DE69008337T2

DE69008337T2 - Überwiegend farblose, durch Ionenaustausch Silber enthaltende Gläser, Verfahren zur Herstellung und faseroptische Komponente.

Info

Publication number: DE69008337T2
Application number: DE69008337T
Authority: DE
Inventors: Roger Jerome Araujo
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-12-24
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: EP0447678B1; JPH04219341A; EP0447678A1; AU7296091A; US5007948A; CA2033722A1; AU636016B2; DE69008337D1; KR910016640A

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Brechungsindexgradienten von Glasgegenständen unter Verwendung von Ionenaustauschtechniken, wobei eine derartige Technologie auf dem Gebiet der optischen Technik anwendbar ist, insbesondere zur Herstellung von Komponenten für eine Faseroptik mit einer hohen Leistungsfähigkeit.
Das augenblickliche Interesse bei der Herstellung von Komponenten für eine Faseroptik mit einer hohen Leistungsfähigkeit führte zu einem Wiederaufleben von Bestrebungen, um Technologien der optischen Technik weiterzuführen. Eine derartige Technologie, die entwickelt wurde, kombiniert Ionenaustauschtechniken mit der Photolithographie zum Einbau optischer Wellenleiter in ein Glassubstrat. Optische Wellenleiter können in ein Glassubstrat eingebettet werden, um eine breite Vielzahl an optischen Schaltungen und an passiven optischen Funktionen für Vorrichtungen wie Signalwegteilern (splitters), Sternen, Wellenlängenteilungs-Multiplexern und Lichtbrechungsabgriffen (optical power taps) zu erzeugen. Diese Funktionen sind ohne weiteres in einem Einzelglassubstrat integriert, um die Komponentenminiaturisierung und einen regulierten Betrieb zu erleichtern.
Hierauf gerichtete Forschung offenbaren Kaps, Karthe, Muller, Possner und Schreiler in "Glasses for Optoelectronics", ECO Proceedings, Paris, Frankreich, Vol. 1128, 24. - 27. April 1989, worin eine spezielle Glasart, die zum Silber-Natrium- Ionenaustausch geeignet ist, beschrieben wird. Dieses spezielle Glas wird zur Herstellung von Kanalwellenleitern und Wellenleitervorrichtungen verwendet, wobei das Glassubstrat mit einem Metallfilm überzogen wird. Durch Photolithographie und einer Naßätztechnik unter Verwendung von mit einem Elektronenstrahl geschriebenen Masken werden Muster erzeugt.
Seit den frühen sechziger Jahren ist die Ionenaustauschtechnik in Verwendung, wodurch im Brechungsindex von Glasgegenständen Gradienten erzeugt werden. Das wesentliche dieses Verfahrens liegt im Austausch von Ionen verschiedener Polarisierbarkeiten, nämlich dem Austausch eines Alkaliions gegen ein anderes. Beispielsweise beschreiben die US-Patentschriften No. 3 524 737 und 3 615 322 Glashärtungstechniken, wodurch das Natriumion im Glas durch Kalium- bzw. Kupferionen ersetzt wird. In gleicher Weise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 3 615 323 eine ähnliche Glashärtungstechnik, wobei das Natriumion durch ein Lithiumion ersetzt wird. Durch derartige Austausche werden bescheidene Veränderungen im Brechungsindex erreicht.
Thallium wurde allgemein vor anderen Elementen als Dotierungsion gewählt, um Bereiche mit einem höheren Brechungsindex zu erzeugen. Durch Ionenaustausch von Thallium wurden große Veränderungen im Brechungsindex von Gläsern erzeugt; die Verwendung von Thallium ist jedoch in gewisser Hinsicht aufgrund seiner Toxizität beschränkt. Gleichwohl ist Thallium das heutzutage bei Ionenaustauschverfahren am meisten verwendete Ion, und zwar trotz der damit verbundenen Toxizitätsprobleme.
Die vorliegende Erfindung offenbart eine vielversprechende Alternative zum Thallium durch die Erzeugung von großen Gradienten im Brechungsindex von auf Siliciumdioxid basierenden Gläsern; den Austausch von Ag&spplus;. Der Austausch von Silber gegen ein Alkalimetall ergibt eine Veränderung im Brechungsindex, die demjenigen des Thalliumaustausches vergleichbar ist, und zwar ohne die bei letzterem bestehenden Toxizitätsprobleme.
Die potentiellen Vorteile dieses Austausches wurden bis heute nicht realisiert, da die Einführung von mehr als geringen Mengen an Silber in ein Silikatglas durch Ionenaustauschtechniken unvermeidlich zu einer umfassenden chemischen Reduktion von Silber führte, mit der damit verbundenen Zunahme in der Dämpfung im optischen Weg. Die intensive Färbung, die die Bildung von Kolloiden charakterisiert, wenn Silber reduziert wird, ist für die Anwendung optischer Wellenleiter und tatsächlich für die meisten optischen Anwendungen nicht hinnehmbar, bei denen ein im wesentlichen farbloses, transparentes Glas erforderlich ist.
Aus den Untersuchungen von in Borosilikatglas, insbesondere in photochromen Gläsern gelöstem Silber kann gefolgert werden, daß die Reduktion von Silberionen aus der Extraktion von Elektronen, die das Glasnetzwerk beinhaltet, resultieren kann. Weiterhin variiert die relative Leichtigkeit, mit der diese Extraktion auftritt, stark mit der Zusammensetzung des Glases. Tatsächlich wurden Gläser gefunden, in denen keine Reduktion auftrat.
Polyvalente Verunreinigungen wie Arsen oder Zinn können natürlich Elektronen zur Verfügung stellen, die zur Reduktion einer kleinen Silbermenge führen und demnach einen geringen Färbungsgrad verursachen können. Es ist jedoch nicht realistisch zu glauben, daß die kleinen, typischerweise in diesen Gläsern gefundenen Verunreinigungsmengen für die in Alkalisilikatgläsern bei der Einführung von geringen Silbermengen beobachtete beträchtliche Färbung verantwortlich sein können. Weiterhin schlugen gewissenhafte Versuche, polyvalente Ionen aus dem Glas auszuschließen, um eine extensive Silberreduktion zu verhindern, fehl. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorschrift zur Herstellung von Gläsern bereitzustellen, in denen die physikalischen Eigenschaften in gemäßigt weiten Grenzen variierbar sind, bei denen jedoch das Ausmaß der Silberreduktion diejenige nicht übersteigt, die durch Verunreinigungen durch polyvalente Ionen verursacht wird.

Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein im wesentlichen farbloses, Silber enthaltendes Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Glas, das durch eine Ionenaustauschreaktion hergestellt wurde, worin Ag&spplus;-Ionen aus einer externen Quelle gegen Alkalimetallionen in einem Glas mit einer Grundzusammensetzung ausgetauscht werden, worin das Alkalimetalloxid und das Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3; in solchen Konzentrationen vorliegen, daß das Glas eine Atomstruktur aufweist, in der der Anteil von Nichtbrückensauerstoffatomen unter 0,03 liegt.
Die vorliegende Erfindung schafft damit ein im wesentlichen farbloses Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Glas, wobei wenigstens ein Teil des Glases Silberionen enthält, die durch eine Ionenaustauschreaktion erzeugt wurden, wobei Alkalimetallionen im Glas gegen Ag&spplus;-Ionen aus einer externen Quelle ausgetauscht wurden, wobei das Glas eine Ausgangszusammensetzung aufweist, die im wesentlichen, ausgedrückt in Kationprozenten, aus 20-33 % Alkalimetalloxid, 25-32,5 % Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; und 35-50 % SiO&sub2; besteht, wobei das Glas eine Atomstruktur aufweist, in der der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome unter 0,03 liegt, wobei der Anteil der Sauerstoffatome in einem einwertigen Metall- und/oder zweiwertigen Metall-Alumino- silicatglas, die in die Struktur als Nichtbrückensauerstoff (NBO)-Atome gebunden sind, durch die nachfolgende Gleichung angegeben wird:
NBO = (M&sub2;O+2MO-Al&sub2;O&sub3;)/(2SiO&sub2;+1,5 Al&sub2;O&sub3;+MO+0,5 M&sub2;O)
wobei alle Konzentrationen in Kationprozenten angegeben sind, M&sub2;O ein einwertiges Metalloxid bezeichnet und MO ein zweiwertiges Metalloxid bezeichnet, und wobei die Anzahl der Nichtbrükkensauerstoffatome in einem einwertigen Metallborosilicatglas, welches wahlweise Al&sub2;O&sub3; enthält, mit dem Verhältnis R korrelliert ist, wobei das Verhältnis durch die nachfolgende Gleichung definiert ist
R = (M&sub2;O-Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3;) ,
wobei R nicht größer als 1 ist, M&sub2;O ein einwertiges Metalloxid bezeichnet und alle Konzentrationen in Kationprozenten angegeben sind und wobei bis zu insgesamt 7,5 Kationprozente Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; durch wenigstens ein Metalloxid ersetzbar sind, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BeO, CaO, Ga&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, MgO, Nb&sub2;O&sub5;, Ta&sub2;O&sub5;, Yb&sub2;O&sub3;, ZnO und ZrO&sub2;, während der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome bei unter 0,03 beibehalten wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Glases weist die nachfolgenden Schritte auf:
(a) Herstellen eines Glasgegenstandes mit einer Ausgangszusammensetzung im Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;- SiO&sub2;-System, worin das Alkalimetalloxid und Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; in solchen Konzentrationen vorliegen, daß das Glas eine Atomstruktur aufweist, in der der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome unter 0,03 liegt; und anschließend
(b) in Kontaktbringen dieses Gegenstandes mit einer externen Quelle von Ag&spplus;-Ionen bei einer Temperatur von etwa 350º-750ºC für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um wenigstens einen Teil der Alkalimetallionen durch Ag&spplus;- Ionen auf einer 1-zu-1-Basis zu ersetzen.
In dem Bereich des Glasgegenstandes, der der Ionenaustauschreaktion unterzogen wurde, wird der Brechungsindex geändert werden. Demgemäß ist es durch Veränderung des Bereichs des Glases, der der Ionenaustauschreaktion ausgesetzt wird und der Zeitdauer, der das Glas der Ionenaustauschreaktion ausgesetzt wird, möglich, dem Glas einen Brechungsindexgradienten zu verleihen.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Ionenaustauschtechniken bekannt. Die bei derartigen Techniken verwendete allgemeine Vorgehensweise umfaßt die Substitution von Alkaliionen der einen Größe durch solche einer anderen Größe. Beispielsweise offenbaren die US-Patentschriften Nr. 3 681 041 und 3 533 888 ein Verfahren zur Härtung von Glasgegenständen unter Verwendung einer Ionenaustauschtechnik, wobei kleinere Ionen gegen größere Ionen ausgetauscht werden. Im Gegensatz dazu beschreibt die US-Patentschrift 3 790 430 ein Verfahren zur Härtung von Glasgegenständen durch ein Ionenaustauschverfahren, worin Alkalimetallionen in einer Oberfläche eines Glasgegenstandes durch größere einwertige Metallionen ersetzt werden. Die US-Patentschriften Nr. 3 687 649, 3 628 934 und 3 615 320 offenbaren ähnliche Techniken, wobei kleinere Alkaliionen gegen größere Alkaliionen ausgetauscht werden. In der US-Patentschrift 4 053 679 ist eine Anzahl spezifischerer Veränderungen im Ionenaustausch offenbart, worin ein Kaliumion in ein Opalglas ausgetauscht wird, ebenso in den oben erwähnten US-Patentschriften Nr. 3 524 737, 3 615 322 und 3 615 323, worin das Natriumion in Natronkalkgläsern durch Kalium-, Kupfer- bzw. Lithiumionen ersetzt wird.
Keine dieser Druckschriften erwähnt jedoch den Ionenaustausch von Silber. Weiterhin wird die Beeinflussung des Anteils des Nichtbrückensauerstoffs nicht erwähnt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Beeinflussung der Nichtbrückensauerstoffatome im Glas, so daß die Silberionen ohne Färbung des Glases darin aufgenommen werden können. Die Verwendung von Silber beim Ionenaustausch ist gut dokumentiert, aber nur mit geringen Erfolg bei der Herstellung von Glasgegenständen mit keiner oder nur einer geringen Färbung. In diesen Druckschriften wird jedoch die Beeinflussung der Anzahl der Nichtbrückensauerstoffe bei der Herstellung von farblosen Glasgegenständen, wenn Silberionen ausgetauscht wird, nicht erwähnt. Beispielsweise:
