JPH0345525A - Production of functional silica glass - Google Patents

Production of functional silica glass

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JPH0345525A
JPH0345525A JP18054989A JP18054989A JPH0345525A JP H0345525 A JPH0345525 A JP H0345525A JP 18054989 A JP18054989 A JP 18054989A JP 18054989 A JP18054989 A JP 18054989A JP H0345525 A JPH0345525 A JP H0345525A
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JP
Japan
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base material
gas
dehydrating agent
porous
heat treatment
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Application number
JP18054989A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Oga
裕一 大賀
Yoichi Ishiguro
洋一 石黒
Takashi Kogo
隆司 向後
Masayuki Shigematsu
昌行 重松
Masumi Ito
真澄 伊藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • 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]
    • C03B37/01446Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering

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Abstract

PURPOSE:To obtain the title glass with little impurities by heating a porous vitreous matrix impregnated with an oxide additive-contg. solution in an atmosphere made up of a dehydrating agent gas, oxygen and an inert gas to make the matrix transparent. CONSTITUTION:Firstly, a porous vitreous matrix is impregnated with a solution containing an oxide additive and/or a compound convertible thereto. Thence, the resulting matrix is heated in an atmosphere made up of a dehydrating agent gas and an inert gas (and oxygen) and dehydrated and made transparent, thus obtaining the objective functional silica glass with the oxide additive dispersed therein. From the present silica glass. optical fiber with low loss can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機能性石英ガラスの製造方法に関し、詳しくは
光増幅、光フアイバ型レーザ等の製造における機能性石
英光ファイバ用母材として使用でき、かつ水分や不要の
不純物の混入の少ない高性能の機能性石英ガラスを製造
できる新規な方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing functional quartz glass, and more specifically, it can be used as a base material for functional quartz optical fiber in the production of optical amplification, optical fiber lasers, etc. The present invention relates to a new method for producing high-performance functional quartz glass with less water and unnecessary impurities.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、希土類元素および一部の遷移金属元素(Crなど
)を含み、Fe、 Cuなどの不純物、01)基等の混
入が石英光ファイバと同程度に極めて低い、機能性石英
ガラスを製造する方法としては、MCVD法による方法
〔文献; S、B、Pool el al、 Elec
lro h Lett、 vol UL p737〜(
1985)、M、 WATAIIABEet if C
,fiCOCprce、 pH−100(1985) 
)およびPCVD法による方法〔文献: 1).NAM
IKAWA、 JJAP。
Conventionally, a method for producing functional quartz glass containing rare earth elements and some transition metal elements (such as Cr) and containing extremely low levels of impurities such as Fe and Cu, 01) groups, etc., to the same level as quartz optical fibers. As a method using MCVD method [Reference; S, B, Pool el al, Elec
lroh Lett, vol UL p737~(
1985), M, WATAIIIABEet if C
, fiCOCprce, pH-100 (1985)
) and PCVD method [Reference: 1). NAM
IKAWA, JJAP.

vol 1iL、 ppL 409 (1984))な
どが知られている。
vol 1iL, ppL 409 (1984)).

例えばMCVD法は、第4図に示すように、中空の石英
管41に隣接して副チャンバ44を備えており、主バー
ナ46を往復させながら、5iC14、O!、Ge C
Lなどの原料を前記石英管41の一方の開放端より導入
し、ガラス薄膜を石英管41の内面に熱酸化反応により
堆積させて、合成クラッド層42を形成する。この後、
副バーナ45を作動させ微量成分原料M(例えばNdC
t’、、ErCl*など)を気化させて、堆積するガラ
ス薄膜に取り込ませ、微量成分原料Mを含む合成コア層
43を堆積させ、その後中実化することにより、光フア
イバ母材を製造している。
For example, in the MCVD method, as shown in FIG. 4, a subchamber 44 is provided adjacent to a hollow quartz tube 41, and while a main burner 46 is reciprocated, 5iC14, O! , GeC
A raw material such as L is introduced from one open end of the quartz tube 41, and a glass thin film is deposited on the inner surface of the quartz tube 41 by a thermal oxidation reaction to form a synthetic cladding layer 42. After this,
The auxiliary burner 45 is operated to remove trace component raw material M (for example, NdC).
t', ErCl*, etc.) is vaporized and incorporated into the deposited glass thin film, a synthetic core layer 43 containing a trace component raw material M is deposited, and then solidified to produce an optical fiber base material. ing.

