JP2001524064A - ゲルマニウム添加シリカ形成供給原料および方法 - Google Patents
ゲルマニウム添加シリカ形成供給原料および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、シリカ形成供給原料、並びに光導波路および光導波路プレフォームを製造する方法に関する。ゲルマニウム添加シリカガラス製品の製造に使用する供給原料は、シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドのようなゲルマニウムドーパント成分を含有する。本発明はさらに、シロキサンおよびゲルマニウムドーパント成分、好ましくは、ゲルマニウムアルコキシドを含有する流体供給原料を用いた光導波路および光導波路プレフォームの製造に関する。
Description
【発明の詳細な説明】
ゲルマニウム添加シリカ形成供給原料および方法
本発明は、1996年12月16日に出願された米国特許出願第60/015,905号の恩恵を
受けるものである。
発明の分野
本発明はシリカの供給原料組成物に関するものである。より詳しくは、本発明
は、シリカ形成供給原料、および光導波路プレフォームの製造に関するものであ
る。
発明の背景
様々な供給原料からの金属酸化物の製造を含む、様々な工程が知られている。
そのような工程には、供給原料、並びに供給原料の酸化および燃焼を触発してこ
の供給原料をスートと呼ばれる細かく分裂した凝集体に転化する手段が必要であ
る。このスートは、採集チャンバから回転マンドレルに亘る付着表面上で採集す
ることができる。これと同時にまたはその後、スートを熱処理して、高純度ガラ
ス製品を形成してもよい。この工程は通常、供給管および火炎発生バーナを備え
た専門の転化部位設備を用いて行われる。
火炎加水分解を含むこのような工程の開発に至った初期の研究では、その多く
がバルク溶融シリカのようなシリカガラス製品の製造に焦点を当てていた。所望
のシリカガラス組成物に転化できる適切な供給原料の選択は、そのような研究の
重要な一面である。そのような転化工程によるシリカガラスの大量製造では、ケ
イ素の供給源として四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）を使用することが主流になって
いる。
四塩化ケイ素は、高蒸気圧およびその純度のために、ＳｉＯ2スートに転化する
ための蒸気の有用で都合のよい供給源となっている。四塩化ケイ素をこのように
使用することにより高純度のシリカガラスが提供され、この使用は、光導波路製
品に使用するシリカガラスの製造、特に光導波路ファイバおよびそれらのプレフ
ォームの製造を行う大量生産に好ましい方法となっている。光導波路の製造にこ
の
ように四塩化ケイ素を使用することにより、四塩化ケイ素と相溶性があり、これ
と共に使用され、有益なシリカガラス組成物および光を伝達できる対応する屈折
率を提供する、他の同様な塩化物ベースの供給原料が採用されるようになってき
た。シリカガラスのドーパントである、供給原料蒸気のＧｅＣｌ4をＳｉＣｌ4と
共に用いて、光導波路の製造に用いられる適切なレベルの二酸化ゲルマニウムが
添加されたシリカガラス組成物を形成している。このことにより、ＳｉＣｌ4蒸
気およびＧｅＣｌ4蒸気を使用すると、塩酸（ＨＣｌ）のような生成物が製造さ
れ、危険物が製造されることになるけれども、ＧｅＯ2が添加された光導波路の
シリカガラスコアの製造にこのような供給原料を使用することは現在許容されて
いる。
このことを考慮して、ゲルマニウムが添加されたシリカ供給原料、および従来
技術の生成物による危険物を避けながら、光ファイバのような光導波路製品が形
成される光導波路プレフォームを製造する方法が必要とされている。
発明の概要
したがって、本発明は、シリカ形成供給原料、並びに関連技術の制限および欠
点による問題の一つ以上を実質的に取り除いた、光導波路および光導波路のプレ
フォームを製造する方法に関するものである。
本発明の主な利点は、危険なハロゲン化物を製造せずに、光導波路およびその
プレフォームを製造することのできる、ゲルマニウムが添加されたシリカガラス
を製造するシリカ形成供給原料を提供することにある。
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の記載において述べられており、一
部は記載から明らかになり、または本発明を実施することにより分かるかもしれ
ない。本発明の目的および他の目的は、記載内容および請求の範囲、並びに添付
した図面に特に指摘された本発明の方法および組成物により実現され、達成され
る。
本発明の目的によるこれらと他の利点を達成するためには、具体化され、広く
記載されているように、本発明は、シロキサンおよびゲルマニウム化合物を含有