Die oben erwähnte Schrift von Kaps et al. beschreibt eine spezielle Glasart, die zum Silber-Natriumionenaustausch geeignet ist; dieses Aluminoborosilikatglas weist 25 Mol-% Na&sub2;O, 25 Mol- % Al&sub2;O&sub3;, 37,5 Mol-% SiO&sub2; und 12,5 Mol-% B&sub2;O&sub3; auf. Das Austauschexperiment wurde bei einer Temperatur von 400ºC eine Stunde lang in einer reinen Silbernitrat-Salzschmelze als auch in verschiedenen anderen verdünnten Salzschmelzen durchgeführt. Eine Beeinflussung des Anteils der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht beschrieben.
Die US-Patentschrift 3 425 816 beschreibt ein Verfahren zur chemischen Verfestigung von Alkalimetallsilikatgläsern durch eine Ionenaustauschreaktion unter Verwendung eines Bades aus geschmolzenem Alkalimetallsalz, um eine Färbung des Glases durch die im Bad vorhandenen Silberionen zu verhindern, wobei die Silberionen komplexiert werden durch Zugabe von 0,5 - 25 Gew.-% eines Materials, das in der Lage ist, ein Ion bereitzustellen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Chlorid, Bromid, Iodid, Cyanid, Phosphat und Chromat zum Bad, um die Migration zu verhindern. Eine Beeinflussung der Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht erwähnt.
Die US-Patentschrift 3 484 224 offenbart ein Verfahren zur Härtung von Glas, insbesondere eines Natronkalkglases, ohne Entwicklung einer gelben Farbe, durch ein Ätzverfahren und Kationenaustauschverfahren in Schmelzsystemen. Der Kationenaustausch, Silber-für-Natrium, findet in Systemen statt, die Silberionen und andere Kationen enthalten, bei denen wenigstens 90 % der Gesamtkationen Natriumionen sind. Eine Beeinflussung der Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht erwähnt.
Die US-Patentschrift 3 495 963 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Glas durch gleichzeitigen Mehrfachaustausch von Ionen aus dem gleichen Behandlungsbad, um ein Grundglas zu färben und zu härten, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des Glases mit einer geschmolzenen Mischung aus etwa 50 - etwa 99,5 Gew.-% eines Alkalimetallsalzes, ausgewählt aus der Gruppe von Natrium- und Kaliumsalzen, und aus etwa 0,5 - 50 Gew.-% eines Silbermetallsalzes umfaßt. Eine Beeinflussung des Anteils der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht erwähnt.
Die US-Patentschrift 3 287 201 beschreibt ein Verfahren zur Härtung von Alkalimetall enthaltendem Glas, wobei das Verfahren das Ersetzen der Alkalimetallionen in einer Oberfläche des Glases durch kleinere elektropositive Metallionen umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkalimetall-, Kupfer-, Silber- und Wasserstoffionen. Eine Beeinflussung der Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht erwähnt.
Die US-Patentschrift 4 108 621 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Weichaperturfilters, wobei das Verfahren das Erhitzen eines Glases mit einer Grundzusammensetzung von 55 - 72 Mol-% SiO&sub2;, 15 - 35 Mol-% Na&sub2;O, 0 - 5 Mol-% zweiwertiger Oxide, die nicht ZnO sind, 4 - 15 Mol-% ZnO, 0 - 5 Mol-% Al&sub2;O&sub3; mit Sb&sub2;O&sub3; und/oder As&sub2;O&sub3; in einem schmelzflüssigen Bad, das 14 - 60 Mol-% Silbersalz und wahlweise NaNO&sub3; und/oder Na&sub2;SO&sub4; enthält, umfaßt. Eine Beinflussung der Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht erwähnt.
Die US-Patentschrift 4 022 628 offenbart einen durch Ionenaustausch gehärteten Silikatglasfilter und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Filters durch Einbau von Ceroxid in das Glas, gefolgt von einer Ionenaustauschhärtung unter Verwendung einer Mischung aus Kaliumsalz und Silbernitrat. Eine Beeinflussung des Anteils der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht erwähnt.
Die US-Patentschrift 3 508 895 beschreibt ein Verfahren zur Härtung eines Glaskörpers aus Natronkalk durch Herstellung einer Druckschicht in der Größenordnung von wenigstens 2 - 3 Mikron Tiefe auf der Oberfläche des Körpers, um ihn zu härten; die Viskosität der Oberflächenschicht kann durch Ersatz der Nichtbrückensauerstoffatome und/der Hydroxylionen durch Fluorionen auf eine ausreichende Tiefe geändert werden, um eine Oberflächenschicht aus viskoserem Glas einer Dicke bereitzustellen, die ausreichend ist, um eine Druckspannungsschicht bereitzustellen. Trotzdem wird die Veränderung der Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome zur Vermeidung der Silberreduktion nicht erwähnt.
Die US-Patentschrift 3 873 408 offenbart ein Verfahren zur Erhöhung des Brechungsindexes einer Oberflächenschicht einer vorher bestimmten Tiefe eines Glaskörpers, wobei das Verfahren das Inkontaktlassen des Körpers mit einer Ionenschmelzquelle für wenigstens eine Stunde bei einer Temperatur zwischen 800º und 1100ºF umfaßt, und die Ionen ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Silber-, Thallium- und Kupferionen und ihren Mischungen. Eine Beeinflussung des Anteils der Nichtbrückensauerstoffatome wird nicht erwähnt.
Die DD-A-269615 offenbart ein Verfahren, um große Brechungsindexunterschiede in Festgläsern durch Ionenaustausch von Li-, Na- oder K-Kationen durch Ag&spplus; zu erreichen. Die in diesem Verfahren verwendeten Gläser weisen einen Alkalimetalloxidgehalt von 20 - 35 Mol-% auf und, in den Beispielen, einen maximalen SiO&sub2;-Gehalt von 37,5 Mol-% (entspricht 23 Kationprozent) als auch einen hohen Kombinationsgehalt von Al&sub2;O&sub3; und B&sub2;O&sub3;.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Glasgegenstand und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Glasgegenstandes, wobei (a) bis zu 7,5 Kationprozente Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; durch wengistens ein Metalloxid ersetzt sind, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BeO, CaO, MgO, ZnO, Ga&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, Nb&sub2;O&sub5;, Ta&sub2;O&sub5;, Yb&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, während der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome bei unter 0,03 gehalten wird, und (b) der Glasgegenstand mit einer Ag&spplus;-Ionenquelle bei einer Temperatur zwischen 400º-600ºC für eine Zeitdauer von 2 - 24 Stunden in Kontakt gebracht wird.