このような方法においては、従来の光フアイバ母材の製
造方法を殆ど利用できるために、低OH基濃度、低不純
物濃度のガラス母材を容易に作製できるという利点があ
るが、一方大型のガラス母材やロッド形状の母材(母材
周囲に純石英ガラス層を含まない)を得ることは困難で
あるという欠点があった。
This method has the advantage of being able to easily produce a glass base material with a low OH group concentration and low impurity concentration because most of the conventional manufacturing methods for optical fiber base materials can be used. There was a drawback that it was difficult to obtain a base material or a rod-shaped base material (not including a pure silica glass layer around the base material).

一方、光ファイバの代表的な製造方法の一つであるVA
D法における母材の合成を考えてみる。
On the other hand, VA, which is one of the typical manufacturing methods for optical fibers,
Let us consider the synthesis of the base material in method D.

VAD法は気相状態のSi C14等のガラス原料を酸
水素火炎中に供給し、火炎内で生成したガラス微粒子を
回転している種棒の端面に堆積させ、種棒の軸方向に多
孔質ガラス母材を成長させ、脱水剤を含む不活性雰囲気
下で透明ガラス化させることにより、光フアイバ用母材
を作製する方法である。
In the VAD method, a glass raw material such as Si C14 in a gas phase is supplied into an oxyhydrogen flame, and glass fine particles generated in the flame are deposited on the end face of a rotating seed rod, forming a porous structure in the axial direction of the seed rod. This is a method for producing an optical fiber base material by growing a glass base material and turning it into transparent vitrification in an inert atmosphere containing a dehydrating agent.

このVAD法を利用して希土類元素または一部遷移元素
を含む母材を合成する場合、使用する希土類塩化物また
は遷移金属塩化物材料の融点が高いため、これらの充分
な蒸気圧を得るためには、1000℃以上の高温に原料
を保持する必要がある(例えば1m[1gの飽和蒸気圧
を与えるNdC1*の温度は1048℃)。この結果、
VAD法による母材合成では、装置の配管全てを100
0℃程度に保持する必要を生じ、実際上母材の合成は困
難であった。
When synthesizing a base material containing rare earth elements or some transition elements using this VAD method, the melting point of the rare earth chloride or transition metal chloride material used is high, so it is necessary to obtain sufficient vapor pressure for these materials. It is necessary to maintain the raw material at a high temperature of 1000° C. or higher (for example, the temperature of NdC1* that gives a saturated vapor pressure of 1 m [1 g is 1048° C.). As a result,
In base material synthesis using the VAD method, all piping of the equipment is
It became necessary to maintain the temperature at about 0°C, making it difficult to synthesize the base material in practice.

この点を解決する方法として、VAD法で多孔質ガラス
母材を合成した後、透明ガラス化処理時に、第5図に示
すように、炉芯管53と炉芯管54を有してなる電気炉
内で該多孔質母材51を希土類塩化物原料55を含有す
る雰囲気下で処理することにより、該原料55を多孔質
母材51に気相拡散せしめて添加する方法(気相拡散法
と略称する)が知られている(特願昭54−08350
5号)。なお、52は回転する支持棒である。
As a method to solve this problem, after synthesizing a porous glass base material by the VAD method, at the time of transparent vitrification treatment, as shown in FIG. A method of adding the raw material 55 to the porous base material 51 by vapor phase diffusion by treating the porous base material 51 in an atmosphere containing the rare earth chloride raw material 55 in a furnace (vapor phase diffusion method and (abbreviation) is known (Patent Application No. 54-08350
No. 5). Note that 52 is a rotating support rod.

一方火炎加水分解で多孔質母材を合成した後、該多孔質
ガラス母材を希土類塩化物を含む液体中に浸し、乾燥後
熱処理することによって、希土類元素を添加した光フア
イバ用母材を作製する方法(含浸法と略称する)も知ら
れている。この含浸法では、希土類元素を高濃度に且つ
均一に添加できるという利点がある。
On the other hand, after synthesizing a porous base material by flame hydrolysis, the porous glass base material is immersed in a liquid containing rare earth chloride, dried and then heat-treated to produce an optical fiber base material doped with rare earth elements. A method (abbreviated as an impregnation method) is also known. This impregnation method has the advantage that rare earth elements can be added uniformly and at a high concentration.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、前述の火炎加水分解法と含浸法を利用して希
土類を添加する場合、Fe、 Cuなどの不純物やOH
基などが混入し、十分に低損失な機能性石英ガラスを得
ることができなかった。
However, when rare earths are added using the flame hydrolysis method and impregnation method described above, impurities such as Fe and Cu and OH
It was not possible to obtain functional quartz glass with sufficiently low loss due to the contamination of groups and the like.