する流体供給原料である。
別の形態において、本発明は、光導波路プレフォームおよび光導波路の形成に
本発明の供給原料を使用する方法を含む。
さらなる形態において、本発明は、プレフォームを光導波路ファイバに延伸す
ることによるような、プレフォームの光導波路製品への最終的な形成の前に、光
導波路製品の前身および物理的形態である、光導波路プレフォームの製造を含む
。
別の形態において、本発明は、クラッド形成、乾燥、固結、伸張、缶形成、オ
ーバークラッド形成、および再固結のような工程による、光導波路プレフォーム
の形成を含む。
さらなる形態において、本発明は、シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシ
ド供給原料を、ＧｅＯ2添加シリカガラスに転化することにより、低損失光ファ
イバを製造する方法を含む。
別の形態において、本発明は、シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドを
含有する、光導波路シリカ供給原料および光ファイバシリカ供給原料を含む。
上述した一般的な記載および以下の詳細な記載は、例示および説明のためであ
り、クレームされている本発明をさらに説明することを意図したものであること
が理解されよう。
添付した図面は、本発明をさらに理解するために設けられたものであり、この
明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を説明し、記載ととも
に、本発明の原理を説明するように機能するものである。
図面の簡単な説明
図１は、本発明により構成される方法および装置の概略図である。
図２は、本発明の教示による光導波路プレフォームの屈折率分布であり、Ｙ軸
はプレフォームの屈折率を示し、Ｘ軸はプレフォームの半径を示す。
図３は、本発明の教示による光導波路のスペクトル減衰のプロットであり、Ｙ
軸は損失（ｄＢ／ｋｍ）を示し、Ｘ軸は波長（ｎｍ）を示す。
図４は、本発明の教示による光導波路のスペクトル減衰のプロットであり、Ｙ
軸は損失（ｄＢ／ｋｍ）を示し、Ｘ軸は波長（ｎｍ）を示す。
発明の詳細な説明
ここで、本発明の現在好ましい実施の形態に関して詳細に参照する。その実施
例が添付した図面に示されている。
本発明のシリカ形成供給原料は、シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシド
を含有する。好ましくは、供給原料流体のシロキサン成分は、ポリアルキルシロ
キサン、より好ましくは、環状ポリアルキルシロキサン、そして最も好ましくは
、オクタメチルシクロテトラシロキサン［ＳｉＯ（ＣＨ3）2］4である。好まし
いゲルマニウムアルコキシドは、ゲルマニウムエトキシド［Ｇｅ（ＯＣ2Ｈ5）4
］である。ゲルマニウムエトキシドおよびオクタメチルシクロテトラシロキサン
の両方は、標準的な大気圧および室温で液体である。
ゲルマニウムアルコキシドおよびシロキサンを、シリカスート内に所望の目的
のＧｅＯ2ドーパント濃度を提供する比率で混合する。そのようなＧｅＯ2ドーパ
ント濃度により、目的のガラスが得られ、通常ガラスから形成される導波性コア
内において、異なる屈折率を有するガラス、通常はシリカガラスについて、Ｇｅ
Ｏ2添加ガラスをクラッド形成する場合、光を伝達するのに適切な屈折率が得ら
れる。ゲルマニウムエトキシドおよびオクタメチルシクロテトラシロキサンを用
いる場合、それらを、１部のＧｅ（ＯＣ2Ｈ5）4：２から４部の［ＳｉＯ（ＣＨ3
）2］4に亘る重量比で混合する。供給原料混合物の好ましい重量比は、１部のＧ
ｅ（ＯＣ2Ｈ5）4：３部の［ＳｉＯ（ＣＨ3）2］4である。
本発明の供給原料混合物として、オクタメチルシクロテトラシロキサンをゲル
マニウムアルコキシド、特にゲルマニウムエトキシドと共に使用することが、本
発明を実施する際に用いたときのこれら二種類の化合物の相溶性のために好まし
い。本発明を実施する最中に、ゲルマニウムエトキシドおよびオクタメチルシク
ロテトラシロキサン液体を通常の大気圧で互いに混合した。このとき、反応の証
拠がなく、混合物は透明のままであった。さらに、二種類の混合物は、転化火炎
の条件がＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートの形成に適している点で適合している。ゲル
マニウムエトキシド蒸気およびオクタメチルシクロテトラシロキサン蒸気の火炎
内の共燃焼により、８重量％よりも大きいＧｅＯ2濃度および0.6ｇ／ｃｃ未満の
スート密度を有するＧｅＯ2添加ＳｉＯ2が得られる。これらの濃度および密度の
両方は、外付け溶着による光ファイバの製造に好ましい。30重量％のＧｅＯ2の
ような高濃度のＧｅＯ2添加は、本発明の組成物を用いて達成できる。ＧｅＯ2の
