JP4230073B2 - アルミニウム添加ガラス母材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム添加ガラス母材の製造工程で失透、結晶化してしまったガラス母材を透明ガラス化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、希土類元素を添加して、この元素の発光を利用するファイバーレーザー、増幅器などにおいて、それに使用されるガラス母材の出発材料の石英系多孔質母材に高濃度のアルミニウムを共添加させる方法が行なわれている。その代表的なものとしてはエルビウム添加光ファイバーがある。近年のＷＤＭ化に伴ない広帯域化が行なわれているが、この広帯域化技術の一つに光ファイバー中にアルミニウムを高濃度、即ち、アルミニウムを概略2.0重量％〜8.0重量％の範囲で含有させる方法が行なわれている。これは、エルビウムの添加だけではクラスターが生成されやすく、アルミニウムの共添加によりクラスターの生成が抑制されるのに加え、アルミニウムの添加によりエネルギーバンドがシュタルク分裂して広がるため高帯域化されるのである。
しかし、ファイバー中にアルミニウムを高濃度で含有させると、プリフォームの歩留まりが悪化するという問題点がある。
歩留まりが悪化するのは、ガラス母材を製作する時点で、ガラスが失透または結晶化してしまうことによる。失透、結晶化したガラス母材は熱衝撃などにより割れ易くなったり、ひび割れが入るなどの原因となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし一度失透、結晶化したガラス母材であっても、これを再び透明ガラスとすることができれば歩留まりを上げることは可能である。
本発明の課題は上記の一度失透、結晶化したガラス母材を再び透明ガラス化することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、アルミニウムが 2.0 重量％〜 8.0 重量％添加されてなる外径40mm〜80mmのアルミニウム添加石英系多孔質母材を作製し、次いでこれを脱水、焼結してガラス化し、該冷却時に失透したガラス母材を再加熱して透明化するとともに外径 3mm 〜 20mm に延伸することを特徴とするアルミニウム添加ガラス母材の製造方法である。なお、塩化エルビウムを含む溶液、例えば、塩化エルビウムを含むアルコール溶液に多孔質母材を浸漬して、エルビウムを含有するアルミニウム添加ガラス母材としてもよい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の方法において、多孔質ガラス母材の製造方法は、公知のＣＶＤ法、ＶＡＤ法などいずれであってもよい。例えば、ＶＡＤ法によれば、回転しながら微動するターゲット棒の先端に、高温ガス中でSiCl4 、GeCl4 、AlCl3 などの原料から合成されるガラス微粒子を吹き付け、多孔質ガラス母材を軸方向に製作する。この多孔質ガラス母材を製作する化学反応はＣＶＤ法における火炎加水分解反応と同様である。次いで、連続的または回分的に多孔質ガラス母材を電気炉などに挿入し、局部加熱しながら引き下げ、ガラス化した後、更に、ガラス旋盤で加熱しながら細径化される。
本発明は、この多孔質ガラス母材の外径を40mm〜80mmとし、次いで、これを電気炉などの加熱手段により脱水、焼結してガラス化するが、このガラス化された母材は、アルミニウムの含有濃度が高ければ高いほど、その後の冷却過程で失透あるいは結晶化し、前記のような諸々の問題を惹き起こす。
【０００６】
一度失透あるいは結晶化した多孔質ガラス母材を再び透明化、ガラス化させる方法としては再度加熱することが考えられるが、この加熱の際、熱が中心部まで伝わらないと透明化、ガラス化させることが困難である。従って加熱の際、熱がガラス母材の中心部まで伝達可能な外径を有する多孔質ガラス母材であることが必須条件である。
本発明者らはこれについて種々検討の結果、この多孔質ガラス母材の外径を40mm〜80mmとすれば、この透明化、ガラス化が容易にできることを発見した。
【０００７】
上記外径40mm〜80mmの範囲は次のガラス化工程で、外径80mmの多孔質ガラス母材の場合、外径30mm〜35mmとなる。このガラス化の終了後、冷却されて失透したときに、再加熱してガラス化するのであるが、このときガラス化後の、外径が35mmを超えると熱が中心まで伝達されず、透明化が不十分となる。即ち、多孔質ガラス母材の径が８０mmを超えると、失透しても透明化が不十分となる。また、多孔質ガラス母材の外径が40mm未満の場合は多孔質ガラス母材製作上効率的ではない。
【０００８】
また、上記のように加熱により透明化しても再度冷却過程で失透する可能性もあるので、後の延伸工程ではガラス母材の外径を３mm〜20mmと限定した。このように20mm以下とすることにより冷却速度が大きくなり完全に透明化して、再度失透することがない。また、３mm以上とした理由は火炎で加熱、延伸が可能な下限の外径であるからである。
【０００９】
なお、ガラス化工程の一例を述べると、ガラス化は図１に示す電気炉１において、脱水、酸素処理、ガラス化の順で行われ、ガラス母材３を電気炉上部からヒーター２に囲まれたヒートゾーンに引き下げながら、下記に示すガス組成の雰囲気、温度の条件で行われる。処理ガスはガス導入口４から供給され、ガス排出口５から排出される。なお酸素処理工程は省略することも可能である。
