JPS6369729A - 光フアイバ用母材の製造方法 - 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、多孔質体を用いた光ファイバ川母材の製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

光ファイバ用母材の製造方法はＭＯＶＤ法、ＶＡＤ法等
に代表される気相法とゾル−ゲル法を応用した液相法の
二種に大別される。中でも後者の一梱である拡散法は屈
折率分布制御の容易さ、製造コストの安さ及び大量生産
に適している等の優れた特徴を有するため、近年非常に
注目を集めている。この拡散法は管状の多孔質体（乾燥
ゲル体又は熱処理済みのゲル体）に屈折率制御材を主と
するドーパント浴液を拡散させ、乾燥、焼結を経て任意
の屈折率分布を有するガラス体を得、これを光ファイバ
用母材とする方法である。（特願昭６Ｏ−２５７９２６
） 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、従来の拡散法ではドーパントの拡散を局所的に
行うため、拡散溶液中のドーパント濃度を高くすると、
拡散に伴って生じる構造歪みによりクラックが発生しや
すく、そのため、コア部分とクラッド部分で大きな屈折
率差を生じさせることが難しいばかりか、ステップ型の
急峻な屈折率分布を得ることも容易ではなかった。

そこで、本発明は以上の問題点を解決するもので、その
目的とするところは、クラッドとコア間で大きな屈折率
差を持たせる一方で、拡散に起因する構造歪みを最小に
し、優れた特性を有する光ファイバ用母材を安易に製造
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光ファイバ用母材の製造方法は、管状シリカ多
孔質体にドーパント浴液を拡散させた後、乾燥、焼結す
ることにより光ファイバ用母材を製造する方法において
、該管状シリカ多孔質体の内壁面側から径外方向に第一
のドーパント溶液を、外壁面側から径内方向にホウ素を
含む第二のドーパント溶液を拡散させることを特徴とす
る。

先に述べたように、多孔質体へのドーパント溶液の拡散
は、それによって生じる構造歪みのために、乾燥、焼結
過程におけるクラック発生の主要因となり易い。一方で
、光ファイバとして十分な機能、特性を持たせるために
は、クラッド・コア間である値以上の屈折率差を持たせ
る必要があり、これを一種類のドーパントの拡散で達成
することは、前記の理由によりかなり難しいと言える。

そのためには、クラッド・コア間で屈折率差を拡大する
ような多種類のドーパントを各々クラッド部分、コア部
分に選択的に拡散すれば良いことがわかる。

本発明では、被拡散用母材としてシリカ多孔質体を用い
るため、石英ガラスの屈折率を下げるドーパントとして
は、ホウ素を含有するものを用いるのが適当であると言
える。

本発明で使用する管状シリカ多孔質体は、その製法に限
定されないが、アルキルシリケート及びシリカ微粒子を
主原料としたゾル−ゲル法を応用して得られる多孔質体
は極めて高純度であり、多孔質体中の細孔径、細孔径分
布等を容易に制御できる、大型の管状多孔質体が容易に
且つ低コストで得られる等の優れた特徴を有する。その
ため、ゾル−ゲル法による管状シリカ多孔質体は、被拡
散用母材として極めて有効である。

拡散は乾燥状態の管状シリカ多孔質体に直接ドーパント
溶液を拡散しても良いが、多孔質体の高強度化及び拡散
挙動に対する微細構造の鰻適化の点から、何らかの熱処
理を行った後に拡散する方が望ましい。

拡散に用いるドーパント溶液には、各柚薬品を原液の状
態で用いても良いが、拡散挙動及びドーパント分布の制
御性の点から、アルコール、ベンゼン、シリコンアルコ
キシド等の各種有機溶媒で稀釈したものを用いても良い
。

尚、第一、第二のドーパント溶液の拡散時期は、用いる
ドーパンｈｔｍ媒等の特性及び目的とする光ファイバ用
母材中の屈折率分布等を考慮する必斐がある。

〔実施例１〕 （１）　　管状シリカ多孔質体の作製 エチルシリケート、無水エタノール＝　水ｔ　’ｙンモ
ニアをモル比で１ニア、６：４：Ｉｌｌ、０８の割合で
混合し約６時間攪拌した後、室温で数日間熟成し、減圧
濃縮することにより分散性の良いシリカ微粒子溶液を調
製した。

次にエチルシリケートに重量比で１：１になるようにＱ
、０２規定の塩酸をｈａえ、氷冷しながら約２時間攪拌
することにより加水分解浴液を調製した。

シリカ微粒子浴液のＰＨ値を２規定の塩酸を用いて４．
５に調整した後、加水分解溶液を混合し、布アンモニア
水を用いて再度ＰＨ値を４．７にＷ〜整した。この溶液
の所定電をステンレス製の回転円筒器（内径５０　ｒｒ
ａｎ　、長さ３００胴、有効容積５５０ｍ４）に入れ、
第１図に示す様な回転装置を用いて、容器の長手方向を
回転軸にとり１５００　ｒｐｍの速度で１ｇ１転しなが
らゲル化させ、管状シリカゲル体を作製した。

