(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
１０から７５モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＬａＦ３と、
１００に対して０．５から１０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されているドーパントとからなる、光学部品。
【請求項２】
５から６０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
５から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
１０から９０モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＬａＦ３と、
１００に対して０．２から２０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されているドーパントとからなる、光学部品。
【請求項３】
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
１０から７５モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＹＦ３と、
１００に対して０．５から１０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されているドーパントとからなる、光学部品。
【請求項４】
５から６０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
５から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
１０から９０モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＹＦ３と、
１００に対して０．２から２０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されているドーパントとからなる、光学部品。
【請求項５】
１．２９×１０９ｒａｄ以上の高強度ガンマ線放射線量を加え、
３×１０９から１×１０１４ｎ／ｃｍ２秒以上の中性子束の中性子エネルギーを加え、
２×１０１６から８．３×１０２０ｎ／ｃｍ２以上の中性子フルエンスを加えることを含む、
高エネルギー環境下での透過性を保ち、
バルクレーザ損傷閾値が１０５＋／−２０Ｊ／ｃｍ２であり、表面レーザ損傷閾値が７２Ｊ／ｃｍ２＋／−１５Ｊ／ｃｍ２である、請求項１乃至４いずれかに記載の光学部品。
【請求項６】
固体レーザホストおよび固体増幅器ホストのうちの１つであり、１００に対して０．５から５重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されたドーパントを有する、請求項５に記載の光学部品。
【請求項７】
薄ディスクレーザホストであり、１００に対して１から２０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されたドーパントを有する、請求項５に記載の光学部品。
【請求項８】
ファイバ・レーザ・ホストおよびファイバ増幅器ホストのうちの１つであり、１００に対して０．５から３重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されているドーパントを有する、請求項５に記載の光学部品。
【請求項９】
窓、ミラー、および、ソーラーパネル被覆用薄膜のうちの１つであり、１００に対して１から１０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されているドーパントを有する、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１０】
レンズのうちの１つであり、１００に対して０．５から５．５重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されているドーパントを有する、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１１】
ストークシフトが多くても９％であり、熱負荷率が多くても１１％である、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１２】
前記Ｙｂのドーパントは、活性化したとき、前記光学部品の透過性を保つために高エネルギー環境下の感光除去器としての機能を果たすと同時に、レーザドーパントとしての機能を果たす、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１３】
固体レーザホスト、固体増幅器ホスト、薄ディスクレーザホスト、ファイバ・レーザ・ホスト、ファイバ増幅器ホスト、窓、ソーラーパネル被覆用薄膜、ミラー、および、レンズのうちの１つである、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１４】
ストークシフトが多くても９％であり、９４５ｎｍの波動エネルギーによって活性化したときの熱負荷率が多くても１１％である、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１５】
１１８Åから１３２Åの粗さｐ−ｖに研磨された、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１６】
光ファイバを形成するための引抜温度ＴＤが、結晶化温度ＴＣとは実質的に異なる、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１７】
フルオロリン酸塩ガラス系がＹｂのドーパントを含み、前記Ｙｂのドーパントは、活性化したとき、前記光学部品の透過性を保つために高エネルギー環境下の感光除去器としての機能を果たすと同時に、レーザドーパントとしての機能を果たす、請求項５に記載の光学部品。
【請求項１８】
線形屈折率が増加しているにも関わらず変化しない６４から６８のアッベ数を有するレンズであり、非線形屈折率がｎ２＝１．４２×１０−１３ｅｓｕと低いままである、請求項５に記載の光学部品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００８年１０月３１日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６１／１９８０１２号、２００９年５月２４日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６１／１８０８８０号、２００９年６月８日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６１／１８５１９０号、および、２００９年６月２１日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６１／２１８９７１号の優先権の利益を主張し、これら全ての出願は、その全開示が参照により明示的に本明細書に参照により組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、高エネルギー環境下で用いるための、光学特性が改善されたフルオロリン酸塩ベースの光学部品に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
既知の従来の光学部品の一部は、いくらかの放射抵抗レベルを有するものがあるが、これらの抵抗レベルは、高エネルギー環境下で使用するには十分ではない。
