CN1450010A - 光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

一种以硅酸基为主体的光学玻璃，具有高膨胀系数、高杨氏模量、优良的耐候性且在红外光波区域有高透过率。此玻璃组成以摩尔百分比表示含36至66％的二氧化硅，0至12％的三氧化二铝，0至6％的三氧化二硼，0至10％的氧化镁，0至16％的氧化钙，0至16％的氧化锶，0至16％的氧化钡，0至8％的氧化锌，0至32％的氧化锂，0至25％的氧化钠，0至25％的氧化钾，0至20％的氧化铯，0至6％的五氧化二磷，0至8％的氧化钪，或氧化钇，或氧化镧，或二氧化钛，或二氧化锆，或二氧化铪，或五氧化二钽，或五氧化二铌，或氧化钨，或二氧化锡，或三氧化二铈，0to5％的氧化铅，氧化砷，或氧化锑。

Description

光学玻璃
技术领域
本发明涉及适合制成不同厚薄、平板状的基板的玻璃，而于基板上镀上合适材料的薄膜，以作为干涉滤光片的应用。更特别的是，本发明的相关玻璃组成，可依据不同镀膜的热膨胀系数要求来设计，调整玻璃成份组成的比例，而使之具有所需要的热膨胀系数且同时达到高热膨胀系数的掌控。如此可制得光波波长频带不因环境温度及应力变化而移动其波长频带的干涉滤光片。
背景技术
干涉滤光片的制作是在薄且平坦的玻璃基板上镀上一层或多层的介电层或导电膜，其各膜厚是由λ/4(特定波长的1/4)的复合层所组成，此为众所皆知且已广泛应用。干涉滤光片有不同的类型，包含对于长波长的高、低透光性、短波长的高、低透光性、频带及间距的带通滤波器(band pass filter)、陷波滤波器(notch filter)。以薄膜光学干涉滤光片的实例应用来说明，在显微镜接物镜头上，镀上抗反射膜，则此滤镜会让相当宽的可见波长透过镜头，同时减少光从接物镜的反射，以增加从接目镜观察对象的高透光性。此频带的滤波功能可应用于光通讯的需求，如高密度波峰复用器(DWDM)，正是广泛的应用光学干涉滤光片以达目的，说明如后。
于高密度波峰复用器(DWDM)的传递可将电话的音频、电视的视频及计算机网络的数字信号等转换成光信号，而分别由不同的波长来传输。最后再转换回原来的音讯，视讯及数字信号。典型的高密度波峰复用器(DWDM)的构成，是由雷射产生一个光信号，其具有近红外波长光谱的频带，中心波长约在1500nm，经过干涉滤光片，能产生波长宽0.2nm，波间距0.8nm的光学信号频道的载体。相当于射频(RadioFrequency)，波长宽25GHz，波间距100GHz。以一实例来说明，高密度波峰复用器(DWDM)通常使用的光学载体频道，其波长频宽为0.2nm，波间距0.8nm，如1498.4nm，1499.2nm，1500.0nm，1500.8nm，1501.6nm等。此不同的光学载体频道，以光的型态多路复用(multiplexing)，可以同时在一条光纤中传递。其光的多路复用(multiplexing)是藉由共振腔滤镜(resonant cavity filter)，此描述可由美国专利US5,953,134得之。其是由多个干涉滤光片(interference filter)所组合，各个干涉滤光片只能透过单一特定波长，而反射其它波长。而在光纤的另一端接收处，可利用其滤波构造，建构另一分波(de-multiplexing)用途。所以在接收端，可分别接受各个不同的信号，并各自转换复原为音频、视频、数字信号等。
由上所述干涉滤光片于高密度波峰复用器的应用，对于各个中心波长，波长宽，波距等要求很严格，尤其是在很窄的波宽及很小的波距的应用下的稳定性，不能因为周围环境(如温度，湿度)的改变而有所影响。否则在传输过程中，光学载体频道间会相互混合而干扰，而降低信号对噪声比(S/N)，甚至整个信号会遗失掉。所以在高密度波峰复用器(DWDM)中所采用的光学干涉滤光片其制造所使用的玻璃，在特殊特性要求下与目前市场上现有的玻璃成份组成有所不同，理由如后。
