JP3421380B2 - 多成分ガラスファイバ - Google Patents
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
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- C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
- C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions
- C03C13/046—Multicomponent glass compositions
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
- G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光通信用のステップ
インデックス(SI)型多成分ガラファイバに関し、特
に光減衰作用を有するこの種の多成分ガラファイバに関
する。
インデックス(SI)型多成分ガラファイバに関し、特
に光減衰作用を有するこの種の多成分ガラファイバに関
する。
【0002】
【従来の技術】光通信の分野において光パワーを調節す
るための光減衰器として、光に一定の減衰を与える光固
定減衰器がある。この光固定減衰器10は、例えば図2
に示すようにフェルール11内に固定した光ファイバ1
2をフェルール11とともに斜めに切断し、この切断さ
れた光ファイバの端面にクロムなどの金属薄膜13を蒸
着するか、金属薄膜を蒸着した薄いガラスチップを挿入
して、組み上げ、両端面を研磨したものである。このよ
うな光固定減衰器10において、入射した光パワーの一
部は金属膜によって吸収される。一部反射された光パワ
ーは斜め方向に反射されるので、光ファイバの伝搬モー
ドにはならず逆方向には戻ってこない。
るための光減衰器として、光に一定の減衰を与える光固
定減衰器がある。この光固定減衰器10は、例えば図2
に示すようにフェルール11内に固定した光ファイバ1
2をフェルール11とともに斜めに切断し、この切断さ
れた光ファイバの端面にクロムなどの金属薄膜13を蒸
着するか、金属薄膜を蒸着した薄いガラスチップを挿入
して、組み上げ、両端面を研磨したものである。このよ
うな光固定減衰器10において、入射した光パワーの一
部は金属膜によって吸収される。一部反射された光パワ
ーは斜め方向に反射されるので、光ファイバの伝搬モー
ドにはならず逆方向には戻ってこない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
光固定減衰器を作成するためには、切断端面に金属蒸着
を行なわなければならないので製造工程が複雑で、一般
に高価である。また、切断後、再び組み上げなければな
らないので、光ファイバのコアに軸ずれが生じるという
問題点があった。
光固定減衰器を作成するためには、切断端面に金属蒸着
を行なわなければならないので製造工程が複雑で、一般
に高価である。また、切断後、再び組み上げなければな
らないので、光ファイバのコアに軸ずれが生じるという
問題点があった。
【0004】本発明はこのような従来の難点を解消する
ためになされたもので、光減衰機能を有する多成分ガラ
ファイバを提供することを目的とする。また本発明は光
ファイバの切断、組み上げ工程を不要とし、容易に光固
定減衰器を構成することが可能である多成分光ファイバ
を提供することを目的とする。
ためになされたもので、光減衰機能を有する多成分ガラ
ファイバを提供することを目的とする。また本発明は光
ファイバの切断、組み上げ工程を不要とし、容易に光固
定減衰器を構成することが可能である多成分光ファイバ
を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の多成分ガラファイバは、コア及びクラッドが
それぞれ多成分ガラスから成る多成分ガラスファイバに
おいて、コア用の多成分ガラスが、20重量%以下のC
oO、CoCl 2 、Co(NO 3 ) 2 のいずれかを含むも
のであり、更に好適的にはコア用多成分ガラスが、50
〜70重量%のSiO2と、1〜7重量%のAl2O3
と、15〜25重量%のアルカリ金属酸化物と、5〜1
6重量%のアルカリ土類金属と、3重量%以下のSb2
O3及び/又はAs2O3と、20重量%以下のCo
O、CoCl 2 、Co(NO 3 ) 2 のいずれかとから成
り、クラッド用多成分ガラスが(1)55〜80重量%
のSiO2と、1〜7重量%のAl2O3と、15〜2
