plus grande quantité de ITa^O, le verre noir se décolore pendant l'étirage et la mise en faisceau des fibres, par suite d'une cause encore inconnue, et de ce fait ne diminue plus la dispersion. L'emploi de verres ne contenant guère de ITàgO suscite des difficultés, ces 40 verres étant assez durs, c'est-â-dire présentant une température de BAD ORIGINAL 70 01953 5 2028865 ramollissement assez élevée et un coefficient de dilatation différant en général assez fortement de celui des verres utilisés normalement pour 1'âme. La nécessité s'impose de disposer d'un verre absorbant 5 pouvant être utilisé en combinaison avec un verre d'enveloppe contenant avec grande quantité de Na20 par exemple un verre de composition en poids 60,1$ de SiOg, 22,6$ de 3^0^» 5*9 de A^O^ et 13»4$ de Na20. Ce verre présente un indice de réfraction n^ = 1,50 et un coefficient de dilatation linéaire d'environ 70 x 10~^ par *C aux températures comprises entre 10 30 et 300»C. L'invention fournit un groupe de verres satisfaisant à ces conditions. La composition en poids de verres conformes à l'invention est située dans la gamme suivante: 50 â 70$ de Si02 0 à 5fo de CaO 15 0 à 25$ de BgO^ 0 à 8$ de MgO 0 â 2$ de Li20l 0 à 5$ de BaO 0 à 15$ de Na-O r ensemble q ^ 10$ de Feo0J^ ensemble 20 2- [ ' 23I 0 à 10$ de K20 ] 5 â 20^ 0 â 10$ de 7^ J 1^à 2 â 4$ de A120^ 0 à 2$ de As20^. 25 0 à 10$ de Hao0> ensemblé 2 à 8$ de Fe„0^) ensemble De préférence, on utilise des verres, dont la composition est située entre les limites suivantes; 50 â 65$ de Si02 0 â 4$ de CaO 0 â 20$ de BgO 0 à 6$ de MgO 0 â 2$ de Li2o) 0 à 2$ de BaO 2^ f *■ =• "Z" i C2"3/ 0 â 8$ de K20 ) 5 & 15$ 2 à 9$ de ^ 2 â 4$ de AlgO^ 0 à 2$ de As^. La description ci-après, se référant au dessin annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. ïïn tube en verre destiné â être utilisé comme enveloppe, ayant une section circulaire d'un diamètre interne de 15 mi et d'une épaisseur de paroi de 1 à 1,5 mm, est d'abord-calibré de manière à lui donner une section quadrangulaire présentant des angles chanfreinés, la 35 distance entre les côtés étant de 15 mm. Des fibres en verre noir, d'une composition mentionnée dans le tableau, sont disposées aux quatre■coins, et à l'intérieur du tube est placée une tige de verre constituant l'âme, (fig. 1a et 1b); le verre constituant l'âme (1) et le verre constituant l'enveloppe (2) contiennent en poids: 30 BAD ORIGINAL 70 01953 4 2028865 Ame: 40,5$ de GeOg Enveloppe: 58,1$ de Si02 (1) 22,8$ de BaO (2) 22,6$ de B^ 4,8$ de Ti02 3,9$ de AlgOj 17,6$ de LagOj 15,4$ de Na20 5 4,7$ de Zr02 (n^ = 1,51) 3,4$ de Ta205 6,2$ de ZnO (-OJJ « 1.855) Le tableau suivant mentionne plusieurs verres adaptés 10 aux fibres absorbantes (3), ainsi que la température de recuit la plus basse (LOT), c'est-à-dire la température exprimée en °C â laquelle la viscosité du verre est 10^'^ poises, la température de recuit la plus élevée (HOT), c'est-à-dire la température â laquelle la viscosité du verre est de 10^'^ poise et la température de ramollissement (AVP), c'est-à- 7 6 15 dire la température â laquelle la viscosité est de 10 ' poises, ainsi que le coefficient