JPS60231434A - 石英系多孔質ガラス母材の熱処理方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光ファイバ、イメージカイト、ライトガイドな
ど、所要の光伝送体用としてつくられた石英系多孔質ガ
ラス母材の熱処理方法に関する。

（従　来　技　術） 既知のＶＡＤ法、ＯＶＤ法などにより作製された石英系
の多孔質ガラス母材を５ＯＣ１２とＨｅとの混合ガス雰
囲気中で熱処理して透明ガラス化し、該透明カラス化後
の母材外周に天然石英製または合成石英製のカラスパイ
プをジャケットして紡糸すると、光ファイバが得られる
。

第１図は上記のようにして得られた光ファイバにつき、
その屈折率分布を測定して示したものであり、同図のｎ
ｌはコアの屈折率、ｎ２はクラッドの屈折率、ｎ３はジ
ャケット層の屈折率である。

ここで、ｎｌ）ｎ２となるのは当然であるが、前記にお
いて市販の石英製ガラスパイプを用いたことにより、ｎ
２とｎ３の関係がｎ２）ｎ３となり、具体的には比屈折
率でｎ２かｎ３を０．０４％上回ってしまい、そのため
クラッドにも光が伝播するといった現象か生じている。

特に既製の石英製ガラスパイプによりジャケット層を形
成する場合では、単一モード光ファイバを作製する際の
低損失化が実現できないという問題が起こりがちである
。

上記クラッドの比屈折率差が高くなる原因を調べるため
、その光ファイバ（ガラス）の含有元素をＸ線マイクロ
アナライザにより線分析したところ、第２図のごとき結
果が得られた。

第２図で明らかなように、クラッドには異常に高濃度の
塩素がドープされてシ）る。

この現象と比屈折率が高いこととがよく一致しており、
これによりクラッドの比屈折率差は塩素ドープにより高
くなることが明らかとなった。

（発明の目的） 本発明は上記問題点の解明に基づき、天然石英製、合成
石英製など、既製のガラスパイプをジャケットした場合
でもクラッドの屈折率がジャケット層の屈折率を上回る
ことのない、つまりタララドモードの伝播が生じること
のない光伝送体の母材が得られる石英系多孔質ガラス母
材の熱処理方法を提供しようとするものである。

（発明の構成） 本発明は石英系の多孔質ガラス母材を、５ＯＣ１２とＨ
ｅとの混合ガス雰囲気中で熱処理する方法において、そ
の雰囲気中には、フッ素を含み酸素は含まないフッ素化
合物ガスを共存させ、当該雰囲気中で上記多孔質ガラス
母材を熱処理することを特徴としている。

（実　施　例） 以下本発明の実施例につき、図面を参照して説明する。

第３図（イ）は本発明方法により熱処理される石英系の
多孔質ガラス母材１を示し、同図（ロ）は所定の熱処理
により透明ガラス化された透明ガラス母材２を示し、さ
らに同図（ハ）はそのガラス母材２の外周に被せる石英
製のジャケントパイプ３を示す。

上記多孔質ガラス母材１はＶＡＤ法、ＯＶＤ法などの火
炎加水分解法、酸化分解法、ゾル−ゲル法などを介して
作製されたものであり、該多孔質ガラス母材１はＳ　＋
　０２を主成分とし、Ｇｅ、　Ｐ　、　Ｂ、Ａ１．Ｓｂ
、　Ｔｉなどの酸化物をドーパントとして含有している
。

多孔質ガラス母材Ｉ　ＱＶＡＤ法により作製するとき、
第４図に例示する方法が実施される。

第４図において、４は石英ガラス製の反応容器であり、
５，６．７はそれぞれ先端が反応容器４内に挿着された
多重管構造のバーナ、８は反応容器の排気管である。

反応容器４内でＶＡＤ法を実施するとき、バーナ５には
燃焼ガス（Ｈ２）、支燃ガス（０２）、緩衝ガス（Ａｒ
）、主原料（Ｓｉｌｌ　）　、ドープ原料（ＧｅＣ１ａ
）が所定量供給されるとともにバーナ６．７にはそれぞ
れ燃焼ガス（Ｈ２）、支燃ガス（０２）、緩衝ガス（Ａ
ｒ）、主原料（Ｓ＋ＣＩａ）が所定量供給され、これら
の火炎加水分解反応により生成されたスート状のガラス
微粒子が所定形状に堆積されて多孔質ガラス母材ｌが形
成される。

上記多孔質ガラス母材１を熱処理するときの雰囲気は５
ＯＣ１２とＨｅとによる混合ガス雰囲気とするが、その
雰囲気中には、フッ素を含み酸素は含まないフッ素化合
物ガスを共存させる。