このゲル体をポリプロピレン製の乾燥容器（開口率０．
３％程度）に移し入れ、６０℃に保たれた恒温乾燥機を
用いて約３週間で乾燥し、空気中に放置しても割れない
管状シリカ多孔質ゲル体を得た。

さらに、この乾燥ゲル体を石英製管状焼結炉に入れ最高
１０００℃まで１１０熱すると伴に、途中２００℃１３
００℃、７００℃、９００℃で５〜２０時間保持し、縮
合反応の促進及び脱塩化アンモニウム、脱有機物、脱水
等の処理を行い、ゲル体の構造特性を最適化した。

（２）　　ドーパントの拡散とガラス化第２図に示すよ
うに、片端面をシール材によりマスクされた管状シリカ
多孔質体の中空部に第一のドーパント溶液を入れ、さら
に、多孔質体の外側に第二のドーパント溶液を満たすこ
とにより、多孔質体の内壁面側から径外方向に第一のド
ーパント浴液を、又、外壁面側から径内方向に第二のド
ーパント溶液を各々拡散させた。ここで、第一のドーパ
ント溶液はテトラフ゛トキシゲルマニウムを体積で４倍
量のエタノールにより希釈したものを、また、第二のド
ーパント浴液はトリブトキシホウ素を体積で５倍祉のブ
タノールで希釈したものを用い、拡散時間は各々５０分
間とした。

拡散後の多孔質体は６０℃の恒温槽中で乾燥させ、先に
使用した焼結炉を用いて最高１２５０℃まで加熱すると
共に、途中で、＃Ｘ索ガス、酸素ガス、ヘリウムガス等
の雰囲気を保持し、脱水酸基及び閉孔化処理を行った。

続いて試料を別の焼結炉に移し換え、最高１４００℃ま
で加熱して無孔化を行い管状の透明ガラス体を得た。

この管状ガラス体は内側から媒体の屈折率を高めるゲル
マニウムのアルコキシドを、外側から媒体の屈折率を低
くするホウ素のアルコキシドを同時に拡散させることに
より、拡散により生ずる構造歪みを分散させつつ、より
少墓のドーパントで効果的且つ急峻な屈折率分布を形成
したもので、乾燥及び焼結過程でクラック等の発生は見
られなかった。この管状ガラス体を中実化すると共に、
直径約１２５　／ｊ　ｍの光ファイバとした所、優れた
光導波作用を有することか確認された。尚、この光ファ
イバの径方向における屈折率分布を第３図に示す。

〔実施例２〕 実施例１と同様の拡散前熱処理済みの管状シリカ多孔質
ゲル体を用いて、やはり実施例１と同様の方法で第−及
び第二のドーパントを拡散させた。ここで、第一のドー
パント浴液はインプロポキシゲルマニウムを体積で４倍
蓋のエタ／−ルで稀釈したものを、また、第二のドーパ
ント溶液はボウ酸のアルコール飽和溶液を用い、拡散時
間は各々５０分間とした。拡ｔａ後の多孔質体の処理は
実施例１と同様の方法で行い焼結ガラス体を得た。

このガラス体の表向は部分的に結晶化が生じていたが、
一応ホウ索がクラッド層にドーピングされていることは
確認できた。

〔実施例３〕 実施例１と同様の拡散前熱処理済みの・ρ状シリカ多孔
質ゲル体を用いて、やはり実施例１と同様の方法で第−
及び第二のドーパント浴液を拡散させた。ここで、第一
のドーパント溶液はテトラブトキシチタンを体積で６倍
社のエタノールで稀釈したものを、また、第二のドーパ
ント溶液はトリプトキシホウ索な体積で５倍社のブタノ
ールで希釈したものを用い、拡散時１■は各々４０分間
とした。拡散後の焼結等の処理は実施例１と同様の方法
で行い透明焼結ガラス体を得た。チタンのアルコキシド
は分解速度が速いため、拡散処理後の乾燥は特に低湿雰
囲気中で行う心安があった。こうして得られた管状ガラ
ス体の径方向における屈折率分布を第４図に示す。

〔実施例４〕 実施例１と同様の拡散前熱処理済みの管状シリカ多孔質
ゲル体を用いて、やはり実施例１と同様の方法で第−及
び第二のドーパント溶液を拡散させた。ここで、第一の
ドーパント溶液はアルミニウムアルコキシドのベンゼン
溶液を、第二のドーパント溶液はホウ酸のアルコール溶
液を用い、拡散時間は各々４０分間とした。拡散後の多
孔質体の処理は実施例１と同様の方法で行った所、部分
的に結晶化は見られたものの、総じて良好な焼結ガラス
体が得られた。