１．脱水：Ｈｅ／Ｃｌ2＝１０／１の雰囲気で約500℃で行う。
２．酸素処理：Ｈｅ／Ｏ2＝３／１の雰囲気で約500℃で行う
３．ガラス化：Ｈｅ100％の雰囲気で約1500℃で行う。
【００１０】
本発明において、添加されるアルミニウム濃度を2.0重量％〜8.0重量％としたのは、前記のようにこの範囲のアルミニウム添加濃度が広帯域化に必要だからである。添加濃度が2.0重量％未満では、広帯域化ができず、アルミニウムを高濃度で添加する場合の弊害は発生せず、従って、本発明を適用する必要がなく、また8.0重量％を超えてドープしても広帯域化の効果が変らないからである。
【００１１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（石英系多孔質母材の製造例）
ＶＡＤ法により、合成反応バーナーに酸素ガス9.0リットル／分、水素ガス6.0リットル／分を供給して形成した火炎中に、四塩化けい素（純度99.99%）0.185リットル ／分、四塩化ゲルマニウム0.125リットル ／分の速度で供給し、これに120℃で蒸発させた塩化アルミニウムを同伴させて、ガラス微粒子を生成させ、回転する出発材の先端にガラス微粒子を堆積させながら、軸方向に成長させ、外径90mmと60mmの二種類の石英系多孔質母材を作製した。それぞれの多孔質母材の組成は同一であり、アルミニウム添加量は約４重量％であった。次に石英系多孔質母材を電気炉で加熱処理し、密度を0.6g/cm3に調整した。続いて、それぞれにエルビウム400ppmを添加するため、塩化エルビウムをエタノールに溶解し、塩化エルビウムのアルコール溶液とし、これに多孔質母材を３時間浸漬させ、引き上げてこれを乾燥し電気炉でガラス化した。
【００１２】
（実施例１）
外径60mmの多孔質母材を前記段落[０００９]記載の方法でガラス化した。これは、炉内で一度透明ガラス化したが、炉内から取り出した時点では白色に失透していた。次ぎに、これをガラス旋盤を用いて酸水素炎で加熱し再度透明化させながら、外径15mmに延伸したところ、再度失透することはなかった。
【００１３】
（比較例１）
外径60mmの多孔質母材をガラス化したものは、炉内で一度透明ガラス化（外径25mm）したものの、炉内より取り出した時点では白色に失透していた。つぎに、これをガラス旋盤で酸水素炎で加熱し再度透明化させた。これを外径25mmのまま放冷したところ、冷却中に再度失透してしまった。
【００１４】
（比較例２）
外径90mmの多孔質母材をガラス化したものは、炉内で一度透明ガラス化（外径35mm）したものの、炉内より取り出した時点では白色に失透していた。つぎに、これをガラス旋盤で酸水素炎で加熱したが、透明ガラス化することができなかった。従って、加熱、延伸もできなかった。
【００１５】
（比較例３）
多孔質母材を外径40mm以下で作製しようと試みたが、本発明（外径60mm）と同重量堆積させようとすると、２倍の時間がかかってしまい、非常に堆積効率が悪いことがわかった。
【００１６】
【発明の効果】
多孔質ガラス母材中にアルミニウムを高濃度で含有させると、これをガラス化した後、冷却過程で失透、結晶化してしまう。失透、結晶化したガラス母材は熱衝撃などにより割れ易くなったり、ひび割れが入るなどの原因となり、ガラス母材の歩留まりが悪化するが、本発明の製造方法によれば、一度失透、結晶化したガラス母材を再び透明ガラス化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般に行われているガラス化工程の一例を説明する略図である。
【符号の説明】
１．電気炉、
２．ヒーター、
３．母材、
４．ガス導入口、
５．ガス排出口。
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム添加ガラス母材の製造工程で失透、結晶化してしまったガラス母材を透明ガラス化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、希土類元素を添加して、この元素の発光を利用するファイバーレーザー、増幅器などにおいて、それに使用されるガラス母材の出発材料の石英系多孔質母材に高濃度のアルミニウムを共添加させる方法が行なわれている。その代表的なものとしてはエルビウム添加光ファイバーがある。近年のＷＤＭ化に伴ない広帯域化が行なわれているが、この広帯域化技術の一つに光ファイバー中にアルミニウムを高濃度、即ち、アルミニウムを概略2.0重量％〜8.0重量％の範囲で含有させる方法が行なわれている。これは、エルビウムの添加だけではクラスターが生成されやすく、アルミニウムの共添加によりクラスターの生成が抑制されるのに加え、アルミニウムの添加によりエネルギーバンドがシュタルク分裂して広がるため高帯域化されるのである。
しかし、ファイバー中にアルミニウムを高濃度で含有させると、プリフォームの歩留まりが悪化するという問題点がある。
歩留まりが悪化するのは、ガラス母材を製作する時点で、ガラスが失透または結晶化してしまうことによる。失透、結晶化したガラス母材は熱衝撃などにより割れ易くなったり、ひび割れが入るなどの原因となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし一度失透、結晶化したガラス母材であっても、これを再び透明ガラスとすることができれば歩留まりを上げることは可能である。
