(57)【要約】【課題】ガラスとした後も加工性がよく、光の伝播特性が良好なＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物が開発されていない。【解決手段】重量％で、ＳｉＯ２、５０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３、１〜１０％、ＺｒＯ２、０〜４％、Ｌｉ２Ｏ、０〜５％、Ｎａ２Ｏ、１０〜２５％、Ｋ２Ｏ、１〜２０％、ＭｇＯ、０〜５％、ＣａＯ、０〜１０％、ＢａＯ、０〜１０％、ＺｎＯ、１〜６％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、２０〜３０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ、２〜２０％のＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物。５０〜１５０℃における平均熱膨張係数が１１５〜１３０×１０−７／℃、ヤング率が６５〜８０ＧＰａ、密度が２．７ｇ／ｃｍ３以下、９５℃の蒸留水に４０時間浸漬する耐水性試験における重量減少量が０．７５ｍｇ／ｃｍ２以下の特性をもつ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にバンドパス用光多層膜を形成するＷＤＭ光フィルター用ガラスであって、重量％で表して、そのガラス組成が、ＳｉＯ２、５０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３、１〜１０％、ＺｒＯ２、０〜４％、Ｌｉ２Ｏ、０〜３％、Ｎａ２Ｏ、１０〜２５％、Ｋ２Ｏ、１〜２０％、ＭｇＯ、０〜５％、ＣａＯ、０〜１０％、ＢａＯ、０〜１０％、ＺｎＯ、１〜６％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、２０〜３０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ、２〜２０　％であることを特徴とするＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物。
【請求項２】
請求項１に記載のＷＤＭ光フィルター用ガラスであって、５０〜１５０℃における平均熱膨張係数が１１５〜１３０×１０−７／℃、ヤング率が６５〜８０ＧＰａ、密度が２．７ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とするＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物。
【請求項３】
請求項１に記載のＷＤＭ光フィルター用ガラスであって、９５℃の蒸留水に４０時間浸漬する耐水性試験における重量減少量が０．７５ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とするＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野における光の波長分割多重化（Ｗａｖｅ−ｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭと呼称）　に使用される、特定の波長域のみを通過させるＷＤＭ光フィルター材料としてのＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光フィルターと称されるものには、特定の波長をカットするもの、透過させるもの、光の透過を落とすものなどがある。前者の光フィルターには、特定の波長のみを透過するバンドパスフィルター、特定の波長のみをカットするノッチパスフィルター、特定の波長よりも短波長側の波だけを透過するローパスフィルター、特定の波長よりも長波長側の波だけを透過するハイパスフィルターなどがある。後者の光フィルターには、ＮＤフィルターなどが代表的である。
【０００３】
波長多重光通信では、波長が僅かに異なる光を合波したり、逆に、複数の波長成分を含んだ光から特定波長光を選択的に取り出すために分波することが行われ、バンドパスフィルターが用いられている。
【０００４】
このような波長分割多重化　ＷＤＭ　システムの発展に伴うナローバンドパスフィルターは、ＷＤＭ光フィルターと呼ばれ、特開平１０−３３９８２５号公報、特表平１０−５１２９７５号公報にて開示されており、その構成は、石英基板上に、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などからなる誘電体多層膜を形成したものである。
【０００５】
波長分割多重化　ＷＤＭ　システムの高精度化により、従来よりも高密度な波長多重光通信を行うために、ＷＤＭ光フィルターの透過波長のバンド幅を狭くすることが求められている。透過波長のバンド幅を狭くすると、バンドの中心波長のずれの許容範囲も狭くなることから、わずかな温度変動による波長中心のずれも大きく影響することになる。このため、ＷＤＭ光フィルター部材の使用温度の変動による屈折率変動を回避し、波長の温度シフトをゼロに近づけることが要求されている。
【０００６】
温度シフトは、ガラスと誘電体多層膜の熱膨張係数に依存することが知られている。温度シフトをゼロに近づける方法として、ガラスの熱膨張係数と誘電体多層膜の熱膨張係数との差を考慮したガラスが特開２００１−８９１８４号公報、特開２００１−４８５８４号公報および特開２００１−６６４２５号公報等にて開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−６６４２５号公報、特開２００１−８９１８４号公報に記載された、ガラス組成のガラスは脆く、ダイヤモンドカッターでダイシング加工しチップに切り出す際に端部がかけ、歩留が悪いという問題があった。