传统玻璃在广义的分类上分成软质(soft)，及硬质(hard)；软质玻璃典型具有热膨胀系数大于60×10-7/℃，而硬质玻璃典型具有热膨胀系数小于60×10-7/℃，软质玻璃通常有较低的杨氏模量(Young′s modulus)，且玻璃表面很容易在高温，高湿度，或含有侵蚀性气体的环境下产生变质。然而高密度波峰复用器组件中光学干涉滤光片，因将介电物质镀膜于玻璃基板上，故其玻璃材料的选择，是要使得玻璃镀膜后其光学干涉滤光片具有波长特性的稳定性，也就是玻璃要有高杨氏模量，高膨胀系数以搭配镀膜，使组件尺寸稳定。也就是玻璃要有所谓″硬质″玻璃的特性外还要有比″硬质″玻璃还高的膨胀系数。
此外，已经发现用于高密度波峰复用器的组件光学干涉滤光片中所使用的玻璃基板，其热膨胀系数要较精确的配合镀于玻璃基板上的介电层材料特性的设计，如此所制作出的光学干涉滤光片，才会具有滤出波的特性，如中心波长，波宽及波距等，对环境的热稳定性。其通常所使用的介电层镀膜材料，包含二氧化钛(Titanium dioxide)，五氧化二钽(Tantalum oxide)，五氧化二铌(Niobium oxide)，二氧化硅(Siliconoxide)，三氧化二铝(Aluminum trioxide)，以及其它物质。可以确信的是，此镀膜层所使用的玻璃基板，具有较高的热膨胀系数，使得所制作出的光学干涉滤光片具有稳定的波长特性，于镀膜过程中较高膨胀系数的玻璃会使得镀于其上的金属氧化物的介电层于镀膜机内由超过200℃温度，至镀膜完成后，降至室温时，在镀膜层上产生压缩应力。市面上已被认同用于高密度波峰复用器的光学干涉滤光片中所使用的玻璃基板具有此特性，已被揭露于欧洲专利，专利号码EP1081512，发明者NAOYURI，此专利诉求，重点于光学干涉滤光片中所使用的玻璃，具有能用于滤波镜而不使折射率因温度变化而产生明显的变化。其玻璃的热膨胀系数含盖范围从90×10-7/℃到120×10-7/℃(于-20℃到70℃)，其玻璃的杨氏模量(Young′s modulus)大于75GPa，维氏硬度(vickers hardness)大于550，且于波长范围从950nm到1600nm有着高透光性，即玻璃板于10mm厚度，有着90％以上的高透光性。所以本发明构想是提供具有改进玻璃成份组成，而特别适合于高密度波峰复用器组件干涉滤光片中所使用的玻璃。
发明内容
由于光纤通讯会布线在室外任何处所，因此光学滤波镜在中心波长对于温度变化的稳定度很重要。也由于光纤通讯会布线在室外任何处所，因此光学滤波镜要具有对恶劣环境的忍受能力，即所谓的耐环境测试或耐候性。由于滤光片(Optical filter)的制作，是要将玻璃基板镀上多层镀膜后，再经过研磨抛光的程序，再切割成小片状，约1.5mm×1.5mm×1mm，因此滤光片的玻璃基板要具有高强度及高的杨氏模量。滤光片可应用于光纤通讯领域，因此在其应用波长带，从810nm到1650nm要具有高光波透过率。解决问题的方法
依据本发明所应用领域的需求，其解决问题方法分述如后。对于滤光片在中心波长对于温度变化的稳定度提高，本发明以增加玻璃基板的膨胀系数，具有比一般光学玻璃还要高的膨胀系数，也因为玻璃基板的膨胀系数高过其所镀的多层镀膜的膨胀系数，结果镀层在镀膜完成后产生压缩力(Compression)，因此其中心波长对于温度变化的稳定度提高，但玻璃基板如具有过高的膨胀系数，也就是相较于其所镀的多层薄膜的膨胀系数高出太多，反会由于玻璃基板及多层镀膜的间过大的膨胀系数差异性，在镀膜过后会产生膜层剥落现象。所以本发明的玻璃组成具有的膨胀系数为105×10-7/℃到120×10-7/℃(于-30℃到70℃)。
滤光片要具有对恶劣环境的忍受能力，即所谓的耐环境测试或耐候性。本发明以增加玻璃基板的所谓耐环境测试，即在温度70℃，相对湿度85％测试条件下，由目视观察下，玻璃表面不会产生明显的作用及被破坏。所以本发明的玻璃组成具有优良的耐环境测试能力。对于滤光片要具有高强度及高杨氏模量，本发明的玻璃组成的杨氏模量大于85GPa。对于滤光片在其应用波长带从1300nm到1600nm要具有高光波透过率，所以本发明的玻璃组成其光透过率于1300nm到1600nm的波长范围，玻璃厚度8mm时，大于91％。
本发明的目的是提供具有相当高的热膨胀系数的玻璃成份组成。