【０００４】
異なる放射抵抗特性レベルを有する光学部品の例として、数百ｋｒａｄのガンマ線にさらした後で感光する、ビスマスのメタリン酸塩ベースのガラス系が挙げられる。他の例としては、非常に低いレベルのガンマ線下で暗くなる故に高エネルギー環境下で用いるにはひどく非実用的である、高エネルギー環境下での性能の悪いものとして周知のＳｉＯ２ベースの光学部品が挙げられる。様々な組成物のリン酸塩ベースのガラスを含む他の光学部品は、アルカリ元素を含んでおり、このアルカリ元素は最終製品の全放射抵抗を実際に減らすおよび下げることでも知られており、従って、いかなる高エネルギー環境下で用いるにもひどく非実用的である。従来の使用される他の光学部品は、二酸化ゲルマニウムベースの網状構造を含んでおり、ＧｅＯ２が存在する故に放射抵抗に適していない。
【０００５】
前記光学部品の光学特性に関して、および、特に、前記光学部品の表面レーザ損傷閾値に関して、ほとんどの光学部品は、以下の表に示したように非常に低い表面レーザ損傷閾値を有している。
【０００６】
表面レーザ損傷閾値
光学部品                                      表面レーザ損傷閾値
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ショットガラス製品
リン酸塩ガラスLG750                          〜30J/cm2
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
コーニングガラス製品シリカガラス
7940                                          〜38+/-2J/cm2
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
コーニングガラス製品ホウケイ酸塩ガラス
0211                                          〜32J/cm2
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ビスマス含有フルオロリン酸塩ガラス            〜29J/cm2
【０００７】
それ故、前記光学部品は、６０Ｊ／ｃｍ２またはそれ以上の閾値を必要とする高レーザエネルギー環境下では、用いることができない。
【０００８】
従って、現在の技術水準および現在の光学部品の不都合な点に鑑みて、高エネルギー抵抗および優れたアクティブおよびパッシブ光学特性を有する、光学部品が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、１．２９×１０９ｒａｄ以上の高強度ガンマ線放射線量、および、３×１０９から１×１０１４ｎ／ｃｍ２秒以上の中性子束の高中性子エネルギー、および、２×１０１６から８．３×１０２０ｎ／ｃｍ２以上の中性子フルエンスを含み、高エネルギー環境下での透過性を保つ（透明なままの）光学部品を提供する。さらに、前記光学部品のバルクレーザ損傷閾値は、１０５＋／−２０Ｊ／ｃｍ２であり、表面レーザ損傷閾値は７２＋／−１５Ｊ／ｃｍ２であり、ストークシフトは約９％であり、熱負荷率は約１１％である。
【００１０】
本発明の例示的な一態様は、
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
２０から９０モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＲＦ３と、
を含み、
ここで、Ｒは、ＹおよびＬａのうちの１つから選択され、１００に対して０．５から１０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する、光学部品を提供する。
【００１１】
本発明の別の例示的な態様は、
２０から５０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
２０から９０モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＲＦ３と、
を含み、
ここで、Ｒは、ＹおよびＬａのうちの１つから選択され、１００に対して０．５から１５重量％のＹｂ２Ｏ３おおびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する、光学部品を提供する。
【００１２】
本発明のさらなる例示的な態様は、
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
１０から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
１０から７５モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＲＦ３と、
を含み、
ここで、Ｒは、ＹおよびＬａのうちの１つから選択され、１００に対して０．５から１０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する、光学部品を提供する。
【００１３】
本発明の別の例示的な態様は、
５から６０モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
５から６０モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
１０から９０モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＲＦ３と、
を含み、
ここで、Ｒは、ＹおよびＬａのうちの１つから選択され、１００に対して０．２から２０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する、光学部品を提供する。
【００１４】
本発明のさらに別の例示的な態様は、
モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＲＦＸと、
を含み、
Ｙｂの組成物の１００パーセント（重量％）に対するＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有し、
ここで、Ｒは、ＹおよびＬａのうちの１つから選択され、
ｘは、組成物ＲＦｘ中のフッ素（Ｆ）の量を示す指数であり、
前記光学部品は、
１．２９×１０９ｒａｄ以上の高強度ガンマ線放射線量を加えることと、
３×１０９から１×１０１４ｎ／ｃｍ２秒以上の中性子束の中性子エネルギー、および２×１０１６から８．３×１０２０ｎ／ｃｍ２以上の中性子フルエンスを加えることとを含む、高エネルギー環境下での透過性を保ち、
バルクレーザ損傷閾値が１０５＋／−２０Ｊ／ｃｍ２であり、表面レーザ損傷閾値が７２＋／−１５Ｊ／ｃｍ２である、
光学部品を提供する。
【００１５】
本発明の例示的な任意選択的な一態様は、
固体レーザホストおよび固体増幅器ホストのうちの１つであり、
１００に対して０．５から５重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する光学部品を提供する。
【００１６】
本発明の別の例示的な任意選択的な態様は、
薄ディスクレーザホストであり、１００に対して１から２０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する光学部品を提供する。
【００１７】
本発明のさらなる例示的な任意選択的な態様は、
ファイバ・レーザ・ホストおよびファイバ増幅器ホストのうちの１つであり、１００に対して０．５から３重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する、
光学部品を提供する。