採集効率は、ゲルマニウムエトキシドとともに火炎中に存在するオクタメチルシ
クロテトラシロキサンの量に依存する。好ましい実施の形態において、オクタメ
チ
ルシクロテトラシロキサンおよびＯ2のレベルを用いて、ＧｅＯ2／ＧｅＯの平衡
をＧｅＯ2が製造されるように好ましくする。
シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドに基づく本発明のシリカ形成供給
原料は：
１重量％から99重量％までのゲルマニウムアルコキシドおよび１重量％から99
重量％までのシロキサン；
より好ましくは、14重量％から35重量％までのゲルマニウムアルコキシドおよ
び65重量％から86重量％までのシロキサン；そして
最も好ましくは、18重量％から30重量％までのゲルマニウムアルコキシドおよ
び70重量％から82重量％までのシロキサンであり、
好ましいゲルマニウムアルコキシドはゲルマニウムエトキシドであり、好ましい
シロキサンはオクタメチルシクロテトラシロキサンである。
これらの供給原料組成物は、以下のバーナー条件の範囲：
供給原料混合物の供給速度： ３から12g／分
全バーナーＯ2： ４から20ｓｌｐｍ
キャリヤＮ2： 0.5から2.4ｓｌｐｍ
内側シールドＮ2： 2.5から3.5ｓｌｐｍ
で、並びに全体のバーナーの化学量論が0.8よりも大きく、プレミックス流動を
、火炎温度を最小にするように低く維持して、ＣＨ4＋Ｏ2プレミックス＜４ｓｌ
ｐｍのような高ＧｅＯ2維持レベルを達成し、供給原料の蒸気流動を一定に維持
して、ヒューム流がバーナ一面に接触しないようにしながら、キャリヤＮ2およ
び内側シールドＮ2流動を最小にするということを理解した上で光導波路および
光導波路プレフォームの製造に使用すべきである。
供給原料のゲルマニウムドーパント供給源化合物に関して、ゲルマニウムエト
キシドおよびゲルマニウムメトキシドのようなゲルマニウムアルコキシドを用い
ることに加えて、ゲルマニウムドーパント供給源化合物としては：
ジゲルマン（Ｇｅ−Ｇｅ）およびジゲルモキサン（Ｇｅ−Ｏ−Ｇｅ）のような
バイメタルオルガノゲルミル；
ゲルマニウムアルキルアルコキシド；および
ゲルマニウムアルキルが挙げられる。
シロキサンと相溶性である、ヘキサメチルジゲルマンのようなジゲルマン、お
よびヘキサメチルジゲルモキサンのようなジゲルモキサンをシリカ形成供給原料
に用いてもよい。
（アセチルオキシ）トリエチルゲルマンのようなゲルマニウムアルキルアルコ
キシド
をシリカ形成供給原料に用いてもよい。
シロキサンと相溶性である、テトラエチルゲルマンのようなゲルマニウムアル
キル
をシリカ形成供給原料に用いてもよい。
本発明の供給原料を用いた光導波路プレフォームの製造を説明する図面が図１
に示されている。
図１に示されているように、本発明の方法は、好ましくはシロキサンおよびゲ
ルマニウムアルコキシドからなるシリカ形成流体供給原料10を提供する工程を含
んでいる。液体状態のゲルマニウムアルコキシドおよびシロキサンを互いに混合
して供給原料10を調製し、貯蔵容器12内に貯蔵する。本発明の方法はさらに、図
１に示すような転化部位29に流体供給原料10を供給する工程を含んでいる。流体
供給原料10を乾燥窒素雰囲気下に保持して、加水分解を防ぐ。液体供給原料供給
装置内にテフロン管を用いて、供給原料の高純度を保つ。供給原料を、テフロン
導管18を通して制御可能なポンプにより制御された流量でフラッシュ気化器14に
供給する。フラッシュ気化器14は、液体供給原料が、制御された供給流量で気化
器と接触すると直ちに気化するように、好ましくは180℃−185℃の範囲の高温で
保持されている機械加工されたアルミニウムブロックから構成されている。ゲル
マニウムアルコキシドおよびシロキサンの混合された蒸気を、Ｎ2キャリヤガス
供給源20から供給される窒素キャリヤガスとともに、ステンレス鋼から製造され
た蒸気供給導管24を通してバーナー22に供給する。Ｎ2ガス供給流量および本発
明の他のガスの供給装置の流量は、図１に示したようにガス流量制御装置21によ
り制御されている。ガス流量制御装置21は、質量流量制御装置および他の流量調
節器であっても差し支えない。酸素を、ヒュームＯ2供給源26から流量制御装置2
1および導管25を通して、バーナー22に供給する直前にゲルマニウムアルコキシ
ド、シロキサン、および窒素の蒸気混合物に加える。
供給原料の蒸気状態を維持するために、導管24および25を185℃よりも高い温
度まで加熱する。
ゲルマニウムアルコキシドおよびシロキサンの液体供給原料が別々の貯蔵容器
内に貯蔵され、別々の気化器に供給される、別の供給方法を用いてもよい。次い
で、このような別々の気化器により製造される供給原料蒸気を、バーナーに供給
する前に、蒸気供給導管内で互いに混合する。さらに、供給原料成分を別々に混