本发明的另外目的是提供具有相当高的热膨胀系数外，还要具有相当高的杨氏模量的玻璃成份组成。
本发明的另外目的是提供具有高热膨胀系数高杨氏模量外，还具有高透光率的玻璃成份组成。
本发明的另外目的是所提供的玻璃成份组成可应用在玻璃上镀膜形成所谓的光学干涉滤光片，此滤光片在所选择的波长区域有着波长位置稳定且高透过率特性。
本发明的另外目的是所提供的玻璃成份组成具有相当高的热膨胀系数，此热膨胀系数值的要求预估，可预先设计改变其成份组成，及组成百分比含量以达目的。
本发明的另外目的是所提供的玻璃成份组成具有适合用于制造光学干涉滤光片所用的玻璃基板，以使得此光学干涉滤波镜对于某特定波长的中心波长定位具有稳定性及高透光性。
本发明的另外目的是所提供玻璃成份组成具有适合用于制造光学干涉滤光片，此滤光片是应用于高密度波峰复用器的组件。此组成玻璃具有可预先设计改变其成份组成，及组成百分比含量以达所要求的热膨胀系数值，其范围从105×10-7/℃到120×10-7/℃(于-30℃到70℃)。杨氏模量为大于85GPa。光学透光性于波长带1300nm到1600nm，在玻璃基板厚度小于8mm时，有大于91％的透过率，并且暴露于高温，高湿的环境下一段时间，玻璃表面不会有明显的破坏的所谓的耐环境测试能力。
对于本发明其它不同的目的及优点，以及最新颖的特性，有赖于有经验的详阅所补述的规格特性和权利要求。
可理解的是，虽然本发明在此揭露了如所描述的目的用途及优点特性，然仅是较优先具体化的描述。
简单的陈述，本发明包含以硅酸基为基质的新光学玻璃组成，其具有的物理特性，使此玻璃能当作基板并于其上镀上薄膜用于光学干涉滤光片，此滤光片能在周围环境温度的变化下，即使在极窄的波宽与波距下，也能使各个波长的中心位置精确而不会迁移，如此精密稳定的光学干涉滤光片正符合光纤通讯的需求，此应用如高密度波峰复用器(DWDM)的组件。而本发明的硅酸基组成的玻璃具有相当高的热膨胀系数，此特性已被发现，对于将介电层镀膜于玻璃上所成的光学干涉滤波镜，具有对维持光波的稳定特性。此玻璃要求高的热膨胀系数值，可被需求者要求值，而预先设计改变成份组成含量而调整。膨胀系数值由91×10-7/℃到120×10-7/℃(于-30℃到70℃)。而较好的值由105×10-7/℃到120×10-7/℃(于-30℃到70℃)。而本发明的一，此硅酸基组成的玻璃具有相当高的热膨胀系数外，并具刚性(Rigidity)，即杨氏模量大于85GPa。因为在高密度波峰复用器的组件中所使用的光学干涉滤波镜，制作时会被裁切成2mm×2mm×2mm甚至更小的尺寸。如果玻璃不具有足够高的杨氏模量，易产生小的机械应力，会影响光学干涉滤波镜的光学特性，且极易产生变形及造成光学特性迁移。而本发明的硅酸基组成的玻璃，能设计改变玻璃组成成份含量，除达到调整高膨胀系数值要求外，还具有高的杨氏模量及相当高的透光率。即在近红外线区域带，波长范围从1300nm到1600nm，玻璃厚度在8mm时，有大于90％的透过率。同时此玻璃置于高温高湿环境一段时间后，其玻璃表面无显著变化。也就是所谓的耐环境测试能力。
上述用于高密度波峰复用器的组件的光学干涉滤波镜，其玻璃材质具有较一般光学玻璃还高的热膨胀系数，通常具有高的热膨胀系数的玻璃是软质且弱性的，软质且弱性的玻璃具有低的杨氏模量。因此刚性不足，对于高密度波峰复用器的组件应用有其缺陷，而在高温高湿环境下，易造成玻璃表面的变质。在经过精心及巧妙处理的玻璃成份组成的设计，以达到本发明的功能目的及特性要求的结果。
此用于高密度波峰复用器的原件光学干涉滤波镜，为符合其特性要求下，
其所使用的玻璃已被本发明者发现，能满足本发明的相关特性要求及功能目的的玻璃成份组成如后，(以摩尔百分比表示的)
40-62％SiO2(二氧化硅)
2-20％氧化铝，氧化硼，氧化镧(Al2O3，B2O3，La2O3)
8-36％碱金属氧化物(Alkaline oxides)
0-40％碱土金属氧化物(Alkaline earth oxides)
0-20％其它任何不产生着色效应的重金属氧化物
理想的玻璃成份组成其中之一，已被本发明者发现，能满足本发明的相关特性要求及功能如后(以摩尔百分比表示的)