また、気相拡散法では、該酸化物添加剤を母村内に均一
に分散させることができず、高濃度添加する場合、特に
問題となっている。
Furthermore, in the vapor phase diffusion method, the oxide additive cannot be uniformly dispersed within the mother village, which is particularly problematic when adding at a high concentration.

本発明はこのような従来法の欠点を解消して、ガラス体
中に酸化物添加剤が均一に分散され、しかも充分に低損
失である機能性石英ガラスの新規な製造方法を提供せん
とするものである。
The present invention aims to eliminate the drawbacks of such conventional methods and provide a new method for producing functional quartz glass in which oxide additives are uniformly dispersed in the glass body and the loss is sufficiently low. It is something.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は酸化物添加剤及び/又は酸化物添加剤に変換し
つる化合物を含有する溶液を多孔質ガラス母材に含浸さ
せ、しかる後に該多孔質ガラス母材を熱処理して少なく
とも一部分にわたって分散せしめられた酸化物添加剤を
含有する機能性石英ガラスを製造する方法において、上
記熱処理が脱水剤ガス、酸素及び不活性ガスからなる雰
囲気中又は脱水剤ガス及び不活性ガスからなる雰囲気中
で加熱して多孔質ガラス母材を脱水する熱処理工程を有
することを特徴とする機能性石英ガラスの製造方法に関
する。
The present invention impregnates a porous glass matrix with a solution containing an oxide additive and/or a vine compound that can be converted into an oxide additive, and then heat-treats the porous glass matrix to disperse it at least in part. In the method for manufacturing functional quartz glass containing an oxide additive, the heat treatment includes heating in an atmosphere containing a dehydrating agent gas, oxygen, and an inert gas, or in an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas and an inert gas. The present invention relates to a method for manufacturing functional quartz glass, which comprises a heat treatment step of dehydrating a porous glass base material.

本発明は、従来の含浸法を更に改良して、含浸後の多孔
質ガラス母材のガラス化工程で脱水処理を行なう方法で
ある。すなわち、酸化物添加剤及び/又は酸化物添加剤
に変換しうる化合物(以下、両者をまとめて酸化物添加
剤に変換し得る化合物という)を含有する溶液を多孔質
ガラス母材に含浸させ、乾燥させたのち、少なくとも脱
水剤ガスを含む雰囲気中で熱処理した後に不活性ガスを
含む雰囲気あるいは真空中で加熱することにより、ある
いは少なくとも脱水剤ガスを含む雰囲気中で加熱するこ
とにより、多孔質母材の脱水・透明ガラス化とともに、
該化合物を酸化物添加剤に変換せしめて、酸化物添加剤
をガラスの少なくとも一部分にわたって均一に分散させ
、低OHでかつ不純物含有量の少ない機能性石英ガラス
を得る方法である。
The present invention is a method that further improves the conventional impregnation method and performs dehydration treatment in the vitrification step of the porous glass base material after impregnation. That is, a porous glass base material is impregnated with a solution containing an oxide additive and/or a compound that can be converted into an oxide additive (hereinafter both are collectively referred to as a compound that can be converted into an oxide additive), After drying, the porous matrix is formed by heat treatment in an atmosphere containing at least a dehydrating agent gas, followed by heating in an atmosphere containing an inert gas or vacuum, or by heating in an atmosphere containing at least a dehydrating agent gas. Along with dehydration and transparent vitrification of the material,
This is a method of converting the compound into an oxide additive, uniformly dispersing the oxide additive over at least a portion of the glass, and obtaining functional quartz glass with low OH and low impurity content.

上記本発明においては、脱水剤ガスが塩素化合物ガスで
あること、又は脱水のための熱処理をst F4と不活
性ガスからなる雰囲気又はSi F4と0.と不活性ガ
スとからなる雰囲気中で行なうことは、特に好ましい実
施態様である。
In the present invention, the dehydrating agent gas is a chlorine compound gas, or the heat treatment for dehydration is carried out in an atmosphere consisting of st F4 and an inert gas, or in an atmosphere consisting of Si F4 and 0.5 ml of Si F4. A particularly preferred embodiment is to carry out the reaction in an atmosphere consisting of an inert gas and an inert gas.

また本発明において、上記溶液を含浸させる多孔質ガラ
ス母材はその空隙率が40〜80%であることが特に好
ましい。
Further, in the present invention, it is particularly preferable that the porous glass base material impregnated with the above solution has a porosity of 40 to 80%.