de dilatation linéaire (u.c) aux températures comprises entre 30 et 300°C. T A B L E A ïï r Composition en $ en poids " 1 , 2 3 l 4 -, 5 6 l 8 9 n 11 Si02 60,4 59,9 .61,5 51,9 59,9 63,2 51,4 62,4 59,6 60,2 63,2 B2°3 17,0 16,8 17,3 20,2 16,8 17,8 20,0 1,3 1,2 1,2 17,8 Li20 0,8 0,8 0,8 - 0,8 0,8 - - - - 0,8 Na20 0,4 0,4- 0,4 13,7 0,4 0,4 13,6 14,4 13,8 13,9 0,4 K2° 7,5 7,4 7,5 - 7,4 7,9 - 0,7 0,6 0,6 7,9 a12°3 3,2 3,2 3,3 3,5 3,2 3,4 3,5 2,5 2,4 2,4 3,4 CaO - 3,6 3,5 3,5 MgO - 5,4 5,1 5,2 BaO - 1,9 1,9 1,9 As2^3 - 0,4 0,4 0,4 Fe2°3 8,0 5,3 - 8,0 2,7 - 5,3 2,8 5,3 8,0 6,5 T2°5 2,7 6,2 9,1 2,7 8,8 6,5 6,2 4,6 6,2 2,7 - LOT 449 445 458 435 446 454 486 HOT 479 471 484 465 473 474 508 AVP 692 660 678 672 668 632 676 u.c. 54 55 54 77 55 55 77 91 91 93 54 BAD ORIGINAL 70 01953 5 2028865 La combinaison ainsi obtenue est d'abord étirée en fibres d'un diamètre de 300 microns ~h une température de 850*C. Les fibres sont réunies en faisceau jusqu'à l'obtention d'un diamètre de 12 mm et les faisceaux ainsi obtenus sont étirés de façon que l'âme de la fibre initiale 5 soit ramenée à un diamètre d'environ 6,5 microns. Les fibres composées ainsi obtenues sont coupées en éléments de 100 mm de longueur, éléments qui sont groupés en faisceau dense dans une ampoule d'un diamètre de 25 mm en verre au silicate de bore de même composition que le verre constituant l'enveloppe. L'ampoule ainsi remplie est vidée, scellée et chauffée pen-10 dans 30 à 60 minutes à une température de JOO'C. L'élément optique â fibres ainsi obtenu présente un pouvoir séparateur qui, même â l'oeil, dépasse de loin celui d'un élément obtenu à partir d'une combinaison sans fibres absorbantes. Dans une autre forme de réalisation d'un élément op-15 tique à fibres, utilisant du verre absorbant conforme à l'invention, on part pour l'âme d'un verre sous forme de tige et pour l'enveloppe d'un tube de verre, ce dernier étant recouvert de verre absorbant pulvérulent à l'aide d'une suspension par exemple. BAD ORIGINAL 70 01953 6 2028865 REVENDICATIONS : 1. Verre caractérisé en ce que sa composition, en poids, est située entre les limites suivantes: 50 à 70$ de Si0o 0 â 25$ de B205 0 â 2$ de LigO' 0 à 15$ de NagO1 0 â 10$ de K20 ensemble 5 à 2 â $ de AlgOj 0 à 5$ de CaO 0 à 8$ de MgO 0 à 5$ de BaO 0 â 10$ de Fe20^) 0 à 10$ de V205 . 0 à 2$ de ASgOj ens emble -5 à 15$ 10 2. Verre selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition, en poids, est située entre les limites suivantes» 15 50 â 65$ de Si02 0 â 20$ de BgOj 0 à 2$ de Li20" 0 â 10$ de Na20* 0 à de K20 ensemble 5 à 15$ 2 à 4$ de AlgOj 0 à 0 â 0 à 2 â 2 à 0 â 4$ de CaO 6$ de MgO 2$ de BaO 8$ de Fe^o!)ensemble a„ yXV 1 15* 9$ 2 5 J 2$ de As20^ 5. Elément optique â fibres, constitué par un faisceau â€ fibres constituées par une partie transparente constituant l'âme, à grand 20 indice de réfraction, une partie transparente constituant le revêtement, à petit indice de réfraction qui entoure ladite partie constituant l'âme, et une partie absorbant de la lumière, ladite partie absorbante étant caractérisée en ce qu'elle est constituée par du verre selon la revendication 1 ou 2. BAD ORIGINAL