JPH06102559B2 - フツ化物ガラス製の集積される光導波路の製作方法 - Google Patents

フツ化物ガラス製の集積される光導波路の製作方法

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JPH06102559B2
JPH06102559B2 JP1156953A JP15695389A JPH06102559B2 JP H06102559 B2 JPH06102559 B2 JP H06102559B2 JP 1156953 A JP1156953 A JP 1156953A JP 15695389 A JP15695389 A JP 15695389A JP H06102559 B2 JPH06102559 B2 JP H06102559B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光学的遠隔通信装置用の集積される光学部品
に関し、特にフツ化物ガラス製の集積される光導波路の
製作方法に関する。
従来の技術 一層低い減衰を示す光学的遠隔通信用の材料についての
研究により、フツ化物ガラス特にフルオロジルコネート
ガラスが開発され、しかしてこれらのガラスは2〜12μ
mの波長領域(中赤外)において10-3dB/Kmのオーダー
の減衰即ち従来のシリカガラスの減衰よりも2桁低い減
衰を示す。かかるガラスから作られた光学繊維を用いる
ことにより、中継器が非常に大きく隔離される装置の設
計が可能になり、技術的及び経済的利点がもたらされ
る。
繊維の製作のためにフツ化物ガラスを用いることは、光
信号処理は遂行する集積される光学部品(例えば、レン
ズ、ビームスプリツター、波長多重変換装置/多重分離
装置等)を製作するために同じ材料が用いられることを
意味する。上記の部品はすべて、フツ化物ガラス基材に
おいて屈折率を局部的に適当に変動させることによつて
得られた平面光導波路を含む。
かかるガラスを用いて光導波路を製作する方法は、例え
ば、欧州特許出願公開公報(EP−A)第261672号に記載
されている。この先行技術によれば、光導波路が得られ
るべきである領域のみがマスクされていないようになる
ように適当にマスクされたフルオロジルコネート基材
を、フツ化物に結合されたカチオンであるドーパントを
含む浴中に浸漬することにより、局部的な屈折率の増大
が該フルオロジルコネート基材に得られる。該ガラス内
のドーパントの拡散は、高い浴温度(例えば、150℃)
により促進される。かかる方法は一般的に役立たず、何
故ならかかる温度では或るフツ化物ガラスはドーパンド
含有浴の材料による化学的攻撃を受けて損傷され得るか
らである。
発明が解決しようとする課題 これに対し、本発明は、高温において基材を攻撃して損
傷し得る材料の浴を用いることなく局部的な屈折率の変
動が得られ、かくして一層広範な群のガラスを用いて導
波路が得られ得る方法を提供する。
課題を解決するための手段 本発明によれば、反応器中においてフツ化物ガラスの板
を、該板の材料のガラス転移温度(vitreous transitio
n temperature)より低い温度にてかつ曝露時間中結晶
化現象が生じない時間、フツ素以外のガス状ハロゲン又
はかかるハロゲンを発生し得る化合物の加圧雰囲気に曝
露し、それによつて該ガラス中のフツ素イオンとハロゲ
ンイオンとの間のイオン交換及びかかる交換が起こるガ
ラス領域における該ガラスの屈折率の増大を遂行させ
る、ことを特徴とする方法を提供する。
上記のガス状ハロゲンは好ましくは塩素である。
エム・ジエイ・バーク(M.J.Burk)、ジー・エイチ・シ
ゲル(G.H.Sigel)及びケイ・エイチ・レビン(K.H.Lev
in)によつて「1984年度オー・エフ・シー会合(OFC Me
eting ′84),ニユーオリンズ,1984年1月23〜25日,
メモリーTUG 2」において提出された論文「反応性蒸気
輸送法を用いる、単モード及び多モードのグレーデツド
インデツクスフツ化物ガラス光学繊維の製造」から、ガ
ラス転移温度に近い温度に加熱されたフツ化物ガラス管
内に塩素を送り、該管の材料中に塩素を拡散させること
により、フツ化物ガラス製の光学繊維を製作する方法が
知られる。かくして、プリフオームの線引き及びコラプ