7重量%のアルカリ金属酸化物と、7重量%以下のZn
Oと、3重量%以下のSb2O3及び/又はAs2O3と
から成るか、或いは(2)60〜70重量%のSiO2
と、1〜7重量%のAl2O3と、14重量%以下のB
2O3と、15〜25重量%のアルカリ金属酸化物と、
3重量%以下のフッ素と、7重量%以下のZnOと、3
重量%以下のSb2O3及び/又はAs2O3とから成る
ものである。
る本発明の多成分ガラファイバは、コア及びクラッドが
それぞれ多成分ガラスから成る多成分ガラスファイバに
おいて、コア用の多成分ガラスが、20重量%以下のC
oO、CoCl 2 、Co(NO 3 ) 2 のいずれかを含むも
のであり、更に好適的にはコア用多成分ガラスが、50
〜70重量%のSiO2と、1〜7重量%のAl2O3
と、15〜25重量%のアルカリ金属酸化物と、5〜1
6重量%のアルカリ土類金属と、3重量%以下のSb2
O3及び/又はAs2O3と、20重量%以下のCo
O、CoCl 2 、Co(NO 3 ) 2 のいずれかとから成
り、クラッド用多成分ガラスが(1)55〜80重量%
のSiO2と、1〜7重量%のAl2O3と、15〜2
7重量%のアルカリ金属酸化物と、7重量%以下のZn
Oと、3重量%以下のSb2O3及び/又はAs2O3と
から成るか、或いは(2)60〜70重量%のSiO2
と、1〜7重量%のAl2O3と、14重量%以下のB
2O3と、15〜25重量%のアルカリ金属酸化物と、
3重量%以下のフッ素と、7重量%以下のZnOと、3
重量%以下のSb2O3及び/又はAs2O3とから成る
ものである。
【0006】ここで、コア用多成分ガラスの成分として
SiO2は不可欠の成分であり、50〜70%(重量%
を示す。以下同様)、好ましくは55〜69%含むもの
とする。含有量が50%未満では耐酸化性が低下し、7
0%を越えると屈折率が低くなり過ぎる。Al2O3はコ
アの耐水性を改善する。含有量は1〜7%、好ましくは
3〜6%である。1%未満では耐水性の効果が期待でき
ず、7%を越えると失透しやすくなる。
SiO2は不可欠の成分であり、50〜70%(重量%
を示す。以下同様)、好ましくは55〜69%含むもの
とする。含有量が50%未満では耐酸化性が低下し、7
0%を越えると屈折率が低くなり過ぎる。Al2O3はコ
アの耐水性を改善する。含有量は1〜7%、好ましくは
3〜6%である。1%未満では耐水性の効果が期待でき
ず、7%を越えると失透しやすくなる。
【0007】アルカリ金属酸化物は、粘性を低下させ作
業性をよくするもので、Na2O、Li2O、K2Oが用
いられるが、少なくともNa2Oをアルカリ金属酸化物
全体の55%以上とし、残部をLi2O及び/又はK2O
とする。アルカリ金属酸化物の含有量は、15〜25
%、好ましくは17〜23%とする。アルカリ金属酸化
物の含有量が15%未満では高温粘性が高く、線引きが
困難となる。また、25%を越えると耐水性が低下し好
ましくない。
業性をよくするもので、Na2O、Li2O、K2Oが用
いられるが、少なくともNa2Oをアルカリ金属酸化物
全体の55%以上とし、残部をLi2O及び/又はK2O
とする。アルカリ金属酸化物の含有量は、15〜25
%、好ましくは17〜23%とする。アルカリ金属酸化
物の含有量が15%未満では高温粘性が高く、線引きが
困難となる。また、25%を越えると耐水性が低下し好
ましくない。
【0008】アルカリ土類金属酸化物はコアの屈折率を
上げる効果を有する。アルカリ土類金属酸化物として
は、CaO及びMgOが用いられ、両者の合計含有量は
16%とする。CaOを加えることにより屈折率が増加
するとともに耐水性を向上させることができる。CaO
の含有量は5〜12%、好ましくは5.5〜8%であ
る。CaOが5%未満では上記所期の効果を得ることが
できず、12%を越えると失透しやすくなる。
上げる効果を有する。アルカリ土類金属酸化物として
は、CaO及びMgOが用いられ、両者の合計含有量は
16%とする。CaOを加えることにより屈折率が増加
するとともに耐水性を向上させることができる。CaO
の含有量は5〜12%、好ましくは5.5〜8%であ
る。CaOが5%未満では上記所期の効果を得ることが
できず、12%を越えると失透しやすくなる。
【0009】MgOは更に耐風化性を改善する効果を有
する。但し含有量が4%を越えると失透しやすくなるの
で4%以下とする。Sb2O3或いはAs2O3を加えるこ
とにより、コアの清澄度が高くなる。Sb 2O3及びAs
2O3は何れか一方或いは両方を併せて用いることがで
き、含有量はそれらの合計が3%以下とする。
する。但し含有量が4%を越えると失透しやすくなるの