〔作用〕[Effect]

本発明による機能性石英ガラスの製造方法によれば、ま
ず火炎加水分解法により多孔質ガラス母材(以下多孔質
母材と略称する)を製造する。本発明において、出発材
の多孔質母材としては、5iO8、例えばGe Os、
P、05等を添加した5ift等を材質とするものが好
ましく、カサ密度0.4〜1.3g/cnf程度のもの
が好ましい。このような多孔質体はVAD法、OVA法
等の公知の手段により製造することができる。
According to the method for manufacturing functional quartz glass according to the present invention, a porous glass base material (hereinafter abbreviated as porous base material) is first manufactured by a flame hydrolysis method. In the present invention, the starting porous matrix is 5iO8, for example GeOs,
It is preferable to use a material such as 5ift to which P, 05, etc. are added, and a bulk density of about 0.4 to 1.3 g/cnf is preferable. Such a porous body can be manufactured by a known method such as a VAD method or an OVA method.

この多孔質母材を全体にわたって連続した孔の網目を有
し、かつ液体に浸漬されても崩壊しないだけの十分な付
着力を有するよう、予め加熱によりその空隙率を40〜
80%に調整する。40%未満では溶液が母材中に含浸
されにくく、80%を超えるとススの固着力が弱いため
7崩れやすい点で好ましくない。この空隙率調整のとき
の雰囲気は大気中、不活性ガス(例えば庵、N8等)雰
囲気中、真空中のいずれであってもよく、温度は130
0−1450℃程度の加熱である。
This porous base material has a continuous pore network throughout and has sufficient adhesion to not collapse even when immersed in a liquid.
Adjust to 80%. If it is less than 40%, it is difficult for the solution to be impregnated into the base material, and if it exceeds 80%, the adhesion of the soot is weak and it tends to crumble, which is not preferable. The atmosphere during this porosity adjustment may be air, inert gas (for example, Iori, N8, etc.) atmosphere, or vacuum, and the temperature is 130°C.
Heating is about 0-1450°C.

該空隙率を調整した多孔質母材を溶液に浸漬して所望の
添加剤を含浸させる。含浸溶液はガラスに望まれる一種
または多種の酸化物溶液、あるいは多孔質母材を後で熱
的に固化させているときに酸化物に変化する塩、または
他の化合物の溶液でもよい。添加しようとする元素の塩
化物、例えばErCb、 NdCtB、TtaCb、 
PrC1,、YbCe、、M CIs等の水溶液、アル
コール溶液等を用いることができる。あるいは、添加物
元素のアルコキシドに水、アルコールを加えて加水分解
させた溶液としたものでもよい。
The porous base material whose porosity has been adjusted is immersed in a solution to impregnate it with a desired additive. The impregnating solution may be a solution of one or more oxides desired for the glass, or of salts or other compounds that are later converted to oxides during thermal solidification of the porous matrix. Chloride of the element to be added, such as ErCb, NdCtB, TtaCb,
Aqueous solutions, alcohol solutions, etc. of PrC1, YbCe, M CIs, etc. can be used. Alternatively, a solution obtained by adding water and alcohol to the alkoxide of the additive element and hydrolyzing it may be used.

該酸化物添加剤又はこれに変換し得る化合物の溶媒とし
ては、例えば水、例えばメタノール、エタノール、プロ
パツール等のアルコール等を用いることができる。その
濃度はガラス中に添加したい所望量の多少に応じ、調整
すればよい。
As a solvent for the oxide additive or a compound convertible thereto, water, for example, alcohol such as methanol, ethanol, propatool, etc. can be used. The concentration may be adjusted depending on the desired amount to be added to the glass.

添加剤として二種以上の物質を含浸させる場合、その方
法は ■二種以上の異なった塩を含む溶液を直接含浸さ
せる、■本体に第1の溶液を含浸させ、次いで乾燥し、
その後で第2の溶液を含浸させる、のいずれの方法でも
よい。
When impregnating two or more substances as additives, the methods are: 1) directly impregnating a solution containing two or more different salts, 2) impregnating the main body with the first solution, then drying,
Any method of impregnating the second solution afterwards may be used.

上記多孔質体をこの酸化物添加剤又は化合物を溶質とす
る溶液中に含浸するが、その時間は特に限定されるとこ
ろはないが、例えば1−15時間といった程度である。
The above-mentioned porous body is impregnated in a solution containing the oxide additive or compound as a solute, and the time period is not particularly limited, but is about 1 to 15 hours, for example.