なお、フッ素の濃度はこれが濃いと比屈折率が小さくな
り、これが淡いと比屈折率が大きくなるので、あらかじ
め実験によりジャケット用ガラスパイプと同一の屈折率
をもつようフッ素濃度を定めるとよい。

ここで用いられるフッ素化合物ガスとしては、ＳＦ６．
　ＣＧ１２Ｆ２、ＯＦ４．　ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２
Ｃ：ＩＦ４などがあげられる。

上記雰囲気中で多孔質ガラス母材１を熱処理するときの
温度としては、該多孔質ガラス母材１が透明ガラス化で
きる温度がよく、具体的には１２５０℃以上、望ましく
は１３５０℃以上である。

多孔質ガラス母材１を透明ガラス化温度以下で熱処理す
ることも可能であり、この場合はあらかじめフッ素化合
物ガスの雰囲気中に多孔質ガラス母材ｌを曝してこれの
全体にフッ素をドープしておき、その後、５ＯＣ１２と
Ｈｅとを供給しながら該雰囲気を昇温させて当該母材を
透明ガラス化する。

第５図は多孔質ガラス母材１を熱処理するための加熱炉
１１を例示したもので、この加熱炉１１はガス入口１２
を有する下部筒１３と、ガス出口１４を有する上部筒１
５と、その下部筒１３および上部筒１５間に介在された
中間筒１６と、該中間筒１６の外周に設けられたカーボ
ン製のヒータ１７とからなる。

この加熱炉１１を用いて多孔質ガラス母材１を熱処理す
るとき、ガス入口１２からガス出口１４にわたる各筒内
へ５ＯＣ１２、Ｈｅ、フッ素化合物ガス（例えば５Ｆ６
）を供給するとともに電気ヒータ１７を介して加熱され
る中間筒１６内を上記母材１がほぼ透明ガラス化できる
温度以上に保持し、その後、多孔質ガラス母材１を回転
状態としながら加熱炉１１の上方から下方、すなわち中
間筒１６内へと移動させ、これにより当該母材１を上記
雰囲気中で熱処理して第３図（ロ）の透明ガラス母材、
すなわちコア用ガラス層２ａと、クラッド用ガラス層２
ｂとを有する透明ガラス母材２とする。

上記熱処理により得られた透明ガラス母材２の外周には
第３図（ハ）に示す天然石英製または合成石英製からな
るジャケット用のガラスパイプ３が被され、これらが紡
糸されてコア、クラッド、ジャケット層を有する光ファ
イバとなる。

ここでジャケット用ガラスパイプ３ついていえることは
、その塩素含有率が小さいほど、かつ、その含水率（あ
るいはＯＨ基含有率）が大きいほど屈折率が小さく、そ
れゆえ塩素化合物雰囲気中で多孔質ガラス母材を熱処理
し、合成りラッド用ガラス層を形成する従来例では、ク
ラッド、ジャケットの両ガラス相互にｎ２）ｎｌなる屈
折率差が生じるが、上記熱処理により得られた透明ガラ
ス母材２の場合、塩素ドープによる屈折率増加分がフッ
素ドープによる屈折率減少分とほぼ同等、あるいはその
屈折率減少分が屈折率増加分をわずかに上回るようにで
き、したがって上記ｎ２）ｎｌを招来するような事態が
回避できる。

なお、クラッド用ガラス層２ｂのドープ現象については
、つぎにような反応を考えると理解しやすい。

すなわちＧ　ｅ　０２−　Ｓ　１０２系の多孔質ガラス
を例にとると、Ｇ　ｅ　０２は下記（１）式により揮散
する。

ＧｅＯ２＋２ＳＯＣＩ２＋　ＧｅＣｌ４＋２Ｓ０２”　
−−−（１）（早い） （１）式の反応は早いため、この反応が終わると下記（
２）（３）式が起こる。

５１０２＋５ＯＣ１２→　ｓ；ｏｃｔ２＋ｓｏ、、−＠
　＠　＊　（２）（遅い） ＳｉＯＣ：＋２＋ＳＯＣ＋、、；イ５ｉＧＩ４＋８０２
−−−　（３）このとき、（３）式が遅い反応であるの
で、（２）式においてかなり塩素が固定されることにな
る。

上記において酸素が存在していると、塩素、フッ素のド
ープ量が共に少なくなってこれらの固定がむずかしくな
るとともにクラッド用ガラス層の形成速度も遅くなり、
しかも下記（４）の反応が生じて揮散したＧ　ｅ　Ｏ２
の再沈着が起こるので望ましくない。