で4%以下とする。Sb2O3或いはAs2O3を加えるこ
とにより、コアの清澄度が高くなる。Sb 2O3及びAs
2O3は何れか一方或いは両方を併せて用いることがで
き、含有量はそれらの合計が3%以下とする。
【0010】このようなコア用ガラスに添加される遷移
金属化合物は、本発明の多成分ガラスファイバに光減衰
作用を付与するもので、CoO、NiO等の遷移金属酸
化物或いはCoCl2、Co(NO3)2等のガラス形成能
のある原料が用いられる。これら遷移金属化合物は、酸
化物の場合20%以下が好ましい。それは遷移金属酸化
物が20%を越えると光ファイバの損失が大きくなるた
めである。
金属化合物は、本発明の多成分ガラスファイバに光減衰
作用を付与するもので、CoO、NiO等の遷移金属酸
化物或いはCoCl2、Co(NO3)2等のガラス形成能
のある原料が用いられる。これら遷移金属化合物は、酸
化物の場合20%以下が好ましい。それは遷移金属酸化
物が20%を越えると光ファイバの損失が大きくなるた
めである。
【0011】次に、クラッド用多成分ガラスの成分とし
て、SiO2はクラッドに透明性を与える主成分でその
含有量は55〜80%、好ましくは65〜75%とす
る。特にクラッド用成分として後述するB2O3を含有す
る場合には60〜70%の範囲とする。SiO2の含有
量が55%未満では耐酸化性が低下し、80%を越える
と高温粘性が増加する。
て、SiO2はクラッドに透明性を与える主成分でその
含有量は55〜80%、好ましくは65〜75%とす
る。特にクラッド用成分として後述するB2O3を含有す
る場合には60〜70%の範囲とする。SiO2の含有
量が55%未満では耐酸化性が低下し、80%を越える
と高温粘性が増加する。
【0012】Al2O3はクラッドの耐水性を改善する。
但しAl2O3の含有量が1%未満では所期の効果を得ら
れず、7%を越えると失透しやすくなる。アルカリ金属
酸化物は、粘性を低下させ作業性をよくするもので、N
a2O、Li2O、K2Oが用いられるが、少なくともN
a2Oをアルカリ金属酸化物全体の55%以上とし、残
部をLi2O及び/又はK2Oとする。アルカリ金属酸化
物の含有量は、15〜27%、好ましくは17〜23%
とする。アルカリ金属酸化物の含有量が15%未満では
高温粘性が高く、線引きが困難となる。また、27%を
越えると耐水性が低下し好ましくない。
但しAl2O3の含有量が1%未満では所期の効果を得ら
れず、7%を越えると失透しやすくなる。アルカリ金属
酸化物は、粘性を低下させ作業性をよくするもので、N
a2O、Li2O、K2Oが用いられるが、少なくともN
a2Oをアルカリ金属酸化物全体の55%以上とし、残
部をLi2O及び/又はK2Oとする。アルカリ金属酸化
物の含有量は、15〜27%、好ましくは17〜23%
とする。アルカリ金属酸化物の含有量が15%未満では
高温粘性が高く、線引きが困難となる。また、27%を
越えると耐水性が低下し好ましくない。
【0013】ZnOは耐水性を改善する効果を有する。
但し含有量が7%を越えると脈離が生じやすくなるので
7%以下とする。Sb2O3或いはAs2O3を加えること
により、クラッドの清澄度が高くなる。Sb2O3及びA
s2O3は何れか一方或いは両方を併せて用いることがで
き、含有量はそれらの合計が3%以下とする。
但し含有量が7%を越えると脈離が生じやすくなるので
7%以下とする。Sb2O3或いはAs2O3を加えること
により、クラッドの清澄度が高くなる。Sb2O3及びA
s2O3は何れか一方或いは両方を併せて用いることがで
き、含有量はそれらの合計が3%以下とする。
【0014】その他、クラッドにはB2O3を14%以
下、好ましくは5〜14%の範囲で加えることができ
る。B2O3は失透を防止するとともに、高温粘性を調整
することができる。更に、クラッドにはフッ素(F)を
0〜3%含有せしめてもよい。以上の組成から成るコア
及びクラッドの各多成分ガラスは、常法により線引き
し、多成分ガラスファイバとする。これら多成分ガラス
は、線引き作業温度における粘性特性が互いに類似して
いるので、優れた寸法安定性を有し、また、作業時失透
を起こすこともない。
下、好ましくは5〜14%の範囲で加えることができ
る。B2O3は失透を防止するとともに、高温粘性を調整
することができる。更に、クラッドにはフッ素(F)を
0〜3%含有せしめてもよい。以上の組成から成るコア
及びクラッドの各多成分ガラスは、常法により線引き
し、多成分ガラスファイバとする。これら多成分ガラス
は、線引き作業温度における粘性特性が互いに類似して
いるので、優れた寸法安定性を有し、また、作業時失透
を起こすこともない。
