JP3027075B2 - Method for producing rare earth element-doped quartz glass fiber preform - Google Patents

Method for producing rare earth element-doped quartz glass fiber preform

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は希土類元素ドープ石英ガ
ラスファイバ母材の製造方法、特には光ファイバ増幅器
などに使用される、機能性の希土類元素ドープ石英ガラ
スファイバ母材の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a rare earth element-doped quartz glass fiber preform, and more particularly to a method for producing a functional rare earth element doped quartz glass fiber preform used for an optical fiber amplifier or the like. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】希土類元素ドープ石英ガラスファイバは
光機能を有していることから、光ファイバレーザー、光
増幅器、センサー素子などとして使用されている。しか
して、この種の石英ガラスの製造は従来からMCVD法
による方法が知られている(特表昭 63-501711号公報参
照)が、これは希土類元素酸化物を高温に加熱して蒸発
させて反応系に供給するものであるため、これには供給
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。
2. Description of the Related Art Rare earth element-doped quartz glass fibers have an optical function and are therefore used as optical fiber lasers, optical amplifiers, sensor elements and the like. The production of this type of quartz glass is conventionally known by the MCVD method (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-501711). However, this method involves heating a rare earth element oxide to a high temperature to evaporate it. Since it is supplied to the reaction system, it has a drawback that it is difficult to control the supply amount and it is difficult to obtain a large base material.

【0003】他方、この希土類元素ドープ石英ガラスの
製造については、ガラス形成原料としてのけい素化合物
を酸水素火炎中に送り、この火炎加水分解で生成したシ
リカ微粒子を堆積して多孔質ガラス母材を作り、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希
土類元素化合物を多孔質ガラス母材に含浸させ、ついで
これを高温で焼結し、透明ガラス化するという方法が提
案されており(特公昭58-3980 号公報参照)、これには
溶液の濃度によってドー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けれども、
しかしこれには多孔質ガラス母材を希土類元素化合物の
溶液に浸漬し、乾燥する際に毛細管現象によって溶剤が
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
移動してこれが表面近くに蓄積されるために、得られた
ガラスにドーパントの濃度分布ができてしまい、極端な
場合には表面と内部での熱膨張係数の差によってこれが
割れてしまうという問題点があり、これにはまた焼結、
ガラス化のときに希土類元素化合物の一部が揮散してし
まい、所望のドープ量をもつものが得られなくなるとい
う欠点もあるが、これらの方法で製造されたコア用ロッ
ドを光ファイバ母材とする方法としては例えば前記ロッ
ドを石英ガラス管中に挿入して加熱溶融する方法や、前
記ロッドの外周にクラッド用の多孔質ガラス体を順次積
層させる方法などが適用されている。
On the other hand, in the production of the rare earth element-doped quartz glass, a silicon compound as a glass forming raw material is fed into an oxyhydrogen flame, and silica fine particles generated by the flame hydrolysis are deposited to form a porous glass base material. A method is proposed in which the porous glass base material is immersed in a solution of the rare earth element compound to impregnate the rare earth element compound into the porous glass base material, and then sintered at a high temperature to form a transparent glass. (See Japanese Patent Publication No. 58-3980), which has the advantage that the doping amount can be controlled by the concentration of the solution and that it can be applied to compounds having a low vapor pressure.
However, this involves immersing the porous glass base material in a solution of a rare earth element compound and drying the solute when the solvent moves to the surface of the porous glass base material due to capillary action, which moves near the surface. Due to the accumulation, a concentration distribution of the dopant is formed in the obtained glass, and in an extreme case, there is a problem that the glass is broken due to a difference in a coefficient of thermal expansion between the surface and the inside. Sintering,
At the time of vitrification, a part of the rare earth element compound is volatilized, and there is a disadvantage that a material having a desired doping amount cannot be obtained.However, a core rod manufactured by these methods is used as an optical fiber preform. For example, a method in which the rod is inserted into a quartz glass tube and heated and melted, and a method in which a porous glass body for cladding is sequentially laminated on the outer periphery of the rod are applied.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように希
土類元素をコア全体にドープする方法では、光パワーの
小さな外周部にも相対的に高濃度の希土類元素がドープ
されるために、発光量に比較して吸収光量が大きくなっ
て増幅効率が低下することが知られており、これを解決
するためにはコアを2重としてその中心部のみに希土類
元素をドープする構造も提案されている。(IEEE Photo
nics Tech. Lett., Vol.3, No.8,721(1991) 参照) なお、このような構造を従来公知の手法で製造しようと
する場合には、希土類元素ドープコア用ロッドの周囲に
第2コア用ガラスを被覆し、ついでクラッド用ガラスを
被覆する方法が採られるのであるが、このような方法で
は第1コア、第2コアおよびクラッドのそれぞれの境界
に界面不整層が形成されるために散乱損失の原因とな
り、増幅特性が低下するという問題点があり、特に第1
コアと第2コアとの境界は光パワーが広がっていて、増
幅特性に大きく影響するという問題点があった。
However, in such a method of doping the entire core with a rare earth element, a relatively high concentration of the rare earth element is also doped into the outer peripheral portion having a small optical power. It is known that the amount of light absorbed increases and the amplification efficiency is reduced as compared with the above. To solve this problem, a structure in which the core is doubled and only the central portion thereof is doped with a rare earth element has been proposed. . (IEEE Photo
nics Tech. Lett., Vol. 3, No. 8, 721 (1991)) When such a structure is to be manufactured by a conventionally known method, a second core for a second core is surrounded around a rod for a rare earth element-doped core. The method of coating glass and then coating the glass for cladding is adopted. In such a method, an interface irregular layer is formed at each boundary between the first core, the second core, and the clad, so that scattering loss is caused. And the problem that the amplification characteristics are reduced.
The boundary between the core and the second core has a problem that the optical power is wide and greatly affects the amplification characteristics.