ＧｅＧ１４＋０２−＋　ＧｅＯ２＋２Ｇ１２ｅ　ａ　ｅ
　＊　＊　（４）つぎに本発明の具体例とその比較例に
ついて説明する。

具体例 第４図に例示したＶＡＤ法を実施するとき、各へ−す５
．６．７には表１に示す各種ガスを供給し、これらの火
炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を所定形状
に堆積させて外径９０ｍｍの多孔質ガラス母材ｌを作製
した。

この多孔質ガラス母材ｌはコア用多孔質ガラス層がＳ＋
０２−ＧｅＯ２からなり、クラッド用多孔質ガラス層が
５Ｉ０２からなる。

表　１ 上記多孔質ガラス母材ｌを第５図の加熱炉１１により熱
処理するとき、これを表２に示す熱処理条件で行ない、
透明ガラス母材２を得た。

つぎに透明ガラス母材２の外周に、市販の石英製ガラス
パイプ３をジャケットしたところ、第６図のごとくクラ
ッド用ガラス層２ｂとそのガラスパイプ３との屈折率は
ほぼ同じになった。

さらに上記ジャケット後の透明ガラス母材２をさらに上
記ジャケット後の透明ガラス母材２を紡糸して得た単一
モード光ファイバは、きわめて低損失であった。

表　２ 比較例 具体例と同様の多孔質ガラス母材を熱処理するとき、そ
の雰囲気中にＳＦ６を含有させない他は前記表２と同様
の条件で当該母材を透明ガラス化した。

この比較例による透明ガラス母材に具体例と同様のガラ
スパイプをジャケットし、これを紡糸したところ、その
光ファイバは予測した通り、第１図と同じ屈折率分布に
なってしまった。

なお、その他の比較例として、前記表２の条件で具体例
と同様の多孔質ガラス母材を熱処理するとき、その雰囲
気中に０２も含ませてこれを透明ガラス化したところ、
得られた透明カラス母材は第７図のごとく角状、裾垂れ
状などの乱れた屈折率分布になってしまった。

上記具体例では単一モード光ファイバについて述べたが
、ＧＩ型となる光フアイバ用の多孔質ガラス母材を熱処
理する場合も、本発明方法は有効である。

例えば、第２図で引用した母材は１本の多重管バーナに
よりで作製したＧ　ｅ　Ｏ２−５＋　０２系のものであ
り、これと天然石英製ガラスパイプとの屈折率差は０．
０３４％であるが、本発明方法のようにＳＦ６．５ＯＣ
Ｉ２．　Ｈｅの雰囲気で熱処理した場合にはその屈折率
差がＯになった。

これはＧＩ型光ファイバにおける低損失化、広帯域化に
貢献できるといえる。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明方法によるときは、石英系の
多孔質ガラス母材を、ＳＯＣ＋　２と）ｌｅとの混合ガ
ス雰囲気中で熱処理するとき、その雰囲気中に、フッ素
を含み酸素は含まないフッ素化合物ガスを共存させて所
定の熱処理を行なうから、当該処理後の母材外周に天然
石英製、合成石英製など、既製のガラスパイプをジャケ
ットした場合でもクラッドの屈折率がジャケット層の屈
折率を上回ることがなく、したがってクラ７ドモードの
伝播が生じることのない、しかも低損失、広帯域の光伝
送体用母材が得られるようになり、その光伝送体の耐水
素性もフッ素のドープによって期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例における光ファイバの屈折率分布図、第
２図は上記光ファイバの組成分析図、第３図は本発明方
法における多孔質ガラス母材、透明ガラス母材、ジャケ
ット用のガラスパイプをそれぞれ示した説明図、第４図
は本発明でのＶＡＤ法を略示した説明図、第５図は本発
明方法にょる熱処理例を略示した説明図、第６図、第７
図は本発明方法の具体例とその比較例における透明ガラ
ス母材の屈折率分布を示した図である。 Ｉ　・・・多孔質ガラス母材 ２　・・・透明ガラス母材 ２ａ・・・コア用ガラス層 ２ｂ−・・クラッド用ガラス層 ３　・φ・ガラスパイプ １１・Φ・加熱炉 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄 第１図 第２図 −）クーｄ 第３図 第５図　第４図 第１頁の続き ０発　明　者　飯　野　顕 市原市へ幡海岸通６番地　古河電気工業株式会社千葉電
線製造所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石英系の多孔質カラス母材を、５ＯＣ１２とＨｅとの混
   合ガス雰囲気中で熱処理する方法において、その雰囲気
   中には、フッ素を含み酸素は含まないフッ素化合物ガス
   を共存させ、当該雰囲気中で」−２多孔質ガラス母材を
   熱処理することを特徴とする石英系多孔質カラス母材の
   熱処理方法。