43.3％SiO2(二氧化硅)
7.0％Al2O3(三氧化二铝)
12.7％CaO(氧化钙)
7.3％SrO(氧化锶)
7.8％Li2O(氧化锂)
13.2％Na2O(氧化钠)
8.0％K2O(氧化钾)
0.7％ZrO2(二氧化锆)
0.1％Sb2O3(三氧化二锑)
其热膨胀系数为112×10-7/℃(于-30℃到70℃)。杨氏模量(E)为88.3GPa。且光透过性，于8mm厚度，在1550nm波长时为90.9％。
具体实施方式
经过广泛及深入研究各种的玻璃组成，以及相互间不同成份量上的影响，发现及发明出独特的玻璃组成，而能符合上述所应用领域的要求及解决问题的方法，分别述说如后。
在玻璃成份组成的研究实验过程，是将各设计出的配方组成，约有200至250公克的玻璃量，经过称料，以及充分混合搅拌均匀后，加料于白金坩锅内，置入于高温电炉内，熔解温度从1350℃到1460℃，依据不同玻璃组成的温度需求，熔解时间约90分钟后，再以人工利用白金搅拌棒，充分搅拌均匀约5至10分钟，而后静置20分钟，以为澄清的作用。
如前所述，玻璃成份组成的变动会影响其玻璃的性质，对于各成份含量限度的影响及效应，已经被发现及研究出结果，分别说明如后。
SiO2(二氧化硅)：此为构成玻璃的主体的一，以膨胀系数的特性而言，含量高的SiO2组成较难达到所要求高的膨胀系数，而含量低的SiO2组成虽较易达到所要求高的膨胀系数，但此时玻璃的稳定性较差，且对于耐环境测试能力也会变差。此状况以如下的组成为例：
摘要于表1，其SiO2(二氧化硅)的含量变化由37.4％到65.0％，如果二氧化硅含量太低，即37.4％则玻璃有轻微的失透(devitrification)发生，结果减少玻璃的透明度。当二氧化硅含量由40％增加到65％则玻璃的膨胀系数(CTE)从126×10-7/℃降到91×10-7/℃由此系列的实验可归纳二氧化硅含量较理想的分布是40％到58％。表1玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   R2O3   RO   R2O     ZrO2     细化剂     CTE 玻璃性质
37.4   6.9   20.0   35.0     0.7     0.1     107.6 玻璃轻微失透
40.0   3.6   22.6   33.6     0.0     0.1     125.0 玻璃奎透明
50.0   3.0   18.8   28.0     0.0     0.1     112.0 玻璃奎透明
65.0   2.1   13.2   19.6     0.0     0.1     91.0 玻璃奎透明
其中R2O3包含Al2O3或B2O3
RO包含MgO，CaO，SrO，或BaO
R2O包含Li2O，Na2O，和K2O
细化剂(Refiner)包含As2O3和Sb2O3
CTE(膨胀系数)：温度范围从-30℃到70℃，
               单位10-7/℃
所以本发明的玻璃成份组成中的SiO2含量范围在40％至58％(摩尔百分比)
碱金属氧化物(R2O)：此成份在本发明组成中，对于建立高膨胀系数的玻璃，扮演很重要的角色；可由下列例子来说明。于表2-1中，膨胀系数值由106，113，到120(单位10-7/℃)，其总碱金属氧化物(R2O)含量分别为24％，28％，到32％。同样的于表2-2，膨胀系数值由104，111，到121(单位10-7/℃)，其总碱金属氧化物(R2O)含量，分别为23.1％，27％，到30.9％。本发明发现，在本发明的碱金属氧化物中各相互间比例的不同会影响其玻璃的特性。通常为氧化锂(Li2O)，氧化钠(Na2O)，氧化钾(K2O)，其中氧化钾对膨胀系数值，影响效应最大。此碱金属氧化物被发现有某些规律性，如膨胀系数值的影响效应为氧化钾(K2O)＞氧化钠(Na2O)＞氧化锂(Li2O)，另一方面对于杨氏系数的影响效应为氧化锂(Li2O)＞氧化钠(Na2O)＞氧化钾(K2O)。