本発明の課題は上記の一度失透、結晶化したガラス母材を再び透明ガラス化することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、アルミニウムが 2.0 重量％〜 8.0 重量％添加されてなる外径40mm〜80mmのアルミニウム添加石英系多孔質母材を作製し、次いでこれを脱水、焼結してガラス化し、該冷却時に失透したガラス母材を再加熱して透明化するとともに外径 3mm 〜 20mm に延伸することを特徴とするアルミニウム添加ガラス母材の製造方法である。なお、塩化エルビウムを含む溶液、例えば、塩化エルビウムを含むアルコール溶液に多孔質母材を浸漬して、エルビウムを含有するアルミニウム添加ガラス母材としてもよい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の方法において、多孔質ガラス母材の製造方法は、公知のＣＶＤ法、ＶＡＤ法などいずれであってもよい。例えば、ＶＡＤ法によれば、回転しながら微動するターゲット棒の先端に、高温ガス中でSiCl4 、GeCl4 、AlCl3 などの原料から合成されるガラス微粒子を吹き付け、多孔質ガラス母材を軸方向に製作する。この多孔質ガラス母材を製作する化学反応はＣＶＤ法における火炎加水分解反応と同様である。次いで、連続的または回分的に多孔質ガラス母材を電気炉などに挿入し、局部加熱しながら引き下げ、ガラス化した後、更に、ガラス旋盤で加熱しながら細径化される。
本発明は、この多孔質ガラス母材の外径を40mm〜80mmとし、次いで、これを電気炉などの加熱手段により脱水、焼結してガラス化するが、このガラス化された母材は、アルミニウムの含有濃度が高ければ高いほど、その後の冷却過程で失透あるいは結晶化し、前記のような諸々の問題を惹き起こす。
【０００６】
一度失透あるいは結晶化した多孔質ガラス母材を再び透明化、ガラス化させる方法としては再度加熱することが考えられるが、この加熱の際、熱が中心部まで伝わらないと透明化、ガラス化させることが困難である。従って加熱の際、熱がガラス母材の中心部まで伝達可能な外径を有する多孔質ガラス母材であることが必須条件である。
本発明者らはこれについて種々検討の結果、この多孔質ガラス母材の外径を40mm〜80mmとすれば、この透明化、ガラス化が容易にできることを発見した。
【０００７】
上記外径40mm〜80mmの範囲は次のガラス化工程で、外径80mmの多孔質ガラス母材の場合、外径30mm〜35mmとなる。このガラス化の終了後、冷却されて失透したときに、再加熱してガラス化するのであるが、このときガラス化後の、外径が35mmを超えると熱が中心まで伝達されず、透明化が不十分となる。即ち、多孔質ガラス母材の径が８０mmを超えると、失透しても透明化が不十分となる。また、多孔質ガラス母材の外径が40mm未満の場合は多孔質ガラス母材製作上効率的ではない。
【０００８】
また、上記のように加熱により透明化しても再度冷却過程で失透する可能性もあるので、後の延伸工程ではガラス母材の外径を３mm〜20mmと限定した。このように20mm以下とすることにより冷却速度が大きくなり完全に透明化して、再度失透することがない。また、３mm以上とした理由は火炎で加熱、延伸が可能な下限の外径であるからである。
【０００９】
なお、ガラス化工程の一例を述べると、ガラス化は図１に示す電気炉１において、脱水、酸素処理、ガラス化の順で行われ、ガラス母材３を電気炉上部からヒーター２に囲まれたヒートゾーンに引き下げながら、下記に示すガス組成の雰囲気、温度の条件で行われる。処理ガスはガス導入口４から供給され、ガス排出口５から排出される。なお酸素処理工程は省略することも可能である。
１．脱水：Ｈｅ／Ｃｌ2＝１０／１の雰囲気で約500℃で行う。
２．酸素処理：Ｈｅ／Ｏ2＝３／１の雰囲気で約500℃で行う
３．ガラス化：Ｈｅ100％の雰囲気で約1500℃で行う。
【００１０】
本発明において、添加されるアルミニウム濃度を2.0重量％〜8.0重量％としたのは、前記のようにこの範囲のアルミニウム添加濃度が広帯域化に必要だからである。添加濃度が2.0重量％未満では、広帯域化ができず、アルミニウムを高濃度で添加する場合の弊害は発生せず、従って、本発明を適用する必要がなく、また8.0重量％を超えてドープしても広帯域化の効果が変らないからである。
【００１１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（石英系多孔質母材の製造例）
ＶＡＤ法により、合成反応バーナーに酸素ガス9.0リットル／分、水素ガス6.0リットル／分を供給して形成した火炎中に、四塩化けい素（純度99.99%）0.185リットル ／分、四塩化ゲルマニウム0.125リットル ／分の速度で供給し、これに120℃で蒸発させた塩化アルミニウムを同伴させて、ガラス微粒子を生成させ、回転する出発材の先端にガラス微粒子を堆積させながら、軸方向に成長させ、外径90mmと60mmの二種類の石英系多孔質母材を作製した。それぞれの多孔質母材の組成は同一であり、アルミニウム添加量は約４重量％であった。次に石英系多孔質母材を電気炉で加熱処理し、密度を0.6g/cm3に調整した。続いて、それぞれにエルビウム400ppmを添加するため、塩化エルビウムをエタノールに溶解し、塩化エルビウムのアルコール溶液とし、これに多孔質母材を３時間浸漬させ、引き上げてこれを乾燥し電気炉でガラス化した。
