JP2599511B2 - 希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法 - Google Patents

希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は希土類元素ド−プ石英ガ
ラスの製造方法、特には光ファイバレ−ザ−などに使用
される希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】希土類元素をド−プした石英ガラスは光
機能を有していることから、光ファイバレ−ザ−、光増
幅器、センサ素子などとして使用されており、光通信シ
ステムにおける1.55μm 帯の光増幅器用エルビウムド−
プ石英ファイバにおいて、エルビウムとアルミニウムを
共ド−プすると増幅波長領域が拡大され、異なった波長
をもつ複数の信号光を一括して増幅することが可能とな
ることが知られている。
【0003】しかして、この種の石英ガラスの製造につ
いてはMCVD法による方法が知られている(特公表昭63-5
01711 号公報参照)が、これには希土類元素塩化物原料
を高温に加熱し蒸発させて反応系に供給するものである
ために、供給量の制御が困難であり、また大型の母材が
得られにくいという欠点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】また、この希土類元素
ド−プ石英ガラスの製造についてはけい素化合物の火炎
加水分解によって生成したシリカ微粒子を堆積して得た
多孔質ガラス母材を希土類元素化合物の溶液に浸漬させ
たのち、高温で焼結して透明ガラス化する方法も知られ
ており(特公表昭58-3980 号公報参照)、これによれば
溶液の濃度によってド−プ量が制御できるし、蒸気圧の
低い化合物にも適用できるという利点がある。
【0005】しかしこれには多孔質ガラス母材を希土類
元素化合物およびアルミニウム化合物の溶液に浸漬させ
る際に吸着により母材の表面にアルミニウム化合物が蓄
積されたり、また浸漬後の乾燥後に毛細管現象によって
溶媒が多孔質ガラス母材の表面に移動するときに溶質も
同時に表面近傍に移動して母材表面付近にアルミニウム
化合物が過剰に蓄積されるために、これを高温で焼結し
ても表面付近がガラス化しなくなるという欠点がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不利
を解決した希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法に関
するものであり、これはけい素化合物の火炎加水分解に
よって生成したシリカ微粒子を堆積して得た多孔質ガラ
ス母材に希土類元素化合物およびアルミニウム化合物を
添加したのち、高温で焼結して透明ガラスする方法にお
いて、アルミニウム化合物の火炎加水分解で生成したア
ルミニウム酸化物をけい素化合物の火炎加水分解で発生
したシリカ微粒子と共に担体上に堆積してアルミニウム
酸化物を含有する多孔質ガラス母材を作成し、これを希
土類元素化合物の溶液に浸漬したのち、高温で焼結して
なることを特徴とするものである。
【0007】すなわち、本発明者らは多孔質ガラス母材
の表面付近に偏析しているアルミニウム化合物を除去し
て透明な石英ガラスを得る方法について種々検討した結
果、多孔質ガラス母材へのアルミニウム化合物の添加は
多孔質ガラス母材の製造時におけるけい素化合物の火炎
加水分解のときにアルミニウム化合物を添加してその火
炎加水分解でアルミニウム酸化物を生成させ、このアル
ミニウム酸化物をけい素化合物の火炎加水分解で発生し
たシリカ微粒子と共に担体上に堆積して酸化アルミニウ
ムを含有する多孔質ガラス母材を作成し、ついでこの多
孔質ガラス母材を希土類元素化合物の溶液に浸漬して多
孔質ガラス母材に希土類元素化合物を添加すれば、これ
にはアルミニウム化合物が多孔質ガラス母材の表面に偏
析して過剰に蓄積されることもなくなるので、これを高
温で焼結すれば容易に透明ガラス化して希土類元素ド−
プ石英ガラスが得られることを見出し、このアルミニウ
ム化合物の火炎加水分解法によるド−プ方法についての
研究を進めて本発明を完成させた。以下にこれをさらに
詳述する。
【0008】
【作用】本発明は希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方
法に関するものである。
【0009】本発明はけい素化合物およびアルミニウム
化合物の火炎加水分解法によって生成したアルミニウム
酸化物を含むシリカ微粒子を堆積して得た多孔質ガラス
母材に希土類元素化合物を添加したのち、高温で焼結し
て透明ガラス化して石英ガラスとする方法に関するもの
である。
【0010】すなわち、従来公知の方法では火炎加水分
