JPH03252320A - 石英ガラスの製法 - 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〕 この発明は、ファイバ型光増幅器等に好適なアルミニウ
ムとエルビウムとがドープされた石英ガラスを製造する
方法に関する。

〔従来の技術〕

ファイバ型光増幅器として、エルビウムをドープした光
ファイバが知られている。しかし、このエルビウムドー
プ光ファイバにあっては、その動作特性に比較的大きな
波長依存性を有しており、通信用光源の波長の微かな変
動により、動作利得が大きく変化する不都合がある。

このため、近時、アルミニウムとエルビウムとを共に添
加した光ファイバが、波長依存性が小さく、上述の不都
合を解消しうるものとして開発されつつある。

しかしながら、アルミニウムをエルビウムとともに石英
ガラス中に均一に添加することは、以下に記載のように
困難であり、工業的製造が事実上不可能に近い状態にあ
る。

すなわち、アルミニウムをドーパントするためのドーパ
ント原料としては、三塩化アルミニウム（ＡＩＣｌ、）
を用いることになる。ところが、この三塩化アルミニウ
ムは常温では固体であり、かつ１８０〜１８２℃で昇華
する昇華性を有していることから通常の四塩化ケイ素（
ＳｉＣ１，）や四塩化ゲルマニウム（Ｇ　ｅ　ＣＩ　４
）などのガス化に用いられるバブリング法が適用できな
い。このため、固体状の三塩化アルミニウムを昇華点以
上の温度に加熱してガス化し、これをガラス生成系に供
給し、ガス状の四塩化ケイ素などの他のガラス原料ガス
とともにＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法などの気相合成法によっ
てこれらの酸化物からなるガラス微粒子の集合体（スー
ト）とする方法がとられている。

しかし、この方法にあっては、三塩化アルミニウムをそ
の昇華点付近で加熱する原の温度制御が極めて難しく、
このため昇華ガスのガス量を一定に保つことやあるいは
ガス量を変化させることが困難である。

また、このようにしてアルミニウムを不均一ではあるが
ドープしたガラス微粒子集合体を次工程として塩化エル
ビウム酸水溶液に浸漬してエルビウムを添加し、ついで
これを加熱し透明ガラス化してアルミニウムとエルビウ
ムとをドープすることになるが、それぞれのドーパント
の添加が別々の工程で行われるため、両者の添加比率の
制御が難しいと言う問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

よって、この発明での課題は、アルミニウムとエルビウ
ムとを均一に添加することができ、またこれらの添加比
率を容易に制御することができるアルミニウム・エルビ
ウム共添加石英ガラスの製法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

かかる課題を解決するため、この発明では気相合成法に
よって得られた石英ガラス微粒子集合体に、塩化アルミ
ニウムと塩化エルビウムを溶解したアルコール溶液を浸
透せしめたのち、これを加熱して、アルミニウムとエル
ビウムが石英ガラス中にドープされた石英ガラス体を得
る方法を採用した。

以下、この方法を詳しく説明する。

まず、母体となるべき石英ガラス微粒子集合体を用意す
る。この石英ガラス微粒子集合体は、ＶＡＤ法、ＯＶＤ
法などの周知の気相合成法によって得られるもので、熱
酸化反応や火炎加水分解反応によって合成された酸化ケ
イ素あるいは酸化ケイ素と酸化ゲルマニウム、酸化ホウ
素などのドーパントとの混合酸化物からなる微粒子を堆
積させてなる多孔質体である。

この石英ガラス微粒子集合体の形状は、ＶＡＤ法による
ものであれば、棒状の出発母材の先端にその軸方向に石
英ガラス微粒子が堆積した棒状であり、またＯＶＤ法に
よるものであれば棒状の出発母材の外周面にその半径方
向に石英ガラス微粒子を堆積させたのち、出発母材を引
き抜いた筒状となっているが、これらに限られることは
ない。