ただし、本発明により多孔質母材中に導入される酸化物
添加剤の量は、多孔質母材の空隙率、溶液中の添加剤濃
度および浸漬時間に依存することは、言うまでもない。
However, it goes without saying that the amount of oxide additive introduced into the porous matrix according to the present invention depends on the porosity of the porous matrix, the concentration of the additive in the solution, and the soaking time.

所望の添加剤を含浸させた多孔質母材は、溶液から引上
げ、乾燥するが、この時の条件は、例えば溶剤が揮発性
である場合は、乾燥させることにより溶媒を蒸発させ除
去する。
The porous base material impregnated with the desired additive is pulled out of the solution and dried. For example, if the solvent is volatile, the solvent is evaporated and removed by drying.

次いで、該多孔質体を先ず、脱水剤ガス、酸素及び不活
性ガスからなる雰囲気又は脱水剤ガス及び不活性ガスか
らなる雰囲気中で熱処理する。これが脱水のための熱処
理工程である。脱水剤ガスとしテハ、例えばC1hSi
 CL、SOClm、(44等の塩素化合物ガス、ある
いはSi F+等のフッ素化合物ガス等を用いることが
でき、塩素化合物ガスの場合は酸素を共存させることが
好ましく、SIF、等のフッ素化合物ガスの場合は酸素
は共存していても、なしでもよい。
Next, the porous body is first heat-treated in an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas, oxygen, and an inert gas, or in an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas and an inert gas. This is the heat treatment process for dehydration. As a dehydrating agent gas, for example, C1hSi
A chlorine compound gas such as CL, SOClm, (44, etc.) or a fluorine compound gas such as SiF+ can be used. In the case of a chlorine compound gas, it is preferable to coexist with oxygen, and in the case of a fluorine compound gas such as SIF. may be present with or without oxygen.

この理由を、例えば希土類塩化物としてεrcbを、脱
水剤ガスとしてCZ、を用いる場合で説明すると、低温
でCe、処理した方が下記のEr、Os + 2 CI
、  →2 ErCl*  + 3/20*なる反応を
起こして、蒸気圧の小さい希土類元素塩化物が揮散する
可能性が小さくなるからである。
The reason for this can be explained by using, for example, εrcb as the rare earth chloride and CZ as the dehydrating agent gas.
, →2ErCl* + 3/20*, which reduces the possibility that the rare earth element chloride, which has a low vapor pressure, will volatilize.

そして、いずれの脱水剤ガスを使用する場合も、例えば
山等の不活性ガスを併用する。このときの脱水剤ガス濃
度は、例えば1〜3%程度であり、酸素を併用する場合
の酸素濃度は1〜30%程度の範囲が好ましい。このよ
うな限定の理由は、下限値未満では初期の効果を得られ
ず、上限値を越えてもそれ以上の効果を得られないから
である。
When any of the dehydrating gases is used, an inert gas such as a mountain gas is used in combination. The dehydrating agent gas concentration at this time is, for example, about 1 to 3%, and when oxygen is used in combination, the oxygen concentration is preferably in the range of about 1 to 30%. The reason for this limitation is that the initial effect cannot be obtained below the lower limit, and no further effect can be obtained even if the upper limit is exceeded.

また、脱水と透明化を2段で行なう場合、第一の脱水の
ための熱処理の温度範囲は約1000〜1)00℃とす
ることが好ましい。1000°C以下では脱水処理の効
果が得られず、また1)00℃を超えると前記した揮発
性の点で都合が悪いからである。
Further, when dehydration and transparency are performed in two stages, the temperature range of the heat treatment for the first dehydration is preferably about 1000 to 1)00°C. This is because if the temperature is below 1000°C, the effect of dehydration treatment cannot be obtained, and if it exceeds 1) 00°C, it is not convenient in terms of volatility as described above.

次いで、少なくとも不活性ガスを含む雰囲気又は真空中
で、1500〜1600℃程度に加熱して透明ガラス化
する。これにより、酸化物添加剤がガラス体中に均一に
分散され、しかもOH基量が少なく、不純物量の少ない
高品質な機能性石英ガラスを得ることができる。
Next, it is heated to about 1,500 to 1,600° C. in an atmosphere containing at least an inert gas or in a vacuum to form transparent glass. Thereby, the oxide additive is uniformly dispersed in the glass body, and high quality functional quartz glass with a small amount of OH groups and a small amount of impurities can be obtained.

また、本発明では少なくとも脱水剤ガスを含む雰囲気中
で、1段の加熱処理で脱水、透明ガラス化することも可
能である。
Further, in the present invention, dehydration and transparent vitrification can be performed in a single heat treatment in an atmosphere containing at least a dehydrating agent gas.