【0005】さらに、希土類元素をコアにドープする公
知の方法では、多孔質ガラス母材に外周から希土類元素
を拡散させるため周辺部のみ高濃度にドープされてしま
うといった傾向があり、特に増幅特性を賦活させるため
のドーパントとしてアルミニウムを添加するとその相互
作用のため希土類元素は外周部で捕捉され中心部まで十
分に浸透しないため、上記のように2重コアの構造にし
たとしても十分にその効果は発揮されないといった問題
点もあった。
Further, in the known method of doping the core with a rare earth element, the porous glass base material tends to be doped at a high concentration only in the peripheral portion in order to diffuse the rare earth element from the outer periphery. When aluminum is added as a dopant for activation, the rare earth element is trapped in the outer peripheral portion and does not sufficiently penetrate to the central portion due to the interaction therebetween. Therefore, even if the structure is a double core as described above, the effect is sufficiently sufficient. There was also a problem that it was not exhibited.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した希土類元素ドープ石英ガラスファ
イバ母材の製造方法に関するもので、これはガラス形成
原料ガスと屈折率を高めるためのドーパント原料ガスお
よび増幅特性を賦活させるためのドーパント原料ガスを
火炎加水分解させ、生成したシリカガラス微粒子を堆積
して得られた多孔質ガラス母材を、電気炉において少な
くともその体積がわずかに縮小する程度に予備加熱し、
希土類元素を含む化合物の溶液に浸漬したのち、十分に
乾燥させ、さらに該希土類元素を含む化合物を溶解する
溶剤中に浸漬することで該多孔質ガラス母材中での希土
類元素を含む化合物の濃度分布が中央部において周辺部
より高濃度になるようにしたのち、再び乾燥させ、高温
で焼結して透明ガラス化することによりコア用希土類元
素ドープ石英ガラスロッドを製造し、該コア用ガラスロ
ッドの外周部にクラッド用ガラス形成原料ガスを供給し
て、多孔質プリフォーム体を形成し、ついでこれらを焼
結し、透明ガラス化することにより、コアの中心部が希
土類元素で高濃度にドープされた石英ガラスファイバ母
材を得ることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a rare earth element-doped quartz glass fiber preform which solves such disadvantages and problems. Flame hydrolysis of the dopant raw material gas and the dopant raw material gas for activating the amplification characteristics, and deposition of the generated silica glass fine particles, the porous glass preform obtained is reduced in an electric furnace.
At least pre-heat the volume to a small extent,
After being immersed in a solution of the compound containing the rare earth element, sufficiently dried, and further immersed in a solvent dissolving the compound containing the rare earth element, the concentration of the compound containing the rare earth element in the porous glass base material After the distribution is made higher in the central part than in the peripheral part, it is dried again, sintered at a high temperature to be transparent vitrified to produce a rare earth element-doped quartz glass rod for the core, and the glass rod for the core is produced. A raw material gas for forming a clad is supplied to the outer periphery of the core to form a porous preform, which is then sintered and turned into a transparent vitreous, so that the center of the core is highly doped with a rare earth element. The obtained quartz glass fiber preform is obtained.