〔実施例５〕 実施例１と同様の被拡散用母材を用いて、拡散前熱処理
温度の拡散挙動への影響を調べた。つまり、拡散前熱処
理時の最高温度を４００℃と１２００℃とした２種類の
熱処理済み母材を作製し、実施例１と同様の方法で、拡
散、乾燥、焼結を行った。その結果、４００℃程度の熱
処理温度でも割れることなく拡散が行い得る□ことが確
認されたか、一方、１２００℃では拡散鼠が少なくなり
、拡散前の熱処理湿度を心安以上に上げすぎると、十分
な拡散が行い得ないこともわかった。したがって、拡散
前の熱処理の必要性は絶対的ではないが、熱処理時の最
品温度には上限かあることがわかる。しかし、この上限
濡度は、被拡散用母材の鎖構造により決定されるもので
あり、例えば１２００℃という様に固定化されたもので
はない。

〔比較例〕

実施例１と比較するために、実施例１で用いたのと同じ
熱処理済みの被拡散母材に、第一のドーパント溶液のみ
を内側から拡散させた。拡散浴液の濃度は、実施例１と
同一の拡散時間で、同一の屈折率差を持たせられるよう
に調整した。拡散後の乾燥、焼結処理等はすべて実施例
１と同様に行い透明ガラス化した。その結果、得られた
ガラス体の内面には所々に微小なりラックの発生が見ら
れ、拡散により生じた歪が分散されず、局在化していた
ことがわかった。このことから、一方向からの拡散だけ
でさらに大きな屈折率差を持たせようとした場合、クラ
ックの発生はさらに顕著なものとなり、コア部分とクラ
ッド部分で剥離現象が発生することも十分予想され、二
方向からの拡散法が有効であることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、管状シリカ多孔質体
にドーパントを拡散させ光ファイバ用母材を製造する際
に、多孔質体の内壁面から径外方向に媒体の屈折率を高
めるドーパントを拡散させるだけでなく、同時に外壁面
側から径内方向に媒体の屈折率を下げるドーパントを拡
散させることにより、ドーパントの拡散により生じる構
造歪を最小に抑えつつ、一方、クラッド・コア間で十分
な屈折率差を持たせることができ、乾燥、焼結過程で亀
裂や剥離を生じない高品質な光ファイバ用母材を容易に
製造することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例で使用した回転ゲル化装置の概略図。 １・・・・・・・・・回転中心線 ２・・・・・・・・・ゾル注入部分及び回転軸３・・・
・・・・・・軸受け ４・・・・・・・・・回転円筒容器用固定ホルダー５・
・・・・・・・・回転円筒容器 ６・・・・・・・・・回転用モーター ７・・・・・・・・・支持台 第２図は管状シリカ多孔質体にドーパント溶液を拡散さ
せる工程における概略図。 １・・・・・・・・・拡散用容器 ２・・・・・・・・・第二のドーパント溶液３・・・・
・・・・・管状シリカ多孔質体（被拡散用母材）４・・
・・・・・・・第一のドーパントｅ液５・・・・・・・
・・液分離用シール材第３図は実施例１で作製した光フ
ァイバにおける径方向の屈折率分布を示す図。シリカガ
ラスの屈折率を基準にし、比屈折率差で表わしである。 第４図は実施例５で作製した光ファイバ用′Ｕ状母材に
おける径方向の屈折率分布を示す図。シリカガラスの屈
折率を基準にし、比屈折率差で表わしである。 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代′理人　弁理士　最上　務（他１名）り 第１日 り 第２１１ 第３図 第４図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）管状シリカ多孔質体にドーパント溶液を拡散させ
   た後、乾燥、焼結することにより光ファイバ用母材を製
   造する方法において、該管状シリカ多孔質体の内壁面か
   ら径外方向に第一のドーパント溶液を、外壁面側から径
   内方向にホウ素を含む第二のドーパント溶液を拡散させ
   ることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
2. （２）前記管状シリカ多孔質体は、アルキルシリケート
   及びシリカ微粒子を主成分とするゾル溶液を、回転ゲル
   化することにより製造されたものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第一項記載の光ファイバ用母材の製造
   方法。
3. （３）前記管状シリカ多孔質体は、１００℃以上の温度
   で熱処理されたものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第一項記載の光ファイバ用母材の製造方法。
4. （４）前記第一のドーパント溶液は、一般式｛Ｍ（ＯＲ
   ）＿ｘ、Ｍ＝Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｐ、Ｔｉ、Ｚｎ
   、Ｒ＝アルキル基｝で表わされる金属アルコキシドであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第一項記載の光ファ
   イバ用母材の製造方法。
5. （５）前記第一のドーパント溶液は、金属アルコキシド
   をアルコール又はベンゼンで希釈したものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光ファイバ用母
   材の製造方法。
6. （６）前記第二のドーパント溶液に含まれるホウ素源は
   、ホウ酸、ホウ素アルコキシド、酸化ホウ素、三塩化ホ
   ウ素のいずれか、又は、それらの組み合わせであること
   を特徴とする特許請求の範囲第一項記載の光ファイバ用
   母材の製造方法。
7. （７）前記第二のドーパント浴液は、アルコール又は、
   シリコンアルコキシド、又はその両方で希釈したもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の光フ
   ァイバ用母材の製造方法。