JPH0333661B2 - - Google Patents

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JPH0333661B2
JPH0333661B2 JP59053754A JP5375484A JPH0333661B2 JP H0333661 B2 JPH0333661 B2 JP H0333661B2 JP 59053754 A JP59053754 A JP 59053754A JP 5375484 A JP5375484 A JP 5375484A JP H0333661 B2 JPH0333661 B2 JP H0333661B2
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JP
Japan
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fluorine
core
soot
cladding
refractive index
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59053754A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60231430A (en
Inventor
Tsugio Sato
Seiji Shibuya
Nobuo Inagaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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Publication of JPS60231430A publication Critical patent/JPS60231430A/en
Publication of JPH0333661B2 publication Critical patent/JPH0333661B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/08Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant
    • C03B2201/12Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant doped with fluorine

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、光フアイバ用スートの製造方法に関
する。 (従来技術) 石英系光フアイバでは、クラツドの屈折率をコ
アのそれよりも低くするため、スート製造の段階
で、クラツドとなるべきクラツド用ガラス層に、
一般にボロンまたはフツ素等のドーパントがドー
プされる。 第1図は、ドーパントの濃度d(mol%)と、
屈折率rとの関係を示すもので、同図から明らか
なように、ボロンに比してフツ素が特に屈折率を
下げる効果が大きい。かかる効果が大きいという
ことは即ちコアとの比屈折率差を大きくとること
を可能ならしめるもので、比屈折率差を大きくと
ることにより、高開口数の光フアイバを得ること
が可能になる。 フツ素をドープする方法として、火炎加水分解
法、内付CVD法或いはプラズマCVD法等があ
る。火炎加水分解法では、HFが生じ、これがシ
リカと次のように反応してSiF4(気体)を生じる
ため、つまりFはSiF4となつて揮散するため、
SiO2からなるスートの堆積効率が著しく低下す
ることになり、かつフツ素もそれ程ドーピングさ
れない(比屈折率差0.2〜0.3%程度)。 SiO4+4HF→SiF4↑+H2O 他の2つの方法は、酸素ガス中で酸化反応によ
りドープするが、何れの場合も1400℃以上の高温
で行われるため、フツ素のドープ量は極めて少な
い。つまり、一般にシリカは、四面体の安定した
網目構造であり、この中にフツ素のような陰イオ
ンを導入するのは難しく、その導入量は温度と圧
力に影響される。ところが製造上、圧力は常圧で
行われるため、結局、フツ素の導入量は温度に依
存することになる。そして低い温度程、導入量は
増大する。しかし、何れの方法においても、生成
したSiO2スートを透明ガラス化するプロセスが
必要であり、このプロセスでは1400℃以上の高温
が必要とされるため、フツ素はドープされにくい
ことになる。 第2図は、スートに含有されている常温時のフ
ツ素濃度を100%としたときのフツ素濃度の減少
率m(%)、すなわち[加熱温度tにおけるフツ素
濃度]/[常温時におけるフツ素濃度]m(%)
の加熱温度tとの関係を示すもので、これはフツ
素ドープシリカを加熱して表面のFについてX線
マイクロアナライザで調べた結果であり、Fは
550℃の低温度で減少を開始することがわかる。
つまり、このような低い温度で分解するのは、シ
リカ中のフツ素の結合エネルギが極めて低いもの
と考えられる。光フアイバの製造では、コラプ
ス、加工、線引等の工程で2000℃或いはそれ以上
の熱履歴を受けるのでFの消失は急速に加速され
ることになる。 このように上記従来例では、Fのドープ量が少
なく、従つて高開口数の光フアイバが得られない
ことになる。しかも、高温に加熱すると、Fは
SiF4となつて揮散するため、比屈折率が低下する
ばかりか、加熱によつてFがコア層に拡散するた
め、クラツド層との境界領域における屈折率分布
に乱れが生ずることになり、コア層とクラツド層
との境界において屈折率の完全なステツプが得ら
れないことになる。 (発明の目的) 本発明の目的は、Fのドープ量を向上させると
共に熱的に安定したクラツドガラス層を形成し、
Fドープシリカクラツドの良好な光フアイバ用ス
ートの製造方法を提供することにある。 (発明の構成) 本発明は、コアの外周に、屈折率が該コアより
も僅かに低いクラツドを有する光フアイバ用母材
の製造方法において、コアとなるべきコア用ガラ
ス層の外周に気相の石英ガラス系原料とドーパン
トとしてのフツ素と任意の量のフツ素を合成シリ
カ中に安定的に固定させる陽イオンとを供給して
クラツドなるべきクラツド用ガラス層を堆積させ
ることにより、屈折率を下げる効果の大きいフツ