【００１８】
本発明のさらなる例示的な任意選択的な態様は、
窓、ミラー、およびソーラーパネル被覆用薄膜のうちの１つであり、１００に対して１から１０重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有する、光学部品を提供する。
【００１９】
本発明の別の例示的な任意選択的な態様は、
１００に対して０．５から５．５重量％のＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有するレンズのうちの１つである、光学部品を提供する。
【００２０】
本発明のさらなる例示的な任意選択的な態様は、
光学部品のストークシフトが約９％であり、熱負荷率が約１１％である、光学部品を提供する。
【００２１】
本発明のなおさらなる例示的な任意選択的な態様は、
前記Ｙｂのドーパントは、活性化したとき、光学部品を透過的に保つために高エネルギー環境下の感光除去器として機能するのと同時に、レーザドーパントとして機能する、光学部品を提供する。
【００２２】
本発明の別の例示的な態様は、
１．２９×１０９ｒａｄ以上の高強度ガンマ線放射線量、および、３×１０９から１×１０１４ｎ／ｃｍ２秒以上の中性子束の中性子エネルギー、および、２×１０１６から８．３×１０２０ｎ／ｃｍ２以上の中性子フルエンスを含む、高エネルギー環境下の透過性を保つフルオロリン酸塩ガラス系を含み、
バルクレーザ損傷閾値が１０５＋／−２０Ｊ／ｃｍ２であり、表面レーザ損傷閾値が７２＋／−１５Ｊ／ｃｍ２である、光学部品を提供する。
【００２３】
本発明の別の例示的な任意選択的な態様は、
固体レーザホスト、固体増幅器ホスト、薄ディスクレーザホスト、ファイバ・レーザ・ホスト、ファイバ増幅器ホスト、窓、ソーラーパネル被覆用薄膜、ミラー、および、レンズのうちの１つである、光学部品を提供する。
【００２４】
本発明のさらに別の例示的な任意選択的な態様は、
光学部品のストークシフトが約９％であり、９４５ｎｍの波動エネルギーによって活性化したときの熱負荷率が約１１％である、光学部品を提供する。
【００２５】
本発明のさらなる例示的な任意選択的な態様は、
１１８Ａ０から１３２Ａ０の粗さｐ−ｖに研磨されている、光学部品を提供する。
【００２６】
本発明のなおさらなる例示的な任意選択的な態様は、
光ファイバを形成するための光学部品の引抜温度ＴＤが、結晶化温度ＴＣとは大幅に異なり、前記引抜温度が約６９０℃と同等である、光学部品を提供する。
【００２７】
本発明の別の例示的な任意選択的な態様は、
フルオロリン酸塩ガラス系がＹｂのドーパントを含み、前記Ｙｂのドーパントは、活性化したとき、光学部品の透過性を保つために高エネルギー環境下の感光除去器として機能し、同時にレーザドーパントとして機能する、光学部品を提供する。
【００２８】
本発明のさらに別の例示的な任意選択的な態様は、
線形屈折率が増加に関わらず変化しない約６４から６８のアッベ数を有するレンズであり、非線形屈折率がおよそｎ２＝１．４２×１０−１３ｅｓｕと低いままである、光学部品を提供する。
【００２９】
本発明の別の例示的な任意選択的な態様は、
フルオロリン酸塩ガラス系が、
モル％のメタリン酸塩Ｂａ（ＰＯ３）２と、
モル％のメタリン酸塩Ａｌ（ＰＯ３）３と、
モル％のフッ化物ＢａＦ２＋ＲＦｘと、
を含み、
Ｙｂの組成物の１００パーセント（重量％）に対してＹｂ２Ｏ３およびＹｂＦ３のうちの１つから選択されるドーパントを有し、
ここで、Ｒは、ＹおよびＬａのうちの１つから選択され、
ｘは、組成物ＲＦｘにおいてフッ素（Ｆ）の量を示す指数である、光学部品を提供する。
【００３０】
このように示した本発明の利点は、例にすぎず、本発明を限定するように解釈されるべきではない。本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点については、以下の図面および特許請求の範囲とともに、以下の好ましい非限定的な例示的な実施態様の詳細な説明から、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
図面は、例示的な説明を行うためにのみ用いられるべきであり、本発明に限定の定義としてのものではないということが、理解されるべきである。開示全体において、「例示的な」という語は、「例、例証、または、説明としての機能を果たす」という意味でもっぱら用いられる。「例示的な」と記載されたいかなる実施態様も、他の実施態様よりも好ましいまたは有利であるとは必ずしも解釈されるべきではない。
図面に関して、同様の参照符号は全体にわたって対応箇所を示している。
【図１】図１Ａは本発明に従った例示的なファイバコアの例示的な形状をした、本発明の第１光学部品のサンプルの説明図である。図１Ｂは本発明に従って高エネルギーを加えた後の、図１Ａに示した第１光学部品の例示的な図である。図１Ｃは本発明に従って高エネルギーを加えた後の、例示的な直方体の形状をした本発明の第２光学部品のサンプルの例示的な図である。
【図２】本発明に従ってレーザ損傷閾値試験を受けた、本発明の例示的な光学部品を示す図である。
【図３】図３Ａは本発明に従った例示的な固体レーザホストまたは固体増幅器ホストの形状をした、本発明の例示的な光学部品の図である。図３Ｂは本発明に従った例示的なディスクの形状をした、本発明の例示的な光学部品の図である。図３Ｃは本発明に従ってレンズへと切断、成形、および、研磨されてもよい例示的なディスクの形状をした、本発明の例示的な光学部品の図である。
【図４】図４Ａは本発明の立方体状の光学部品の研磨された一面のトポグラフィーを例示的に示す図である。図４Ｂは図４Ａに示された前記一面の研磨された光学部品最終製品に関して、表面の質に関する数値データを詳細に示す表である。図４Ｃは図４Ａに示された本発明の同一の立方体状の光学部品の別の研磨された面のトポグラフィーを例示的に示す図である。図４Ｄは図４Ｃに示された前記面の研磨された光学部品最終製品に関して、表面の質に関する数値データを詳細に示す表である。
【図５】本発明に従った例示的なガラスロッドの形状をした、例示的な光学部品の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
添付図面に関連して以下に示した詳細な説明は、本発明の現在において好ましい実施態様の説明として意図されたものであり、本発明が構成および／または利用される唯一の形態を示すために意図されたものではない。
【００３３】
簡易で明瞭にするために、本開示は、波動エネルギーおよび粒子エネルギーの両方に関して、「エネルギー」という語句を用いる。さらに、本開示は、高エネルギー波（つまり、高電磁放射線またはＥＭＲ）を、（１０１９Ｈｚ以上の）ガンマ線周波数での高エネルギー波であるとする。さらに、本開示は、少なくとも３×１０９ｎ／ｃｍ２秒の平均中性子束、および、少なくとも２×１０１６ｎ／ｃｍ２秒の平均中性子フルエンスにおいて、高粒子エネルギーを提示する。従って、本発明は、「高エネルギー」、「高放射線」、「高放射エネルギー」、「高エネルギー環境」などといった集合的な語句を、前記高波動エネルギーパラメーターおよび高粒子エネルギーパラメーターによって定義されたエネルギーとして定義する。
【００３４】
さらに、本開示全体について、「感光する」という語、および、「感光」、「感光される」などといった「感光する」の派生語は、様々な量の放射線にさらすことによる材料が黒ずむこと、褐変、および／または、燃けることを定義する。「感光を除去する」という語、および、「感光の除去」、「感光が除去された」などといった「感光を除去する」の派生語は、高エネルギーにさらしている間の感光工程に継続的に抵抗する（あるいはこれを戻す）ための材料の能力を定義する。
【００３５】