合チャンバに供給し、次いで、気化器に供給する、または気化器で混合しても差
し支えない。さらに、供給原料混合物およびその成分を、ホートフ等による米国
特許仮出願第60/008,889号に開示されているような液体供給装置に用いても差し
支えない。これらの開示を参照文献として引用する。
本発明の方法はさらに、供給された流体供給原料をＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スート
に転化させる工程を含む。
図１に示されているように、ゲルマニウムアルコキシド、シロキサンおよび窒
素の蒸気の流体混合物を、ガスオキシ集束（gas-oxy focus）バーナー22の中央
ヒューム管を通して供給する。集束バーナー22の中央管が、酸素内側シールド調
節供給源30、次いで、メタンおよび酸素プレミックス調節供給源32、次いで酸素
外側シールド調節供給源34により囲まれている。これらの供給源を用いて、転化
火炎28の特性、並びにゲルマニウムアルコキシドおよびシロキサンの蒸気供給原
料のＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートへの転化を制御している。このスートは、多結晶
質アルミナ製ベイトロッド36の付着表面に付着する。
供給原料を転化させる別の方法は、Ｎ2内側シールド調節供給源、次いで、ヒ
ュ
ームシールドＯ2調節供給源、次いで、メタンおよび酸素プレミックス調節供給
源により囲まれた中央ヒューム管に通して、流体供給原料、Ｎ2、およびＯ2混合
物を供給する、ガスオキシ集束バーナーを使用するものである。バーナー面上の
蓄積を防ぐために、Ｎ2内側シールド調節供給源のガスラインおよびヒュームシ
ールドＯ2調節供給源のガスラインを加熱すべきである。
本発明の方法は、付着表面上にＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートを付着させる工程を
含んでいる。ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートは、ベイトロッド36の付着表面上に付着
して、採集されて、光導波路のコアのプレフォームを形成する。十分な量のＧｅ
Ｏ2添加ＳｉＯ2スートが付着表面上に付着して、光導波路のコアを形成したとき
に、ゲルマニウムアルコキシドおよびシロキサン流体供給原料混合物のバーナー
22への供給を停止させる。
本発明の方法はさらに、付着したＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートを光導波路プレフ
ォームに成形する工程を含んでいる。付着したＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートの上に
クラッドを形成するために、供給原料混合物10の代わりにシロキサン流体11をバ
ーナー22に供給する。シロキサン供給原料供給装置38は、ゲルマニウムアルコキ
シドおよびシロキサン蒸気供給原料混合物供給装置と同じ様式で作動するが、シ
ロキサン、好ましくは、オクタメチルシクロテトラシロキサン、Ｏ2、およびＮ2
のみをバーナー22に供給する。これらは、火炎28により転化部位29で非添加Ｓｉ
Ｏ2スートに転化される。この非添加ＳｉＯ2はＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スート上に付
着して、光導波路のクラッドのプレフォームを形成する。
ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スート上に十分な量の非添加ＳｉＯ2スートが付着した後
、スートの付着を停止させる。ベイトロッドの周りに形成された多孔性スート光
導波路プレフォームをベイトロッドから取り除く。多孔性スートプレフォームを
ヘリウムおよび塩素の雰囲気中で乾燥させ、シリカクラッド構造体により囲まれ
たＧｅＯ2添加シリカ導波性コアからなる、透明で完全に密に固結されたガラス
円筒光導波路プレフォームに焼結する。この固結プレフォームを光導波路の棒状
プレフォームに延伸する。このプレフォームに、クラッド形成スートの形成中に
シロキサン供給原料供給装置38により製造されたような追加の非添加シリカスー
トでオーバークラッド形成を行う。別の方法は、ＳｉＣｌ4の火炎加水分解によ
り製造
された非添加シリカスートによりこのプレフォームにオーバークラッド形成する
ことである。
このオーバークラッドが形成されたプレフォームを再固結し、光導波路ファイ
バに延伸してもよい。実施例１
図１の設備を用いて光導波路プレフォームを形成し、次いで、これを光導波路
ファイバに延伸する。シリカ形成供給原料10は、１重量部のゲルマニウムエトキ