素を合成シリカ中に安定的に固定させることが可
能になり、この結果、高温に加熱されてもフツ素
は揮散せず、従つて堆積効率が向上すると共にフ
ツ素は容易に分解せず、このため加熱されてもフ
ツ素の減少は極力抑制されることになるというも
のである。 (実施例) 以下図面に示す実施例を参照しながら本発明を
説明すると、第3図は光フアイバの断面を示示す
もので、コア1の外周には、クラツド2が設けら
れている。該クラツド2の屈折率は、コア1のそ
れよりも僅かではあるが低く設定されている。か
かる屈折率の設定は、スート製造の段階で行われ
る。即ち、コアとなるべきコア用ガラス層の外周
に、屈折率低下用のフツ素(F)を気相のガラス原料
と共に吹き付けるのである。この点は、従来の製
造方法と同様であるが、本発明では、上記ガラス
原料及びドーパントと共に陽イオンが吹き付けら
れる。この陽イオンは、シリカの網目構造の中
で、網目修飾イオンとして作用し、Fと結合して
熱的に安定な化合物としてガラスを形成する。 さらに、シリカと網目修飾イオンとがガラスを
形成しにくい場合は、シリカを構成している−Si
−O−Si−結合、即ち、酸素橋を打開して網目修
飾イオンを導入し易くするために、第3の成分、
例えばアルカリ、アルカリ土類金属イオンを添加
してもよい。 ここでFと結合して熱的に安定な化合物とは通
常の石英加工温度であるところの最高温度、つま
り2100℃で分解或いは蒸発し難いことを意味す
る。 次に、より具体的な2例について述べる。 (具体例 1) スート合成用のトーチとして第4図に示すよう
な4重管バーナを用い、中央部に位置する第1孔
3からは、O2をキヤリアガスとしてSiCl4
CaCl2との微粒子の混合物を流し、第1孔3の外
周の第2孔4からはSF6ガスを0.2/min、の割
合で流し、第2孔4の外周の第3孔5からH2
15/minの割合で、また最外側の第4孔6から
O2を5/minの割合で流すことにより、スート
を合成した。 このスートには、次の反応によりCaF2が生成
される。 CaCl2+F2→CaF2+Cl2 このCaF2は、屈折率1.4339、融点1360℃、沸
点2500℃で、熱的に安定であり、FはCaと結合
することにより、合成スートに固定されることに
なる。 こうして得られたスートを、通常、VAD法で
行われている方法で、電気炉等により加熱し、透
明ガラス化した。この透明ガラスロツドの比屈折
率差は1%で、同ロツドをフアイバ化したとこ
ろ、その損失は5dB/Km(波長λ=0.85μm)で
あつた。 (具体例 2) 外付法により、コアとなるガラスロツドの外周
に、具体例1と同様のバーナを用いて、クラツド
となるクラツド層を合成した。但し、上記バーナ
の第1孔3からは、SiCl4を流し、第2孔からは
SiF6を含むO2或いはArガスをキヤリアガスとし、
NaClとCa(No32との混合水溶液を超音波雰霧器
で霧化したものを流し、第3孔5及び第4孔6は
具体例1と同様にしてスートを合成した。この場
合のNaは、前述した酸素橋の打開を目的とした
ものである。 こうして得られたスートを通常の方法でガラス
化したところ、透明ガラスロツドの比屈折率は
2.5%で、フアイバ化したときの損失は、4〜
6dB/Km(波長λ=0.8μm)で、充分に実用に供
し得た。 上記においては、フツ素を固定する元素として
Caを例示したが、その他Sr、Mg、Li、Pb等を
挙げることができる。これらはFと結合して
夫々、SrF2、MgF2、LiF、PbF2となる。これら
以外にも熱的に安定なフツ化物で、SiO2とガラ
スを形成するものであればその種類に限定はな
い。また、これら元素のドーピング方法も上記に
限定されない。 ここで上記フツ素との化合物の性質を次表に掲
記する。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing an optical fiber soot. (Prior art) In silica-based optical fibers, in order to make the refractive index of the cladding lower than that of the core, a glass layer for the cladding, which is to become the cladding, is coated at the soot manufacturing stage.
It is generally doped with a dopant such as boron or fluorine. Figure 1 shows the dopant concentration d (mol%),
It shows the relationship with the refractive index r, and as is clear from the figure, fluorine has a particularly large effect of lowering the refractive index compared to boron. This large effect means that it is possible to increase the relative refractive index difference with the core, and by increasing the relative refractive index difference, it becomes possible to obtain an optical fiber with a high numerical aperture. Methods for doping with fluorine include flame hydrolysis, internal CVD, plasma CVD, and the like. In the flame hydrolysis method, HF is produced and this reacts with silica to produce SiF 4 (gas) as follows; in other words, F becomes SiF 4 and evaporates.