該多孔質母材は本質的に完全に乾燥されると、通常の熱
処理で透明ガラス化することにより、含浸によって配合
された酸化物または塩は、全体の孔に亘って分散せしめ
られた状態から、多孔質母材が固化するにつれて溶融シ
リカガラス中へ配合されていく。
Once the porous matrix is essentially completely dry, the oxides or salts incorporated by impregnation are dispersed throughout the pores by clear vitrification through conventional heat treatment. As the porous matrix solidifies, it is incorporated into the molten silica glass.

ところが従来法のように単に熱処理を施すだけでは、シ
リカガラス中に多量のOH基、不純物が残留し、これを
光フアイバ用母材として使用すると低損失な光ファイバ
を得ることは難しい。
However, simply applying heat treatment as in the conventional method leaves a large amount of OH groups and impurities in the silica glass, making it difficult to obtain a low-loss optical fiber when using this as a base material for optical fiber.

そこで、本発明では添加剤を含浸させた多孔質母材を透
明ガラス化する前に、又は透明ガラス化と同工程で脱水
用ガス、不活性ガス及び要すれば酸素からなる雰囲気に
て加熱脱水処理することにより、母材中のOH基、不純
物を極力低減せしめ、また、塩素系脱水剤の場合には添
加剤が塩化物となって揮散することを酸素ガス存在で防
止して脱水処理できるもので、本発明のこのような手段
は、得られた母材から光ファイバを製造して低損失光フ
ァイバを得るという目的に非常に有効に働く。
Therefore, in the present invention, the porous base material impregnated with additives is heated and dehydrated in an atmosphere containing dehydration gas, inert gas, and oxygen if necessary, before or during the same process as transparent vitrification. By processing, OH groups and impurities in the base material are reduced as much as possible, and in the case of chlorine-based dehydrating agents, the presence of oxygen gas prevents additives from becoming chlorides and volatilizing, allowing dehydration processing. Therefore, such means of the present invention works very effectively for the purpose of manufacturing an optical fiber from the obtained base material and obtaining a low-loss optical fiber.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be specifically explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1 第1図のT81部分に示されているように、例えばVA
D法より得られたガラス微粒子堆積体(多孔質母材) 
Iaをヒータ4と炉芯管3を備えた加熱炉内で不活性ガ
ス−雰囲気中、温度1400℃で30分間保持し、空隙
率56%の多孔質母材を得た。2は支持棒である。次に
同図のfb1部分のように、この空隙率を調整した多孔
質母材1b(長さ約20an、直径4.5 cmφ)を
500a/の添加剤含有溶液5の入ったメスシリンダー
6中に浸漬した。溶液5はメタノール中に水和・塩化エ
ルビウムCfarC1m・68*O) 0.954 g
を溶解したものである(Er濃度0.005 sol/
fに相当する)。
Example 1 As shown in part T81 in FIG.
Glass fine particle deposit (porous base material) obtained by method D
Ia was maintained at a temperature of 1400° C. for 30 minutes in an inert gas atmosphere in a heating furnace equipped with a heater 4 and a furnace core tube 3 to obtain a porous base material with a porosity of 56%. 2 is a support rod. Next, as shown in part fb1 in the same figure, the porous base material 1b (length approximately 20an, diameter 4.5cmφ) with adjusted porosity is placed in a measuring cylinder 6 containing 500a/ml of additive-containing solution 5. immersed in. Solution 5 is 0.954 g of hydrated erbium chloride (CfarC1m.68*O) in methanol.
(Er concentration 0.005 sol/
f).

第2図は溶液中の濃度とガラス中に含浸されるE「濃度
(重量%)の関係を、多孔質母材の空隙率に対して計算
したものであり、この図から容易にE「濃度を予測する
ことが可能である。
Figure 2 shows the relationship between the concentration in the solution and the E concentration (wt%) impregnated into the glass, calculated with respect to the porosity of the porous matrix. From this figure, it is easy to calculate the E concentration. It is possible to predict.

多孔質母材は、第1図の(b1部分に示された態様で溶
液中に15時間浸漬され、多孔質母材の毛細管構造中に
溶液が入り、含浸が行われる。含浸後、多孔質母材を溶
液から取り出し、室温で24時間乾燥し溶媒メタノール
を蒸発させた。
The porous base material is immersed in the solution for 15 hours in the manner shown in part (b1) of Figure 1, and the solution enters the capillary structure of the porous base material to perform impregnation. The base material was taken out of the solution and dried at room temperature for 24 hours to evaporate the solvent methanol.