シドおよび３重量部のオクタメチルシクロテトラシロキサンの混合物を含んでお
り、貯蔵容器12内で貯蔵した。供給原料10を、制御可能なポンプ16により、供給
原料10が気化されるフラッシュ気化器14に3.6グラム／分で送り込んだ。ファイ
バのコアの形成において、気化供給原料10を、キャリヤＮ2供給源20により供給
される2.4ｓｌｐｍ（分当たりの標準リットル）のＮ2キャリヤガス流によりバー
ナー22に供給した。ヒュームＯ2を、Ｏ2ヒューム供給源26により4.5ｓｌｐｍで
、バーナーの直前に気化供給原料混合物に加えた。
気化供給原料を火炎28内でＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートに転化し、ベイトロッド
36上に付着させた。火炎28は、内側Ｏ2シールド供給源30により2.5ｓｌｐｍのＯ2
を、ＣＨ4＋Ｏ2プレミックス供給源32により2.0のｓｌｐｍのＣＨ4および1.0の
ｓｌｐｍのＯ2を、並びに外側Ｏ2シールド供給源34により2.0ｓｌｐｍのＯ2を供
給することにより維持した。
これらの供給速度を150分間に亘り維持し、22グラムのＧｅＯ2−ＳｉＯ2スー
トをベイトロッド36上に付着させ、光ファイバプレフォームのコアを形成した。
次いで、ＳｉＯ2スートをこのＧｅＯ2−ＳｉＯ2スート上に付着させて、プレ
フォームのクラッドを形成した。１分当たり4.0グラムのオクタメチルシクロテ
トラシロキサンを、オクタメチルシクロテトラシロキサン貯蔵容器40からポンプ
42に通してフラッシュ気化器44に供給した。気化されたオクタメチルシクロテト
ラシロキサンをキャリヤＮ2供給源20により供給された2.4ｓｌｐｍのＮ2キャリ
ヤガス流によってバーナー22に供給した。3.5ｓｌｐｍのヒュームＯ2を、Ｏ2ヒ
ューム供給源26により、バーナー22の直前に、気化されたオクタメチルシクロテ
トラシロキサンに加えた。この気化オクタメチルシクロテトラシロキサン流を火
炎28内で
ＳｉＯ2スートに転化して、ＧｅＯ2−ＳｉＯ2スートの頂面に付着させた。火炎2
8は、内側Ｏ2シールド供給源30により3.0ｓｌｐｍのＯ2を、ＣＨ4＋Ｏ2プレミッ
クス供給源32により2.0ｓｌｐｍのＣＨ4および1.0ｓｌｐｍのＯ2を、並びに外側
Ｏ2シールド供給源34により2.0ｓｌｐｍのＯ2を供給することにより維持した。
これらの供給速度を300分間に亘り維持し、285グラムのスートを付着させた。
ＧｅＯ2−ＳｉＯ2スート上のＳｉＯ2スートのこの堆積後に、ベイトロッドを
取り除き、プレフォームをヘリウム−塩化物雰囲気中で乾燥させ、固結させ、ガ
ラス棒プレフォームに引き伸ばした。次いで、このガラス棒プレフォームを追加
のＳｉＯ2スートでオーバークラッド形成した。プレフォームのこのオーバーク
ラッド形成は、7.0グラム／分のオクタメチルシクロテトラシロキサンを、バー
ナーの直前に加えられた6.0から5.5ｓｌｐｍのヒュームＯ2と共に2.4ｓｌｐｍの
Ｎ2キャリヤにより供給したことを除いて、ＧｅＯ2−ＳｉＯ2スート上のＳｉＯ2
スートの付着と同じ様式を行った。火炎28は、3.5-4.0ｓｌｐｍの内側シールド
Ｏ2、ＣＨ4＋Ｏ2プレミックスに対して2.0ｓｌｐｍのＣＨ4および1.0のｓｌｐｍ
のＯ2、並びに2.0ｓｌｐｍの外側シールドＯ2を供給することにより維持した。
これらの供給速度を270分間に亘り維持し、463グラムのスートを付着させた。次
いで、このオーバークラッド形成したコア／クラッド棒プレフォームをプレフォ
ームに再固結し、これを単一モード光導波路ファイバに延伸した。
以下の反応：
Ｇｅ（ＯＣ2Ｈ5）4＋12Ｏ2＝ＧｅＯ2＋8ＣＯ2＋10Ｈ2Ｏ
［ＳｉＯ（ＣＨ3）2］4＋16Ｏ2＝4ＳｉＯ2＋8ＣＯ2＋12Ｈ2Ｏ
にしたがってゲルマニウムエトキシドおよびオクタメチルシクロテトラシロキサ
ンの完全燃焼を行うために、これらのゲルマニウムエトキシド、オクタメチルシ
クロテトラシロキサン、および酸素の供給量が好ましい。これらの好ましい供給
量により、バーナー酸素化学量論が0.8より大きくなる。ここで、化学量論は、
オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムエトキシドを、完全燃
焼により、上述した反応方程式に示したようにＧｅＯ2およびＳｉＯ2の生成酸化
物に転化するのに必要な酸素の量に対する、バーナーに供給される全酸素の比率
として定義されている。そのような酸素が供給されなければ、スート中でゲルマ
ニ
ウムおよび炭素の化学種が減少したのが観察された。
このような供給速度は、この工程により形成されたファイバの有益な減衰特性
を提供するのに好ましい。図２は、これらの好ましい供給速度を用いて作成した
コア／クラッド棒の屈折率分布を示している。図３は、好ましい供給速度を用い