この石英ガラス微粒子集合体は、その嵩密度が０．４〜
０．７ｇ／ｃｍ”の範囲にあることが望ましく、かつそ
の中心部分と表面部分とで嵩密度が均一であることが好
ましい。嵩密度がＯ，’４ｙ／ｃｍ”未満では機械的強
度が不足し、次工程での塩化アルミニウムと塩化エルビ
ウムのアルコール溶液の浸透操作に耐えられず、０．７
ｇ／ｃｍ”を越えると上記アルコール溶液の集合体中心
部分への浸透が速やかにかつ十分に行われなくなる。嵩
密度が０．４９／ｃｍ’未満であれば、ヘリウム、アル
ゴンなどの不活性雰囲気中で、加熱処理することによっ
て０．４〜０．７ｇ／ｃｍ３の範囲内に高めることがで
きる。このための加熱温度は、石英ガラス微粒子集合体
を構成するガラスの種類によって異なり、石英ガラスの
みから構成されたものでは１２００〜１３００℃の範囲
で、石英ガラスに酸化ゲルマニウムや酸化ホウ素などが
添加されたガラスから構成されたものでは７００〜１１
００℃の範囲で熱処理される。この加熱処理により、石
英ガラス微粒子集合体をなすガラス微粒子の表面が溶融
し、ガラス微粒子間の間隙が縮まったものとなり、これ
に伴いその嵩密度も０．４〜０．７ｙ／ｃｍコ程度に増
加する。

また、通常のＶＡＤ法で得られた石英ガラス微粒子集合
体にあっては、その中心部分の嵩密度が高＜　（０，４
〜０．４５９／ｃｍ’程度）、表面部分のそれが低い（
０，２５ｙ／ｃｍ３程度）ものとなる傾向がある。した
がって、上記アルコール溶液の均一な浸透を行ううえで
、良い結果を持たらさない。このため、石英ガラス微粒
子集合体の嵩密度が中心部と表面部とで差がないものを
得ることのできるＶＡＤ法が好ましく、例えば石英ガラ
ス微粒子集合体の形成時、該集合体のガラス微粒子堆積
部位における中心部分の温度と表面部分の温度との温度
差を１００°Ｃ以内とする方法などを採用することで、
嵩密度が均一な石英ガラス微粒子集合体が得られる。ま
た、通常のＶＡＤ法で得られた石英ガラス微粒子集合体
をそのガラスの溶融温度に近い温度で短時間、複数回加
熱することで、その表面部分のみの嵩密度を高める方法
も可能である。

一方、これとは別に塩化アルミニウムと塩化エルビウム
を混合して溶解したアルコール溶液を用意する。塩化ア
ルミニウムとしては、三塩化物の無水塩あるいは含水塩
が用いられる。また、塩化エルビウムとしては、三塩化
物の無水塩が用いられる。さらに、アルコールとしては
、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、
ブタノールなどが用いられる、好ましくは炭素数が２〜
５のｍ個アルコールが用いられる。塩化アルミニウムお
よび塩化エルビウムの濃度は、ドーパント添加量によっ
て定められ、限定されないが通常塩化アルミニウムでは
１〜３０重量％、塩化エルビウムでは０．１〜１重量％
程度とされる。また、塩化アルミニウムと塩化エルビウ
ムとを同一または別種のアルコールにそれぞれ溶解し、
この２種の溶液を適宜の混合割合で混合してもよい。

ついで、このようにして得られた塩化アルミニウムと塩
化エルビウムとの混合アルコール溶液を石英ガラス微粒
子集合体中に浸透させる。この浸透操作としては、集合
体を混合アルコール溶液中に０．５〜２４時間程度浸漬
する方法が最も簡単である。また、混合アルコール溶液
を集合体上に滴下したり、塗布したりすることも可能で
ある。

さらに浸透操作前に集合体を真空中で放置して集合体の
空隙中の気体、水分等を吸引、排除して混合アルコール
溶液の浸透を促進してもよい。

このようにして、混合アルコール溶液が浸透された集合
体は、ついで、不活性ガス雰囲気中において、７０〜１
００℃で９６時間以上加熱され、十分にアルコールが取
り除かれる。勿論、減圧乾燥を併用することもできる。

ついで、この乾燥された集合体を電気炉などの加熱炉中
でヘリウムやアルゴンなどの不活性雰囲気下１４００〜
１６００℃で加熱して熔融し透明ガラス化して、酸化ア
ルミニウムおよび酸化エルビウムをドープした石英ガラ
スからなる石英ガラス体を得る。この透明ガラス化の際
に、加熱炉中に塩素ガスを流しながら加熱処理し、集合
体中に残留する水分（水酸基）を除去することも可能で
ある。

