JPH02258638A - ドープト石英ガラスの製造方法 - Google Patents
ドープト石英ガラスの製造方法Info
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- JPH02258638A JPH02258638A JP7829989A JP7829989A JPH02258638A JP H02258638 A JPH02258638 A JP H02258638A JP 7829989 A JP7829989 A JP 7829989A JP 7829989 A JP7829989 A JP 7829989A JP H02258638 A JPH02258638 A JP H02258638A
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- Japan
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- dopant
- glass
- porous glass
- porous
- quartz glass
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- Pending
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Classifications
-
- 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
- C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
- C03C23/0095—Solution impregnating; Solution doping; Molecular stuffing, e.g. of porous glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/12—Other methods of shaping glass by liquid-phase reaction processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
- C03B19/1453—Thermal after-treatment of the shaped article, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2201/00—Type of glass produced
- C03B2201/06—Doped silica-based glasses
- C03B2201/30—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
- C03B2201/31—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with germanium
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、光の導波制御やレーザー発振など種々の光機
能を持つドープト石英ガラスの製造方法であり、所望の
ドーパント量を正確にドーピングすることのできる方法
に関する。
能を持つドープト石英ガラスの製造方法であり、所望の
ドーパント量を正確にドーピングすることのできる方法
に関する。
［従来の技術］
種々の光機能を実現するために、そのような機能を発現
する物質を石英ガラス中にドーピングする従来技術とし
て、いくつかのものが知られている。
する物質を石英ガラス中にドーピングする従来技術とし
て、いくつかのものが知られている。
第一は、分子スタッフィング法として知られているもの
で、基板として多孔質ガラスを用い、ドーパントとして
Ｃ８１やＴ１＋等の一価イオンを含む水溶液に浸漬し、
細孔中にイオン拡散させてドーピングを行うものである
（浅原、セラミックス、２１．４２５ （１９８６）
）。 この方法は室温付近で比較的短時間で大型のガラ
スに均一なドーピングが出来るメリットがあるが、ドー
パント物質が水溶性の塩に限られるという最大の欠点が
ある。また、最近安価な石英ガラスの合成法として注目
されているゾルゲル法で作製した多孔質ガラスを用いる
場合には、拡散させるイオンの種類によっては焼結の際
に結晶化を生じるなどの問題があった。
で、基板として多孔質ガラスを用い、ドーパントとして
Ｃ８１やＴ１＋等の一価イオンを含む水溶液に浸漬し、
細孔中にイオン拡散させてドーピングを行うものである
（浅原、セラミックス、２１．４２５ （１９８６）
）。 この方法は室温付近で比較的短時間で大型のガラ
スに均一なドーピングが出来るメリットがあるが、ドー
パント物質が水溶性の塩に限られるという最大の欠点が
ある。また、最近安価な石英ガラスの合成法として注目
されているゾルゲル法で作製した多孔質ガラスを用いる
場合には、拡散させるイオンの種類によっては焼結の際
に結晶化を生じるなどの問題があった。
一方、イオン以外の物質、例えば、金属の塩化物、アル
コキシドなどを酸化物前駆体として導入する方法は広義