【0007】すなわち、本発明者らは増幅特性に優れた
希土類元素ドープ石英ガラスファイバ母材を製造する方
法について種々検討した結果、これについてはコア用の
希土類元素ドープ石英ガラスロッドを四塩化けい素など
のガラス形成原料ガスを、屈折率を高めるためのドーパ
ント原料ガス、例えば四塩化ゲルマニウムなど、および
増幅特性を賦活させるためのドーパント原料ガス、例え
ば塩化アルミニウムなどと共に火炎加水分解させて生成
するシリカガラス微粒子を堆積し、得られた多孔質ガラ
ス母材を、電気炉において少なくともその体積がわずか
に縮小する程度に予備加熱し、例えば塩化エルビウムの
メタノールやエタノールの溶液などの希土類元素を含む
化合物の溶液に浸漬したのち、十分に乾燥させ、さらに
該希土類元素を含む化合物を溶解するメタノールやエタ
ノールなどの溶剤中に浸漬することで該多孔質ガラス母
材中での希土類元素を含む化合物の濃度分布が中央部に
おいて周辺部より高濃度になるようにして再び乾燥さ
せ、高温で焼結して透明ガラス化することによってコア
用希土類元素ドープ石英ガラスロッドを製造し、該コア
用ガラスロッドの外周部にクラッド用ガラス形成原料ガ
スを供給して、多孔質プリフォーム体を形成し、ついで
これらを焼結し、透明ガラス化すれば、コアの中心部が
希土類元素で高濃度にドープされた石英ガラスファイバ
母材を得ることができることを見出し、これによれば増
幅特性の優れた希土類元素ドープ石英ガラスファイバを
得ることができることを確認して本発明を完成させた。
以下にこれをさらに詳述する。
That is, the present inventors have conducted various studies on a method for producing a rare earth element-doped quartz glass fiber preform having excellent amplification characteristics, and found that a rare earth element-doped quartz glass rod for a core is made of silicon tetrachloride. Silica glass produced by flame hydrolysis of a glass-forming material gas such as a dopant material gas for increasing the refractive index, such as germanium tetrachloride, and a dopant material gas for activating amplification characteristics, such as aluminum chloride. Fine particles are deposited, and the obtained porous glass base material is reduced in an electric furnace to at least a small volume.
Pre-heated to the extent that it shrinks, and then immersed in a solution of a compound containing a rare earth element such as a solution of erbium chloride in methanol or ethanol, and then dried sufficiently to further dissolve the compound containing the rare earth element in methanol or ethanol. By immersing in a solvent such as the above, the concentration distribution of the compound containing a rare earth element in the porous glass base material is dried again so that the concentration is higher in the central part than in the peripheral part, and sintered at a high temperature. A rare earth element-doped quartz glass rod for a core is manufactured by vitrification, and a glass forming raw material gas is supplied to the outer periphery of the core glass rod to form a porous preform body. By sintering and turning into a transparent glass, it is possible to obtain a quartz glass fiber preform in which the core is heavily doped with rare earth elements. It found Rukoto was confirmed to complete the present invention that it is possible to obtain an excellent rare earth element doped silica glass fiber amplification characteristics according to this.
This is described in more detail below.

【0008】[0008]

