JPS6090843A - 光フアイバ用ガラス母材の製造方法 - 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】 本発明はドーパントの混入に伴シネ都合を最小限に抑え
、高い伝送特性を得ることのできる光フアイバ用ガラス
母材の製造方法に関する。

光フアイバ用ガラス母材はコア部とクラッド部とがらな
っており、コア部は中心部に位置し、光音伝送する都合
上クラッド部よシ屈折率を高くする必要がある。

例えば第１図に示す屈折率差分布曲線において、シリカ
Ｓ　ｉＱ２を基準としコア部ＡのＭＦｒ率をクラッド部
Ｂよシ高める方法と心７は、通常ＧｅＱ２゜Ａｌｔ　Ｏ
ｎ　、　ＴｉＯ２など屈折率を高めるドーパントを石英
ガラス中に添加することが行なわれる。

ところが上記ドーパントの添加に伴い次の問題がある。

（イ）　ドーパント量を増すとドーパント添加に由来す
る光散乱（レイリー散乱）を生じさせ、この散乱の大き
さはドーパント蓋に比例する。

かかる光散乱は光阪送上好ましくない。

（ロ）　ドーパントを多量に添加するとガラス母材中に
気泡や結晶相を生じさせる。例えばＧｅ０ｔはＧｅＯガ
ス発生による気泡を生じ、Ａ４２０ｍはｈｌｌｘｏ３結
晶のクラスターが発生し易いＯかかる気泡や結晶相の存
在は光伝送上の損失原因となり好ましくない０ 以上のことからコア部とクラッド部との屈折率差を大き
く保ちながら、かつコア部のト°−ノくント量を出来る
だけ少なくすることがめられる。

このため屈折率ｔ（８めるフッ素全利用した製造方法が
考えられている。この方法はコア部にＧｅＯ２等のドー
パントを添加して予め屈折率を高め、クラッド部との間
に所定の屈折率差を形成した後に、フッ素を添加し、コ
ア部とクラッド部との屈折率差を維持したまま全体の屈
折率を下げ、シリカ５ｉｎｓの屈折重金基準として見掛
は上コア部のドーパント量を減少させて上記不都合を回
避するものである。しかしながら、このような製造方法
においてもフッ素の添加方法について種々の問題を残し
ている。例えば特公昭５５−１５６８２号に開示される
ようにガラス微粒子を生成する火炎加水分解時にフッ素
を添加する場合には、添加されるフッ素の絶対量が少な
く、また製造時間も長い。これは火炎中に存在する水分
とフッ素ガスとが例えば次式のように反応しゴガスを生
ずるためであると考えられる。

ＳＦａ　＋　ａＨｔ　Ｏ→ｓｏｓ　＋　６）ＩＦ　（１
）この■゛ガス安定であり、高温下では水分のある限シ
殆んどのフッ素系ガスはこの征ガスに変換され、僅かに
残されたフッ素系ガスのみがドーパント原物として利用
されることになる。

更にこの■゛はガラス特に石英を侵食する作用がＩＣ１
火炎中に生成したシリカ微粒子と容易に反応する。この
反応は下記に示す（２）　、　（３）式が考えられ、こ
の反応で生成微粒子が消耗される。

尚式中（Ｓ）は固体、（ｍｌはガスを示す０８ｉ０２（
Ｓ）　＋　２ＨＦ（ｇ）→Ｓ　ｉＯＦ２（ｇ）　”　Ｈ
２０（ω　（２）ＳｉＯｔ（ｓ）　＋　４］日ｒ（ｇ）
−＋ＳｉＦｔ（ｇ）＋２ＨｚＯＣｇ）　（３）このため
シリカ微粒子の堆積を抑える作用が働き、フッ素系ガス
の添加量を増やすとともにシリカ微粒子の堆積速Ｋが低
下し、最終的には全く堆積しない状態となる。