综合表2-1及表2-2，依本发明的功能目的及特性需求，总碱金属氧化物(R2O)含量理想的范围应介于15％至30％。至于所要求明确的总含量及各个碱金属氧化物的明确比例，要视玻璃使用者的规格要求，如膨胀系数值(CTE)及杨氏模量值，来做组成设计的调整。表2-1玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   Al2O3  La2O3  CaO  SrO  BaO  Li2O  Na2O  K2O 细化剂 CTE  R2O
54.9   1.6     1.6  11.8  3.0  3.0  8.1  12.0  3.9 0.2 106  24
52.0   1.5     1.5  11.2  2.8  2.8  9.5  14.0  4.5 0.2 113  28
49.1   1.4     1.4  10.6  2.6  2.6  10.9  16.0  5.1 0.1 120  32
表2-2玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2     La2O3     SrO     BaO     Li2O   Na2O     K2O   细化剂     CTE   R2O
58.0     3.3     7.2     8.3     11.1   7.7     4.3   0.2     104   23.1
55.0     3.1     6.8     7.9     13.0   9.0     5.0   0.2     111   27
52.0     3.0     6.4     7.5     14.9   10.3     5.7   0.2     121   30.9
其中细化剂包含As2O3和Sb2O3
CTE(膨胀系数)：温度范围从-30℃到70℃，
               单位是10-7/℃
碱土金属氧化物(RO)：在本发明中发现，其有类似碱金属氧化物(R2O)的性质，但影响程度不如碱金属氧化物的那么明显，可由下列例子来说明。由表3显示，由5.0％氧化锶和5.8％氧化钡组成碱土金属氧化物(RO)总含量为10.8％时的膨胀系数(CTE)为109，而由6.8％氧化锶和7.9％氧化钡组成碱土金属氧化物(RO)总含量为14.7％时的膨胀系数(CTE)为111，而由8.7％氧化锶和10.1％氧化钡组成碱土金属氧化物(RO)总含量为18.8％时的膨胀系数(CTE)为113。可看出有类似碱金属氧化物(R2O)的效应，却又不那么明显。表3玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   La2O3   SrO     BaO     Li2O     Na2O     K2O     细化剂     CTE     RO
57.5     3.3   5.0     5.8     13.6     9.4     5.2     0.2     109     10.8
55.0     3.1   6.8     7.9     13.0     9.0     5.0     0.2     111     14.7
52.4     3.0   8.7     10.1     12.4     8.6     4.8     0.2     113     18.8
其中细化剂包含As2O3和Sb2O3
CTE(膨胀系数)：温度范围从-30℃到70℃
               单位是10-7/℃
对于三价成份(R2O3)如Al2O3，B2O3，La2O3做研究，发现膨胀系数随B2O3减少而增加。可由下列例子来说明。由表4及表5的实验，是要了解三价氧化元素成份对本发明的玻璃的影响。增加三氧化二硼(B2O3)的含量由0％到2.9％，有着降低膨胀系数的效应，虽然三氧化二硼(B2O3)的存在会降低玻璃的膨胀系数，但是少量的B2O3，会增加玻璃的稳定性，耐化学性，甚至会增加玻璃的杨氏模量；因此少量的B2O3是有需要的。所以于本发明限制含量是要小于10％(摩尔百分比)。表4玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   B2O3   Al2O3  La2O3   MgO   CaO  BaO  ZnO  Na2O  K2O     细化剂     CTE