【０００８】
また、特開２００１−４８５８４号公報においてはガラスセラミックス、即ち、結晶化ガラスが用いられているが、結晶化工程が必要で、その際には長時間の加熱処理を要することから、コスト高になるという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解決するために、本発明者が、ＷＤＭ光フィルター用に好適な物性値を有し、ガラス作製時における高温下での長時間の加熱処理を必要とせず、ガラスとした後も加工性がよく、さらには光の伝播特性も良好なガラスについて鋭意検討し、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスを完成させるに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、表面にバンドパス用光多層膜を形成するＷＤＭ光フィルター用ガラスであって、重量％で表して、そのガラス組成が、ＳｉＯ２、５０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３、１〜１０％、ＺｒＯ２、０〜４％、Ｌｉ２Ｏ、０〜５％、Ｎａ２Ｏ、１０〜２５％、Ｋ２Ｏ、１〜２０％、ＭｇＯ、０〜５％、ＣａＯ、０〜１０％、ＢａＯ、０〜１０％、ＺｎＯ、１〜６％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、２０〜３０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ、２〜２０％の範囲のＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物である。
【００１１】
更に、本発明は、上記のＷＤＭ光フィルター用ガラスであって、５０〜１５０℃における平均熱膨張係数が１１５〜１３０×１０−７／℃、ヤング率が６５〜８０ＧＰａ以下、密度が２．７ｇ／ｃｍ３以下、９５℃の蒸留水に４０時間浸漬する耐水性試験における重量減少量が０．７５ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とするＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ＷＤＭ光フィルター用ガラスにおける熱膨張係数については、最適な範囲が存在することが知られている。すなわち、熱膨張係数が小さい場合は、光学多層膜に十分な圧縮応力をかけることができず、フィルターの中心波長の温度シフトは正の方向に大きくなる。また、熱膨張係数が大きい場合は、温度シフトが負の方向に大きくなり、多層膜が剥離してしまう、あるいは基板が破壊に至るなどの問題が生じる。
【００１３】
本発明者が、蒸着法によりＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５系の３キャビティーバンドパスフィルターを作製し、確認したところ、５０〜１５０℃における好ましい平均熱膨張係数は１１５〜１３０×１０−７／℃であることがわかった。当該範囲内であれば多層膜に適度な圧縮応力をかけることができ、成膜方法にもよるが、フィルタ特性の温度依存性を限りなくゼロに近づけることができる。よって、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの好ましい平均熱膨張係数は、５０〜１５０℃において１１５〜１３０×１０−７／℃である。より好ましくは、１２０〜１２５×１０−７／℃である。
【００１４】
ヤング率については、いわゆる強度とも密接に関係し、一般的にヤング率が高くなると材料の強度は高くなる傾向にある。本発明者が、実際に多層膜を形成したヤング率が異なる複数の基板を同条件でダイシング加工し、得られたチップ端部の欠けの程度を評価したところ、ヤング率が８０ＧＰａ以下であれば、多層膜成膜時のガラスの欠けを許容範囲内に抑制できることを見いだすに至った。また６５ＧＰａ以上であれば、成膜後の研削・ダイシング加工時に基板が破壊に至ることが無く、ガラスの機械的強度が十分であることを見いだすに至った。よって、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの好ましいヤング率は、切削・ダイシング加工時の作業温度下において、６５〜８０ＧＰａである。より好ましくは７０〜７５ＧＰａである。
【００１５】
密度については、同じガラス系であれば、密度が高くなればガラスは脆くなる傾向がある。よって、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの好ましい密度は、切削加工時の作業温度下において、２．７ｇ／ｃｍ３以下である。
【００１６】
耐水性については、ガラスの研磨と密接な関係にある。ガラスの研磨は、機械的に表層を除去する機械的研磨と、化学的に表層を溶解する化学的研磨が競争的に行われる。耐水性が著しく悪いと、化学的研磨が進行しすぎ、平滑な表面を得ることができない上に、研磨後の表面がヤケるといった問題が生じる。よって、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの好ましい耐水性は、９５℃の蒸留水に４０時間浸漬する耐水性試験における重量減少量で０．７５ｍｇ／ｃｍ２以下である。
【００１７】
本発明において、本発明者が、必須成分にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＺｎＯを、付加的成分にＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏを用いたガラスを、各々の成分のガラス組成を調整しつつガラスを作製し、５０〜１５０℃における平均熱膨張係数が１１５〜１３０×１０−７／℃、作業温度におけるヤング率が６５〜８０ＧＰａ、密度が２．７ｇ／ｃｍ３以下、９５℃の蒸留水に４０時間浸漬する耐水性試験における重量減少量が０．７５ｍｇ／ｃｍ２以下であるＷＤＭ光フィルター用ガラス組成物を得、本発明を完成させるに至った。