て作成した本発明の単一モード光ファイバの１キロメートルのセグメントのスペ
クトル減衰曲線を示している。この方法およびスート付着工程全体に亘りゲルマ
ニウムエトキシドおよびオクタメチルシクロテトラシロキサン光導波路シリカ供
給原料を使用したことにより、1550ｎｍでのたった0.221ｄＢ／ｋｍの損失を含
む有益な特性を有する光ファイバが得られたことは驚くべきことであり、予期せ
ぬことであった。これは、新しい供給原料を用いたファイバに関して特に良好な
減衰レベルである。図３において、実線の曲線は本発明の光ファイバのスペクト
ル減衰を示している。比較のために、点線の曲線は、市販のコーニング社製ＳＭ
Ｆ−２８（商標）単一モード光導波路ファイバのスペクトル減衰を示している。
このファイバは、ハロゲン化物含有供給原料の転化を含む清澄工程を用いて製造
したものであった。実施例２
集束バーナー形態を用いて光導波路プレフォームを作成した。ここで、オクタ
メチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムアルコキシド流体供給源、Ｎ2
、およびＯ2の混合物を、Ｎ2内側シールドガスラインおよびヒュームシールド
Ｏ2ガスラインを加熱した状態で、Ｎ2内側シールド調節供給源、次いで、ヒュー
ムシールドＯ2調節供給源、次いで、メタンおよび酸素プレミックス調節供給源
により囲まれた中央ヒューム管に通して供給した。１重量部のゲルマニウムエト
キシドを3.6重量部のオクタメチルシクロテトラシロキサンと混合することによ
り、ＧｅＯ2添加シリカ形成液体供給原料を提供した。表に示した以下の条件を
用いて、光導波路プレフォームを作成した：
形成されたプレフォームを乾燥させて、ヘリウムおよび塩素の雰囲気中で固結
して、透明なガラス導波路プレフォームを形成した。このガラス導波路プレフォ
ームを棒プレフォームに形成した。このプレフォームを、上述した表に示したオ
クタメチルシクロテトラシロキサンおよびバーナーの条件を用いてオーバークラ
ッドを形成した。このオーバークラッドが形成された光導波路プレフォームを光
ファイバプレフォームに固結した。このプレフォームをファイバに延伸した。有
益な減衰特性を提供するために、このような方法が最も好ましい。図４は、実線
の曲線としてこのファイバのスペクトル減衰曲線を示しており、比較のために、
点線の曲線は、コーニング社製ＳＭＦ−２８単一モード光導波路ファイバのスペ
クトル減衰を示している。実施例１におけるように、スート付着工程全体に亘り
、ゲルマニウムエトキシドと共にオクタメチルシクロテトラシロキサンを用いた
光ファイバプレフォームのこのような製造方法により、このような有益な特性を
有する光ファイバが得られたことは、驚くべきことであり、予期せぬことであっ
た。これは、新しい供給原料を用いたファイバに関して得に良好な減衰スペクト
ルである。これは、有益な減衰スペクトルのために本発明の最も好ましい方法お
よび供給原料であり、このファイバは、1550ｎｍで0.25ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を
有する低損失のものである。実施例３
ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートを、図１に示した設備を用いてゲルマニウムメトキ
シドおよびオクタメチルシクロテトラシロキサンの供給原料混合物を用いて作成
した。液体のゲルマニウムメトキシドおよびオクタメチルシクロテトラシロキサ
ンを用いる場合、それらは、１重量部のゲルマニウムメトキシド：３から６重量
部のオクタメチルシクロテトラシロキサン、好ましくは、１重量部のゲルマニウ
ムメトキシド：４から５重量部のオクタメチルシクロテトラシロキサンの範囲で
混合する。表に示した以下の条件を用いて、ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートを作成し
た：これらの条件により、28.7重量％のＧｅＯ2を含有するＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スー
トが得られた。
本発明の供給原料組成物および光導波路の形成にこれを使用する方法は、塩素
の汚染物がスートの付着中に製造されないという点だけでなく、供給原料のケイ
素およびゲルマニウム成分が最初に塩素を含まないので塩素がスート中に含まれ
ないという点で有益である。さらに、付着中に塩素がないために、光ファイバ中
の金属純度レベルが改善されるかもしれない。
ゲルマニウムエトキシドは、水と混ぜられたときに、金属を腐食させることが
分かった。したがって、ゲルマニウムエトキシド貯蔵装置および供給装置が金属
を含まないことが好ましく、特に液体状態の場合に、ゲルマニウムエトキシドと