【作用】本発明は希土類元素ドープ石英ガラスファイバ
母材の製造方法に関するものであり、特には光ファイバ
増幅器などに使用される、機能性の希土類元素ドープ石
英ガラスファイバ母材の製造方法に関するものである
が、これは火炎加水分解させて生成するシリカガラス微
粒子を堆積し、得られた多孔質ガラス母材を、電気炉に
おいて少なくともその体積がわずかに縮小する程度に予
備加熱し、例えば塩化エルビウムのメタノールやエタノ
ールの溶液などの希土類元素を含む化合物の溶液に浸漬
したのち、十分に乾燥させ、さらに該希土類元素を含む
化合物を溶解するメタノールやエタノールなどの溶剤中
に浸漬することで該多孔質ガラス母材中での希土類元素
を含む化合物の濃度分布が中央部において周辺部より高
濃度になるようにして再び乾燥させ、高温で焼結して透
明ガラス化することによりコア用希土類元素ドープ石英
ガラスロッドを製造し、ついで公知の方法で石英ガラス
ファイバ母材を製造するといった方法で行えばよい。
The present invention relates to a method for producing a rare earth element-doped quartz glass fiber preform, and more particularly to a method for producing a functional rare earth element doped quartz glass fiber preform used for an optical fiber amplifier or the like. However, this deposits silica glass fine particles generated by flame hydrolysis and transfers the obtained porous glass base material to an electric furnace.
At least to the extent that its volume is slightly reduced.
Preheating , immersing in a solution of a compound containing a rare earth element, such as a solution of erbium chloride in methanol or ethanol, and then thoroughly drying, and further dissolving the compound containing the rare earth element in a solvent such as methanol or ethanol. By immersing, the concentration distribution of the compound containing a rare earth element in the porous glass base material is made higher in the central part than in the peripheral part, dried again, and sintered at a high temperature to form a transparent vitrified glass. To produce a rare earth element-doped quartz glass rod for the core, and then to produce a quartz glass fiber preform by a known method.

【0009】このコア用希土類元素ドープ石英ガラスロ
ッドの製造は、四塩化けい素などガラス形成原料ガスと
四塩化ゲルマニウムのような屈折率を高めるためのドー
パント原料ガス、および塩化アルミニウムのような増幅
特性を賦活させるためのドーパント原料ガスとを酸水素
火炎中で火炎加水分解させ、生成するシリカガラス微粒
子を石英ガラス製の出発材の上に堆積させて多孔質ガラ
ス母材を作り、これを電気炉において少なくともその体
積がわずかに縮小する程度に予備加熱し、塩化エルビウ
ムのメタノールやエタノールの溶液のような希土類元素
を含む化合物の溶液に浸漬したのち、十分に乾燥させ、
さらにメタノールやエタノールなどの溶剤中に浸漬する
ことで該多孔質ガラス母材中での希土類元素を含む化合
物の濃度分布が中央部において周辺部より高濃度になる
ようにして再び乾燥させてから電気炉中で 1,400〜 1,5
00℃に加熱し、焼結して透明ガラス化することにより行
えばよい。
The production of the rare earth element-doped quartz glass rod for the core is performed by using a glass forming raw material gas such as silicon tetrachloride, a dopant raw material gas such as germanium tetrachloride to increase the refractive index, and an amplification characteristic such as aluminum chloride. is flame hydrolysis and dopant material gas for activated with oxyhydrogen flame, and the resulting silica glass soot was deposited on a quartz glass starting material to make a porous glass preform, an electric furnace which At least its body
Pre-heated to a degree that the volume is slightly reduced , immersed in a solution of a compound containing a rare earth element such as a solution of erbium chloride in methanol or ethanol, and then dried thoroughly.
Further, by immersing in a solvent such as methanol or ethanol, the concentration distribution of the compound containing a rare earth element in the porous glass base material is made higher in the central part than in the peripheral part, and dried again. 1,400 to 1,5 in the furnace
What is necessary is just to heat it to 00 degreeC, to sinter, and to make it into transparent glass.

【0010】この場合における多孔質ガラス体の製造
は、光ファイバ用母材の製造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、中心部に構
造不整部が生じないということからVAD法とすること
がよい。また、このものは屈折率を高めておくことが必
要とされることからドーパントとして四塩化ゲルマニウ
ムを使用したものとすることがよい。なお、この多孔質
ガラス母材は希土類元素をドープさせるために上記した
ように希土類元素を含む化合物の溶液および溶剤に浸漬
されるので、これらの溶液、溶剤に浸漬したとき微粒子
間の凝集力が失われて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ことから、平均かさ密度が0.3g
/cm3以上のものとすることがよいが、一方この溶液、溶
剤が多孔質母材内を容易に拡散移動することが必要とさ
れることから平均かさ密度は1.0g/cm3以下とすることが
よい。
In this case, the production of the porous glass body may be performed by a VAD method or an OVD method which is well known as a production method of a preform for an optical fiber. Therefore, the VAD method is preferred. In addition, since it is necessary to increase the refractive index, germanium tetrachloride is preferably used as a dopant. Since the porous glass base material is immersed in the solution of the compound containing the rare earth element and the solvent as described above in order to dope the rare earth element, the cohesive force between the fine particles when immersed in the solution or the solvent is reduced. The average bulk density is 0.3 g, as it is required to have enough mechanical strength to not be lost and destroyed
/ cm 3 or more, but the average bulk density is 1.0 g / cm 3 or less because this solution and solvent are required to easily diffuse and move in the porous base material. Good.