Die Natur der vorliegenden Erfindung ist leichter verstehbar, wenn einige wenige Tatsachen über die Bindung im Glas verstanden werden. Im amorphen Siliciumdioxid ist jedes Sauerstoffatom kovalent an zwei Siliciumatome gebunden, und es wird deshalb als Brückensauerstoffatom bezeichnet. Wenn ionische Oxide wie Alkalimetalloxide zum Siliciumdioxid zugegeben werden, werden einige Nichtbrückensauerstoffatome ausgebildet. Hierbei handelt es sich um Sauerstoffatome, die an nur ein Siliciumatom kovalent gebunden sind und demnach eine negative Ladung (ein Elektron) tragen, die durch ein benachbartes, positiv geladenes Ion wie das Alkaliion kompensiert werden muß. Vom Erfinder wurde gefunden, daß dieses Elektron für die bei den Nichtbrückensauerstoffatomen beobachtete negative Ladung verantwortlich ist, die durch Silberionen herausgelöst werden kann, um Silberkolloide zu bilden.
Bestimmte sehr kleine, hochgeladene positive Ionen, von denen das bemerkenswerteste das Aluminiumion ist, sind in einem Glas sehr stabil, wenn sie durch vier Sauerstoffatome umgeben sind, wodurch eine Umgebung geschaffen wird, die eine tetraedrische Symmetrie aufweist. Die Bindungen zwischen dem Ion mit einer hohen Feldstärke, d.h. dem stark positiv geladenen Ion, und seinen vier Sauerstoffnachbarn sind stark kovalent. Wenn die Formalladung, die in der wissenschaftlichen Literatur als Z bezeichnet wurde, des Ions mit der hohen Feldstärke unter vier liegt, dann muß eine negative Ladung von 4-Z über die vier Nachbarsauerstoffatome verteilt sein. Eine derartige Bindungsanordnung entfernt tatsächlich die Nichtbrückensauerstoffatome aus dem System. Die Entfernung der Nichtbrückensauerstoffatome und die Ausbildung tetraedrisch koordinierter Aluminiumionen, wenn Aluminiumoxid zu einem Alkalisilikatglas zugegeben wird, ist seit vielen Jahren allgemein bekannt. Vom Erfinder wurde gefunden, daß Silberionen aus den an Aluminium gebundenen Sauerstoffatomen ein Elektron nicht herauslösen können. Der Grund hierfür liegt wahrscheinlich in der Tatsache, daß das mit einem tetraedrisch gebundenen Aluminiumatom assoziierte Elektron wesentlich mehr delokalisiert ist als das mit einem Nichtbrückensauerstoffatom verbundene Elektron, das demnach stabiler ist. Weiterhin weisen Aluminium, dreiwertiges Gallium und Ytterbium ebenfalls dieses Verhalten auf, wenn sie in gemäßigten Mengen ( 7,5 Kationprozent) in große Mengen in Alkali enthaltende Silikatgläser eingeführt werden. Wie unten gezeigt werden wird, scheint sogar dreiwertiges Lanthan, trotz seiner großen Größe dieses Verhalten aufzuweisen.
Niob und Tantal zeigen ein analoges Verhalten. Obwohl diese Ionen in Silikatgläsern nicht in einer Umgebung mit einer tetraedrischen Symmetrie existieren, entfernt ihre hohe Feldstärke tatsächlich die Nichtbrückensauerstoffatome aus dem System. Demnach hat die Verwendung irgendeines dieser Ionen oder die Verwendung einiger dieser Ionen in Kombination die Wirkung, daß die Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome verringert wird.
Um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, wurde Silber durch eine Ionenaustauschtechnik in verschiedene, unterschiedliche Verhältnisse von Aluminiumoxid zu Alkali aufweisende Gläser eingeführt. Gemäß den oben beschriebenen Prinzipien der Glasstruktur ist der Anteil der Sauerstoffatome in einem Alkali-Erdalkali-Aluminosilikatglas, die in der Struktur als Nichtbrückensauerstoff (NBO)-Atome gebunden sind, durch die nachfolgende Gleichung gegeben
NBO=(M&sub2;O+2MO-Al&sub2;O&sub3;)/(2SiO&sub2;+1,5Al&sub2;O&sub3;+MO+0,5M&sub2;O),
wobei alle Konzentrationen als Kationprozente angegeben sind. (M&sub2;O steht für ein einwertiges Metalloxid und MO für ein zweiwertiges Metalloxid). Diese Gleichung beschreibt genau den Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome in Silikaten, worin Lanthan, Ytterbium, Zirkon, Hafnium, Niob oder Tantal verwendbar sind, um einen Teil des Aluminiumoxids zu ersetzen, und worin ein negatives Zeichen den Koeffizienten des Erdalkalis vervielfacht, wenn Magnesium, Kalzium oder Zink verwendet wird.
In Borosilikaten muß jedoch der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome aus anderen Quellen geschätzt werden, beispielsweise aus der Arbeit von Y.H. Yun und P.J. Bray, in Nuclear Magnetic Resonance Studies of Glasses in the System Na&sub2;O-B&sub2;O&sub3;- SiO&sub2;," Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 27, Seiten 363- 380 (1978) und von R.J. Araujo und J.W.H. Schreurs in "Tetrahedral Boron in Sodium Aluminoborate Glasses," Physics and Chemistry of Glasses, Vol. 23, Seiten 108 - 109 (1982). Die Strukturen von Boraten und Borosilikaten bei Raumtemperatur wurden unter Verwendung von Kernspinresonanz untersucht, und die Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome in Borosilikaten wird in einfacher Weise durch Bezugnahme auf derartige Untersuchungen bestimmt. Diese Forscher fanden heraus, daß die Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome mit einem speziellen Verhältnis, R, gut korreliert, das durch die nachfolgende Gleichung definiert ist:
R= (M&sub2;O-Al&sub2;O&sub3;)/B&sub2;O&sub3;
wobei alle Konzentrationen als Kationprozent ausgedrückt sind. Das Verhältnis der tetraedrischen Boratome zu den an Boratome gebundenen Nichtbrückensauerstoffatomen hängt von der Temperatur ab; bei Temperaturen, die normalerweise für einen Ionenaustausch verwendet werden, ist die Abhängigkeit jedoch sehr schwach, und sie kann im allgemeinen vernachlässigt werden.
Alle in Tabelle 1 aufgelisteten Gläser wurden 10 Tage lang in geschmolzenes Silberchlorid bei einer Temperatur von 500ºC getaucht. Man nimmt an, daß die Diffusion des Silbers über die Dicke der Probe vollständig ist, und die eingeführte Silbermenge dem Gleichgewichtswert entspricht. Da durch ein derartiges langes Eintauchen keine Konzentrationsgradienten erwartet werden, wird die Veränderung im Brechungsindex als Funktion der eingeführten Silbermenge leicht bestimmt. Weiterhin entspricht die beobachtete Färbung dem schlechtest möglichen Fall. Bei einer beliebigen Anwendung, bei der ein Silberkonzentrationsgradient erwünscht ist, würde der in die Probe eingeführte Gesamtgehalt an Silber geringer sein als der in den vorliegenden Proben gefundene.