の分子スタッフィングと考えられる。この方法によれば
ゾルゲル法で作製した多孔質ガラスへのドーピングが比
較的容易となるが、これらの前駆体は、一般に液体で非
常に反応性が高く、ハンドリングが困難であり、任意の
ドーパントＳ度をガラス中に実現するのは容易ではなが
った。
コキシドなどを酸化物前駆体として導入する方法は広義
の分子スタッフィングと考えられる。この方法によれば
ゾルゲル法で作製した多孔質ガラスへのドーピングが比
較的容易となるが、これらの前駆体は、一般に液体で非
常に反応性が高く、ハンドリングが困難であり、任意の
ドーパントＳ度をガラス中に実現するのは容易ではなが
った。
第二は、上述のゾルゲル法を用いるもので、予めドープ
したい金属を含んだゾルを作製し、これを焼成してドー
プト石英ガラスを作製する方法である（特開昭６４−３
０２４など）。この方法は液体のゾル段階で均一なドー
ピングが可能でありドーパント量の制御が容易である特
徴を有する反面、ガラス内の所望の一部分にだけドーピ
ングを行ったり、ドーパントの濃度分布を形成すること
は極めて困難であった。
したい金属を含んだゾルを作製し、これを焼成してドー
プト石英ガラスを作製する方法である（特開昭６４−３
０２４など）。この方法は液体のゾル段階で均一なドー
ピングが可能でありドーパント量の制御が容易である特
徴を有する反面、ガラス内の所望の一部分にだけドーピ
ングを行ったり、ドーパントの濃度分布を形成すること
は極めて困難であった。
第三は、光フアイバー製造法として公知の火炎酸化分解
溶融法である。この方法は、ドーパント濃度の制御が比
較的容易であり、滑らかな濃度分布を形成できる点に特
色があるが、特殊な装置を必要とし、原料の転換効率が
低く、大型化も困難であるなどの欠点を有していた。
溶融法である。この方法は、ドーパント濃度の制御が比
較的容易であり、滑らかな濃度分布を形成できる点に特
色があるが、特殊な装置を必要とし、原料の転換効率が
低く、大型化も困難であるなどの欠点を有していた。
ドーパント量を正確に制御してガラス内に導入すること
は非常に重要であり、その重要性を示す例として光導波
路中の導波モードの制御や、導波路のコア部とファイバ
ーとの結合ロスをあげることができる。これらは導波路
のコア部とクラッド部の屈折率差により決定されるが、
そのためには屈折率差をドーパント導入ｍで精密に制御
する技術の確立が不可欠である。また、ガラスレーザー
の特性は、導入するＮｄ”イオンのドーピング世によっ
て大きく変わることが知られている。
は非常に重要であり、その重要性を示す例として光導波
路中の導波モードの制御や、導波路のコア部とファイバ
ーとの結合ロスをあげることができる。これらは導波路
のコア部とクラッド部の屈折率差により決定されるが、
そのためには屈折率差をドーパント導入ｍで精密に制御
する技術の確立が不可欠である。また、ガラスレーザー
の特性は、導入するＮｄ”イオンのドーピング世によっ
て大きく変わることが知られている。
しかしながら、上述した従来技術では、導入できる物質
が限られる、正確なドーパント濃度の制御が困難である
などの理由で、目的にあった物質を正確かつ容易にドー
プした石英ガラスを作製し所定の光機能を実現すること
が困難であった。
が限られる、正確なドーパント濃度の制御が困難である
などの理由で、目的にあった物質を正確かつ容易にドー
プした石英ガラスを作製し所定の光機能を実現すること
が困難であった。
［発明が解決しようとする課題］
本発明の目的は、多孔質ガラスに所望の物質をドーピン
グする方法として簡便な方法によって、所定の濃度に正
確かつ均一に短時間でドーピング出来る方法を提供する
ことにある。
グする方法として簡便な方法によって、所定の濃度に正
確かつ均一に短時間でドーピング出来る方法を提供する
ことにある。
［問題点を解決するための手段］
本発明は（ａ）多孔質ガラスにドーパントを拡散させる
工程、（ｂ）該ドーパントを細孔内部に固定する工程、
及び（Ｃ）該多孔質ガラスを焼成無孔化する工程を含む
ドープト石英ガラスの製造方法に於て、前記（ａ）工程
の多孔質ガラスへのドーパントの拡散にあたり、ドーパ
ント蒸気を多孔質ガラスに吸着平衡になるまで導入して
所望のドーパント濃度の石英ガラスを製造することを特
徴とするドープト石英ガラスの製造方法である。
工程、（ｂ）該ドーパントを細孔内部に固定する工程、
及び（Ｃ）該多孔質ガラスを焼成無孔化する工程を含む
ドープト石英ガラスの製造方法に於て、前記（ａ）工程
の多孔質ガラスへのドーパントの拡散にあたり、ドーパ
ント蒸気を多孔質ガラスに吸着平衡になるまで導入して
所望のドーパント濃度の石英ガラスを製造することを特
徴とするドープト石英ガラスの製造方法である。
本発明によれば、多孔質ガラスをドーパント物質蒸気の
中に置き、ドーパント蒸気を多孔質ガラスに吸着平衡に
なるまで導入することにより、ドーピング濃度を正確に
コントロールすることができる。また、均一な多孔質ガ
ラスを用いることによってガラス全体が均一なドーパン
ト濃度を持つ多孔質ガラスを得ることが出来る。
中に置き、ドーパント蒸気を多孔質ガラスに吸着平衡に
なるまで導入することにより、ドーピング濃度を正確に
コントロールすることができる。また、均一な多孔質ガ