【0011】しかし、火炎加水分解法で堆積させた状態
の多孔質ガラス母材の平均かさ密度が0.3g/cm3以下、あ
るいは表面層の一部の密度が低い場合には希土類元素を
含む化合物の溶液に浸漬するに先立ち、電気炉において
少なくともその体積がわずかに縮小する程度に予備加熱
することが有効である。この多孔質ガラス母材は前記し
たように希土類元素化合物の溶液に浸漬させてこの内部
まで希土類元素化合物を浸透させるのであるが、この希
土類元素化合物はネオジウム、エルビウム、ユーロピウ
ム、セリウムなどの希土類元素の塩化物、硝酸塩、硫酸
塩などとすればよく、これらの希土類元素化合物は二種
以上を共ドープすることも可能である。また、この化合
物としては入手が容易で溶剤に対して十分な溶解度を有
する塩化物とすることがよく、この溶剤としては水も使
用することができるが、水が多孔質ガラス母材の微粒子
間の凝集力を弱める作用が強いので、メタノール、エタ
ノールなどとすることがよい。
However, when the average bulk density of the porous glass base material deposited by the flame hydrolysis method is 0.3 g / cm 3 or less, or when the density of a part of the surface layer is low, a compound containing a rare earth element is used. Prior to immersion in the above solution, it is effective to perform preheating in an electric furnace at least to such an extent that its volume is slightly reduced. As described above, the porous glass base material is immersed in the solution of the rare earth element compound to allow the rare earth element compound to penetrate into the interior of the porous glass base material. Chloride, nitrate, sulfate and the like may be used, and it is also possible to co-dope two or more of these rare earth element compounds. Further, as this compound, it is preferable to use a chloride which is easily available and has sufficient solubility in a solvent, and water can be used as the solvent. Since it has a strong effect of weakening the cohesive force of methanol, it is preferable to use methanol, ethanol or the like.

【0012】また、ここに使用される増幅特性を賦活さ
せるためのドーパントとしてはアルミニウムやリンなど
を用いることができるが、クロムのような遷移金属を光
増感剤として添加することも可能である。なお、この多
孔質ガラス母材にアルミニウムを含有させた場合には希
土類元素を含む化合物の溶液に浸漬した後、乾燥させ、
さらに高温で焼結すると、多孔質ガラス体の表面近くに
希土類元素化合物が高濃度に沈積しやすくなり、ガラス
化の後、表面が結晶化することや、表面に微小の割れが
生じる。このため、多孔質ガラス母材を希土類元素を含
む化合物の溶液に浸漬した後、乾燥させて、さらに前記
溶液に使用した溶剤のみに浸漬して表面近くの希土類化
合物を内部へ浸透させることがよい。
In addition, aluminum or phosphorus can be used as a dopant for activating the amplification characteristics used here, but a transition metal such as chromium can also be added as a photosensitizer. . In the case where aluminum is contained in the porous glass base material, after immersing in a solution of a compound containing a rare earth element, drying is performed.
If the sintering is further performed at a high temperature, the rare earth element compound is likely to be deposited at a high concentration near the surface of the porous glass body, and after vitrification, the surface is crystallized or fine cracks are generated on the surface. Therefore, it is preferable that the porous glass base material is immersed in a solution of a compound containing a rare earth element, dried, and further immersed only in the solvent used in the solution to allow the rare earth compound near the surface to penetrate into the inside. .

【0013】この工程において希土類元素化合物の内部
へ浸透が不十分であるときには、乾燥と、溶媒のみによ
る浸漬を繰り返すことでこの多孔質ガラス母材の中心部
のみに高濃度で希土類元素をドープすることができる。
このものはついで、前記多孔質ガラス母材を乾燥させた
上で、電気炉中で加熱処理して、透明ガラス化して希土
類元素をドープしたコア用石英ガラスロッドを製造する
のであるが、この場合の雰囲気ガスとしてはヘリウムが
好ましいけれども、脱水を目的としてハロゲンガスを微
量混合してもよく、また、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することもできる。
In this step, when the penetration of the rare earth element compound into the inside is insufficient, the rare earth element is doped at a high concentration only in the central portion of the porous glass base material by repeating drying and immersion only with a solvent. be able to.
Then, after drying the porous glass base material, a heat treatment is performed in an electric furnace to produce a quartz glass rod for a core which is vitrified and doped with a rare earth element. Although helium is preferable as the atmosphere gas, a small amount of halogen gas may be mixed for the purpose of dehydration, or a small amount of oxygen gas may be mixed for complete conversion to oxide.