Beispiel 1

Eine weitgehende Reduktion des Silbers im Glas # 1 wurde durch eine Tiefe Magentafärbung angezeigt, wenn die Probe im Durchlicht betrachtet wurde, und durch eine Grünfärbung, wenn die Probe im Auflicht betrachtet wurde. Die mikroskopische Überprüfung ergab das Vorliegen eines Übermaßes an gasförmigen Einschlüssen. Die Massenspektrometrie offenbarte keinen Hinweis darauf, daß die Bläschen Chlor enthielten. Demnach kann die Möglichkeit ausgeschlossen werden, daß Chloridionen, die gleichzeitig mit dem Kationenaustausch in das Glas diffundierten, die Elektronen für die Reduktion des Silbers bereitstellten. In Übereinstimmung mit der These, daß die Nichtbrückensauerstoffatome die Elektronen bereitstellen, war die Beobachtung, daß die Bläschen vorwiegend Sauerstoff enthielten. Die Beobachtung kleiner Stickstoffmengen in einigen der Bläschen wurde nicht erklärt.

Beispiel 2

Das Glas # 2 wurde geschmolzen, um eine Probe mit etwas weniger, gleichwohl aber ausreichenden Menge an Nichtbrückensauerstoffatomen bereitzustellen. Nachdem sie der Ionenaustauschreaktion unterzogen wurde, war die Probe schwarz und enthielt große glänzende Flecken, die sich als metallisches Silber erwiesen. Die Probe schien stark kristallisiert zu haben.

Beispiel 3

Das Glas # 3 wurde geschmolzen, um ein Glas mit noch weniger Nichtbrückensauerstoffatomen als bei den vorstehenden Gläsern bereitzustellen. Trotzdem wurde eine umfassende Reduktion des Silbers beobachtet.

Beispiel 4

Im Glas # 4 sind nur wenig mehr als ein Prozent der Sauerstoffatome vom Nicht-Brückenbindungstyp. Der Ionenaustausch dieses Glases ergab mehrere kleine Bereiche, die eine wesentlich blassere Rotfärbung aufwiesen als die in der Probe # 1 beobachteten. Weiterhin wurde weder eine grüne Lichtstreuung beobachtet noch waren irgendwelche Gasblasen vorhanden. Der größte Teil des Glases wies nur eine schwache Gelbfärbung auf. Eine Mikroprobenuntersuchung zeigte, daß etwa 18 % des Alkalis durch Silber in jedem Bereich ersetzt worden war.

