JPS6283331A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス微粒子果合体音用いた光ファイバ用ガラ
ス母材の製造方法に関するもので、特にガラス微粒子集
合体を焼結する際に屈折率調整剤としての弗素を該ガラ
ス微粒子集合体中に添加する元ファイバ用ガラス母材の
製造方法に関するものでろる。

〔従来の技術〕

従来、光ファイバはＶＡＤ法、ｏｖｐｏ法など様々な製
法で製造されているが、生産性・品質などの点で注目さ
れている。これらの方法は、まず火炎加水分解反応によ
り、ガラス微粒子を生成し、回転する出発材上に次々と
堆積させ、棒状の多孔質プリフォームを作る。次にプリ
フォームｆｔ様々なガス券囲気中で加熱処理し、脱水・
溶融ガラス化し、元ファイバ母材を得る。

さらにこの母材を紡糸して光ファイバを得るという方法
である。

光ファイバは、主として光の伝搬されるコア部と、その
周囲のクラッド部から構成されており、コア部の屈折率
をｎ７、クラッド部の屈折率をｎ２とすると、Ｎ、ム（
開口数）はＮ　、　Ａ　、−り…々（ｎ、＞ｎ２）で定
義される（　ｎ、、　ｎ２は平均値）。

シリカ（５ｉｎ２）　１にペースとする光ファイバでは
、（１）コアに屈折率を上げる添加剤をドープする方式
、（１））クラッドに屈折率を下げるふ膨剤ｔドープす
る方式、（ＩＩ）（１３と（Ｉｔ）の方式の合体方式、
のいずれかの方式が用いられる。言うまでもなく、（１
）ではクラッド部が（ｉｔ）ではコア部がシリカである
。

通常よく用いられる添加剤としては、Ｇ６０２゜Ｐ２Ｏ
５，Ａ／２０．、　ＴｉＯ□（以上屈折率上昇用）、ま
たＢ２０．、　Ｆ　（以上屈折率下降用）等が挙げられ
る。第２図に波長０．５９μｍにおける石英系ガラスの
屈折率を示す。横軸はシリカ中の酸化物重１％を、縦軸
は屈折率（ｎａ）および屈折率差Δｎ％ｔ−オられす。

〔出典：熊丸、黒崎：１光伝送用材料”工業材料２７（
１９７９）、Ｐ３９〕これらの添加剤のうち、フッ素は
最近になって注目されだした添加剤であって、ＶＡＤ法
や他の製法においてもドープする方法が検討、開発され
ている。

コア・クラッド間で同じ屈折率差？得たい場合に、一般
的にクラッドで屈折率上下げた、前述の（ＩＩ）および
（−）の方式は、コア部にドープする添加剤量が全く無
いか、あるいＦｉ（１７の方式によるよジも少なくてす
む、という利点′ｉｔ肩している。このことは、高ＮＡ
光ファイバにとって、コア部の会加剤による吸収損失が
低減されるという意味で有利である。また、放射線照射
下での伝送損失に優れた純シリカコツ光ファイバは（Ｉ
Ｉ）の方式でしか作成できない。

このように、クラッド部の屈折率上下げる方式は有利な
特性をもつ。

特に、ＶＡＤ法の焼結工程において、７ツ累を添加する
ことの利点は、 ■　均一にドープでき、平坦な屈折率分布全厚えｂこと
ができる。

■　処理速度が速い。すなわち数１００−１　ｋｐ程度
の多孔質プリフォームを数時間以内で処理・ガラス化で
きる。

０２点において特に他方式よりすぐれている。

しかしながら、従来技術においては、常圧下でフッ素系
ガスＩＱ（１％雰囲気で、又は不活性ガスで希釈した雰
囲気で多孔質プリフォームを加熱処理することによりフ
ッ素を添加していたが、この方法では得られたガラス母
材中に気泡が残るという欠点があった。特にＶＡＤ法で
は７ツ索を屈゛折率差で−０，５％以上飽加しようとし
た場合、得られたガラス母材中に殊に気泡を残存せしめ
、フッ素のぶ加ｍｔ−多くすればするほど、この傾向は
大きくなる、という問題があった。

さらに、不活性ガスを希釈ガスとして使用する場合、Ｈ
ｅ以外の例えはＮ２．　Ａｒ、　０２等では、確笑に得
られたガラス母材中に気泡を残さしめた。またＨ６ガス
の存在下でも同様のことが起きた。また、Ｈｅは希釈ガ
スとしては好１．し、いガスであるが高価であり、ガラ
ス母材を安価に提供するためにはコストの面で問題があ
りその使用は好ましくなかった。

〔発明が解決しよりとする問題点〕

本発明は、上述の従来技術の欠点全解消すること、すな
わち、気泡を残すことなくガラス微粒子集合体へのフッ
素のドープ童を向上すること、またフッ素ドープを高速
で行えるようにすること、さらには安価なガラス母材を
提供すること、金目的とするものである。