接触する部分については、テフロン成分を使用することが好ましい。そのように
する場合、固結ガラス内の金属の不純物が、重量で数ｐｐｍから数ｐｐｂまで減
少する。本発明に使用したゲルマニウムエトキシド供給液の金属不純物レベルは
、Ｆｅ（＜10ｐｐｂ）、Ｎｉ（＜10ｂｂｐ）、Ｃｒ（＜10ｐｐｂ）、Ｃｕ（＜10
ｐｐｂ）、およびＡｌ（＜10ｂｂｐ）であった。ステンレス鋼ポンプを通して送
り込まれたこのような液体から製造されたＧｅＯ2スートの金属不純物レベルは
、Ｆｅ（790-2700ｐｐｂ）、Ｎｉ（21-25ｂｂｐ）、Ｃｒ（27-29ｐｐｂ）、Ｃｕ
（25-61ｐｐｂ）、およびＡｌ（1300-4500ｂｂｐ）であった。テフロン成分を通
して送り込まれたこのような液体から製造されたＧｅＯ2スートの金属不純物レ
ベルは、Ｆｅ（44ｐｐｂ）、Ｎｉ（＜10ｂｂｐ）、Ｃｒ（＜10ｐｐｂ）、Ｃｕ（
＜10ｐｐｂ）、およびＡｌ（＜10ｂｂｐ）であった。このような非金属製供給装
置により、Ｆｅ（14-20ｐｐｂ）、Ｎｉ（＜17ｂｂｐ）、Ｃｒ（＜10ｐｐｂ）、
Ｃｕ（＜10ｐｐｂ）、およびＡｌ（＜10ｂｂｐ）の金属不純物を有する、本発明
の10％ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートが得られた。本発明のＧｅＯ2−ＳｉＯ2コアの
分析により、Ｆｅ（10ｐｐｂ）、Ｎｉ（＜５ｂｂｐ）、Ｃｒ（＜10ｐｐｂ）、お
よびＶ（＜10ｂｂｐ）の金属不純物が示された。本発明のＳｉＯ2クラッドの分
析により、Ｆｅ（10ｐｐｂ）、Ｎｉ（20ｂｂｐ）、Ｃｒ（＜10ｐｐｂ）、および
Ｖ（＜10ｂｂｐ）の金属不純物が示された。このような低金属不純物レベルは、
光の透過および伝達にとって有益である。
本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行
っても差し支えないことが当業者には明白である。すなわち、本発明の改変およ
び変更が添付した請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内に含まれるのであれ
ば、本発明はそのような改変および変更を含むことを意図する。
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(72)発明者 トゥルースデイル，カールトン
アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830
コーニング リヴァー ロード アール
ディー ナンバー１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １．低損失の光導波路プレフォームを製造する方法であって、 (a) シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドからなる流体供給原料を提供 し、 (b) 該流体供給原料を転化部位に供給し、 (c) 該供給された流体供給原料をＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートに転化させ、 (d) 該ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートを付着表面上に付着させ、 (e) 該付着したＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートから光導波路プレフォームを形成す る各工程からなることを特徴とする方法。 ２．前記供給および転化を行う工程が、前記流体供給原料を火炎に供給し、該供 給された流体供給原料を該火炎によりＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートに転化させる 工程を含むことを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 ３．前記シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドからなる流体供給原料を提 供する工程が、オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムアル コキシドからなる流体供給原料を提供する工程を含むことを特徴とする請求の 範囲１記載の方法。 ４．前記オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムアルコキシド からなる流体供給原料を提供する工程が、オクタメチルシクロテトラシロキサ ンおよびゲルマニウムエトキシドからなる流体供給原料を提供する工程を含む ことを特徴とする請求の範囲２記載の方法。 ５．