スを行つた後繊維のコアを形成する比較的高い屈折率領
域が得られる。この方法は満足な実用的結果をもたらさ
ず、何故なら塩素の浸透が、必要とされる導波力を繊維
に与えるのに充分でないからである。これはとりわけ、
操作がガラス転移温度に近い温度でかつ動的条件下にて
行われ、従つて該浸透を増大させるように該管を加圧す
ることができない(圧力が高すぎると管の変形が起こる
故)ことに起因する。
作用効果 かかる問題は、ガラス転移温度より低い温度でかつ静的
条件下にて操作され、従つて圧力は、単なる拡散のみで
なくフツ素とハロゲンとの間のイオン交換を起こすのに
充分高くされ得る本発明によつて解決される。
本発明の一層充分な理解のために、本方法を実施するた
めの装置を示す図面を参照して説明する。
第1図において、装置は慣用の反応器1からなり、集積
される光導波路が作られるベきガラス板2が該反応器に
置かれる。該反応器は、ダクト3,4を経てフツ素以外の
ガス状ハロゲン特に塩素又はかかるハロゲンを発生し得
るガス(特に、Ccl4、SOcl2、各種フレオン(登録商
標)等)の源5及び真空ポンプ6に連結されており、ま
た反応器内の圧力制御用計器7及び温度制御用熱電対8
と結合されている。炉9より、この炉内に収容された反
応器1及び板2が、処理に要求される温度に加熱せしめ
られる。図面を簡単にするため、ガス流量制御用の種々
の弁は図示されていない。
処理を行うために、慣用技法によつて充分に磨かれた板
2が反応器1中に置かれ、そして源5から発せられるハ
ロゲンで洗浄される。かかる洗浄が行われる圧力及び温
度の条件は、本処理に影響しない。かくして、該反応器
は、既に炉9内に置かれ得る。
該洗浄が終わると、用いられたハロゲンは排気され、該
反応器は密封的に閉じられ、そして所望圧が得られるま
でハロゲンが導入される。同時に、該板が所望温度(ガ
ラス転移温度より高くない。)に達するまで該反応器は
加熱される。該板は、達成された温度及び圧力の条件下
で数時間塩素雰囲気に曝露されたままにされる。この処
理中、マトリツクス中に存在するフツ素イオンの酸化
(ガス状フツ素に変換される。)及び塩素(又は他のハ
ロゲン)の塩素イオン(又は他のハロゲンイオン)への
還元により、フツ素と塩素(又は他のハロゲン)との間
のイオン交換が起こる。
塩素圧、反応器内に温度及び処理時間により板2中への
塩素の浸透の深さが決まり、従つてそれらはガラスの特
性及び所望される屈折率の変動に依り選ばれる。圧力、
温度及び処理時間の特定の値は、下記の例からもたらさ
れよう。
温度の上限はガラス転移温度により与えられ、一方下現
は理論的には存在しないが、一般に温度が低ければ低い
程所望屈折率の変動を得るのに必要とされる時間が長く
なるので、工業的製造要件に適合し得る妥当的に短い処
理時間になるような温度が選ばれる。その外に、当業者
によく知られているように、ガラスが熱処理に付される
場合、処理温度及び時間に依るのみならず、ガラスの組
成及びガラスの生成のために材料が受けた熱処理に依り
処理中結晶化現象が生じ得る。それ故、一般に、かかる
現象が生じるのを積極的に防ぐ温度と処理時間の組み合
わせが、所与の試料に対して選ばれねばならない。行わ
れた試験において、ガラス転移温度より約10度低い温度
及び約10時間ないし約100時間の範囲の処理時間が好都
合であることがわかつた。
製造された板2をマスクすることなく反応器1中に置く
ことにより、全体の板の表面層内でイオン交換が起こ
り、塩素で富化された面は平面光導波路として働く。
予め決められた幾何構成を有する光導波路が所望される
場合は、ハロゲンでの処理の前に板2の面をマスクする
ことが必要である。これは、集積される光導波路を提供
する場合に通常行われる操作である。本発明において、
マスキング材料を選ぶ場合、かかる材料がやや高い温度
(200℃を越える温度にさえ)にてハロゲン雰囲気に曝
露されねばならないこと(これにより、マスクの安定性
の問題が生じ得る。)並びに屈折率の変動をもたらすた
めに行つた処理後マスクを除去するために通常用いられ
る多くの薬剤によりフツ化物ガラスが攻撃されることが
考慮されるべきである。
実施例 本発明のいくつかの例を以下に記載する。
例1 エム・ブラグリア(M.Braglia)、ジー・コシト(G.Coc
ito)、エム・フアーラリス(M.Ferraris)、ジー・グ