56.3   2.9   1.0  4.4   2.5   8.4  2.9  26  15.6  2.8     0.2     94
58.0   0.0   1.0  4.5   3.0   8.6  3.0  27  16.1  2.9     0.2     104
其中细化剂包含As2O3和Sb2O3
CTE(膨胀系数)：温度范围从30℃到100℃，
               单位是10-7/℃表5玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   B2O3   Al2O3   La2O3     CaO     BaO     ZnO     Na2O     K2O     细化剂   CTE
57.4     2.9     1.0     7.8     8.3     2.9     2.6     15.4     2.8     0.2   100
57.9     0.0     1.0     8.0     8.5     3.0     2.7     15.9     2.8     0.2   103
其中细化剂包含As2O3和Sb2O3
CTE(膨胀系数)：温度范围从30℃到100℃，
               单位是10-7/℃
由表6发现三氧化二铝(Al2O3)于玻璃中被发现是会降低膨胀系数和杨氏模量，可由下列例子得知。然而由于三价氧化物会增加玻璃的稳定性及耐环境测试能力。因此存在于成份组成中。表6玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   Al2O3     MgO   CaO   SrO   BaO   Li2O     Na2O  K2O     细化剂   E   CTE
50.8   1.5     3.0   8.4   4.9   2.9   9.7     14 2  4.6     0.2   88.2   120
50.0   3.0     3.0   8.3   4.8   2.8   9.5     14.0  4.5     0.2   86.2   113
48.7   5.5     2.9   8.0   4.7   2.7   9.3     13.6  4.4     0.2   84.9   106
47.7   7.5     2.9   7.9   4.6   2.7   9.1     13.4  4.3     0.2   86.9   104
其中细化剂包含As2O3和Sb2O3
CTE(膨胀系数)：温度范围从-30℃到70℃，
               单位是10-7/℃。
E(杨氏模量)：单位是GPa。
对于三氧化二镧(La2O3)与三氧化二铝(Al2O3)做比较，针对膨胀系数及杨氏模量的性质；三氧化二镧会比三氧化二铝对膨胀系数及杨氏模量有较大的影响。但是差异不是很大。可由下列例子来说明。如表7-1，增加三氧化二镧含量由0％，1.6％至3.0％，同时降低三氧化二铝含量由3.0％，1.4％至0％。结果膨胀系数从113×10-7/℃，升到116×10-7/℃。杨氏模量由86.0增加到88.6GPa。因为三氧化二镧(La2O3)与三氧化二铝(Al2O3)，对前述所强调的性质差异不是很大，但由于光学级玻璃所使用的原料要求其纯度要非常的高，而高纯度的三氧化二铝的价格往往高出相同纯度要求的三氧化二镧几倍。因此以三氧化二镧可取代三氧化二铝的含量，本发明的限制含量为三氧化二铝0到10％(摩尔百分比)。而三氧化二镧在于0到9％(摩尔百分比)。表7-1玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   Al2O3   La2O3     CaO   SrO     BaO   Li2O     Na2O     K2O     细化剂  E  CTE