【0014】本発明の目的とする希土類元素ドープ石英
ガラスファイバ母材は、このようにして作られた希土類
元素をドープしたコア用石英ガラスロッドを必要に応じ
て延伸加工をした後に、表面を洗浄、火炎研磨等で平滑
にし、ついでこの外周部にガラス形成原料ガス、例えば
四塩化けい素のみを供給してクラッドとなる多孔質ガラ
ス層を形成し、これを焼結して透明ガラス化することに
よって得ることができる。なお、この希土類元素ドープ
石英ガラスファイバ母材から希土類元素ドープ石英ガラ
スファイバを得るためには、これを公知の方法による線
引きでこれをファイバ化すればよいが、これによれば光
ファイバレーザー用、光増幅器用、センサ素子な有用と
される希土類ドープ石英ガラスファイバを容易に得るこ
とができるという有利性が与えられる。
The rare-earth-element-doped quartz glass fiber preform intended for the present invention is prepared by stretching the rare-earth-doped quartz glass rod for a core, if necessary, and then cleaning the surface. Then, a glass material gas, for example, only silicon tetrachloride is supplied to the outer peripheral portion to form a porous glass layer serving as a clad, which is then sintered to form a transparent glass. Can be obtained by Incidentally, in order to obtain a rare earth element-doped quartz glass fiber from the rare earth element-doped quartz glass fiber preform, it may be formed into a fiber by drawing according to a known method. This provides an advantage that a rare earth-doped silica glass fiber, which is useful as a sensor element for an optical amplifier, can be easily obtained.

【0015】[0015]

【実施例】つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例 石英製同心多重管バーナに水素ガス4リットル/min、酸素ガ
ス9リットル/minを供給して酸水素炎を形成させると共に、
四塩化けい素を入れた蒸発器にアルゴンガスを2.0リットル/
分で吹込んで四塩化けい素をガス化させ、このガスを 1
20℃に加熱されている無水塩化アルミニウムの蒸発器を
通過させて四塩化けい素と無水塩化アルミニウムを含む
ガスを発生させ、これをさらに四塩化ゲルマニウムの蒸
発器を通過させて四塩化けい素と塩化アルミニウムおよ
び四塩化ゲルマニウムの混合ガスを作り、これを上記の
酸水素火炎に供給し、この原料ガスの火炎加水分解で発
生したガラス微粒子を合成石英ガラスからなる出発材の
軸方向に6時間堆積成長させて多孔質シリカ母材を作成
した。
Next, examples of the present invention will be described. EXAMPLE A hydrogen gas 4 liter / min and an oxygen gas 9 liter / min were supplied to a quartz concentric multi-tube burner to form an oxyhydrogen flame,
2.0 liters of argon gas in an evaporator containing silicon tetrachloride
Gaseous silicon tetrachloride in a minute
Pass through an anhydrous aluminum chloride evaporator heated to 20 ° C to generate a gas containing silicon tetrachloride and anhydrous aluminum chloride, and further pass this through a germanium tetrachloride evaporator to produce silicon tetrachloride. A mixed gas of aluminum chloride and germanium tetrachloride is prepared and supplied to the oxyhydrogen flame, and glass fine particles generated by the flame hydrolysis of the raw material gas are deposited for 6 hours in the axial direction of the starting material made of synthetic quartz glass. The porous silica matrix was made to grow.