このような石英ガラスの製法においては、混合アルコー
ル溶液中の塩化アルミニウムおよび塩化エルビウムの濃
度、溶液の浸透量などを調節することにより、これらの
ドープ量を簡単かつ正確に定めることができ、石英ガラ
ス中のこれらドーパント量を均一とすることができる。

また、従来の方法では取扱いが面倒であった塩化アルミ
ニウムをドーパント原料として簡単に取扱うことができ
るとともに得られる石英ガラスに発泡などの欠陥が生じ
ることがない。

〔実施例〕

（実施例１） ＶＡＤ法によって、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ３で、かつ
半径方向に均一である石英ガラス微粒子集合体ヲ得た。

一方、三塩化アルミニウムの１９．９重量％エタノール
溶液３５０ｇと、三塩化エルビウムｃｖｏ、５３重１％
エタノール溶１２００ｇとを混合して、混合アルコール
溶液５５０９を作成し、この混合アルコール溶液中に上
記集合体を常温で２４時間浸漬した。これにより約１０
０ｇの混合アルコール溶液が集合体中に吸収された。

ついで、このものを１００℃の窒素気流中で２４時間乾
燥させ、さらに１００℃で１２時間真空乾燥した。つい
で、これを電気炉中で脱水、焼結を行って、棒状の石英
ガラスとした。

この石英ガラスには、泡が全く認められず、ＩＣＰ法に
よる分析ではアルミニウムが２０００ｐｐｍ、エルビウ
ムが８００ｐｐｍ添加されており、かつすべての部位で
その含有量がほぼ一定であることが確認された。

また、この石英ガラスからなるコアと、フッ素添加石英
ガラスからなるクラッドとを有する径１２５μｍの光フ
ァイバを作成し、この光ファイバに波長１．４８μｍ１
パワ一４８ｍＷのポンプ光を入力したところ、最大利得
２２ｄＢで広い波長範囲にわたって高利得の光増幅が行
われることがわかった。

（実施例２） ＶＡＤ法によって、嵩密度が０．３ｙ／ｃｍ’の石英ガ
ラス微粒子集合体を得た。この集合体を均熱型の電気炉
中で加熱し、嵩密度を０．７９／ｃｍ’とした。

この集合体を実施例１と同様に処理して石英ガラスとし
、さらに同様にして光ファイバとした。

この光ファイバの光増幅の最大利得は２１ｄＢで広い波
長範囲にわたって高利得の光増幅がなされることがわか
った。

（実施例３） 実施例２において、加熱処理によって嵩密度を０．８ｇ
／ｃｍ”とした石英ガラス微粒子集合体を得た。この集
合体を実施例１で使用した混合アルコール溶液中に浸漬
したところ、溶液をほとんど吸収せず、２４時間浸漬し
ても集合体の重量増加は２０９であった。このものから
同様にして石英ガラスを得たところ、アルミニウム４０
０ｐｌ）ｍ、エルビウム１６０ｐｐｍが添加されていた
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の石英ガラスの製法は、
気相合成法によって得られた石英ガラス微粒子集合体に
、塩化アルミニウムと塩化エルビウムを溶解したアルコ
ール溶液を浸透せしめたのち、これを加熱して、アルミ
ニウムとエルビウムが石英ガラス中にドープされた石英
ガラス体を得るものであるので、極めて簡単な操作と簡
便な設備によってアルミニウムとエルビウムを均一にド
ープすることができる。また、ドープ量を正確かつ任意
に調節することができるとともに得られた石英ガラスに
は泡などの欠陥がなく、高品質なものとなり、生産性も
高いものとなるなどの効果を奏する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気相合成法によって得られた石英ガラス微粒子集
   合体に、塩化アルミニウムと塩化エルビウムを溶解した
   アルコール溶液を浸透せしめたのち、これを加熱して、
   アルミニウムとエルビウムが石英ガラス中にドープされ
   た石英ガラス体を得ることを特徴とする石英ガラスの製
   法。
2. （２）石英ガラス微粒子集合体の嵩密度が０．４〜０．
   ７ｇ／ｃｍ＾３である請求項（１）記載の石英ガラスの
   製法。