本発明の光学部品は、系のホストとして用いてもよく、「ホスト」とは、１つまたはそれ以上の機能の実行に用いられる前記系内の媒質（パッシブまたはアクティブ）と定義される。ホストとして用いられる本発明の光学部品の１つの非限定的な例として、励起したときにレーザエネルギーを発する働きをするレーザ材料（またはレーザホスト材料）となる媒質である、レーザガラス（活性）が挙げられる。
【００３６】
本発明の光学部品は、多くの分野において用途があり、高いレーザ損傷閾値をも必要とする場合がある高エネルギー環境下で用いられてもよいし、さらに、放射抵抗遮蔽材料の製造に用いられてもよい。本発明の光学部品の適用例の非限定的で非網羅的なものとして、光学窓、光学ミラーの基材、ソーラーパネルカバー、スペースソーラーパネルカバー、レンズ、ファイバなどが挙げられる。ホストとして用いられる本発明の光学部品の適用例の他の非限定的で非網羅的なものとして、ファイバ増幅器ホスト、固体増幅器ホスト、ファイバ・レーザ・ホスト、固体レーザホスト（例えば、薄ディスクレーザ（活性ミラー））などが挙げられる。
【００３７】
特に、本発明は、イッテルビウムドーパントを有するが、アルカリまたはフッ化アルカリ、鉛またはフッ化鉛、または、ビスマスのメタリン酸塩を用いない、フルオロリン酸塩ガラス系をベースにした光学部品を提供する。本発明の光学部品は鉛を全く用いていないので、環境に優しい。その上、本発明の鉛を用いない光学部品は、さらに、前記光学部品内のいかなる潜在的な放射線残留物をも閉じ込める非常に高い浸出抵抗を有している。つまり、放射エネルギーにさらした後、本発明の光学部品は、水などの他の溶液に入れられたり、または、他の水分を含むもの（例えば、酸または塩基）にさらされたとしても、内部に大部分の放射線残留物を保持および閉じ込める（浸出を防ぐ）。本発明の光学部品に用いられ得るフルオロリン酸塩ベース（ただし、鉛またはフッ化鉛なし）のガラス系の非限定的な例は、Ｍａｒｇａｒｙａｎによる米国特許出願公開公報第２００３／００４０４２１号に開示されている。この公報の全開示は、明示的に、本明細書に参照により全体が組み込まれる。
【００３８】
特に、本発明の光学部品は、以下のフルオロリン酸塩ガラス系｛Ｂａ（ＰＯ３）２、Ａｌ（ＰＯ３）３、ＢａＦ２＋ＲＦｘ｝＋｛ドーパント｝を含んでいてもよい。ここで、前記ドーパントは、少なくとも、Ｙｂ２Ｏ３またはＹｂＦ３を含んでいてもよい。任意選択的に、ＭｎＯまたはＭｎＦ２といったコドーパントも含まれていてもよい。前記ガラス系Ｂａ（ＰＯ３）２‐Ａｌ（ＰＯ３）３‐ＢａＦ２＋ＲＦｘ＋ドーパントは、Ｙｂおよびその混合物の組成物の１００パーセント（重量％）に対して希土類元素の酸化物またはフッ化物の群からなるドーパントを使用する。
【００３９】
本発明の例示的な好ましい材料は、１０から６０モル％のＢａ（ＰＯ３）２、１０から６０モル％のＡｌ（ＰＯ３）３、２０から９０モル％のＢａＦ２＋ＲＦｘ、および、０．５から２０重量％のＹｂ２Ｏ３または０．５から２０重量％のフッ化物ＹｂＦ３のうちの１つのドーパントをベースとした、または、それらを含む、光学部品である。ガラス生成に用いられる原化合物は、メタリン酸バリウムＢａ（ＰＯ３）２およびメタリン酸アルミニウムＡｌ（ＰＯ３）３であり、これらは化学的に安定した（耐久力のある）物質と見られており、水または他の水分を含むもの（例えば、酸または塩基）への溶解に対する耐性がある。
【００４０】
本発明の光学部品に用いられ得るフルオロリン酸塩ベースのガラス系の別の非限定的な例として、Ｂａ（ＰＯ３）２、Ａｌ（ＰＯ３）３、ＢａＦ２、ＲＦｘ、およびＹｂ２Ｏ３またはＹｂＦ３のうちの１つを含んだ、イッテルビウムドーパントを有するフルオロリン酸塩ガラス系が挙げられる。ここで、ＲＦｘは、ＹＦ３およびＬａＦ３のうちの１つから選択される。つまり、ガラス系Ａｌ（ＰＯ３）３‐Ｂａ（ＰＯ３）２‐ＢａＦ２＋ＲＦｘ＋ドーパントは、Ｙｂおよびその混合物の組成物の１００パーセント（重量％）に対して希土類元素の酸化物またはフッ化物の群からなるドーパントを使用する。フッ化イットリウムＹＦ３およびフッ化ランタンＬａＦ３の導入は、全体的な性能およびこれらガラスの有効性を改善した。ＹＦ３を用いた光学部品の好ましい材料は、１０から６０モル％のＢａ（ＰＯ３）２、１０から６０モル％のＡｌ（ＰＯ３）３、２０から９０モル％のＢａＦ２＋ＲＦｘ、および、０．５から２０重量％のＹｂ２Ｏ３または０．５から２０重量％のフッ化物ＹｂＦ３のうちの１つのドーパントを含んでいてもよい。
【００４１】
ＹＦ３は、６０モル％までのＹＦ３を導入できるガラス形成領域を劇的に増加させ、ほぼ９９６ｎｍの発振波長における０．８７から１．３７ｐｍ２のより広い発光断面積、Ｇ＝０．９５〜１．６５ｍｓ＊ｐｍ４の極めて高い利得係数、および、約９０〜９４％の量子効率、といった光学特性を改善した。これらの改良点は、放射抵抗レーザホスト材料およびファイバといった、放射抵抗光学部品の光学特性を改善することにより、放射抵抗全体の性能をさらに高めた。ＬａＦ３フッ化ランタンは、アッベ数（分散）を６４〜６８に劇的に改善し、色収差を約２０から３０％低減する。安定したアッベ数および低い色収差は、放射抵抗レンズにとって極めて重要である。さらに、このようにＬａＦ３の導入により特性が改善されたことによって、放射抵抗レンズの正確度および精度が高まり、より小さく平らなレンズを作ることができる。レンズの大きさを小さくすることにより、光学系電子装置を含む様々な産業において、レンズの総合的利用が増える。ＢａＦ２＋ＲＦｘ（ＹＦ３、ＬａＦ３）が存在することにより、レーザ材料の化学的耐久性は効果的に高まる。湿度または水分に関係のある非ケイ酸塩ガラスの化学的安定性に関するガラスの分類によると、本発明の光学部品は安定的であると考えられる。
【００４２】
本開示の残りの大部分（しかし全てではない）において光学部品および特に前記光学部品に用いられるガラス系については、Ｍａｒｇａｒｙａｎによる米国特許出願公開公報第２００３／００４０４２１号に開示されたフルオロリン酸塩ベースのガラス系の非限定的な例の参照が指示される場合があるが、これらの参照は実例および説明の簡便性ためであるに過ぎず、限定的なものではない、ということに留意されたい。
【００４３】
本発明の光学部品の放射抵抗特性は、透過性（例えば、光学部品の褐変または黒ずみ、感光しないこと）を変更することなく、高レベルのエネルギーに対する高い抵抗を示す。大きな原子半径、フッ素の高い電気陰性度、および、Ｙｂ（ＩＩＩ）ドーパントの価数の逆変化、といった独特の分子構造の組み合わせにより、これらの光学部品は高い感光抵抗を得ることができる。ガンマ線または中性子束（およびフルエンス）にさらしている間、Ｙｂ（ＩＩＩ）ドーパントは、連続的な感光除去工程を引き起こす。この工程により、約９０〜９５％のＹｂ（ＩＩＩ）の価数の著しく高い変化故に、本発明の光学部品が透過性を保つことができる。つまり、Ｙｂ（ＩＩＩ）にガンマ、中性子、または、他の高いエネルギー（放射線／粒子）が当たったとき、Ｙｂ（ＩＩＩ）からＹｂ（ＩＩ）またはその逆へのＹｂの価数の変化は絶え間なく再発し、ガラス母材は以下に従って透過性を保つことができる。
【００４４】
Ｙｂ（ＩＩＩ）＋Ｇ＋ｅ＜−＞Ｙｂ（ＩＩ）−Ｇ−ｅ
【００４５】
Ｙｂ（ＩＩＩ）＋ｅ＜−＞Ｙｂ（ＩＩ）−ｅ
【００４６】
Ｙｂ（ＩＩＩ）＜−＞Ｙｂ（ＩＩ）
【００４７】
ここで、Ｇはガンマ線のエネルギーであり、ｅは電子である。
【００４８】
Ｙｂ（ＩＩＩ）がイオン化し、Ｙｂ（ＩＩＩ）からＹｂ（ＩＩ）へ、およびその逆への変化過程を引き起こすためには、６．４ｅＶ（電子ボルト）のエネルギーが必要である。１９０ｎｍ（例えば、遠紫外、ＵＶ）から始まり高レベルのＸ線およびガンマ線に至る波長が、逆または連続的な変化をなしうるために、Ｙｂ（ＩＩＩ）ドーパントにとって必要な６．４ｅＶまたはそれ以上を作り出すことができ、従って、本発明の光学部品の透過性は高エネルギー環境下で保たれる。各波長に対する電子ボルトエネルギーは、次の式を用いて測定される。