【0016】ついで、この多孔質ガラス母材を 1,100℃
に加熱した電気炉の中に入れて予備焼結して見かけかさ
密度が 0.40g/cm3のものとし、これを塩化エルビウムの
0.1重量%のメタノール溶液に浸漬して多孔質ガラス母
材の内部まで塩化エルビウムを浸透させ、これを空気中
に放置して十分に乾燥させてから、さらにメタノールに
浸漬して塩化エルビウムを十分に浸透させたのち、空気
中で風乾させ、これを電気炉中でヘリウムガス雰囲気下
に 1,500℃で加熱処理して透明ガラス化したところ、酸
化エルビウムを500ppm含有する石英ガラスロッドが得ら
れたが、これをEPMAで分析したところ、このものは
図1に示したように中心部においてエルビウムが最大濃
度となり、周辺部においてはエルビウムが殆ど検出され
なかった。
Then, the porous glass base material is heated at 1,100 ° C.
Preliminary sintering in an electric furnace heated to a bulk density of 0.40 g / cm 3
Erbium chloride is immersed in a 0.1% by weight methanol solution to penetrate the inside of the porous glass base material, and is allowed to dry in air, and then immersed in methanol to sufficiently remove erbium chloride. After infiltration, it was air-dried in air and heated in an electric furnace under a helium gas atmosphere at 1,500 ° C to form a vitrified transparent glass.As a result, a quartz glass rod containing 500 ppm of erbium oxide was obtained. When this was analyzed by EPMA, it was found that erbium had the highest concentration at the center and almost no erbium was detected at the periphery as shown in FIG.

【0017】つぎに、このコア用ガラスロッドをガラス
旋盤で延伸加工して表面を平滑にし、この外周部に四塩
化けい素を含むガラス形成原料ガスの火炎加水分解で発
生したシリカガラス微粒子を堆積してクラッドとして十
分な厚みの多孔質ガラス層を形成させ、これを焼結して
透明ガラス化してエルビウムドープ石英ガラスファイバ
母材を製造し、さらにこれを線引きして光ファイバを作
り、この光ファイバに1.55μmの信号光入力が-10dBmの
とき、1.48μm励起光を40mWで励起させたところ、この
ものは増幅利得が37dBでこのときの雑音指数も 5.2dBで
あるという良好な結果を示した。
Next, the core glass rod is stretched by a glass lathe to smooth the surface, and silica glass fine particles generated by flame hydrolysis of a glass forming raw material gas containing silicon tetrachloride are deposited on the outer peripheral portion. To form a porous glass layer of sufficient thickness as a cladding, sintering it to form a transparent vitreous glass to produce an erbium-doped quartz glass fiber preform, and then drawing it to produce an optical fiber. When a 1.55 μm signal light input to the fiber was -10 dBm, a 1.48 μm pump light was pumped at 40 mW.This showed good results with an amplification gain of 37 dB and a noise figure of 5.2 dB at this time. Was.

【0018】[0018]