50.0   3.0     0.0     11.2   4.8     2.8     9.5     14.0     4.5     0.2  86.0  113
50.0   1.4     1.6     11.2   4.8     2.8     9.5     14.0     4.5     0.2  87.2  115
50.0   0.0     3.0     11.2   4.8     2.8     9.5     14.0     4.5     0.2  88.6  116
表7-2玻璃组成成份(以摩尔百分比表示)
SiO2   Al2O3  La2O3    MgO     CaO     SrO     BaO  Li2O  Na2O  K2O     细化剂   E   CTE
50.0   3.0     0.0    3     8.3     4.8     2.8     9.5     14.0     4.5     0.2   86.2   113
50.0   0.0     3.0    3     8.3     4.8     2.8     9.5     14.0     4.5     0.2   90.0   116
其中细化剂包含As2O3和Sb2O3
CTE(膨胀系数)：温度范围从-30℃到70℃，
               单位是10-7/℃。
E(杨氏模量)：单位是GPa。
本发明的玻璃组成可能含有少量的五氧化二磷，而不会对原性质有显著的影响。在本发明实验过程中发现少量五氧化二磷(P2O5)的添加，对于原膨胀系数及杨氏模量的改变非常接近检测的误差值，因而可认定其几乎不影响原有膨胀系数及杨氏模量的值。在本发明的限制含量是要五氧化二磷小于5％(摩尔百分比)，最好是小于2％(摩尔百分比)。对于一个有经验的玻璃从事工作者，可能会对于本玻璃的发明组成添加一些其它的成份，而对本玻璃原具有的物性做些微变动，这些所谓的其它成份包含Sc2O3(氧化钪)，Y2O3(氧化钇)，La2O3(氧化镧)，TiO2(二氧化钛)，ZnO(氧化锌)，ZrO2(二氧化锆)，HfO2(二氧化铪)，Ta2O5(五氧化二钽)，Nb2O5(五氧化二铌)，WO2(氧化钨)，SnO2(二氧化锡)，Ce2O3(三氧化二铈)，Yb2O3(氧化镱)。
在本发明的限制含量为上述所列的其它成分含量从0到8％(摩尔百分比)。
用于光纤通讯(Optical Fiber Communication)领域的高密度波峰复用器(DWDM)中的组件滤光片(Optical filter)，其所采用的玻璃基板除要求有光学玻璃的品质外，还要具备特殊物性，以符合在制造滤波镜时的镀膜材料，以及镀膜制程的要求。我等因而发展出这样的玻璃，其膨胀系数(CTE)为105×10-7/℃到120×10-7/℃，注：温度范围为-30℃到70℃。其杨氏模量(E)大于85GPa，其光学透光率(T)大于91％(注：于玻璃厚度为8mm，波长范围为810nm到1650nm)。且其具有优良耐候性，也就是长时间在高温及高湿度下，玻璃表面不会受破坏。

Claims (17)

1.一种光学玻璃，其组成包括：
    a.36到66摩尔％SiO2(二氧化硅)；
    b.0到12摩尔％Al2O3(三氧化二铝)，0到8摩尔％B2O3(三氧化二硼)，0到6摩尔％La2O3(三氧化二镧)；
    c.0到10摩尔％MgO(氧化镁)，0到16摩尔％CaO(氧化钙)，0到16摩尔％SrO(氧化锶)，0到16摩尔％BaO(氧化钡)，0到8摩尔％ZnO(氧化锌)；
    d.0到32摩尔％Li2O(氧化锂)，0到25摩尔％Na2O(氧化钠)，0到25摩尔％K2O(氧化钾)，0到20摩尔％Cs2O(氧化铯)。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于成份(b)的三氧化二铝，三氧化二硼，和三氧化二镧的摩尔百分比总和为0到20摩尔％。