【数１】
0005902248.tif 000002
ここで、Ｅはエネルギー、ｆは周波数、λは光子の波長、ｈはプランク定数、ｃは光速度である。
【００４９】
本発明の異なる２つの光学部品のサンプルは、高エネルギー環境（つまり、高レベルのガンマ線および中性子エネルギー）下で試験され、その結果、前記サンプルの透過性は保たれた。図１Ａは、直径約１７９μｍの例示的寸法を有する例示的なファイバコアのみ（クラッディングのない）の形状をした、高い任意のエネルギー放射線を何ら加える前の、本発明の第１光学部品のサンプルの例示的な図である。さらに、図１Ａに示した本発明のファイバコアと共に、任意選択の有機アクリル酸被覆物（直径約２８４μｍ）が含まれている。この被覆物によって、使用者は実際に図１Ａに示したファイバコアを扱うことができる。図１Ｂは、図１Ａに示したものと同じ第１光学部品のサンプルの例示的な図であるが、高エネルギーを加えた後の図である。図１Ｃは、本発明に従った高エネルギーを加えた後の、例示的な３ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの寸法である例示的な直方体の形状をした本発明の第２光学部品のサンプルの例示的な図である。
【００５０】
本発明の両方（図１Ａおよび図１Ｃ）の光学部品のサンプルは、放射線にさらす前に、可視スペクトル領域において透過性であったことに留意されたい。本発明の両方のサンプルに対して行われた試験は、高輝度ガンマ線環境下において、コバルト６０照射器において３０日間、一時間に１．８×１０６ｒａｄのレベルで行われた。このとき、全ガンマ線放射線量は、１．２９×１０９ｒａｄであった。このような高レベルの放射線に耐えた後、本発明の両方の光学部品のサンプルは、いかなる感光も生じることなく透過性のままであった。図１Ｂに示したように、実際の光学サンプルファイバは、透明で透過性のままであった（部分１０２）。図１Ｂに示した本発明のファイバサンプルの暗い部分１０４は、高エネルギー環境にさらした結果焼けた、任意選択の有機アクリル酸被覆物であり、これは布で簡単にきれいにふき取ることができる。さらに、図１Ｃに示したように、本発明の第２光学部品のサンプルもまた、透過性のままであった。
【００５１】
加えて、本発明の同一の光学部品（前記光学部品のサンプルと同一で、同じ大きさおよび同じ寸法）の第２組は、高エネルギー中性子実験を受けた。２つの光学部品は、いかなる放射にもさらす前は可視スペクトル領域において透過性であった。中性子放射線の試験は、これら２つのサンプルに対して、３×１０９から１×１０１４ｎ／ｃｍ２秒の中性子束、および、２×１０１６から８．３×１０２０ｎ／ｃｍ２の中性子フルエンスで行われた。９０日以上にわたり、上記の放射線にさらした場合、本発明のこれら２つの光学部品のサンプルの透過性は保たれ、図１Ｂおよび図１Ｃに示したものと同じ結果であった。従って、本発明の光学部品の放射抵抗特性は、透過性（例えば、光学部品の褐変または黒ずみのない‐感光のない）が変化せずに、高レベルのエネルギー（波動または粒子）に対する高い抵抗を示す。
【００５２】
高放射抵抗（波動または粒子）を示すことに加えて、本発明の光学部品はまた、レーザ損傷に対する高レベルの抵抗を有している。図２は、レーザ損傷閾値試験（以下に詳述する）を受けた、本発明の光学部品を例示的に示した図である。以下の表２に示したように、本発明の光学部品は、一つにはドーパントとしてイッテルビウムを加えた結果として、高いレーザ損傷閾値を有している。従って、本発明の光学部品（例えば、固体レーザホストまたは固体増幅器ホスト）は、高エネルギー環境下において高レベルのレーザ損傷閾値を有する高エネルギー光学部品として用いられてもよい。さらに、他とは異なる分光特性のゆえに、本発明の光学部品は、約３５０から約５０００ｎｍまでの帯域における、紫外光学機器、視覚光学機器、および、近赤外光学機器に用いることができる。本発明の光学部品は、高い化学的耐久性を有し、フッ化アルカリおよびビスマスのメタリン酸塩を用いていない。
【００５３】
現在市販されている高出力ガラス質光学部品は、主に、ＮｄドーパントまたはＥｒドーパントをベースとしている。他方、本発明の光学部品は、Ｙｂのドーパントを用いている。前記Ｙｂのドーパントは、１Ｋｗより大きいエネルギーを生み出し、レーザ効果を生み出すために活性化したときの放熱性が低い。例えば、Ｙｂのドーパントを有する本発明の光学レーザ製品が９４５ｎｍの波動エネルギーによって、活性化されたり、または、ポンピングされたときに、約１１％という熱負荷率が生じる。Ｎｄがドープされた従来の光学部品は、たった８０８ｎｍの波動エネルギーによって、活性化されたり、または、ポンピングされたときに、約３２％という大量の熱負荷を発生させる。高出力レーザにおいて発生した熱負荷は、発生した熱負荷が高まるとレーザエネルギー出力が下がるという点において大きな懸念材料である、ということに留意されたい。熱負荷が高まると、レーザ出力効率が下がる。前記の例では、Ｙｂのドーパントを有する本発明の高出力光学部品の出力効率は、約８９％である。Ｎｄドーパントを有する従来の光学部品は、残りのエネルギーが熱に変換および消散されて、ほんの６８％の出力効率を有している。さらに、量子欠損またはストークシフトは、Ｎｄがドープされたレーザ光学部品においては約２４％であるのに対して、Ｙｂがドープされた本発明のレーザ光学部品においてはたった９％である。つまり、Ｙｂのドーパントを有する本発明のレーザホストからの実際の波長出力は、その想定される理想的な波長出力から９％変化しているだけである。ここで重要なのは、高出力で、（Ｙｂのドーパントを有する）本発明のレーザホストは、想定される理想的なレーザ波長出力による純粋なものに近い（または最悪の場合でも、ほんの９％だけシフトした）レーザ波長を発生させる。
【００５４】
高レベルのエネルギー下で（レーザを加えるための）励起工程の間、本発明の光学部品におけるＹｂのドーパントは、２つの機能を同時に実行できる。Ｙｂの一方の機能は、（前記のような）高エネルギー環境下で用いた場合のＹｂの絶え間ない感光除去工程によって本発明の光学部品の透過性を保つことにより、感光除去器として機能することができる。本発明の光学部品内のＹｂのもう一方の機能は、活性化したときに、レーザドーパントとして機能することができる。つまり、レーザ光学部品として用いるとき、本発明の光学部品内のＹｂのドーパント一部は、活性化したとき、出力レーザエネルギーを発生させるために励起される。両方の機能が同時に生じることができる点に留意されたい。つまり、レーザ製品として用られ、かつ、高エネルギー環境下に位置するとき、本発明の光学部品は、励起した場合、Ｙｂのドーパントはレーザドーパントとして機能し、さらに、感光除去器としても機能する。従って、本発明の光学部品は、レーザを加え、高エネルギーを加え、または、レーザおよび高エネルギーを同時に加えるという使用には理想的である。例えば、本発明の光学部品をレーザホストとして使用することは、核融合工程を通じて核エネルギーを発生させるために用いられる場合がある高エネルギーレーザ装置用に、または、（異なるタイプの放射線にさらされる可能性の高い）深宇宙における作業に必要な用途にとって、理想的である。
【００５５】
本発明の光学部品の効果的な構成および特性の例は、モルパーセントおよび重量パーセントとして表１に示される。
【表１】
0005902248.tif 000003
【００５６】
前記の例では、ドーパントとしてＹｂ２Ｏ３またはＹｂＦ３が用いられる。
【００５７】
以下の手順は、図２に示した本発明の光学部品のレーザ損傷閾値（バルクおよび表面の両方）の試験に用いられた。
【００５８】