【0015】このようにして得られた多成分ガラスファ
イバは、コアの屈折率が1.520〜1.530の範囲
で、一方クラッドの屈折率が1.500〜1.515の
範囲となり、比屈折率差の大きいファイバが得られる。
イバは、コアの屈折率が1.520〜1.530の範囲
で、一方クラッドの屈折率が1.500〜1.515の
範囲となり、比屈折率差の大きいファイバが得られる。
【0016】
【作用】遷移金属酸化物をコア用多成分ガラスに共融す
ることによりそのガラスマトリックス中にドープされた
遷移金属イオンは、光減衰作用を示す。この減衰は含ま
れる遷移金属イオンの量に比例するため、遷移金属酸化
物の添加量を調整することにより減衰量を制御できる。
ることによりそのガラスマトリックス中にドープされた
遷移金属イオンは、光減衰作用を示す。この減衰は含ま
れる遷移金属イオンの量に比例するため、遷移金属酸化
物の添加量を調整することにより減衰量を制御できる。
【0017】尚、本発明の多成分ガラスファイバはそれ
自体減衰作用を示すので、光減衰器として応用できる
他、レーザガラス等にも適用することができる。
自体減衰作用を示すので、光減衰器として応用できる
他、レーザガラス等にも適用することができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の多成分ガラスファイバの実施
例を詳述する。 実施例1〜3 表1に示すコア用材料及びクラッド用材料をそれぞれ共
融し、二重るつぼ法により線引きして表2に示すような
コア径(μm)の多成分ガラスファイバを得た。なお、
クラッド用材料は実施例1〜3で同じにした。クラッド
径は125μmであった。この光ファイバ28mmにつ
いて減衰値を測定した。尚、実施例1〜3の各コア径が
異なるためコア径50μmに換算したときの値に規格化
したもの(α)を併せて表2に示した。
例を詳述する。 実施例1〜3 表1に示すコア用材料及びクラッド用材料をそれぞれ共
融し、二重るつぼ法により線引きして表2に示すような
コア径(μm)の多成分ガラスファイバを得た。なお、
クラッド用材料は実施例1〜3で同じにした。クラッド
径は125μmであった。この光ファイバ28mmにつ
いて減衰値を測定した。尚、実施例1〜3の各コア径が
異なるためコア径50μmに換算したときの値に規格化
したもの(α)を併せて表2に示した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】表2からも明らかなように遷移金属添加量
と損失(減衰)には比例関係があり、添加量を調整する
ことにより減衰量を制御できることが示された。 実施例4〜6 原料としてSiO2を65.47%、Al2O3を4.89%、Li
2Oを2.84%、Na2Oを18.1%、MgOを2.17%、Ca
Oを6.53%を添加し、CoOの添加量を500ppm、1000pp
m、2000ppmと変えた多成分ガラスのガラス板(厚さ2m
m)について光透過度(%)を測定した。その結果を図
1に示した。更にこれら実施例4〜6の多成分ガラスの
波長λ1310nm及び1550nmにおける光透過度を表3に示し
た。
と損失(減衰)には比例関係があり、添加量を調整する
ことにより減衰量を制御できることが示された。 実施例4〜6 原料としてSiO2を65.47%、Al2O3を4.89%、Li
2Oを2.84%、Na2Oを18.1%、MgOを2.17%、Ca
Oを6.53%を添加し、CoOの添加量を500ppm、1000pp
m、2000ppmと変えた多成分ガラスのガラス板(厚さ2m
m)について光透過度(%)を測定した。その結果を図
1に示した。更にこれら実施例4〜6の多成分ガラスの
波長λ1310nm及び1550nmにおける光透過度を表3に示し
た。
【0022】
【表3】
【0023】これらの結果から、CoOの添加量が多く
なるに従って透過度が減少し、CoOの添加量と透過度
との間に相関が見られた。ところで、一般に透過度Dは
次式で表わされる。 D=(1−R)2×10-kd (式中、Rは垂直入射光線の一表面における反射損失、
kは吸収係数、dは厚さを表わす。また、R={(n−
1)/(n+1)}2 (nは屈折率)) 即ち透過度Dは吸収係数kの関数であり、減衰量と対応
している。従って、遷移金属の添加量と透過度との関係
から、遷移金属の添加量を制御することにより、ファイ
バの減衰量を制御できることが示された。
なるに従って透過度が減少し、CoOの添加量と透過度
との間に相関が見られた。ところで、一般に透過度Dは
次式で表わされる。 D=(1−R)2×10-kd (式中、Rは垂直入射光線の一表面における反射損失、