多孔質母材全体にわたって塩化エルビウムを沈積せしめ
られた母材1cを、次に脱水用ガス、酸素ガスおよび不
活性ガスの雰囲気を有し、炉内温度を1000℃に保持
した加熱炉内に挿入した〔同図のfc1部分部分木発明
実施例における各ガスの流量は、CJt100cC/分
、Om 1) /分、He51!/分である。また、脱
水用ガスとしてはcもの他にも、st CL、s o 
c is、CCZ4等のCe、化合物ガス、また31 
F4等のフッ素化合物ガスを用いることができる。フッ
素化合物ガスを用いる時は、特に02ガスを流さなくて
もよいことは、すでに説明した通りである。
The base material 1c, in which erbium chloride has been deposited over the entire porous base material, is then inserted into a heating furnace that has an atmosphere of dehydration gas, oxygen gas, and inert gas, and maintains the furnace temperature at 1000°C. [The flow rates of each gas in the fc1 subtree invention example shown in the figure are CJt100cC/min, Om 1)/min, He51! /minute. In addition to c, dehydration gases include st CL, s o
c is, Ce such as CCZ4, compound gas, and 31
A fluorine compound gas such as F4 can be used. As already explained, when a fluorine compound gas is used, it is not necessary to flow the 02 gas.

以上の工程により、本発明のOH基、不純物等を取り除
かれた添加物含有母材は、次に同図の(d+部分に示す
態様にて、賜ガス(51/分)、0.ガス(A17分)
雰囲気中、1600℃にて透明ガラス母材1dとされた
た。本実施例では、均熱炉を用いて熱処理したが、多孔
質母材を部分的に加熱し、全体をトラバースする方法で
熱処理しても、その効果は損なわれるものではない。
Through the above steps, the additive-containing base material of the present invention from which OH groups, impurities, etc. have been removed is then processed in the manner shown in the (d+ section) of the same figure, including the following gas (51/min), 0.0 gas ( A17 minutes)
A transparent glass base material 1d was prepared at 1600° C. in an atmosphere. In this example, the heat treatment was performed using a soaking furnace, but the effect will not be impaired even if the porous base material is partially heated and the entire porous base material is heat treated by traversing.

以上2段の熱処理においては、炉内にOlを含んでいる
から、多孔質母材の空隙内には充分なOlが存在し、従
って母材の加熱に伴い、その酸素によって塩化エルビウ
ムが酸化されて酸化エルビウムE r、0.に変換され
る。
In the above two-stage heat treatment, since the furnace contains Ol, there is sufficient Ol in the voids of the porous base material, and therefore, as the base material is heated, the erbium chloride is oxidized by the oxygen. Erbium oxide E r, 0. is converted to

このようにして得られたエルビウム(E「)含有シリカ
ガラスは、きれいな桃色をなしており、気泡の発生等も
なかった。化学分析すると400ppmのE r、0.
を含んでいることが判った。更に3670es+−’i
こ現れるOH吸収から測定すると、本発明品のOH量は
0.1)) I) mであった。不純物量についても分
析したところ、Fed、 5 p p m、 Cuo、
otppm以下、NIo、01ppm以下と充分低いも
のであった。
The erbium (E'')-containing silica glass thus obtained had a beautiful pink color and no bubbles were generated.Chemical analysis showed 400 ppm of Er, 0.
It was found to contain. Furthermore 3670es+-'i
When measured from the OH absorption that appears, the OH amount of the product of the present invention was 0.1)) I) m. When the amount of impurities was also analyzed, Fed, 5 ppm, Cuo,
It was sufficiently low, otppm or less, and NIo, 01ppm or less.

以上で得られた機能性石英ガラス母材をコアとし、コア
径8.5μ、クラツド径125μ、比屈折率差0.3%
のシングルモードファイバを作製した。
The functional quartz glass base material obtained above is used as a core, core diameter is 8.5μ, cladding diameter is 125μ, and relative refractive index difference is 0.3%.
A single mode fiber was fabricated.

このファイバの2mについて第3図に示すシステムで利
得を測定したところ、1odBのゲインが得られた。第
3図において、^「レーザ31からのレーザー光32は
レンズ33を通してカプラー36の一端に、DFBレー
ザ34からの光はV溝A 35Aを介してカプラー36
のもう一端に結合され、合波される。
When the gain of 2 m of this fiber was measured using the system shown in FIG. 3, a gain of 1 odB was obtained. In FIG. 3, the laser beam 32 from the laser 31 passes through the lens 33 to one end of the coupler 36, and the light from the DFB laser 34 passes through the V-groove A 35A to the coupler 36.
is connected to the other end and multiplexed.