次に特開昭５５−６７５３３号にはガラス微粒子集合体
を製造後、その焼結をフッ素雰囲気中で行い、フッ素を
ドープする方法が開示されている。ところがこの方法に
おいてもフッ素の添加速度が遅く、更にＣｕ、　Ｆｅの
混入を招く不都合が時としてみられる。また１４００℃
以上に焼結する際、ガラス母材の表面が著しくエツチン
グされ、表面の平滑なガラス母材を得ることができない
という問題もある。更にかかるエツチングの結果、炉心
管中の不純物がガラス微粒子体中に侵入し易くなるとい
う不都合もある。

本発明は上記従来の製造法にみられる不都合を解消し、
高い伝送特性を得ることのできる光フアイバ用ガラス母
材の製造方法を提供するものであって、その構成は、酸
化珪素を主成分とするガラス微粒子集合体を加熱処理し
て光７アイバ用透明ガラス母材を製造する方法において
−１上記ガラス微粒子集合体全脱水し、不純物を除去す
るための第一熱処理を施し、次いで少なくともフッ素な
いしフッ素化合物を含むガス雰囲気中でフッ素全添加す
るための第二熱処理を施し、最後に透明ガラス化のため
の第三熱処理をヘリウムガス雰囲気若しくは減圧状態下
で施すことを特徴とする。

以下に本発明を実施例と共に詳細に説明する。

本発明はガラス微粒子集合体（スート母材）を形成後、
その焼結時にフッ素を添加するものであシ、この焼結を
独自の方法に上り行うものである。

まず石英ガラスの微粒子集合体即ちスート母材は、これ
まで常用されている徨々の方法によって得られるものを
広く用いることができる。

この−例を第２図＜ａ）　（ｂ）に示す。第２図（ａＪ
はＶＡＤ法、第２図（ｂ）は外付法によるノＭ合を示す
。図中１は燃焼用バーナであり、２．３．４．５は原料
ガスの供給口、６は出発部材、７は石英ガラスの微粒子
集合体である。これら各製造法によって得られるスート
母材はコア部にＧｅ０ｚ等が添加され、例えば第３図に
示す屈折率分布を有している。

次に上記スート母材を純石英からなる炉心管又はアルミ
サ製の炉心管に装入し、焼結する。この場合、まず上記
スート母材の脱水、不純物除去を主眼とした第一段階の
加熱処理を行う。この第一段階の加熱処理は８００℃〜
１２００℃の温度範囲が好ましい。８００℃以下では不
純物を除去することができず、かつ、脱水にも時間がか
かる。１２００℃以上にするとスート母材の収縮が起シ
始め、第二段階の加熱処理においてフッ素全スート母材
に添加するのが困難になる。加熱時間は通常約２〜４時
間でよい。

更に焼結雰囲気としては高純度な不活性ガス雲囲気中で
行うとよく、又、不活性ガス３囲気に塩素系ガスを添加
しても効果的な脱水不純物の除去全行うことができる。

因に塩素系ガスとしてはＣＡ２　、５ＯＣＡ２．　ＣＯ
Ｃｌ２．　ＣＣ６，等を用いることができる。

尚、フッ素ガスによるエツチングを効果的に防止するた
めには、不活性ガスの濃度を８０容量−以上にするのが
好ましいが、Ｏｔｓでも大きな支障はない。又、塩素系
ガスの濃度は約１０容量−程度で充分である。

上記第一段階の加熱処理に引き続いて、フッ素の添加を
主眼とした第二段階の加熱処理を行う。この場合の温度
は１１００℃〜１４００℃の範囲が好ましい。焼結雰囲
気としてはフッ素ガスないしフッ素化合物ガスを添加し
た不活性ガス雰囲気中で行う。上記フッ素化合物として
ｉ、ＩＣＦ、。