Beispiel 5

Das Glas # 5 war so ausgelegt, daß es eine Aluminiumoxidmenge enthielt, die genau dem Gesamt-Alkaligehalt entsprach, um zu versuchen, die Nicht-Brückenatome vollständig auszuschließen. Durch die Ionenaustauschreaktion wurden Bereiche produziert, die schwach gelb gefärbt waren und Bereiche, die vollständig farblos waren. Wiederum konnte durch die Mikroprobenuntersuchung ein Unterschied im Ionenaustauschgrad in den unterschiedlichen Bereichen beobachtet werden. In diesem Glas wurden als Ergebnis des Ionenaustausches 23% der Natriumionen durch Silberionen ersetzt. Unter Berücksichtigung der großen Silbermenge (5,1 Kationprozent) in diesem Glas ist das Ausmaß der Färbung tatsächlich gering. Diese Beobachtungen werden als starke Unterstützung gewertet, daß Nichtbrückensauerstoffatome bei der Herstellung der umfassenden Silberreduktion mitwirken, die in den vorstehenden Versuchen immer beobachtet wurde. Die in einigen Bereichen beobachtete vernachlässigbare Gelbfärbung könnte einer Reduktion durch Spuren mehrwertiger Ionen zuzuschreiben sein. Eine Funkenspektrenanalyse zeigte einen Eisengehalt zwischen 0,003 und 0,01 Gewichtsprozent.

Beispiel 6

Um zu zeigen, daß Silber nicht reduziert werden würde, wenn der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome ausreichend niedrig gehalten wird, gleichgültig welche Alkalien vorliegen, wurde das Glas # 6 geschmolzen. Trotz eines Alkaligehalts, der leicht über dem des Aluminiumoxids lag, war das Glas nach dem Ionenaustausch vollständig farblos. Der Silbergehalt überschritt 17 Gew.-% und ergab eine Brechungsindexveränderung von 0,042. Die Alkalien unterschieden sich in ihrer Neigung, durch Silber ersetzt zu werden. Fünf Prozent Lithiumionen, acht Prozent der Natriumionen und 38 Prozent der Kaliumionen wurden ersetzt.

Beispiel 7

Eine zweite Probe dieses Glases wurde bei 650ºC dem Ionenaustausch unterzogen. Bei dieser letzteren Probe überstieg der Silbergehalt nach dem Ionenaustausch 23 Gew.-%. Die Veränderung im Brechungsindex, die durch den Ersatz der Alkalien durch Silber verursacht wurde, betrug 0,06. Ungefähr 15% der Natriumionen und der Lithiumionen und etwa 55 % der Kaliumionen wurden in diesem Versuch ausgetauscht. Die erhöhte Austauschmenge steht natürlich nicht in Beziehung zu größeren Diffusionskoeffizienten, da die Proben in jedem Fall gleichmäßig ausgetauscht wurden. Dies zeigt vielmehr, daß das chemische Potential der Alkalien im geschmolzenen Silberhalogenid mit zunehmender Temperatur abnimmt.

Beispiel 8

Um den Einfluß des Anions im Salzbad zu testen, wurde eine dritte Probe in ein Salzbad aus 70 Gew.-% Silberchlorid und 30 % Silbersulfat eingetaucht. In diesem Fall wurden etwa 90% der Alkalien ersetzt. Es entstand eine Brechungsindexänderung von 0,132. Alle Austauschbehandlungen dieses Glases ergaben Proben, die praktisch farblos waren.