kは吸収係数、dは厚さを表わす。また、R={(n−
1)/(n+1)}2 (nは屈折率)) 即ち透過度Dは吸収係数kの関数であり、減衰量と対応
している。従って、遷移金属の添加量と透過度との関係
から、遷移金属の添加量を制御することにより、ファイ
バの減衰量を制御できることが示された。
【0024】また、表3からも明らかなように波長13
10nmにおける透過度と1550nmにおける透過度はほ
ぼ等しいかった。このことからこれら波長のどちらで使
用しても同様の減衰特性が得られることが示された。
10nmにおける透過度と1550nmにおける透過度はほ
ぼ等しいかった。このことからこれら波長のどちらで使
用しても同様の減衰特性が得られることが示された。
【0025】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明の多成分ガラスファイバによれば、コア用多成分ガ
ラス中に遷移金属をドープすることにより、ファイバそ
れ自体に光減衰作用を持たせることができるので、光減
衰器等の光減衰作用を利用できる光部品に適用できる。
また、遷移金属の添加量を変えることにより減衰量を制
御し任意の減衰特性のフィアバを得ることができる。本
発明の多成分ガラスファイバによれば、ファイバに光減
衰させるための処理、例えば切断、蒸着、組み上げ等を
行なう必要がないので、切断に伴う軸ずれを生じること
なく極めて簡単に光減衰器を構成することができる。
発明の多成分ガラスファイバによれば、コア用多成分ガ
ラス中に遷移金属をドープすることにより、ファイバそ
れ自体に光減衰作用を持たせることができるので、光減
衰器等の光減衰作用を利用できる光部品に適用できる。
また、遷移金属の添加量を変えることにより減衰量を制
御し任意の減衰特性のフィアバを得ることができる。本
発明の多成分ガラスファイバによれば、ファイバに光減
衰させるための処理、例えば切断、蒸着、組み上げ等を
行なう必要がないので、切断に伴う軸ずれを生じること
なく極めて簡単に光減衰器を構成することができる。
【図1】本発明の多成分ガラスファイバの光透過特性を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図2】従来の光減衰器を示す図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭55−154341(JP,A)
特開 昭54−148810(JP,A)
特開 平3−208836(JP,A)
特開 平3−228849(JP,A)
特開 昭61−58837(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
C03C 1/00 - 14/00
C03B 37/00 - 37/16
WPI
Claims (3)
- 【請求項1】コア及びクラッドがそれぞれ多成分ガラス
から成る多成分ガラスファイバにおいて、前記コア用の
多成分ガラスが、20重量%以下のCoO、CoC
l 2 、Co(NO3) 2 のいずれかを含むことを特徴とす
る多成分ガラスファイバ。 - 【請求項2】コア用多成分ガラスが、50〜70重量%
のSiO2と、1〜7重量%のAl2O3と、15〜2
5重量%のアルカリ金属酸化物と、5〜16重量%のア
ルカリ土類金属と、3重量%以下のSb2O3及び/又
はAs2O3と、20重量%以下のCoO、CoC
l 2 、Co(NO 3 ) 2 のいずれかとから成り、クラッ
ド用多成分ガラスが55〜80重量%のSiO2と、1
〜7重量%のAl2O3と、15〜27重量%のアルカ
リ金属酸化物と、7重量%以下のZnOと、3重量%以
下のSb2O3及び/又はAs2O3とから成ることを
特徴とする多成分ガラスファイバ。 - 【請求項3】コア用多成分ガラスが、50〜70重量%
のSiO2と、1〜7重量%のAl2O3と、15〜2
5重量%のアルカリ金属酸化物と、5〜16重量%のア
ルカリ土類金属と、3重量%以下のSb2O3及び/又
はAs2O3と、20重量%以下のCoO、CoC
l 2 、Co(NO 3 ) 2 のいずれかとから成り、クラッ
ド用多成分ガラスが60〜70重量%のSiO2と、1
〜7重量%のAl2O3と、14重量%以下のB2O3
と、15〜25重量%のアルカリ金属酸化物と、3重量
%以下のフッ素と、7重量%以下のZnOと、3重量%
以下のSb2O3及び/又はAs2O3とから成ること
を特徴とする多成分ガラスファイバ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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