ＳＦａ　、　５ＩＦ４　、ＣｏＦｔ等會用いることがで
きる＠また不活性ガスとしてはＮ２　＊　Ａｒ　＊　Ｏ
ｘ等を用いることができる。尚、昇温に際し、２〜ｂ分
の割合で加熱した。第４図に昇温速度とスート母材への
フッ素添加量との関係を示す。図から明らかなように昇
温速度が遅い程フッ素の添加量が多いことが判る。

第５図にフッ素系ガス添加雰囲気の処理温度とフッ素添
加量に対応する屈折率差Δｎの関係を示す。尚この場合
、焼結雰囲気は塩素ガス１ｍｏＡチｒ　ＳＦｅ　１０ｍ
ｏＡ！チを含むＨｅガス雰囲気であり、図示する各温度
ｖｉ−３時間保持したものの屈折率差Δｎｔ−示す。図
から明らかなように１１００℃〜１４００°０の温度範
囲において屈折率差Δｎが大きいフッ素を添加すること
からこの範囲が加熱処理の温度として好適であることが
判る。

尚、加熱処理温度が１４００℃以上の場合にはスート母
材の収給が早く、フッ素が効果的に添加されない。又、
フッ素系ガスの添加濃度としては２０　ｍｏｌ　ｆｂま
でが好ましい。これは訃程度ではないが添加濃度が多過
ぎるとフッ素ガスによるエツチングが若干生じ易くなる
ためである。

上記加熱処理に引き続き、透明ガラス化全主眼とする第
三段階の加熱処理を施す。加熱温度は１４００°０以上
、少なくとも・１時間保持するとよい。１４００℃以下
ではガラス微粒子が残留し焼結が不充分となる。更に好
ましくは１６００℃以上と一＋２士ぶ　？１八＞　小惧
春嬉幼招私凰品ｆ刈九比較的短時間で透明ガラス化する
ことができる。

又、上記第三段階の加熱処理をＨｅガス雰囲気若しくは
減圧状態下で行う。一般に透明ガラス化のための焼結は
Ａｒガス、Ｎ２カス雰囲スで行なわれるが、ガラス微粒
子の粒径分布が広く、即ち微粒子の粒径がバラツキの大
きい場合には通常の焼結雰囲気ではスート母材の焼結収
縮時に気泡が残留し易く、好適な透明化を達成すること
ができない。

一方、気泡の発生頻度は、Ｎｔ　＞Ａｒ　＞　Ｉ４ｅの
順に従う。このためＨｅガス雰囲気で焼結するとＡｒＮ
２に比べ脱泡作用が大きいため残留気泡の大幅に少ない
焼結体を得ることができる。又、減圧によっても脱泡効
果全促進することができる。

上記加熱処理の一例を第７図に模式図として示す。又、
この加熱処理の結果書られるガラス母材の屈折率分布の
一例を第６図に示す。スート母材形成時には第３図に示
す屈折率分布であったものが、本発明の加熱処理の結果
第６図に示すｒりにコア部の中ｒｆｓ　ｆｉクラッド郁
Ｊ−Ｈｉｌｎチの屈折率差Δｎｆ維持しながら母材全体
としては約０．２　％屈折率が低下している。

以上説明したように本発明においては第一段階の加熱処
理によりスート母材の脱水、不純物の除去を行うため該
スート母材を用いた光ファイバでは不純物に起因する伝
送損失を大幅に解消することができる。即ち、スート母
材を脱水する結果、フッ素ガスを添加した際、フッ酸部
の生成が抑えられる。この度は多量に存在すると炉心管
全侵蝕し、壁内の不純物を露出させ、スート母材への不
純物混入の要因となる。更に不純物が系外へ除去される
ためスート母材への混入が防止される。例えば雰囲気中
にＣｕＯが存在しても、８００℃以上の加熱雰囲気にお
いては、２ＣｕＯ（ｓ）　ｄ　Ｃｕ２０（ｇ）　十”／
２ｏｚ　のようにＣｕ、０ガスとなシ系外へ除去される
。この反応は高温になる程ｃｕ２ｏガスの生成が進み、
１０００℃以上で非常に効果的である。更に塩素ガスを
添加した場合、次の反応式に従い系内の Ｃｕ０（ｓ）　＋　Ｃ１＊→ＣｕＣＡ’ｔ　（ｇ）　”
　３４０ｔ（ｇ）不純物ＣｕＯはＣｕＣＪ、ガスとなり
Ｗ易に系外へ排出される。Ｆｅ？２０３の不純物も同様
である。