前記オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムエトキシドか らなる流体供給原料を提供する工程が、液体オクタメチルシクロテトラシロキ サンを液体ゲルマニウムエトキシドと混合する工程を含むことを特徴とする請 求の範囲４記載の方法。 ６．前記流体供給原料を供給する工程が、該流体供給原料を気化する工程を含む ことを特徴とする請求の範囲５記載の方法。 ７．前記付着したＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートから光導波路プレフォームを形成す る工程が、該ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートにＳｉＯ2でクラッドを形成する工程 を 含むことを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 ８．前記ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートにＳｉＯ2でクラッドを形成する工程が、シ ロキサンからなる流体供給原料を提供し、該流体シロキサン供給原料を転化部 位に供給し、該供給された流体シロキサン供給原料をＳｉＯ2スートに転化さ せる各工程を含むことを特徴とする請求の範囲７記載の方法。 ９．低損失の光導波路ファイバを製造する方法であって、 (a) シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドからなる流体供給原料を提供 し、 (b) 該流体供給原料を転化部位に供給し、 (c) 該供給された流体供給原料をＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートに転化させ、 (d) 該ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートを付着表面上に付着させ、 (e) 該付着したＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートから光導波路プレフォームを形成し 、 (f) 該光導波路プレフォームを引き伸ばしてファイバを形成する各工程からな ることを特徴とする方法。 10．前記供給および転化を行う工程が、前記流体供給原料を転化部位の火炎に供 給し、該供給された流体供給原料を該転化部位の火炎によりＧｅＯ2添加Ｓｉ Ｏ2スートに転化させる工程を含み、前記付着したＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スート から光導波路プレフォームを形成する工程が、該ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2スートを 固結させ、前記光導波路プレフォームを、1550ｎｍで0.25ｄＢ／ｋｍ未満の減 衰を有する低損失光導波路ファイバに引き伸ばす各工程を含むことを特徴とす る請求の範囲９記載の方法。 11．シロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドからなるシリカガラス光導波路 形成供給原料。 12．オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムアルコキシドから なることを特徴とする請求の範囲11記載のシリカガラス光導波路形成供給原料 。 13．オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムエトキシドからな ることを特徴とする請求の範囲11記載のシリカガラス光導波路形成供給原料。 14．オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムメトキシドからな ることを特徴とする請求の範囲11記載のシリカガラス光導波路形成供給原料。 15．オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムエトキシドからな る光導波路シリカ供給原料。 16．オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびゲルマニウムエトキシドの転化 により形成されるゲルマニウム添加シリカガラス光導波路。 17．シロキサンおよびバイメタルオルガノゲルミル、好ましくはシロキサンおよ びジゲルマンまたはジゲルモキサンからなるシリカガラス光導波路形成供給原 料。 18．シロキサンおよびゲルマニウムアルキルアルコキシドからなるシリカガラス 光導波路形成供給原料。 19．シロキサンおよびゲルマニウムアルキルからなるシリカガラス光導波路形成 供給原料。
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