解法で得られた多孔質ガラス母材を希土類元素化合物と
アルミニウム化合物の溶液に浸漬して、多孔質ガラス母
材に希土類元素化合物およびアルミニウム化合物をド−
プしたのち、高温で焼結して透明ガラス化していたので
あるが、この場合には前記したように多孔質ガラス母材
の表面に過剰のアルミニウム化合物が蓄積されているた
めに焼結しても表面付近はガラス化しないという不利が
ある。
【0011】しかし、本発明によってこのアルミニウム
化合物をその火炎加水分解法で生成したアルミニウム酸
化物として多孔質ガラス母材に添加すれば、アルミニウ
ム化合物が多孔質ガラス母材の表面に過剰に付着するこ
とができなくなるので、これを高温で焼結すればこのも
のを容易に透明ガラス化することができるとう有利性が
与えられる。
【0012】本発明における多孔質ガラス母材の製造は
けい素化合物の火炎加水分解で生成したシリカ微粒子を
担体上に堆積させるという公知の方法で行えばよい。し
たがって、これは光ファイバ用母材の製造方法としてよ
く知られているVAD 法やOVD法によって行えばよいが、
本発明においてはこの際、この酸水素火炎中にアルミニ
ウム化合物、例えば塩化アルミニウムを供給し、この火
炎加水分解で発生したアルミニウム酸化物をけい素化合
物の火炎加水分解で発生したシリカ微粒子と共に担体上
に堆積させて、アルミニウム酸化物を含有する多孔質ガ
ラス母材が製造される。
【0013】なお、この多孔質ガラス母材には溶液に浸
漬したときに微粒子間の凝集力が失なわれても破壊しな
いだけの機械的強度を有することが必要とされるので、
平均かさ密度が0.3g/cm3以上のものとすることが好まし
いが、これはまた希土類元素化合物の溶液が容易に拡散
運動するために平均かさ密度が1.0g/cm3以下のものとす
ることがよい。なお、この多孔質ガラス母材はシリカ単
独のものであってもよいが、これは光ファイバ用のド−
パントとしてよく知られているゲルマニア(GeO2)などを
含有するものであってもよく、さらには光導波路を形成
するのに必要な屈折率分布を有するものとしてもよい。
【0014】本発明においてこの多孔質ガラス母材は希
土類元素化合物の溶液に含浸され、その内部にこの化合
物が浸透される。この希土類元素としてはネオジム、エ
ルビウム、ユ−ロピウム、セリウムなどが例示される
が、これはその2種類以上としてもよい。また、この化
合物としては塩化物、硝酸塩、硫酸塩などが用いられる
が、これらは溶剤に対して十分な溶解度を有するもので
あればよく、特にこれらに限定されるものではないが、
一般に入手が容易であること、また十分な溶解度をもつ
ことから塩化物とすることが好ましい。
【0015】なお、ここに使用する溶剤は本質的に多孔
質ガラス母材と化学的に反応しないものであれば特に限
定されず、水溶液も使用することができるが、水の場合
は多孔質ガラス母材の微粒子内の凝集力を弱める作用が
強いので、これにはメタノ−ル、エタノ−ルが溶解度、
多孔質ガラス母材への作用そして乾燥速度の面から好ま
しいものとされる。
【0016】このように希土類元素化合物およびアルミ
ニウム化合物の添加された多孔質ガラス母材は電気炉中
の高温で焼結して透明ガラス化されるのであるが、この
加熱はヘリウムなどのような不活性ガス雰囲気で行なう
ことがよく、これはまた脱水を目的としてハロゲンガス
を微量添加したものとしてもよいし、さらには酸化物へ
の転換を完全なものとするために酸素ガスを微量混合し
てもよいが、この温度は1,400 〜1,600 ℃とすればよ
く、これによれば目的とする希土類元素をド−プした石
英ガラスを容易に得ることができるという有利性が与え
られる。
【0017】
【実施例】つぎに本発明の実施例および比較例をあげ
る。 実施例1 石英製同心多重管バ−ナ−に水素ガス4.0 リツトル/
分、酸素ガス9.0 リツトル/分を供給して酸水素火炎を
形成し、この中心に四塩化けい素および四塩化ゲルマニ
ウムをアルゴンガス0.205 リツトル/分、0.16リツトル
/分に同伴させ、また蒸発器に塩化アルミニウムを入れ
てこれをオイルバスで130 ℃に加熱し、ここに上記のガ
ラス形成用原料ガスを吹き込んでこれに塩化アルミニウ
ムガスを随伴させてバ−ナ−に供給し(図1参照)、VA
D 法でシリカガラス微粒子を出発材の軸方向に5時間堆
積、成長させて、外径が60mm、 長さ260mm、重さ136g、平
均かさ密度が0.178 g/cm3 の多孔質ガラス母材を作っ
た。
【0018】ついで、この多孔質ガラス母材を塩化エル
ビウム0.13重量%のメタノ−ル溶液に浸漬させ、多孔質
ガラス部材の内部まで塩化エルビウムを滲透させたの
ち、これを空気中で風乾させ、電気炉中でヘリウムガス
雰囲気下に1,470 ℃で 時間加熱処理したところ、透
明な石英ガラスが得られたが、このものはICP 法で分析