１‐低いフルエンス／照射量で開始し、１ショット／地点で、１０地点を試験した。損傷を受けた地点数に基づいて、そのフルエンスの損傷の割合が計算された。
【００５９】
２‐次に、フルエンス／照射量は増加され、１ショット／地点で、他の１０地点が行われた。
【００６０】
３‐この手順は、フルエンス／照射量が１０／１０地点に損傷を与えるまで繰り返された。
【００６１】
４‐次に、プロットされた損傷の割合がフルエンス／照射量に対して試験された。データは１本の線に適合され、閾値のｘ軸で切片を取る。全ての値は以下の表２に示される。
【００６２】
本発明の光学部品のバルクレーザ損傷閾値は、１０５＋／−２０Ｊ／ｃｍ２であることが見出された。レーザ損傷閾値試験は、本発明の光学部品の表面レーザ損傷閾値が７２＋／−１５Ｊ／ｃｍ２であることが見出されたことを示した。レーザ光源はＮｄ：ＹＡＧ、ビーム半径＝９．５ミクロン（Ｈｗｅ−１Ｍ）、パルス幅＝１．７ｎｓ（Ｈｗｅ−１Ｍ）、波長＝１．０６４ミクロンであった。本発明の光学部品に関するこの新たに見いだされたレーザ損傷閾値データは、現在存在しているほとんどの既知の市販されている光学部品の中で、もっとも高い値であると思われる。
【表２】
0005902248.tif 000004
【００６３】
前記したように、本発明の光学部品は、多くの分野において用途があり、高レーザ損傷閾値をも必要とする高エネルギー環境下で用いられてもよい。非限定的で非網羅的な適用例として、窓、光学ミラーの基材、スペースソーラーパネルカバー、レンズ、ファイバ、ファイバ増幅器ホスト、ファイバ・レーザ・ホスト、固体増幅器ホスト、固体レーザホスト（例えば、薄ディスクレーザ（活性ミラー））などが挙げられる。優れた光学特性を有する放射抵抗製品を提供するための本発明の光学部品内のＹｂ２Ｏ３ドーパントまたはＹｂＦ３ドーパントの量または濃度は、前記光学部品の物理的寸法を含む、前記光学部品の具体的な用途に応じて変わってもよい。例えば、本発明の活性の光学部品（例えば、レーザホスト等）については、Ｙｂ２Ｏ３のドーパントまたはＹｂＦ３のドーパントが加えられたときの光学部品の光学発光および放射抵抗特性の最適化に関して、ドーパントの濃度抑制の均衡を保たせる必要がある。他方、本発明の不活性光学部品（例えば、光学窓）については、Ｙｂ２Ｏ３のドーパントまたはＹｂＦ３のドーパントが加えられたときの透過性および光学部品の放射抵抗特性の最適化に関して、ドーパントの濃度抑制の均衡を保たせる必要がある。従って、以下の表３は、一組の例示的な製品に必要なＹｂ２Ｏ３のドーパントまたはＹｂＦ３のドーパントの量または濃度に関する、例示的、非網羅的、非限定的なリストである。
【表３】
0005902248.tif 000005
【００６４】
図３Ａは、表３に示した組成物およびドーパント量またはドーパント濃度を含む、本発明に従った例示的な固体レーザホストまたは固体増幅器ホストを示す図である。例えば、表３に示したように、図３Ａに示した固体レーザホストまたは固体増幅器ホストについて、光学部品の組成物は、１０から６０モル％のＢａ（ＰＯ３）２、１０から６０モル％のＡｌ（ＰＯ３）３、２０から９０モル％のＢａＦ２＋ＲＦｘを含んでいてもよく、Ｙｂ２Ｏ３またはＹｂＦ３のドーパント濃度は０．５から５重量％である。表３に示したように、ＲＦｘは、ＹＦ３、ＬａＦ３のうちの１つである。従って、表３に示し説明した組成物濃度を有する、図３Ａに示した本発明の固体レーザホストまたは固体増幅器ホストは、低いドーパントの濃度抑制、高い光学発光、および、高い放射抵抗を有している。
【００６５】
図１Ｃおよび図２は、ミラー、薄膜ソーラーパネルカバー等へと成形および研磨される場合がある、本発明に従った例示的な窓を示す図である。この図１Ｃおよび図２の光学部品は、表３に示した組成物およびドーパント量またはドーパント濃度を含んでいてもよい。例えば、表３に示したように、図１Ｃおよび図２に示した窓について、光学部品の組成物は、１０から６０モル％のＢａ（ＰＯ３）２、１０から６０モル％のＡｌ（ＰＯ３）３、２０から９０モル％のＢａＦ２＋ＲＦｘを含んでいてもよく、Ｙｂ２Ｏ３またはＹｂＦ３のドーパント濃度は約５重量％である。表３に示したように、ＲＦｘは、ＹＦ３、ＬａＦ３のうちの１つである。従って、表３に示し説明した組成物濃度を有する、図１Ｃおよび図２に示した本発明の窓は、低いドーパントの濃度抑制、高い光透過性、および、高い放射抵抗を有している。
【００６６】
前記したように、図１Ｃおよび図２に示した窓は、片側をコーティングすることによってミラーにされることができ、ミラー基板として用いられることができる。さらに、図１Ｃおよび図２のガラス窓は、切断および研磨されることができ、厚さ約２００から２５０ミクロンのソーラーパネルカバーとして用いられることができる。つまり、（図１Ｃおよび図２に示した）本発明の光学部品は、大きな板状に形成されてもよく、その大きさは、製造設備に応じたものとなる。一般的に、ガラス板は、約５５０℃から６５０℃の温度で軟化され、圧延装置によって伸ばされる。ガラスの厚さが約３ｍｍに下がると、板は、最終形状研磨設備に移され、所望の最終形状および厚さとなる。本発明の光ソーラーパネルカバーの実用的な製造を示すための実験では、図示した光学部品は、厚さ２５０ミクロンまでの研磨に成功し、透過性を２５０ｎｍから５０００ｎｍと約９０％著しく改善した。ガラスが薄くなればなるほど、ガラスの透過性は高くなる。
【００６７】
図３Ｂは、表３に示した組成物およびドーパント量またはドーパント濃度を含んでいてもよい、本発明に従った薄ディスクの形状をした本発明の例示的な光学部品を示す図である。例えば、表３に示したように、図３Ａに示した薄ディスクレーザホストについて、光学部品の組成物は、１０から６０モル％のＢａ（ＰＯ３）２、１０から６０モル％のＡｌ（ＰＯ３）３、２０から９０モル％のＢａＦ２＋ＲＦｘを含んでいてもよく、Ｙｂ２Ｏ３またはＹｂＦ３のドーパント濃度は約１から１０重量％である。表３に示したように、ＲＦｘは、ＹＦ３、ＬａＦ３のうちの１つである。従って、表３に示し説明した組成物濃度を有する、図３Ｂに示した本発明の薄ディスクレーザホストは、低いドーパントの濃度抑制、高い光学発光、および、高い放射抵抗を有している。薄ディスクレーザホスト材料は、用途に応じて異なる直径で、厚さ約１５０から２００ミクロンに薄く切られ、成形され、研磨されることができる、ということに留意されたい。
【００６８】
図３Ｃは、表３に示した組成物およびドーパント量またはドーパント濃度を含んだ、本発明に従ってレンズへと切断、成形、研磨される例示的なディスクの形状をした、本発明の例示的な光学部品を示す図である。例えば、表３に示したように、レンズについて、光学部品の組成物は、１０から６０モル％のＢａ（ＰＯ３）２、１０から６０モル％のＡｌ（ＰＯ３）３、２０から９０モル％のＢａＦ２＋ＲＦｘを含んでいてもよく、最適なＹｂ２Ｏ３またはＹｂＦ３のドーパント濃度は約１から５重量％である。表３に示したように、ＲＦｘは、ＹＦ３、ＬａＦ３のうちの１つである。従って、表３に示し説明した組成物濃度を有する、本発明のレンズは、低いドーパントの濃度抑制、高い光透過性、および、高い放射抵抗を有している。
【００６９】
レンズの形状をした本発明の光学部品は、著しく一定なアッベ数を有している。つまり、レンズとして用いられる、イッテルビウムがドープされた本発明の光学部品における、ドーパント材料をホスト材料に高密度で充填したために上昇したドーパント濃度と共に増加する線形屈折率の変化が見出された。その一方、本発明の光学レンズのアッベ数は、著しく一定、つまり、幅の広いドーパント濃度に対して約６４〜６８であることが見出された。他方、非線形屈折率は、ｎ２＝１．４２×１０−１３ｅｓｕ（静電単位）と低いままであった。以下の表４は、本発明のレンズの光学特性を示している。
【表４】
0005902248.tif 000006
【００７０】