【発明の効果】本願発明は希土類元素ドープ石英ガラス
ファイバ母材の製造方法に関するものであり、これは前
記したようにガラス形成原料ガスと屈折率を高めるため
のドーパント原料ガスおよび増幅特性を賦活させるため
のドーパント原料ガスを火炎加水分解させ、生成したシ
リカガラス微粒子を堆積して得られた多孔質ガラス母材
、電気炉において少なくともその体積がわずかに縮小
する程度に予備加熱し、希土類元素を含む化合物の溶液
に浸漬したのち、十分に乾燥させ、さらに該希土類元素
を含む化合物を溶解する溶剤中に浸漬することで、該多
孔質ガラス母材中の希土類元素を含む化合物の濃度分布
が中央部において周辺部より高濃度としたのち、再び乾
燥させ高温で焼結して透明ガラス化することによりコア
用希土類元素ドープ石英ガラスロッドを製造し、該コア
用ガラスロッドの外周部にクラッド用ガラス形成原料ガ
スを供給して、多孔質プリフォーム体を形成し、つでこ
れらを焼結し、透明ガラス化することを特徴とするもの
であるが、これによればコアの中心部が希土類元素で高
濃度にドープされた希土類元素ドープ石英ガラスファイ
バ母材を容易に得ることができ、このものは増幅特性に
優れた光ファイバを与えるという有利性をもつものにな
る。
The present invention relates to a method for producing a rare earth element-doped quartz glass fiber preform, which activates a glass forming raw material gas, a dopant raw material gas for increasing the refractive index, and amplification characteristics as described above. The raw material gas is flame-hydrolyzed and the resulting silica glass fine particles are deposited, and the resulting porous glass base material is at least slightly reduced in volume in an electric furnace.
Preheating, immersing in a solution of a compound containing a rare earth element, drying it sufficiently, and further immersing it in a solvent that dissolves the compound containing the rare earth element, After the concentration distribution of the compound containing the rare earth element is made higher in the central part than in the peripheral part, it is dried again, sintered at a high temperature to be transparent vitrified to produce a rare earth element-doped quartz glass rod for a core, and the core is produced. The raw material gas for cladding is supplied to the outer periphery of the glass rod for forming a porous preform body, and then these are sintered to form a transparent glass. According to the above, it is possible to easily obtain a rare earth element-doped quartz glass fiber base material in which the core portion is highly doped with a rare earth element, and this is an optical fiber having excellent amplification characteristics. It becomes one with the advantage of giving.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1図は本発明の方法により得られた希土類元
素ドープ石英ガラスファイバ母材のドーパント径方向の
分布で示したものである。
FIG. 1 shows a distribution of a rare earth element-doped quartz glass fiber preform obtained by the method of the present invention in a dopant radial direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ゲルマニウムの分布、 2…エルビウムの分布、
3…クラッド。
1 ... distribution of germanium, 2 ... distribution of erbium,
3 ... Clad.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 昭56−73638(JP,A) T.Kashiwada,M.Shi gematsu,T.Kougo,H. Kanamori,and M.Nis himura,”Erbium−Dop ed Fiber Amplifier Pumped at 1.48μm w ith Extremely High Efficiency”,IEEE PHOTONICS TECHNOLO GY LETTERS,平成3年8月, Vol.3,No.8,p.721−723 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 37/00 - 37/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tadakatsu Shimada 2-3-1-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Precision Functional Materials Research Laboratories (56) References JP-A-56-73638 (JP) , A) T.I. Kashiwada, M .; Shigematsu, T .; Kougo, H. Kanamori, and M.K. Nishimura, "Erbium-Dopped Fiber Amplifier Pumped at 1.48 µm with Extremely High Efficiency", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY, TEL. 3, No. 8, p. 721-723 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C03B 37/00-37/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガラス形成原料ガスと屈折率を高めるため
のドーパント原料ガスおよび増幅特性を賦活させるため
のドーパント原料ガスを火炎加水分解させ、生成したシ
リカガラス微粒子を堆積して得られた多孔質ガラス母材
、電気炉において少なくともその体積がわずかに縮小
する程度に予備加熱し、希土類元素を含む化合物の溶液
に浸漬したのち、十分に乾燥させ、さらに該希土類元素
を含む化合物を溶解する溶剤中に浸漬することで該多孔
質ガラス母材中での希土類元素を含む化合物の濃度分布
が中央部において周辺部より高濃度になるようにしたの
ち、再び乾燥させ、高温で焼結して透明ガラス化するこ
とによりコア用希土類元素ドープ石英ガラスロッドを製
造し、該コア用ガラスロッドの外周部にクラッド用ガラ
ス形成原料ガスを供給して、多孔質プリフォーム体を形
成し、ついでこれらを焼結し、透明ガラス化することに
より、コアの中心部が希土類元素で高濃度にドープされ
た石英ガラスファイバ母材を得ることを特徴とする希土
類元素ドープ石英ガラスファイバ母材の製造方法。
1. A porous material obtained by flame hydrolysis of a glass forming raw material gas, a dopant raw material gas for increasing the refractive index, and a dopant raw material gas for activating amplification characteristics, and depositing generated silica glass fine particles. Reduce the volume of glass preform at least slightly in electric furnace
Pre-heated to the extent that it is immersed in a solution of a compound containing a rare earth element, then dried sufficiently, and further immersed in a solvent that dissolves the compound containing a rare earth element to thereby form a porous glass base material. After making the concentration distribution of the compound containing the rare earth element higher in the central part than in the peripheral part, it is dried again, sintered at a high temperature and turned into a transparent glass to produce a rare earth element doped quartz glass rod for the core Then, a raw material gas for cladding is supplied to the outer peripheral portion of the glass rod for the core to form a porous preform body, and then these are sintered and transparently vitrified, so that the central portion of the core is formed. A method for producing a rare earth element-doped quartz glass fiber preform, characterized by obtaining a quartz glass fiber preform heavily doped with a rare earth element.
【請求項2】多孔質ガラス母材を希土類元素を含む化合
物の溶液に浸漬したのち、十分に乾燥させ、さらに該希
土類元素を含む化合物を溶解する溶剤中に浸漬する工程
を少なくとも一回以上繰り返す請求項1に記載した希土
類元素ドープ石英ガラスファイバ母材の製造方法。
2. A step of immersing a porous glass base material in a solution of a compound containing a rare earth element, drying it sufficiently, and further immersing it in a solvent dissolving the compound containing the rare earth element is repeated at least once. A method for producing a rare earth element-doped quartz glass fiber preform according to claim 1 .
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