【００１８】
前記各成分の役割およびガラス組成について、以下詳細に説明する。
【００１９】
ＳｉＯ２は、ガラスの骨格を形成するためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの必須成分である。ＳｉＯ２のガラス組成が５０ｗｔ％未満では、ガラス状態が不安定となり失透などが生じやすく、安定したガラスとならない。また、ＳｉＯ２に替わり導入されることになるアルカリ土類成分などの付加的成分により密度が大きくなりすぎる。一方、６０ｗｔ％を超えると、熱膨張係数が低くなりすぎる。
【００２０】
Ａｌ２Ｏ３は、ガラス状態を安定化させる効果があるとともに、熱膨張係数およびヤング率の調整をガラス組成の加減で行うためにガラスに導入される、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの必須成分である。但し、ガラス組成が１ｗｔ％未満ではその効果は期待できない。一方、１０ｗｔ％を超えると、熱膨張係数が低くなりすぎるとともに、ヤング率が大きくなりすぎる。
【００２１】
ＺｒＯ２は、少量の導入量であればガラス状態を安定化させる効果があるとともに、ガラスの耐水性を向上させるためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの付加的成分である。但し、ガラス組成が４ｗｔ％を超えると、逆にガラスの失透傾向を大きくすると共に、熱膨張係数が小さくなりすぎる。
【００２２】
Ｌｉ２Ｏは、熱膨張係数やヤング率の調整のために導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの付加的成分である。５ｗｔ％を超えると、ガラスが不安定になり、失透などを発生しやすくなる。なお、Ｌｉ２Ｏのより好ましいガラス組成範囲は０〜３ｗｔ％である。
【００２３】
Ｎａ２Ｏは、熱膨張係数を高くするためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの必須成分である。ガラス組成が１０ｗｔ％未満では、ガラスの熱膨張係数を高くする効果は得られない。一方、２５ｗｔ％を超えるとガラス状態が不安定になり、失透しやすいとともに、耐水性が損なわれヤケが発生しやすい。よって、Ｎａ２Ｏの好ましいガラス組成範囲は１０〜２５ｗｔ％である。
【００２４】
Ｋ２Ｏは、熱膨張係数を高くするためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの必須成分である。ガラス組成が１ｗｔ％未満ではその効果は期待できない。一方、２０ｗｔ％を超えると耐水性が損なわれる。よって、Ｋ２Ｏの好ましいガラス組成範囲は１〜２０ｗｔ％である。
【００２５】
ＭｇＯは熱膨張係数やヤング率の調整のためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの付加的成分である。５ｗｔ％を超えると、膨張係数が小さくなりすぎる。
【００２６】
ＣａＯは熱膨張係数やヤング率の調整のためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの付加的成分である。１０ｗｔ％を超えると、失透傾向が強くなるとともに膨張係数が小さくなりすぎる。
【００２７】
ＢａＯは熱膨張係数やヤング率の調整のためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの付加的成分である。１０ｗｔ％を超えると、密度が大きくなりすぎるとともに、ガラスの耐水性が低下する。
【００２８】
ＺｎＯは少量の含有量でガラスを安定化し、熱膨張係数やヤング率の調整のためにガラスに導入する、本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの必須成分である。１ｗｔ％未満ではその効果は期待できない。一方、６ｗｔ％を超えると、ガラスの耐水性が低下する。
【００２９】
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計量は、膨張係数、耐水性およびガラスの安定性に影響する。２０％未満では膨張係数が小さくなりすぎる。３０％を超えるとガラスが不安定になり、耐水性が低くなりすぎる。場合によってはガラスとならない。よって、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計量は２０〜３０％の範囲である。
【００３０】
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯの合計量は、密度および耐水性に影響し、その調整のために導入する。２％未満ではその効果は得られない。２０％を超えると密度が大きくなりすぎるとともに、耐水性も低下する。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明を説明する。ガラスの各成分の原料にそれぞれ相当する酸化物、炭酸塩、硝酸塩等を使用し、得られるガラスが表１の実施例１〜７、表２の比較例１〜９に記載した組成となるように、所定の割合で秤量し混合した。
【００３２】
混合した前記原料を、容量２０００ｍｌ、ロジウム１０ｗｔ％を含有した白金製の坩堝に入れて、１４００℃に昇温した電気炉内で、５時間溶融させた後、溶融ガラスに含まれる微細な泡を除去するため適切な温度まで炉内で冷却したあとグラファイト製の型枠内に流しだし、予めガラス転移点付近に保持した電気炉内に投入し、２時間保持した後、室温まで冷却することで、厚さ、３０ｍｍ、サイズ２００ｍｍ×３００ｍｍのガラスブロックを得た。