本発明の光学部品の製造工程は、非限定的で例示的なポット溶解工程を用いることによって、最大限とすることができる。この工程で、材料は、Ａｒまたは他の不活性ガスによって作られた不活性雰囲気下で製造される。（Ａｌ（ＰＯ３）３‐Ｂａ（ＰＯ３）２‐ＢａＦ２＋ＲＦｘ＋ドーパントを含む）メインバッチの溶解は、最終的な光学部品の用途および使用に応じて、異なる型のるつぼの中で行われる。一般的に、プラチナ（Ｐｔ）の存在は、ほとんどの光学部品の加工における重大な汚染問題であると考えられている。光学部品中のＰｔの存在は、前記光学部品の放射抵抗レベルを大幅に下げる。従って、高い放射エネルギーを加えるために、用いられるるつぼの好ましい非限定的な例として、プラチナを基材とするるつぼよりもむしろ、ガラス質炭素るつぼまたはグラファイトるつぼの使用が挙げられる。一般的に、ガラス質炭素るつぼまたはグラファイトるつぼを使用することにより、Ｐｔによる全体的に許容可能なメインバッチの汚染が、プラチナ（Ｐｔ）の５００ｐｐｂまでに制御される。他方、高レベルの放射抵抗を必要としない用途については、９５％Ｐｔで５％Ａｕの非付着性るつぼ、またはそれに代わるものとして、１００％Ｐｔるつぼが用いられてもよい。これらの用途では、Ｐｔ汚染は５０００ｐｐｂであることが見出された。この値は、ある程度のレベルの放射抵抗を有するものを含む光学部品にとって許容できるものである。
【００７１】
ポット溶解工程を続けるために、メインバッチは、均一な溶解がなされるまでの４〜６時間またはそれ以上の間、約１１００℃〜１２８０℃（例えば好ましくは１２６０℃）で溶解される。溶解の均一性は、溶解物を混合することによって高められる。次に、本発明のガラスは、冷却およびアニーリングするために型に流し込まれる。そして、光学部品の切断、成形、および、研磨は、望ましい用途のために主バルクから行われる。
【００７２】
次の工程は、必要とされる用途のために、光学部品を所望の形状に切断することである。この工程には、光学部品の切断面を研磨する工程が必要となる。本発明の光学部品は、産業界の必要に応じて研磨することができる。しかしながら、ほとんどの従来型のフルオロリン酸塩ベースのガラス系は、化学的耐久性が非常に低いために例えば研磨工程中の水などの研磨物質に溶けてしまうので、（図４Ｂおよび図４Ｄの表に示した）本発明のレベルまで研磨することができない、ということに留意されたい。
【００７３】
図４Ａは、本発明の立方体状の光学部品の一研磨面を例示的に示している。図４Ｂは、図４Ａに示された前記面の研磨された光学部品最終製品に関して、表面の性質に関する数値データを示した表である。図４Ｃは、図４Ａに示された同一の本発明の立方体状の光学部品の別の研磨面を例示的に示している。図４Ｄは、図４Ｃに示された面の研磨された光学部品最終製品に関して、表面の質に関する数値データを示した表である。本発明の光学部品の物理化学特性および熱機械特性により、図４Ｂから図４Ｄに示されたレベルの本発明の光学部品の研磨が実現する、ということに留意されたい。以下の表５は、本発明の光学部品の物理化学特性および熱機械特性の、例示的、非網羅的、非限定的なリストである。
【表５】
0005902248.tif 000007
【００７４】
本発明について図４Ａから図４Ｄにおいて示されたレベルまで本発明の光学部品の研磨を行うことが、ほとんどの光学的用途のために必要であり、かつ重要であり、ほとんどの従来のフルオロリン酸塩ガラス系では不可能である、ということに留意されたい。図４Ａは、本発明のサンプルの光学部品における、研磨面の一面の小断面（約２０マイクロメートル）の実際の顕微鏡写真である。図４Ｃも、図４Ａに示された同一の本発明のサンプルの光学部品における、研磨面の別の面の小断面（約８マイクロメートル）の実際の顕微鏡写真である。示した水平線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、サンプルとして採取された光学部品の研磨面の水平走査線である。このサンプルとして採取された光学部品は、サンプルが完全に研磨された後、表面の変化量（例えば、深度）を測定するために、水平線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに沿って走査された。得られたデータが、図４Ｂおよび図４Ｄのそれぞれ対応する表に示されている。
【００７５】
図４Ｂおよび図４Ｄは、それぞれ図４Ａおよび図４Ｃの測定された走査線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから推定されたデータを示した表である。図４Ｂおよび図４Ｄの表に示したように、この表の各行は、図４Ａおよび図４Ｃの各走査線Ａ、Ｂ、Ｃ、および、Ｄに相当する。図４Ｂの表に示したように、図４Ａの各走査線から推定されたデータの平均粗さ最高最低差（粗さＰ−Ｖ）は、約１１８Ａ°であり、二乗平均平方根（ＲＭＳ）の平均値は約２１．０Ａ°であり、平均は約１６．４Ａ°である。図４Ｄの表に示したように、図４Ｃの各走査線から推定されたデータの平均粗さ最高最低差（粗さＰ−Ｖ）は、約１３２Ａ°であり、二乗平均平方根（ＲＭＳ）の平均値は約２４．２Ａ°であり、平均は約１９．１Ａ°である。
【００７６】
本発明の同一の光学部品の結果（図４Ａおよび図４Ｃ）は、研磨され、サンプルとなった本発明の光学部品の表面がほぼ完璧であるということを、はっきりと示している。つまり、研磨された表面の粗さは最低限である。この無視できる程度の粗さは、ほとんどの（全てではないとすれば）光学的用途に対して、研磨された表面の必要条件を満たし、この必要条件を上回っている。さらに、サンプルとして採取された光学部品の研磨された表面の最小限の無視できる程度の非常に小さいごくわずかな粗さレベルの測定が、前記光学部品の全体的な性能を改善することにより、出力の非常に高いレーザにおける本発明の光学部品の使用を可能にする、ということに留意されたい。つまり、粗さを減らすことにより、レーザ光散乱に起因する表面損失が大幅に低減し、研磨した結果最小限に抑えられる。さらに、このような高レベルの研磨により、最終製品は、（上記した）様々なレーザ損傷閾値レベルで試験されることができる。説明したように、ほとんどの従来の光学部品は、非常に低い化学的耐久性を有しているために例えば研磨工程中の水などの研磨物質に溶解してしまうので、（図４Ｂおよび図４Ｄの表に示した）本発明のレベルまで研磨することはできない。
【００７７】
前記したように、本発明の光学部品は、高レーザ損傷閾値をも必要とする場合がある高エネルギー環境下で用いられてもよい多くの分野における用途があり、非限定的な一例は、光ファイバ（アクティブまたはパッシブ）である。一般的に、従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスは、光ファイバを製造するためのファイバ引抜工程として知られている工程中に結晶化されるようになるという傾向を有している。従って、従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスは、一般的に、光ファイバ部品の製造には用いられない。ほとんどの従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスの欠点は、結晶化が起こっているときの温度変化に対する粘度の変化率が通常高いという点にある。つまり、温度上昇の増分が少ないと、結晶化が生じているときの前記ほとんどの従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスの粘度は大きく下がる。このことが、ほとんどの従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスを光ファイバ製品の形成に用いることを妨げている。言い換えると、ほとんどの従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスについては、（ファイバに引っぱるために十分に粘性になるときの）前記ほとんどの従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスの引抜温度（または引っぱり温度）ＴＤは、その結晶化温度ＴCに非常に近く（つまり類似しており）、従ってほとんどの従来のフルオロリン酸塩ベースのガラスは結晶化する。結晶化に寄与する他の要因として、例えば、ガラス組成物中のアルカリ元素の使用を挙げてもよい。このことは、ファイバ引抜工程中に結晶化を増加させる傾向を有している。しかしながら、本発明の光学部品は、アルカリ元素を有しておらず、前記本発明の光学部品の結晶化温度ＴCとは大幅に異なる引っぱり温度または引抜温度ＴＤを有している。従って、本発明の光学部品は、高い放射抵抗および高いレーザ損傷閾値を有する光ファイバを製造および形成するために、簡単に修正され、以下のような比較的低価格な技術を用いて、透過性ファイバにうまく引っぱられた（図１Ａおよび図１Ｂ）。