また、スート母材を脱水し、フッ酸■１の生成を抑える
ことから、ガラス母材のエツチングが防止され表面の平
滑なガラス母材ヲ得ることができると共に炉心管などの
腐食をも防止することができる。

次に本発明の実施例全示す。

実施例１．第３図に示す屈折率分布を有するスート母材
を加熱炉に装入し、純Ｈｅガスヲ１０身分の割合で炉内
部に供給し、６００℃の加熱温度で３時間保持した。引
き続き、１０分後に１１００℃まで昇温し、次いで１１
００℃の温度下でＨｅガス中にＳＦａ　ｔ−１００ＣＣ
−／分の割合で供給すると共に３．３゛０／分の昇温速
度で１４００°Ｃまで昇温した。１４００゛０の温度を
１時間保った後Ｈｅガス’１ｌＯｌ／分の割合で炉内に
供給すると共に炉内を１５００”０に加熱し、透明ガラ
ス化した。得られたガラス母材は第６図に示す屈折率分
布を有しており、伝送損失特性は１．３０μｍで１．２
ｄＢ／ｋｍ　、　ＯＨ量は０．０１ｐｐｍであった。

尚、本実施例において第一段階の加熱温度を８００℃と
したところ得られたファイバの不純物による伝送損失は
１．３０　ｔｔｍで０．８　ｄａ／ｋｍ　であシ、大幅
に伝送損失が改善された。

同様に第一段階の加熱温度ｔ−１１００℃としたところ
得られたファイバの不純物による伝送損失は１．３０μ
ｍで０．６　ｄ　Ｂ／ｋｍであシ伝送損失の改善効果が
著しかった。

実施例２．上記実施例１と同様の製造例において、第一
段階の加熱処理の際、純Ｈｅガス雰囲気中Ｋ　Ｏ，５〜
５　ｍｏｌ　ＴｏのＣＩＪ、ガスを供給した。更に第一
段階の加熱温度ｔ−１１００℃としたところ、これを１
０分程度保持した場合にも得られたファイバ中に不純物
の痕跡がないことが得られたファイバの伝送損失特性か
ら確認された。

尚、本実施例において、ＳＦ、を含む雰囲気にＣＡ２ガ
スヲ０．５〜５ｍｏ／＊添加したところ得られたファイ
バ中には不純物の痕跡が全く認められなかった。

実施例３．　コア部のカサ密Ｋを０．４．ｌｉ’／ｍ、
クラッド部のカサ密度ｆ　Ｏ，２ｆｌ　／　ｃｍ”とな
るように調整した多孔質母材を作製し、前記スート母材
ｔ０．５〜５　ｍａｌｔ−〇Ｊ、を添加したＨｅガス雰
囲気中で、８００’Ｏ〜１２００℃まで昇温し、次イテ
１２ｏ。

℃で１時間保持した。その後２〜５　ｍｏＡ！％のフッ
素ガスをさらに添加し１４００℃まで昇温した。

このようにして得られた前記母材を最高温度が１６５０
℃の減圧されたＨｅガス雰囲気下にあるゾーン加熱炉内
へ３〜４　ｎｍ７分の下降速度で挿入し透明ガラス化し
た。得られた母材はコア部は殆んど純シリカに対応する
屈折率ヲ有し、クラッド部はフッ素が添加された屈折率
であった。これをファイバー化したところ伝送損失特性
は１．３０μｍで０．４　ｄＢ／ｋｍであった。