The deposition efficiency of soot made of SiO 2 will be significantly reduced, and fluorine will not be doped so much (difference in relative refractive index of about 0.2 to 0.3%). SiO 4 +4HF→SiF 4 ↑+H 2 O In the other two methods, doping is carried out by an oxidation reaction in oxygen gas, but in both cases the doping is carried out at a high temperature of 1400°C or higher, so the amount of fluorine doped is extremely small. . In other words, silica generally has a stable tetrahedral network structure, and it is difficult to introduce anions such as fluorine into this structure, and the amount of anion introduced is affected by temperature and pressure. However, since production is carried out under normal pressure, the amount of fluorine introduced ultimately depends on the temperature. The amount introduced increases as the temperature decreases. However, either method requires a process to turn the generated SiO 2 soot into transparent glass, and this process requires a high temperature of 1400° C. or higher, which makes it difficult to dope with fluorine. Figure 2 shows the reduction rate m (%) of the fluorine concentration when the fluorine concentration contained in the soot at room temperature is taken as 100%, that is, [fluorine concentration at heating temperature t]/[fluorine concentration at room temperature] Fluorine concentration] m (%)
This is the result of heating fluorine-doped silica and examining F on the surface using an X-ray microanalyzer, and F is
It can be seen that the decrease starts at a low temperature of 550°C.
In other words, the reason why it decomposes at such a low temperature is thought to be because the bonding energy of fluorine in silica is extremely low. In the production of optical fibers, the fibers undergo a thermal history of 2000° C. or more during processes such as collapse, processing, and drawing, so that the disappearance of F is rapidly accelerated. As described above, in the above conventional example, the amount of F doped is small, and therefore an optical fiber with a high numerical aperture cannot be obtained. Furthermore, when heated to high temperatures, F
Not only does the relative refractive index decrease because it evaporates as SiF 4 , but also because F diffuses into the core layer due to heating, the refractive index distribution in the boundary region with the cladding layer is disturbed. A complete step in refractive index will not be obtained at the interface between the layers and the cladding layer. (Object of the invention) The object of the invention is to improve the doping amount of F and form a thermally stable clad glass layer,
An object of the present invention is to provide a method for producing a good optical fiber soot having an F-doped silica cladding. (Structure of the Invention) The present invention provides a method for manufacturing an optical fiber base material having a cladding having a refractive index slightly lower than that of the core on the outer periphery of the core. By supplying silica glass-based raw materials, fluorine as a dopant, and cations that stably fix an arbitrary amount of fluorine in the synthetic silica, and depositing a glass layer for the cladding, the refractive index can be adjusted. It is now possible to stably fix fluorine in synthetic silica, which is highly effective in lowering It does not decompose easily, and therefore, even when heated, the reduction in fluorine is suppressed as much as possible. (Embodiments) The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 3 shows a cross section of an optical fiber, in which a cladding 2 is provided around the outer periphery of a core 1. The refractive index of the cladding 2 is set to be slightly lower than that of the core 1. Setting of such a refractive index is performed at the soot manufacturing stage. That is, fluorine (F) for lowering the refractive index is sprayed onto the outer periphery of the core glass layer, which is to become the core, together with the glass raw material in the vapor phase. This point is similar to the conventional manufacturing method, but in the present invention, cations are sprayed together with the glass raw material and dopant. This cation acts as a network modifying ion in the network structure of silica, and combines with F to form glass as a thermally stable compound. Furthermore, if it is difficult for silica and network modification ions to form glass, the −Si
In order to break down the -O-Si- bond, that is, the oxygen bridge, and facilitate the introduction of network-modifying ions, a third component,
For example, alkali or alkaline earth metal ions may be added. Here, a compound that is thermally stable when combined with F means that it is difficult to decompose or evaporate at the maximum temperature, which is the normal quartz processing temperature, that is, 2100°C. Next, two more specific examples will be described. (Specific Example 1) A quadruple pipe burner as shown in Fig. 4 is used as a torch for soot synthesis, and from the first hole 3 located in the center, SiCl 4 and O 2 are supplied as a carrier gas.
A mixture of fine particles with CaCl 2 is flowed, SF 6 gas is flowed at a rate of 0.2/min from the second hole 4 on the outer periphery of the first hole 3, and H 2 gas is flowed from the third hole 5 on the outer periphery of the second hole 4. of
from the outermost fourth hole 6 at a rate of 15/min.