Beispiel 9

Eine Reihe von Natriumaluminosilikaten, gekennzeichnet durch verschiedene Konzentrationen an Nichtbrückensauerstoffen, wurde bei 400ºC zwei Stunden lang in einem Bad aus geschmolzenem AgCl einem Ionenaustausch unterzogen. Die in die Gläser durch dieses Verfahren eingeführte Silbermenge ist nicht gleichmäßig über die Dicke des Glases verteilt, und sie ist viel geringer als die in den in der Tabelle 1 angegebenen Gläsern eingeführten Mengen. Dieser Versuch umfaßt Silbermengen, die für solche repräsentativer sind, die erforderlich sind, um Indexgradienten für viele Anwendungen herzustellen. Der Versuch wurde in erster Linie so durchgeführt, daß nur geringe Farbmengen hergestellt wurden- wodurch die Bestimmung von sichtbaren Absorptionsspektren ermöglicht wurde. Die Intensität der Spektren ist in der Tabelle 2 durch Angabe der Wellenlänge, bei der 50 % des Lichts absorbiert werden, angegeben. Je länger diese Wellenlänge ist, desto intensiver ist die Absorption. Die ersten zwei Gläser zeigen nur eine sehr geringe Gelbfärbung, die mit der kurzen Grenzwellenlänge übereinstimmt [λ(0,5)]. Die Probe # 10 weist ein bemerkenswert dunkleres Gelb auf. Die Probe # 11 weist ein sehr tiefes Gelb auf, die Probe # 12 ist orange und die Probe # 13 ist dunkelbraun. Demnach besteht ein sehr klare Beziehung zwischen dem Ausmaß der Silberreduktion und der Anzahl der Nicht-Brückenatome in diesen einfachen Gläsern. Tabelle 1 (Menge in Kationprozent) Probe Farbe Magenta/grün schwarz schwarz/bronze rot/gelb klar blaß gelb Tabelle 2 (Menge in Kationprozent) Probe
Die Beziehung zwischen der Menge der Silberreduktion und des Anteils der Nichtbrückensauerstoffatome gilt in gleicher Weise in Borosilikatgläsern, obwohl die Berechnung der Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome etwa komplizierter ist. Die Tabelle 3 veranschaulicht die in Borosilikatgläsern beobachtete Beziehung unter Verwendung eines Ionenaustausches, der zwei Stunden lang in einem Bad aus geschmolzenem AgCl bei einer Temperatur von 400ºC durchgeführt wurde. Die Proben #14, #15 und #16 sind Beispiele für ein im wesentlichen farbloses, Silber enthaltendes Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und Borosilikatglas, dessen Eigenschaften durch Ionenaustausch von Silber in ein Borosilikatglas mit einem R-Wert (wie oben definiert) verbessert wurden, der nicht größer als 1 ist. Spezifischer können die Eigenschaften derartiger Gläser durch Einführung von Silberionen in ein Borosilikatglas, das wenigstens 45 Kationprozent Siliciumdioxid, höchstens aber 15 Kationprozent Aluminiumoxid enthält und einen R-Wert von nicht größer als 0,6 aufweist, verbessert werden. Die ersten zwei Gläser scheinen für das bloße Auge vollständig farblos zu sein, während in der Probe # 16 eine sehr blasse Gelbfärbung festgestellt werden kann. Eine tiefe Orangefärbung wird in der Probe # 17 beobachtet. Es ist unklar, ob die Verschiebung in λ (0,5) in der Probe # 15 auf Verunreinigungen mit einem mehrwertigen Ion oder auf einen geringfügigen Fehler bei der Berechnung des NBO-Wertes durch die Annahme, daß die Temperatur des Ionenaustausches im Bereich der Niedertemperaturgrenze liegt, zurückzuführen ist. Tabelle 3 (Menge in Kationprozent) Probe R&supmin;-Wert
Die Wirkung der Temperatur auf den Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome wird von R.J. Araujo in zwei Veröffentlichungen diskutiert, die veröffentlicht wurden in Journal of Non-Crystalline Solids mit dem Titel "Statistical Mechanics of Chemical Disorder: Application to Alkali Borate Glasses," 58, Seiten 201 - 206, (1983) und "The Effect of Quenching on the Color of Glasses Containing Copper", 71, Seiten 227 - 230 (1985).
Es waren sehr hohe Temperaturen erforderlich, um die Silikatgläser zu schmelzen, bei denen die Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome sehr gering war. Niedriger schmelzende Gläser mit wenigen oder keinen Nichtbrückensauerstoffatomen bei der Temperatur den Ionenaustausches können durch die Verwendung von Ionen erhalten werden, von denen bekannt ist, daß sie sich wie Aluminiumoxid verhalten, wobei sie Nichtbrückensauerstoffatome aus Alkalisilikaten entfernen. Diese Ionen umfassen Hafnium, Tantal, Niob und Zirkon, die aufgrund ihrer großen positiven Ladung eine hohe Feldstärke aufweisen und, trotz ihrer großen Größe, Nichtbrückensauerstoffatome aus dem System entfernen. Weiterhin werden kleine Ionen wie Zink, Beryllium, Magnesium oder Kalzium mit umfaßt, die im Verfahren zur Herstellung einer tetraedrischen Koordination Nichtbrückensauerstoffatome entfernen. Obwohl es aufgrund ihrer Kosten unwahrscheinlich ist, daß Hafnium und Tantal häufig verwendet werden, wird die Wirksamkeit von Tantal in Tabelle 4 veranschaulicht, zusammen mit der Wirksamkeit kleiner Ionen. Die Temperatur (Temp.), bei der jeder Ionenaustausch zwei Stunden lang in einem Bad aus geschmolzenem AgCl durchgeführt wurde, ist in der Tabelle angegeben. Tabelle 4 (Menge in Kationprozent) Probe Farbe gelb schwarz
Die Wirksamkeit von Magnesium, Gallium, Yttrium, Lanthan, Hafnium und Niob in Gläsern, die in einem niedrigen Temperaturbereich einem Ionenaustausch unterzogen wurden, ist in der Tabelle 5 dokumentiert. Magnesium in dem niedrigen Temperaturbereich, im Gegensatz zum in der Tabelle 4 veranschaulichten hohen Temperaturbereich, ist bei der Entfernung von Nichtbrükkensauerstoffatomen ziemlich wirksam. Überraschenderweise ergibt sogar Strontium, das fast so groß wie Barium ist, während es mit einer stärkeren als im Glas # 23 beobachteten Färbung verbunden ist, keine stärkere Färbung als im Glas # 9 in der Tabelle 2 beobachtet wurde. Während es Nichtbrückensauerstoffe aus dem System nicht so wirksam entfernt wie MgO, führt es demnach keine Nichtbrückensauerstoffe ein, in ähnlicher Weise wie BaO. Jede der in der Tabelle 5 aufgelisteten Ionenaustauschreaktionen wurde zwei Stunden lang bei 400ºC in einem Bad aus geschmolzenem AgCl durchgeführt. Tabelle 5 (Menge in Kationprozent) Probe Farbe klar gelb
Während in den obigen Beispielen ein Bad aus einem geschmolzenen Silbersalz bzw. aus geschmolzenen Silbersalzen als eine externe Quelle von Ag&spplus;-Ionen verwendet wurde, können selbstverständlicherweise auch andere Mittel, beispielsweise eine Ionenimplantation, verwendet werdend um die externe Quelle an Ag&spplus;-Ionen bereitzustellen.

Claims

1. Im wesentlichen farbloses Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Glas, wobei wenigstens ein Teil des Glases Silberionen enthält, die durch eine Ionenaustauschreaktion erzeugt wurden, wobei Alkalimetallionen im Glas gegen Ag&spplus;- Ionen aus einer externen Quelle ausgetauscht wurden, wobei das Glas eine Ausgangszusammensetzung aufweist, die im wesentlichen, ausgedrückt in Kationprozenten, aus 20- 33 % Alkalimetalloxid, 25-32,5 % Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; und 35-50 % SiO&sub2; besteht, wobei das Glas eine Atomstruktur aufweist, in der der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome unter 0,03 liegt, wobei der Anteil der Sauerstoffatome in einem einwertigen Metall- und/oder zweiwertigen Metall-Aluminosilicatglas, die in die Struktur als Nichtbrückensauerstoff (NBO)-Atome gebunden sind, durch die nachfolgende Gleichung angegeben wird:

NBO = (M&sub2;O+2MO-Al&sub2;O&sub3;)/(2SiO&sub2;+1,5 Al&sub2;O&sub3;+0,5 M&sub2;O)

wobei alle Konzentrationen in Kationprozenten angegeben sind, M&sub2;O ein einwertiges Metalloxid bezeichnet und MO ein zweiwertiges Metalloxid bezeichnet, und wobei die Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome in einem einwertigen Metallborsilicatglas, welches wahlweise Al&sub2;O&sub3; enthält, mit dem Verhältnis R korrelliert ist, wobei das Verhältnis durch die nachfolgende Gleichung definiert ist

R = (M&sub2;O-Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3;) ,

wobei R nicht größer als 1 ist, M&sub2;O ein einwertiges Metalloxid bezeichnet und alle Konzentrationen in Kationprozenten angegeben sind und wobei bis zu insgesamt 7,5 Kationprozente Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; durch wenigstens ein Metalloxid ersetzbar sind, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BeO, CaO, Ga&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, MgO, Nb&sub2;O&sub5;, Ta&sub2;O&sub5;, Yb&sub2;O&sub3;, ZnO und ZrO&sub2;, während der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome bei unter 0,03 beibehalten wird.