〔問題点全解決するための手段］ 本発明はガラス微粒子集合体を透明化するにおたり、少
なくとも１時期、減圧し九雰囲気でかつ冥質的に３１Ｆ
４ガスからなる雰囲気でガス中に充分に弗素が添加され
るまで加養処理すること’ｔ−％ａとする光ファイバ用
ガラス母材の製造方法である。

また本発明は上記においてＳｉＦ４ガスを吹′＠鬼しつ
つ加熱処理するフッ素を含んだ光ファイバ用ガラス母材
の製造方法を提供するものであり、ＳｉＦ４の分圧とし
ては０．０１〜０．５気圧が好ましい。

〔作用〕

ガラス微粒子集合体（多孔質プリフォーム）を熱処理す
る工程において、減圧下で処理することで、反応効率を
高めうろことは容易に類推可能である。しかし、単に密
閉した圧力容器を用い、内部にプリフォームとフッ素系
ガスを導入した減圧状態で熱処理を施しても良好なガラ
ス体を得ることは困難である。その理由は、１つは圧力
容器（炉心管）からの重金属汚染であり、もう１つは雰
囲気ガス自体の熱分解による反応効率の低下である。

さらにはフッ素系ガス中のフッ素以外の成分、例えばＯ
Ｆ４中のＣ（カーボン）、ＳＦ６中のＳ（カーボン）が
ガラス中に残り、気泡の原因となることである。この点
については、本発明を得る過程において、ａｙ４２使用
してガラス中にフッ素を添加せしめた場合、発生した気
泡中の成分がＣＯ□、　ＣＯからなっていた事実を確認
できた。また不活性ガス（Ｈｅ、　Ａｒ、　Ｎ２．　Ｏ
□等）の存在も確認できた。

このたび本発明者らが新たに得た上記の知見に基き、本
発明はフッ素化のためにＳｉＦ４を用るので、石英ガラ
スとの反応は下記（１）の反応式３式％ 九だし　Ｓ：固体 ｇ：気体 のとおりであって、従来のＣＦ４や０２Ｆ６２用いる場
合とは異なり、Ｃｏ２．　Ｃｏ等の余分なガスを発生し
ない。

さらに、ＳｉＦ４’ｉ減圧下で吹キ流すことによジＳｉ
Ｆ４ガスの圧力ｔａ１ｍ整できると同時に、発熱炉から
の汚染物質がガラス＠粒子集合体に達することなく運び
去られるので、ガラス微粒子集合体の清浄を保ち得るに
加えて、ガラス微粒子果合体中の揮発性の余剰物質を効
率艮く除去できる。

また常に新鮮なガスを供給することにより、最高の反応
効率が維持でさることが判明した。

これは下記（２）の反応式 ％式％（２） で表される解離反応を抑える効果があるためと考えられ
る。

１／ＡＤ法で得られた多孔質プリフォームの減圧上加熱
処理４囲気（処理温度１２００℃、時間５時間）におけ
るＳｉＦ４ガスの分圧Ｐと、得られたガラス母材のシリ
カに対する屈折率差Δｎの関係上、第５図に示す。これ
により、減圧雰囲気下ではフッ素はよジ効果的にドープ
され、屈折率を下げることが判る。

また、第４図に同プロセスの処理温度Ｔ（１）と屈折率
差Δｎの関係を示す。フッ素分圧が扁く、処理温度が高
温であれはあるほど屈折率差は大きくなる。但し、央際
問題としては、圧力が０．５気圧金越えるか、処理温度
が１４００℃を越えると透明化後のガラス体に気泡が残
りやすい。従ってＳｉ　Ｆ４　０分圧は０．０１〜０．
５気圧が好ましい。また、温度が低すぎると反応が１０
０へ起こらず非効率的なので、処理温度としては８００
℃以上が望ましい。さらに弗素添加全実施する前に予め
脱水を行うことは好ましい。なぜならば予め脱水するこ
とで、脱水された弗素添加母材を効率的に得ることがで
きるからである。本発明方法に用いる加熱処理装置の例
を第１図に示す。第１図において、１は支持棒、２は多
孔質プリフォーム、５は圧力容器、４は加熱部、５およ
び７は加熱装置、６はシール、８はガス配管金示し、こ
の装置はさらに９の圧力計、１０のガス配管（流出部）
、１）のバルブ１２の減圧系を備えている。ただし、こ
れらはあくまでも例示にすぎず、この構成に限定される
ものではない。

〔実施例〕

実施例１ 第１図に示すような熱処理装置’に用い、純石英ガラス
微粒子集合体を、ＳｉＦ４ガス１００％雰囲気で圧力が
０．２気圧め状態にて温度１２００℃において２時間加
熱処理した。次いで、ＳｉＦ４　　の添加を止め真空雰
囲気にて該ガラス倣粒子集合体が浴融ガラス化する萱で
昇温加熱（１６００℃）し、透明ガラス母材を得た。