ラスを用いることによってガラス全体が均一なドーパン
ト濃度を持つ多孔質ガラスを得ることが出来る。
本発明においては、予め、目的のドーパントの多孔質ガ
ラスへの吸着量を、ドーパント圧力及び温度の関数とし
て測定しておけば、即ち、吸着等混線を作製しておけば
、所望のドーパント濃度を得るために、所定のドーパン
ト圧力下に多孔質ガラスを置くことできわめて正確に所
定量のドーピングが可能となる。また、平衡吸着を達成
するには温度とドーパント分圧がコントロールできれば
よいが、多孔質ガラスの細孔内部に吸着した物質を除去
したり、ドーパント圧を制御する容易さから、真空ライ
ン中でドーピングを行うことが望ましい。
ラスへの吸着量を、ドーパント圧力及び温度の関数とし
て測定しておけば、即ち、吸着等混線を作製しておけば
、所望のドーパント濃度を得るために、所定のドーパン
ト圧力下に多孔質ガラスを置くことできわめて正確に所
定量のドーピングが可能となる。また、平衡吸着を達成
するには温度とドーパント分圧がコントロールできれば
よいが、多孔質ガラスの細孔内部に吸着した物質を除去
したり、ドーパント圧を制御する容易さから、真空ライ
ン中でドーピングを行うことが望ましい。
本発明の基本的な実施形態を第１図により例示して説明
する。第１図では、吸着平衡を容易に達成するために、
多孔質ガラスの乾燥及びドーピングを真空ライン４を用
いて行う。これにより、拡散を阻害する細孔内に吸着し
た水分を予め完全に除去する工程と、ドーピングとを全
く同一のライン上で、一連の操作として行うことが出来
るという利点がある。
する。第１図では、吸着平衡を容易に達成するために、
多孔質ガラスの乾燥及びドーピングを真空ライン４を用
いて行う。これにより、拡散を阻害する細孔内に吸着し
た水分を予め完全に除去する工程と、ドーピングとを全
く同一のライン上で、一連の操作として行うことが出来
るという利点がある。
予めドーピング物質を用いて吸着等温線を測定した多孔
質ガラス１の入った容器２を真空にし、必要なら加熱し
て十分ガラス内の水分を脱気した後、所望のドーパント
吸着量が得られる圧力のドーパント蒸気を、圧力計５を
見ながらドーパント３の入った容器のコックを調節して
導入し、多孔質ガラスにドーパントを吸着させる。ドー
パントとしては、希望する機能を実現するもので、目的
に十分な吸着量が得られる蒸気圧があればよい。
質ガラス１の入った容器２を真空にし、必要なら加熱し
て十分ガラス内の水分を脱気した後、所望のドーパント
吸着量が得られる圧力のドーパント蒸気を、圧力計５を
見ながらドーパント３の入った容器のコックを調節して
導入し、多孔質ガラスにドーパントを吸着させる。ドー
パントとしては、希望する機能を実現するもので、目的
に十分な吸着量が得られる蒸気圧があればよい。
代表的な物質として、金属のハロゲン化物、アルコキシ
ド、水素化物、アルキル化物、カルボニル化合物、等を
挙げることが出来るが、もちろんこれに限定されるもの
ではない。また、これらの気体の混合物を用いることも
可能であるし、あるいは適当な気体、ＨｅやＮ２等で希
釈してももちろんよい。ここで、本発明では気相でのド
ーピングを用いているため、ドーパントの吸着速度はき
わめて大きく、逆に、きわめて短時間で吸着を終了する
ことが可能になる。一方、多孔質ガラスのかさ密度は、
細孔特性を示す一つのパラメータであるが、ドーパント
圧力との組合せによって、用途に応じて広い範囲にわた
るドーパント濃度の制御が可能である。このようにして
吸着平衡が得られたら、ドーパントを細孔内に固定する
。この時に制御したドーパント濃度が変化しないことが
必要な条件であるが、用いるドーパントの性質に応じて
手段を選択すればよい。好ましい態様として、加水分解
、熱分解などを挙げることが出来る。このように固定さ
れたドープト多孔質ガラスを、次に所定の温度に加熱す
ることによって、無孔化されたドープト石英ガラスが得
られる。
ド、水素化物、アルキル化物、カルボニル化合物、等を
挙げることが出来るが、もちろんこれに限定されるもの
ではない。また、これらの気体の混合物を用いることも
可能であるし、あるいは適当な気体、ＨｅやＮ２等で希
釈してももちろんよい。ここで、本発明では気相でのド
ーピングを用いているため、ドーパントの吸着速度はき
わめて大きく、逆に、きわめて短時間で吸着を終了する
ことが可能になる。一方、多孔質ガラスのかさ密度は、
細孔特性を示す一つのパラメータであるが、ドーパント
圧力との組合せによって、用途に応じて広い範囲にわた
るドーパント濃度の制御が可能である。このようにして
吸着平衡が得られたら、ドーパントを細孔内に固定する
。この時に制御したドーパント濃度が変化しないことが
必要な条件であるが、用いるドーパントの性質に応じて
手段を選択すればよい。好ましい態様として、加水分解
、熱分解などを挙げることが出来る。このように固定さ
れたドープト多孔質ガラスを、次に所定の温度に加熱す
ることによって、無孔化されたドープト石英ガラスが得
られる。
［実施例］
以下、実施例を参考にしながら説明する。
実施例１
市販のテトラメトキシシラン（Ｓ ｉ （ＯＣＨ３）
４）を０．０５Ｎの塩酸水溶液で加水分解してゾルを作
製し、それを適当な容器中でゲル化させた。このゲルを