2. Glas nach Anspruch 1, wobei die Konzentration der Ag&spplus;-Ionen über einen Teil des Glases variiert wird, um im Glas einen Brechungsindexgradienten herzustellen.

3. Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen farblosen, silberenthaltenden Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Glasgegenstandes, welches die nachfolgenden Schritte umfaßt:

(a) Herstellen eines Glasgegenstandes mit einer Ausgangszusammensetzung im Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-System, die im wesentlichen, ausgedrückt in Kationprozenten, aus 20-33 % Alkalimetalloxid, 25-32,5 % Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; und 35-50 % SiO&sub2; besteht, wobei das Glas eine Atomstruktur aufweist, in der der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome unter 0,03 liegt, wobei der Anteil der Sauerstoffatome in einem einwertigen Metall- und/oder zweiwertigen Metallaluminosilicatglas, die in die Struktur als Nichtbrückensauerstoff (NBO) - Atome gebunden sind, durch die nachfolgende Gleichung angegeben wird:

NBO = (M&sub2;O+2MO-Al&sub2;O&sub3;)/(SiO&sub2;+1,5 Al&sub2;O&sub3;+MO+0,5 M&sub2;O)

R = (M&sub2;O-Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3;) ,

wobei R nicht größer als 1 ist, M&sub2;O ein einwertiges Metalloxid bezeichnet und alle Konzentrationen in Kationprozenten angegeben sind und wobei bis zu insgesamt 7,5 Kationprozente Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; durch wenigstens ein Metalloxid ersetzbar sind, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BeO, CaO, Ga&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;, MgO, Nb&sub2;O&sub5;, Ta&sub2;O&sub5;, Yb&sub2;O&sub3;, ZnO und ZrO&sub2;, während der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome bei unter 0,03 beibehalten wird, und anschließend

(b) in Kontaktbringen des Gegenstandes mit einer externen Quelle von Ag&spplus;-Ionen bei einer Temperatur von etwa 350º-750ºC für eine Zeitdauer, die ausreicht, um wenigstens einen Teil der Alkalimetallionen durch Ag&spplus;-Ionen auf einer 1-zu-1 Basis zu ersetzen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Kontakt bei einer Temperatur von etwa 400º-600ºC für eine Zeitdauer von etwa 2-24 Stunden durchgeführt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Brechungsindexgradienten in einem im wesentlichen farblosen Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Glas mit einer Ausgangszusammensetzung, in der das Alkalimetalloxid und das Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3; in solchen Konzentrationen vorliegen, daß das Glas eine Atomstruktur aufweist, worin der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome unter 0,03 liegt und das Verfahren die nachfolgenden Schritte aufweist:

R = (M&sub2;O-Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3;) ,

(b) in Kontaktbringen eines Teils des Gegenstandes mit einer externen Quelle von Ag&spplus;-Ionen bei einer Temperatur von etwa 350º-750ºC für eine Zeitdauer, die ausreicht, um wenigstens einen Teil der Alkalimetallionen durch Ag&spplus;-Ionen auf einer 1-zu-1 Basis zu ersetzen, wobei die Zeitdauer des Kontaktes über diesen Teil verändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Ag&spplus;-Ionen aus der externen Quelle über ein Bad aus einem geschmolzenen Silbersalz oder über Ionenimplantation bereitgestellt werden.

7. Ein Bestandteil zur Verwendung in einer optischen Faservorrichtung unter Verwendung eines Trägers, bestehend aus einem im wesentlichen farblosen Alkalimetalloxid-Al&sub2;O&sub3;- und/oder B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Glas, wobei wenigstens ein Teil des Glases Silberionen enthält, die durch eine Ionenaustauschreaktion erzeugt wurden, wobei Alkalimetallionen im Glas gegen Ag&spplus;-Ionen aus einer externen Quelle ausgetauscht wurden, wobei das Glas eine Ausgangszusammensetzung aufweist, die im wesentlichen, ausgedrückt in Kationprozenten, aus 20-33 % Alkalimetalloxid, 25-32,5 % Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; und 35-50 % SiO&sub2; besteht, wobei das Glas eine Atomstruktur aufweist, in der der Anteil der Nichtbrückensauerstoffatome unter 0,03 liegt, wobei der Anteil der Sauerstoffatome in einem einwertigen Metallund/oder zweiwertigen Metall-Aluminosilicatglas, die in die Struktur als Nichtbrückensauerstoff (NBO)-Atome gebunden sind, durch die nachfolgende Gleichung angegeben wird:

wobei alle Konzentrationen in Kationprozenten angegeben sind, M&sub2;O ein einwertiges Metalloxid bezeichnet und MO ein zweiwertiges Metalloxid bezeichnet, und wobei die Anzahl der Nichtbrückensauerstoffatome in einem einwertigen Metallborsilicatglas, welches wahlweise Al&sub2;O&sub3; enthält, mit dem Verhältnis R korrelliert, wobei das Verhältnis durch die nachfolgende Gleichung definiert ist

R = (M&sub2;O-Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3;) ,

8. Bestandteil nach Anspruch 7, worin die Konzentration der Ag&spplus;-Ionen über einen Teil des Glases verändert wird, um im Glas einen Brechungsindexgradienten herzustellen.