レゴ(G.Grego)、イー・モードン(E.Modone)及びジ
ー・パリシ(G.Parisi)による記事「“フルオロジルコ
ネートガラスの製造(Fluorozirconate glass preparat
ion)",シエルト・テクニカル・レポーツ(CSELT Techn
ical Reports),第14巻,第3号,1976年6月,第171〜
173頁」に記載されている如き技法を用いて、下記の組
成(モル百分率) を有するガラス板を製造し、そして表面が光学品質の仕
上がり度になるように磨いた。このガラスは、276℃の
ガラス転移温度及び632.8nmの波長における屈折率n1
1.5053を有する。該波長の源(He−Neレーザー)が入手
容易でありかつ処理後の導波特性の目視観察が可能であ
る故、該波長が試験のために選ばれた。
該ガラス板を反応器1中において塩素での処理に付し
た。行われた試験のすべてにおいて、塩素圧は約120KPa
に維持され、一方処理時間及び反応器内の温度は変えら
れた。処理後、該板は表面の損傷を示さなかつた。即
ち、紫外、可視及び赤外領域における分光測定による
と、0.2〜8μmの範囲においてガラスの透過度の変化
を示さなかつた。処理された試料を次いで周知のプリズ
ム結合器法により光学的特性を調べ、632.8nmの源を用
いて導波効果の存在が認められた。TE偏波及びTM偏波の
両方とも、導波モードが検出された。処理された試料の
いくつかについて、処理の温度T及び時間t並びにイオ
ン交換が行われた領域におけるTEモードの屈折率n2の値
を下記の表1に示す。
例2 別の試験において、下記の組成(モル百分率) を有するガラスの材料を、例1の試料3と同じ処理に付
した。
用いられた試料のガラス転移温度は266℃であり、処理
前の屈折率はn1=1.5000001であつた。この試料もまた
処理後導波特性を示し、即ち処理された領域におけるTE
モードの屈折率はn2=1.50633であつた。
本発明は上記の例1及び2に制限されず、本発明の範囲
から逸脱することなく種々の変更態様が可能である、と
いうことは明らかである。例えば、例1及び2とは異な
る組成のフルオロジルコネートガラス又は他のフツ化物
ガラスが処理され得、またイオン交換のために用いられ
るイオンは塩素イオンの代わりに臭素イオン又はヨウ素
イオン(相当するガスの還元又はかかるガスを発生し得
る化合物の分解及び還元により生成される。)であり得
る。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明の方法を実施するための装置を示す。 1……反応器、2……ガラス板、5……フツ素以外のガ
ス状ハロゲンの源、9……炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルコ・ブラグリア イタリー国トリノ、ヴイア・アルベンガ、 ナンバー・21

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フツ化物ガラス製の集積される光導波路の
    製作方法において、 反応器中においてフツ化物ガラスの板を、該板の材料の
    ガラス転移温度より低い温度にてかつ曝露時間中結晶化
    現象が生じない時間、フツ素以外のガス状ハロゲン又は
    かかるハロゲンを発生し得る化合物の加圧雰囲気に曝露
    して、該ガラス中のフツ素イオンとハロゲンイオンとの
    間のイオン交換を遂行させかつかかる交換が起こるガラ
    ス領域における屈折率の増大を達成させる、ことを特徴
    とする上記方法。
  2. 【請求項2】フツ化物ガラスがフルオロジルコネートガ
    ラスである、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】フルオロジルコネートガラスがバリウム、
    ランタン、アルミニウム及びナトリウムのフツ化物も含
    む、請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】ハロゲンイオンが塩素イオンである、請求
    項1〜3のいずれか一つの項記載の方法。
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