3.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于成份(c)的碱土金属氧化物，其碱土金属氧化物的摩尔百分比总和为0到46摩尔％。
4.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于成份(d)的碱金属氧化物，其碱金属氧化物的摩尔百分比总和为8到42摩尔％。
5.如权利要求1所述的光学玻璃，其成分还包括：
    (a)0到8摩尔％的选自Sc2O3(氧化钪)，Y2O3(氧化钇)，La2O3(氧化镧)，TiO2(二氧化钛)，ZrO2(二氧化锆)，HfO2(二氧化铪)，Ta2O5(五氧化二钽)，Nb2O5(五氧化二铌)，WO2(氧化钨)，SnO2(二氧化锡)，Ce2O3(三氧化二铈)中的任一者；
    (b)0到6摩尔％P2O5(五氧化二磷)，0到5摩尔％PbO(氧化铅)，0到5摩尔％As2O3(三氧化二砷)，0到5摩尔％Sb2O3(三氧化二锑)。
6.如权利要求5所述的光学玻璃，其特征在于成份(a)的重金属氧化物包括氧化铅、氧化钪、氧化钇、氧化镧、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪、五氧化二钽、五氧化二铌、氧化钨、二氧化锡、三氧化二铈，上述重金属氧化物的摩尔百分比总和为0到20摩尔％。
7.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于该光学玻璃具有的线膨胀系数为91×10-7/℃到120×10-7/℃之间。
8.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于该光学玻璃具有的杨氏模量大于80GPa。
9.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于该玻璃厚度不大于8mm时，对于1300-1600nm波长范围具有大于90％的高光学透光性。
10.一种用于光学干涉滤波镜的基板玻璃，其使用硅酸基质玻璃的组成物，该组成物包括：
    (a)40-62摩尔％二氧化硅(SiO2)；
    (b)2-20摩尔％三氧化二铝，三氧化二硼，三氧化二镧(Al2O3，B2O3，La2O3)；
    (c)8-36摩尔％碱金属氧化物；
    (d)0-40摩尔％碱土金属氧化物；
    (e)0-20摩尔％其它任何不产生着色效应的重金属氧化物。
11.如权利要求10所述的基板玻璃，其特征在于该基板玻璃具有的线膨胀系数为91×10-7/℃到120×10-7/℃。
12.如权利要求10所述的基板玻璃，其特征在于该基板玻璃具有的杨氏模量大于80GPa。
13.如权利要求10所述的基板玻璃，其特征在于该基板玻璃厚度不大于8mm时，对于1300-1600nm波长范围具有大于90％的光学透光性。
14.一种用于光学干涉滤波镜的基板玻璃，其特征在于该基板玻璃使用硅酸基质玻璃组合物，该组合物包括：
    (a)39-48摩尔％二氧化硅(SiO2)；
    (b)6.3-7.7摩尔％氧化铝(Al2O3)；
    (c)11.5-14摩尔％氧化钙(CaO)；
    (d)6.5-8摩尔％氧化锶(SrO)；
    (e)7-8.5摩尔％氧化锂(Li2O)；
    (f)12.5-14.5摩尔％氧化钠(Na2O)；
    (g)7-9摩尔％氧化钾(K2O)；
    (h)0.5-0.7摩尔％二氧化锆(ZrO2)；
    (i)总和为0.1摩尔％的三氧化二锑(Sb2O3)与三氧化二砷(As2O3)。
15.如权利要求14所述的基板玻璃，其特征在于该基板玻璃具有的线膨胀系数为91×10-7/℃到120×10-7/℃。
16.如权利要求14所述的基板玻璃，其特征在于该基板玻璃具有的杨氏模量大于80GPa。
17.如权利要求14所述的基板玻璃，其特征在于该基板玻璃厚度不大于8mm时，对于1300-1600nm波长范围具有大于90％的光学透光性。
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