【００１２】
（実施例１）
外径60mmの多孔質母材を前記段落[０００９]記載の方法でガラス化した。これは、炉内で一度透明ガラス化したが、炉内から取り出した時点では白色に失透していた。次ぎに、これをガラス旋盤を用いて酸水素炎で加熱し再度透明化させながら、外径15mmに延伸したところ、再度失透することはなかった。
【００１３】
（比較例１）
外径60mmの多孔質母材をガラス化したものは、炉内で一度透明ガラス化（外径25mm）したものの、炉内より取り出した時点では白色に失透していた。つぎに、これをガラス旋盤で酸水素炎で加熱し再度透明化させた。これを外径25mmのまま放冷したところ、冷却中に再度失透してしまった。
【００１４】
（比較例２）
外径90mmの多孔質母材をガラス化したものは、炉内で一度透明ガラス化（外径35mm）したものの、炉内より取り出した時点では白色に失透していた。つぎに、これをガラス旋盤で酸水素炎で加熱したが、透明ガラス化することができなかった。従って、加熱、延伸もできなかった。
【００１５】
（比較例３）
多孔質母材を外径40mm以下で作製しようと試みたが、本発明（外径60mm）と同重量堆積させようとすると、２倍の時間がかかってしまい、非常に堆積効率が悪いことがわかった。
【００１６】
【発明の効果】
多孔質ガラス母材中にアルミニウムを高濃度で含有させると、これをガラス化した後、冷却過程で失透、結晶化してしまう。失透、結晶化したガラス母材は熱衝撃などにより割れ易くなったり、ひび割れが入るなどの原因となり、ガラス母材の歩留まりが悪化するが、本発明の製造方法によれば、一度失透、結晶化したガラス母材を再び透明ガラス化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般に行われているガラス化工程の一例を説明する略図である。
【符号の説明】
１．電気炉、
２．ヒーター、
３．母材、
４．ガス導入口、
５．ガス排出口。
Claims (2)
- アルミニウムが 2.0 重量％〜 8.0 重量％添加されてなる外径40mm〜80mmのアルミニウム添加石英系多孔質母材を作製し、次いでこれを脱水、焼結してガラス化し、該冷却時に失透したガラス母材を再加熱して透明化するとともに外径 3mm 〜 20mm に延伸することを特徴とするアルミニウム添加ガラス母材の製造方法。
- 塩化エルビウムを含む溶液に多孔質母材を浸漬して、該多孔質母材にエルビウムを含有させる請求項１記載のアルミニウム添加ガラス母材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33392899A JP4230073B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | アルミニウム添加ガラス母材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33392899A JP4230073B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | アルミニウム添加ガラス母材の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001151514A JP2001151514A (ja) | 2001-06-05 |
| JP4230073B2 true JP4230073B2 (ja) | 2009-02-25 |
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ID=18271548
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP33392899A Expired - Fee Related JP4230073B2 (ja) | 1999-11-25 | 1999-11-25 | アルミニウム添加ガラス母材の製造方法 |
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| JP (1) | JP4230073B2 (ja) |
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| WO2003033422A1 (fr) * | 2001-10-15 | 2003-04-24 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Procede de production de verre dope aux elements du groupe des terres rares et fibre destinee a l'amplification optique utilisant un tel verre |
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1999
- 1999-11-25 JP JP33392899A patent/JP4230073B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001151514A (ja) | 2001-06-05 |
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