Soot was synthesized by flowing O 2 at a rate of 5/min. In this soot, CaF 2 is produced by the following reaction. CaCl 2 + F 2 → CaF 2 + Cl 2 This CaF 2 has a refractive index of 1.4339, a melting point of 1360°C, and a boiling point of 2500°C, and is thermally stable, and F is fixed in the synthesis soot by combining with Ca. become. The soot thus obtained was heated in an electric furnace or the like in a manner commonly used in the VAD method to turn it into transparent vitrification. The relative refractive index difference of this transparent glass rod was 1%, and when the same rod was made into a fiber, the loss was 5 dB/Km (wavelength λ = 0.85 μm). (Specific Example 2) A cladding layer to be a cladding was synthesized on the outer periphery of a glass rod to be a core using a burner similar to that in Specific Example 1 by an external deposition method. However, SiCl 4 flows from the first hole 3 of the burner, and from the second hole
O 2 or Ar gas containing SiF 6 is used as a carrier gas,
A mixed aqueous solution of NaCl and Ca(No 3 ) 2 atomized using an ultrasonic atomizer was flowed into the third hole 5 and fourth hole 6 to synthesize soot in the same manner as in Example 1. In this case, the purpose of Na is to break through the oxygen bridge mentioned above. When the soot thus obtained was vitrified using the usual method, the relative refractive index of the transparent glass rod was
At 2.5%, the loss when fiberized is 4~
6 dB/Km (wavelength λ = 0.8 μm), which was sufficient for practical use. In the above, as an element that fixes fluorine,
Although Ca is shown as an example, other examples include Sr, Mg, Li, and Pb. These combine with F to become SrF 2 , MgF 2 , LiF, and PbF 2 , respectively. In addition to these, there are no limitations on the type of fluoride as long as it is a thermally stable fluoride that forms glass with SiO 2 . Furthermore, the method of doping these elements is not limited to the above. The properties of the above-mentioned compounds with fluorine are listed in the following table.

【表】 (効果) 本発明は以上から明らかなように、フツ素は合
成スートに熱的に安定に固定されるから、フツ素
のドープ量を増大させることが可能になり、従つ
て高開口数の光フアイバが容易に得られることに
なる。 また、スート及びそれ以後の中間体を高温に加
熱してもフツ素が揮散することなく、従つて比屈
折率が安定することになる。 さらに、クラツド層にフツ素が完全にトラツプ
されるので、つまりコア層へのフツ素の拡散が少
いため、コア部のすその乱れがない。
[Table] (Effects) As is clear from the above, in the present invention, fluorine is thermally stably fixed in the synthesis soot, so it is possible to increase the amount of fluorine doped, and therefore, a high aperture can be achieved. A large number of optical fibers can be easily obtained. Further, even if the soot and subsequent intermediates are heated to high temperatures, fluorine does not volatilize, and the relative refractive index is therefore stabilized. Furthermore, since the fluorine is completely trapped in the cladding layer, that is, there is little diffusion of fluorine into the core layer, there is no disturbance of the base of the core portion.

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

第1図は、ドーパントとクラツドの屈折率との
関係を示すグラフ、第2図はフツ素の熱挙動を示
すグラフ、第3図は光フアイバの断面図、第4図
はバーナの平面を示す略示図である。 1……コア、2……クラツド。
Figure 1 is a graph showing the relationship between the dopant and the refractive index of the cladding, Figure 2 is a graph showing the thermal behavior of fluorine, Figure 3 is a cross-sectional view of the optical fiber, and Figure 4 is the plane of the burner. FIG. 1... Core, 2... Clad.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 コアの外周に、屈折率が該コアよりも僅かに
低いクラツドを有する光フアイバ用スートの製造
方法において、コアとなるべきコア用ガラス層の
外周に、気相の石英ガラス系原料とドーパントと
してのフツ素と任意の量のフツ素を合成スート中
に安定的に固定させる陽イオンとを供給してクラ
ツドとなるべきクラツド用ガラス層を堆積させる
ことを特徴とする光フアイバ用スートの製造方
法。
1. In a method for producing an optical fiber soot having a cladding having a refractive index slightly lower than that of the core on the outer periphery of the core, a vapor phase quartz glass-based raw material and a dopant are added to the outer periphery of the core glass layer to be the core. A method for producing an optical fiber soot, which comprises depositing a glass layer for a cladding to be a cladding by supplying fluorine and an arbitrary amount of cations that stably fix fluorine in a synthesis soot. .
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4976538A (en) * 1972-11-25 1974-07-24
JPS57175743A (en) * 1981-04-20 1982-10-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Preparation of base material for fluoride optical fiber

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