得られたガラスの負の屈折率は−０，５％であつ九。こ
の母材を石英管に加工し、該石英管中にコア／クランド
を有するプリフォームを挿入し、コラツプスし中実化し
、次いでファイバ化したところ低損失なファイバが得ら
れた。このファイバのコア径は５μｍ１ファイバ径は１
２５μｍで、コア／クランド間の屈折率差は０．５％で
あり、その損失特性は波長１．５５μｍにおいて０．２
６Ｂ／ｋＪＩｔと優れたものでめった。

実施例２ 第１図の装置を用い、ＶＡＤ法にて作成した純石英スー
ト？まず温度９００℃に保持した該装置内にて充分脱水
しておいた。次に５ＩＦ４１００％であって、０．０５
気圧の雰囲気とし、温度８００℃より１６００℃萱で、
３．５℃／分の割合で昇温し鈑スートを透明ガラス化し
た。

得られたガラス母材の比屈折率差は−０，５５％であり
、残留水分も０．１　ｐｐｍ以下であった。

実施例５ 実施例１におけるＳｉＦ４　　分圧のみを表１に示すよ
うに変化させ、他は同条件にてガラス母材上作成した。

得られたガラス母材の比屈折率差をも合せて表１に示す
。

表　　１ （亭）母材に若干の気泡が残存していた。

実施例４ 実施例２と同様にＳｉＦ４　　の圧力を表２に示す条件
とし、ガラス母材２６１０本ずつ作表した。

得られたガラス母材の比屈折率差と気泡の有無について
も表２にまとめて示す。

この結果、減圧にすることで気泡の残存金少なくするこ
とができると判る。

実施例５ 第１図に示した装置を用いて、Δｎ＝２％のＧｅドープ
された高Ｎ０人ガラスの周囲に７リカヌート金付看させ
友プリフォーム全処理した。条件は温度１２５０℃、圧
力０．５気圧を維持してＳｉＦ、１）５０ｃｃ／分の流
量として１時間保持し、次いで温度１７００℃のＨａガ
ス雰囲気０．２気圧の条件下で透明化し、クラッド部で
ムｎ−−α６５％金持った。Δｎ≧２．６％の高ＮＡ母
材を得た。

〔発明の効果〕

本発明方法は下記のような効果を奏する。

リ　フッ素系ガス雰囲気で、かつ加圧下で熱処理するこ
とにより、シリカに比し１Δｎ１〉１％の負の屈折率の
ガラスを得ることが可能となった。

２）高速でフン累添加が可能となった。

５）　　ＳｉＦ４　　ガス全加圧下で流しながら熱処理
することによジ、フッ素の反応効率全落丁ことなく、侍
られたガラス母材中に気泡金銭すことなく、添加するこ
とが可能となった。

リ　クラッドのΔｎを低くし丸形の、高Ｎ人光ファイバ
ー用母材、純シリカコア光ファイバー用母材の作成が容
易になった。

５）高価なＨｅ　′Ｊｆｃ使用せずに、気泡のない、ま
たＯＨ基のないガラス母材が得られ友。

さらに従来技術におけると同様、ＷＡＤ法の焼結工程で
フッ素ｋ　ｆＡ　７１０する利点、すなわち平坦な屈折
率分布および処理速度における利点音用することは、言
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いる加熱処理装置を説明する図、
第２図は、石英系ガラスにおける、シリカ中の酸化物（
重ｆｉ％）と屈折″４（ｎα）および屈折率差（Δｎ）
の関係を示すグラフ、第５図は３１Ｆ４　　ガス分圧と
屈折率差１Δｎ１の関係を示すグラフ、 第４図は屈折率差Δｎの処理温度依存性を示すグラフで
ある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス微粒子集合体を透明化するにあたり、少な
   くとも１時期減圧した雰囲気でかつ実質的にＳｉＦ＿４
   ガスからなる雰囲気でガラス中に充分に弗素が添加され
   るまで加熱処理することを特徴とする光ファイバ用ガラ
   ス母材の製造方法。
2. （２）弗素の添加と同時に透明ガラス化する特許請求の
   範囲第（１）項に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造
   方法。
3. （３）ＳｉＦ＿４ガス分圧が０．０１〜０．５気圧であ
   る特許請求の範囲第（１）項に記載の光ファイバ用ガラ
   ス母材の製造方法。
4. （４）ガラス微粒子集合体があらかじめ常圧下で脱水さ
   れたものである特許請求の範囲第（１）項に記載の光フ
   ァイバ用ガラス母材の製造方法。
5. （５）ガラス微粒子集合体が高純度ガラスブロック上に
   ガラス微粒子を堆積せしめたものである特許請求の範囲
   第（１）項又は第（２）項に記載される光ファイバ用ガ
   ラス母材の製造方法。