実施例４．　ＶＡＤ法を用いて十分に脱水した外径５１
１１の純５ｉＯＪ（Ｈ出発コア用材料とし、この外表面
上に、５ｉＣＩｌｔ−火炎加水分解し、純Ｓ　ｉＱ１微
粒子を合成し、このＳ　ｉｏ２微粒子を前記純５ｉＯｔ
ｌｌ上に堆積させた。堆積後の外径を約１００ｓｎとし
、この母材全１１００’ｏ、３時間脱水処理を行った。

雰囲気としては、Ｃｊ２全１全１チルチ含有Ｈｅ雰囲気
を用いた。この後、Ｃ１２の流量をＯとし、ＳＦ、を５
モルチ流し、３．３°０／分の昇温速度で１４００℃ま
で昇温した。その後、さらにＨｅガス供給下で１５００
°０まで加熱し透明ガラス化した。得られたガラス母材
は、クラッド・コアの比率が１０倍であり、クラッド部
の屈折率値としては、石英に比べ０．４％低い構造を有
していた。この母材を外径２０隨に引伸し、外径３２．
５龍×内径２２ｍ１１の石英ガラス管内にセットして線
引し、外径１２５４１．１のファイバとした。得られた
７アイパは１゜３μｍ波長において伝送損失は１　ｄＰ
ｙ’ｋｍ以下であった。又１．３９μｍ波長のｔ＋ｈピ
ークは５ｄ胎ｍ以下であった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）は光ファイバの屈折率分布図、第
２図（ａ）　（ｂ）はスート母材の製造を示す説明図、
第３図は本発明の実施例に係るスート母材の屈折率分布
図、第４図は本発明における屈折率差と昇温速度との関
係、を示すグラフ、第５図は本発明における処理温度と
屈折率差との関係を示すグラフ、第６図は本発明の実施
例における加熱処理後のガラス母材の屈折率分布図、第
７図は本発明の加熱処理の一例を示す模式図。図中、１
・・・バーす、２，３，４．５・・・ガス供給口、６・
・・出発部材、７・・・スート母材である。 特許出願人　住友電気工業株式会社 日本電信電話公社 代理人　弁上　光石士部（他１名） 第１図　第２図 （ａ）　（ａ） ノ１ 〜２ ３ （４ ′−５ （ｂ）　（ｂ） 第３図 第６図 第４図 ２　４　６　８　１０ 臂渭速度（’Ｃｍ１ｎ） ｏ　Ｃ１０１ｍｏ？／。 ＳＦ６５ｍｏ−？／。 Ｘ　Ｃ１０５ｍｏｅ’／。 ＳＦ６５ｍｏｅ’／。 ΔＣＬ２１　ｍｏｅ’ｉ。 ＳＦ６２０ｍｏｔＯ／。 第５図 Ｂｏｏ　１０００１２００１４ω１６００別】ヨ里−線
　（＠Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　酸化珪素を主成分とするガラス微粒子集合体を
   加熱処理して光ファイバ用透明ガラス母材ヲ製造する方
   法において、上記ガラス微粒子集合体を脱水し、不純物
   を除去するための第−熱処理音節し、次いで少なくとも
   フッ素ないしフッ素化合物を含むガス雰囲気中でフッ素
   を添加するための第二熱処理を施し、最後に透明ガラス
   化のための第三−処理をヘリウムガス雰囲気若しくは減
   圧状態下で施すことを特徴とする光フアイバ用ガラス母
   材の製造方法。 （り　特許請求の範囲第１項において、第一熱処理が８
   ００〜１２００℃、第二熱処理が１１００℃〜１４００
   °Ｃ１第三熱処理が１６００℃以上の温度範囲であるこ
   と全特徴とする光フアイバ用ガラス母材の製造方法。 （３）特許請求の範囲第１項において、パイプ状ロンド
   状のガラス微粒子集合体を用いることを特徴とする光フ
   アイバ用ガラス母材の製造方法。