【００３３】
次いで、ガラスブロックを薄くスライスした後、円筒状に研削し、更に両面を研磨し、片方の研磨面にＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２を交互に堆積させて誘電体多層膜を得た。誘電体多層膜および反射防止膜の作製方法としては、例えば、ＲＦイオンプレーティング法、マグネトロンスパッタリング法、プラズマイオンプレーティング法、蒸着法等があるが、本例では蒸着法により行った。その後、成膜していない側から、厚み１ｍｍになるまで研削・研磨し、さらに、多層膜と反対側の研磨面に反射防止膜を成膜した。
【００３４】
次いで、金属円盤にダイヤモンド粉を付着させたダイヤモンドカッターを回転させつつ、誘電体多層膜を成膜したガラス基板に非成膜面側から当てる、いわゆるダイシング加工により、厚さ、１ｍｍ、サイズ、１．５ｍｍ角のチップに切り出しを行った。
【００３５】
このようにして作製したガラスについて、熱膨張係数、ヤング率、密度および耐水性について測定した。熱膨張係数は、温度範囲を５０℃から１５０℃とし、シリカガラスを標準試料とした示差熱膨張計により測定した。ヤング率は５ＭＨｚのトランスデューサーを用いた超音波パルス法（シングアラウンド法）により、室温で測定した。また、密度については蒸留水を浸液としたアルキメデス法により測定した。耐水性については、２０×５０×２ｍｍｔに研磨したガラスを試料に用い、９５℃の蒸留水に４０時間浸漬した場合の重量減少量により評価した。なお、この耐水性の試験条件は、ＪＩＳＲ３５０２およびＪＯＧＩＳ０６−９９の概念に準じており、例えばディスプレイ基板の評価用として使われている。
【００３６】
表１に示したガラスの代表的な内部透過率曲線（板厚１ｍｍ）を図１に示す。透過率については、自記分光光度計（日立製作所製、Ｕ４０００型）を用い、内部透過率については、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ１７−８２）に準じて求めた。板厚１ｍｍにおける内部透過率が、１３００ｎｍ以上の領域で９９％以上であることが確認され、本系のガラスがＷＤＭフィルター用に好適であることが確認できた。
【００３７】
【表１】
2004067460.tif 000002
【００３８】
表１は、本発明のＷＤＭ光フィルターに関わり、その組成物および各組成物のガラス組成が、重量％で表して、実施例１〜７のガラスの組成物、重量％で表したそのガラス組成、５０〜１５０℃における平均熱膨張係数（α５０−１５０）、ヤング率、密度および９５℃の蒸留水に４０時間浸漬した場合の重量減少量（△Ｍ）を示したものである。また、代表的なガラスの内部透過率曲線（板厚１ｍｍ）を図１に示す。この例は実施例１の場合であるが、他の例もほぼ同様の傾向を示した。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２は、前記組成および各含有物のガラス組成の範囲から外れた比較例１〜９のガラスの組成物、その重量％で表したガラス組成、５０〜１５０℃における平均熱膨張係数（α５０−１５０）、ヤング率、密度および耐水性（△Ｍ）の評価結果を示したものである。
【００４１】
表１に示すように、　本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスの組成物を用い、各組成物のガラス組成を前記範囲とした実施例１〜７のガラスは、５０〜１５０℃における平均熱膨張係数が１１５〜１３０×１０−７／℃、ヤング率が６５〜８０ＧＰａ、密度が２．７ｇ／ｃｍ３以下、耐水性試験時の重量減少量が０．７５ｍｇ／ｃｍ２以下であることを全て満足した。
【００４２】
なお、図１に示した内部透過率曲線における光通信波長域（１３００ｎｍ以上）の透過率および熱膨張係数等の物性を損なわない範囲であれば、ガラスに着色成分を導入することができる。すなわち、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４などの酸化物着色成分を５ｗｔ％までの範囲で導入することができる。また、清澄剤として各種硫酸塩、硝酸塩の他、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３などを前記物性を損なわない範囲で使用することができる。
【００４３】
それに比較して、表２に示すように、各組成物のガラス組成が前記組成から外れた比較例１〜９のガラスは、５０〜１５０℃における平均熱膨張係数が１１５〜１３０×１０−７／℃、ヤング率が６５〜８０ＧＰａ、密度が２．７ｇ／ｃｍ３以下、耐水性試験時の重量減少量が０．７５ｍｇ／ｃｍ２以下であることについて満足しなかった。ここでは明記しなかったが、ガラス化しなかった場合には当然ながら評価はＮＧとなる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のＷＤＭ光フィルター用ガラスは、前述のガラス組成およびガラス物性の範囲に限定することで、満足できる性能を示した。また、結晶化ガラスではないので、長時間の加熱処理が必要なく価格が安く抑えられた。さらに、必要な熱膨張係数が容易に得られたことで多層膜成膜時に発生する応力による基板の反りを改善するとともに、ヤング率、密度を適切化することでチップの加工性と基板の機械的強度を両立し、さらに耐水性にも優れたガラスである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の板厚１ｍｍにおける内部透過率曲線。
【図１】
2004067460.tif 000004