２５℃、４０％ＲＨの雰囲気下で乾燥後、電気炉で７５
０℃で焼成し、厚さ約１ｍｍの平板状多孔質ガラスを得
た。この多孔質ガラスのかさ密度は１．７ｇ／ｃｍ３で
あり、比表面積は４００ｍ”／ｇであった。これを真空
ライン中で十分脱気し、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣ１
４）をドーパントとして、室温での吸着等混線を測定す
ると第２図に示すごとくであった。これに基づいて、目
的とするＧｅ０ｚ濃度の石英ガラスを得るべく数枚の多
孔質ガラスを適当な吸着圧の下で数時間放置して吸着平
衡に到達させた後、蒸留水中に数時間浸漬して加水分解
を行い細孔中に固定した。この後、さらに焼成無孔化し
、それぞれのサンプルについて、重量測定を行った。目
的とするＧｅＯ□濃度（量）と酸化物として固定された
Ｇ ｅ （Ｇｅ０２）量は第１表に示すとおりであり、
目的とするＧｅＯ□濃度が得られた。
４）を０．０５Ｎの塩酸水溶液で加水分解してゾルを作
製し、それを適当な容器中でゲル化させた。このゲルを
２５℃、４０％ＲＨの雰囲気下で乾燥後、電気炉で７５
０℃で焼成し、厚さ約１ｍｍの平板状多孔質ガラスを得
た。この多孔質ガラスのかさ密度は１．７ｇ／ｃｍ３で
あり、比表面積は４００ｍ”／ｇであった。これを真空
ライン中で十分脱気し、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣ１
４）をドーパントとして、室温での吸着等混線を測定す
ると第２図に示すごとくであった。これに基づいて、目
的とするＧｅ０ｚ濃度の石英ガラスを得るべく数枚の多
孔質ガラスを適当な吸着圧の下で数時間放置して吸着平
衡に到達させた後、蒸留水中に数時間浸漬して加水分解
を行い細孔中に固定した。この後、さらに焼成無孔化し
、それぞれのサンプルについて、重量測定を行った。目
的とするＧｅＯ□濃度（量）と酸化物として固定された
Ｇ ｅ （Ｇｅ０２）量は第１表に示すとおりであり、
目的とするＧｅＯ□濃度が得られた。
第１表
［発明の効果］
本発明によれば、極めて容易に、しかも高い精度で均一
なドーピングを行うことが出来る。
なドーピングを行うことが出来る。
したがって本発明は、光導波路、マイクロレンズ、レー
ザーガラス、等、オプトエレクトロニクス分野に極めて
広く適用することができる。
ザーガラス、等、オプトエレクトロニクス分野に極めて
広く適用することができる。
第１図は本発明で使用した気相ドーピング装置の概略図
、第２図は実施例工で用いた多孔質ガラスの吸着等温線
を示す。 １ ・・・ 多孔質ガラス ２ ・・・ 容器 ３ ・・・ ドーパント ４ ・・・ 真空ライン ５ ・・・ 圧力計 特許出願人 三菱瓦斯化学株式会社 代理人 弁理士 小 堀 貞 文 第１図 １！２図
、第２図は実施例工で用いた多孔質ガラスの吸着等温線
を示す。 １ ・・・ 多孔質ガラス ２ ・・・ 容器 ３ ・・・ ドーパント ４ ・・・ 真空ライン ５ ・・・ 圧力計 特許出願人 三菱瓦斯化学株式会社 代理人 弁理士 小 堀 貞 文 第１図 １！２図
Claims (1)
- （ａ）多孔質ガラスにドーパントを拡散させる工程、（
ｂ）該ドーパントを細孔内部に固定する工程、及び（ｃ
）該多孔質ガラスを焼成無孔化する工程を含むドープト
石英ガラスの製造方法に於て、前記（ａ）工程の多孔質
ガラスへのドーパントの拡散にあたり、ドーパント蒸気
を多孔質ガラスに吸着平衡になるまで導入して所望のド
ーパント濃度の石英ガラスを製造することを特徴とする
ドープト石英ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7829989A JPH02258638A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ドープト石英ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7829989A JPH02258638A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ドープト石英ガラスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02258638A true JPH02258638A (ja) | 1990-10-19 |
Family
ID=13658047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7829989A Pending JPH02258638A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ドープト石英ガラスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02258638A (ja) |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP7829989A patent/JPH02258638A/ja active Pending
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