したところエルビウム90ppm、アルミニウムを2,800ppm含
有する希土類ド−プ石英ガラスであり、このものはEPMA
により測定したところ、エルビウム、アルミニウムでほ
ぼ均一にド−プされたものであった(図2,図3参
照)。
【0019】なお、この石英ガラスをコアとし、フッ素
ド−プ石英ガラスをクラッドとして光ファイバ用プリフ
ォ−ムを作り、この光ファイバの光増進特性を測定した
ところ、1.4 μm 帯のポンプ光20mWで励起し、1.55μm
の信号光の増減ゲイン30dBを得た。
【0020】実施例2 実施例1における塩化アルミニウムを加熱するオイルバ
スの温度を150 ℃としたほかは実施例1と同じように処
理して多孔質ガラス母材を作り、これを塩化エルビウム
の0.12重量のメタノ−ル溶液に浸漬して多孔質ガラス母
材の内部にまで塩化エルビウムを浸透させ、これを空気
中で風乾させたのち、電気炉でヘリウムガス雰囲気下に
1,450 ℃で加熱処理したところ、透明石英ガラスが得ら
れたが、このものはICP 法による分析の結果、エルビウ
ムを145ppm、アルミニウムを14,200ppm 含有しているも
のであった。
【0021】ついで、この石英ガラスをコアとし、フッ
素ド−プした石英ガラスをクラッドとして光ファイバ用
プリフォ−ムを作成し、この光ファイバでの光増進特性
を測定したところ、1.4μm 帯のポンプ光20mWで励起し、
1.55μm の信号光の増幅ゲイン30dBを得た。
【0022】
【発明の効果】本発明は希土類元素ド−プ石英ガラスの
製造方法に関するもので、これは前記したようにけい素
化合物の火炎加水分解によって生成したシリカ微粒子を
堆積して得た多孔質ガラス母材に希土類元素化合物およ
びアルミニウム化合物を添加したのち、高温で焼成して
透明ガラス化する方法において、アルミニウム化合物の
火炎加水分解で生成したアルミニウム酸化物をけい素化
合物の火炎加水分解で発生したシリカ微粒子と共に担体
上に堆積してアルミニウム酸化物を含有する多孔質ガラ
ス母材を作成し、これを希土類元素化合物の溶液に浸漬
したのち、高温で焼結してなることを特徴とするもので
ある。
【0023】これによれば従来多孔質ガラス母材の高温
焼結時においてガラス化を妨害していた多孔質ガラス母
材表面に偏析していたアルミニウム化合物が火炎加水分
解ですでに多孔質ガラス母材中に含有されているので、
これをヘリウムのような不活性ガス雰囲気下に高温で焼
成すると、このものは容易に透明ガラス化されるので、
希土類元素ド−プ石英ガラスを容易に得ることができる
という有利性が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SiCl4、 GeCl4、 AlCl3 の火炎加水分解による多
孔質ガラス母材製造装置の縦断面図である。
【図2】本発明により得られた希土類元素ド−プ石英ガ
ラスのエルビウム含有量グラフである。
【図3】本発明により得られた希土類元素ド−プ石英ガ
ラスのアルミニウム含有量グラフである。
フロントページの続き (72)発明者 田家 実 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (72)発明者 島田 忠克 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (72)発明者 神屋 和雄 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (56)参考文献 特開 平3−252320(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】けい素化合物の火炎加水分解によって生成
    したシリカ微粒子を堆積して得た多孔質ガラス母材に希
    土類元素化合物およびアルミニウム化合物を添加したの
    ち、高温で焼結して透明ガラス化する方法において、ア
    ルミニウム化合物の火炎加水分解で生成したアルミニウ
    ム酸化物をけい素化合物の火炎加水分解で発生したシリ
    カ微粉末と共に担体上に堆積してアルミニウム酸化物を
    含有する多孔質ガラス母材を作成し、これを希土類元素
    化合物の溶液に浸漬したのち、高温で焼結してなること
    を特徴とする希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法。
JP3089744A 1991-03-28 1991-03-28 希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法 Expired - Lifetime JP2599511B2 (ja)

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