【００７８】
本発明の光学部品（Ａｌ（ＰＯ３）３−Ｂａ（ＰＯ３）２−ＢａＦ２＋ＲＦｘ＋ドーパント）から（図１Ａおよび図１Ｂに例示的に示した）ファイバ（「ファイバ引抜」）を形成するための製造工程は、一般的に、例えばＡｒガスなどの不活性ガス雰囲気下で行われた。このファイバ引抜（または、上記ポット溶解工程から形成されたガラス系の「ロッド」からのファイバ形成）は、以下のような熱を加えることにより、不活性ガス（例えばＡｒ）雰囲気下で行われる。本発明に従った例示的なガラスロッドの形状をした光学部品の一例が、図５に示されている。
【００７９】
図５に示したロッドの形状をした本発明の光学部品の加熱スケジュールは以下のようなものであった。
・ガラス転移温度（Ｔｇ）５４０℃のすぐ上になるまで３℃／分で加熱し、そこで５分間保持し、次に、予測された引抜温度である６２０℃まで５℃／分で加熱する。
・６２０℃で１０分間保持する。垂れ下がりが得られなかったら、６３０℃に上げる。
・６３０℃で５分間保持する。垂れ下がりが得られなかったら、６４０℃に上げる。
・６４０℃で５分間保持する。垂れ下がりが得られなかったら、６５０℃に上げる。
・６５０℃で５分間保持する。垂れ下がりが得られなかったら、６６０℃に上げる。
・６６０℃で５分間保持する。垂れ下がりが得られなかったら、６７０℃に上げる。
・６７０℃で５分間保持する。垂れ下がりが得られなかったら、６９０℃に上げる。
・６９０℃で５分間保持する。垂れ下がりが得られなかったら、７１０℃に上げる。
・７１０℃で垂れ下がりが得られたら、温度を６９０℃に下げる。
【００８０】
前記したように、（図５に示した）本発明の「ロッド」ガラスは、５４０℃のガラス転移温度（Ｔｇ）のすぐ上になるまで３℃／分で加熱される。このガラス転移温度（Ｔｇ）は、ガラスが固体状態からより可鍛性の（例えば軟質の）状態に移行する閾値のことである。本発明のロッドガラスは、次に、５４０℃で約５分間保持され、ロッド全体に均一な熱的状態を作り出した。その後、「ロッド」ガラスは次に、本発明の光ファイバ部品用の予測された引抜温度である６２０℃まで約５℃／分という次第に上昇する速度の温度にさらされた。
【００８１】
さらに前記したように、このロッドガラスは、６２０℃で約１０分間保持された。しかしながら、ロッドガラス内に「垂れ下がり」または「だれ」は観察されなかった。つまり、ロッドガラスは、十分に可鍛性すなわち軟らかくはなっておらず、本発明の光ファイバ部品のストランドになるようにロッドガラスを引き抜くまたは引っぱるための（図１Ａに示した）ファイバ引抜リールの方へ伸ばし、かつ垂れ下がらせ、または、だれさせることができる可能性がなかった。従って、「ロッド」ガラスは、次に、６３０℃というさらに高い温度にさらされ、ロッドガラスは６３０℃で約５分間保たれた。しかしながら、ロッドガラスに「垂れ下がり」または「だれ」は観察されず、従って、温度は約６４０℃に上げられた。この工程は、前記したように、７１０℃で垂れ下がりが得られるまで続いけられ、ここで、次に温度は６９０℃に下げられた。
【００８２】
以下は、前記ファイバ引抜方法からの引抜観察結果である。７１０℃で得られた初めの垂れ下がりは、引抜張力が低すぎることを示し、従って、温度は６９０℃に下げられた。本発明のフルオロリン酸塩ロッドは、この温度でうまく引き抜くように思われた。いくらかのわずかな表面結晶化が、初めの垂れ下がりの上に見られたが、この引抜がなされるとこれはなくなった。本発明の１２００フィートを超える光ファイバ部品のサンプルが、この実験中に、寸法が約１０ｍｍ（直径）および約９７．１ｍｍ（長さ）である図５に示した例示的なロッドの形状をした本発明のフルオロリン酸塩ガラス系から採取された（引き抜かれた、または、引き上げられた）。引抜後、張力で示されたファイバの強度は、このタイプのガラスとしては良好であることが分かり、前記ロッドは、３℃／分で冷却された。類似の工程が、本発明の光ファイバ部品のコア要素およびクラッディング要素を生成するために用いられてもよい、ということに留意されたい。
【００８３】
本発明は、構造的特徴および／または方法的行為に特有の言葉でかなり詳細に記載してきたが、添付の特許請求の範囲において定義された本発明が前記具体的な特徴または行為に必ずしも限定されないということが理解されるべきである。むしろ、これらの具体的な特徴および行為は、特許請求された本発明を実施する好ましい形態として開示されている。別途記載したように、本明細書において用いられた語法および専門用語は、要約と同様に、説明するためのものであり、限定的なものであると見なされるべきではないということが、理解されるべきである。従って、本発明の例示的な説明的な実施態様が記載されたと同時に、非常に多くの変型例および代替の実施態様が当業者によって想起されるであろう。例えば、本発明の光学部品は、明示的に記載されなかった非常に多くの他の用途に用いられてもよい。さらに、いずれの図も原寸に比例していないことに留意すべきである。このような変型例および代替の実施態様が想定され、本発明の精神と範囲から逸脱することなくなされることができる。
【００８４】
全明細書の全体を通して、例えば左、右、前、後、上端、下端、前方、逆、時計回り、反時計回り、上がる、下がるといった表示、または、例えば上部、下部、後方、前方、垂直、水平、斜め、近位、遠位、平行、直角、横、縦などの他の類似の語は、利便性の目的でのみ用いられ、いかなる特定の一定の方向または配向を暗示しようとしたものではない、ということにさらに留意されたい。代わりに、これらの語は、対象物の様々な部分間での相対的な位置および／または方向／配向を示すために用いられている。
【００８５】
さらに、本開示（および特に、特許請求の範囲）全体を通して「第１」、「第２」、「第３」等々の構成要素という言及は、順次的または数に関する限定を示すために用いられているのではなく、むしろ、グループの様々な構成要素を区別または識別するために用いられる。
【００８６】
さらに、特定の機能を行う「するための手段」、または、特定の機能を行う「するためのステップ」を明示的に記載していない特許請求の範囲のいかなる要素も、米国特許法第１１２条第６段落に規定されるような「手段」または「ステップ」条項として解釈されるべきではない。特に、本特許請求の範囲の中の「のステップ」、「の行為」、「の実施」、または、「の操作上の行為」の使用は、米国特許法第１１２条第６段落の規定を行使することを意図としたものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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