カプラーの不要端は、フレネル反射光がDBFレーザに
戻り、悪影響を及ぼさないよう、マツチングオイルで終
端(37) した。合波光はV溝B55Bを介し、Er
添加ファイバ38に導かれ、増幅が発生し、これを(、
Iファイバ39で受けて、スペクトルアナライザ40で
測定する。
The unnecessary end of the coupler was terminated with matching oil (37) so that the Fresnel reflected light would not return to the DBF laser and have an adverse effect. The combined light passes through the V groove B55B and
is guided into the doped fiber 38, amplification occurs, and this is converted into (,
The signal is received by the I fiber 39 and measured by the spectrum analyzer 40.

実施例2 実施例1と同様の方法で、E「を含浸させた多孔質母材
を、)He51/分、5IF4100cc/分雰囲気、
温度1)00℃で脱水処理し、He51/分雰囲気16
00℃にて透明ガラス化した。得られた機能性石英ガラ
ス母材のOH基、不純物濃度は充分低いものであった。
Example 2 In the same manner as in Example 1, a porous base material impregnated with E was heated in an atmosphere of )He51/min, 5IF4100cc/min,
Temperature 1) Dehydration treatment at 00℃, He51/min atmosphere 16
It was made into transparent glass at 00°C. The OH group and impurity concentrations of the obtained functional quartz glass base material were sufficiently low.

この母材をコアとして、コア径8.5−、クラツド径1
25μ、比屈折率差0.3%のシングルモードファイバ
を作製した。2mのファイバで利得を測定したところ、
9.1 dBのゲインが得られた。
Using this base material as a core, the core diameter is 8.5 - and the cladding diameter is 1.
A single mode fiber with a diameter of 25μ and a relative refractive index difference of 0.3% was fabricated. When measuring the gain with a 2m fiber,
A gain of 9.1 dB was obtained.

実施f!43 含浸溶液としてE「アルコキシド[Er (OCI(S
)3)、メタノール、0富0.  ジメチルホルムアミ
ド。
Implementation f! 43 E'alkoxide [Er (OCI(S)
)3), methanol, 0 rich 0. Dimethylformamide.

Hαを混合撹拌させた液体を用い、該 溶液を空隙率を
調整した多孔質母材に1時間含浸させた。
Using a liquid in which Hα was mixed and stirred, a porous base material whose porosity was adjusted was impregnated with the solution for 1 hour.

各溶液のモル比は、Hr (OCTo)s)  :メタ
ノール:HsOニジメチルホルムアミド: HaI=0
.5 : 10 : 20 : 4 : 0.2とした
。溶液を含浸した多孔質母材は80°C恒温槽で120
時間放置し、加水分解、縮重合反応を進行させ、150
℃にて24時間放置した。本実施例の場合、出発原料と
してアルコキシドを用いているため、熱処理による酸化
を必要としない。以上で得られたゲル体をHe 51/
分、C1* 100 、、/分、温度1000℃で脱水
処理し、続いてHaS 17分雰囲気下、温度1600
℃に加熱して透明化した。得られたガラスは気泡の発生
のない、桃色の良好なガラス体であった。
The molar ratio of each solution is Hr (OCTo)s): methanol: HsO dimethylformamide: HaI=0
.. 5:10:20:4:0.2. The porous base material impregnated with the solution was heated at 120°C in a constant temperature bath at 80°C.
Leave to stand for a period of time to allow hydrolysis and polycondensation reactions to proceed.
It was left at ℃ for 24 hours. In the case of this example, since an alkoxide is used as the starting material, oxidation by heat treatment is not required. The gel body obtained above was heated with He 51/
min, C1*100,,/min, dehydration treatment at a temperature of 1000°C, followed by dehydration treatment in HaS atmosphere for 17 min at a temperature of 1600°C.
It was heated to ℃ to make it transparent. The obtained glass was a good pink glass body with no bubbles.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明による機能性石英ガラスの
製造方法によれば、従来の溶液を含浸させて添加剤を添
加し、脱水用ガス、酸素ガス、不活性ガスを含む雰囲気
中で熱処理した後透明ガラス化することにより、低OH
,遷移金属等の不純物量の少ないガラスを作製すること
ができる。
As explained above, according to the method for producing functional quartz glass according to the present invention, it is impregnated with a conventional solution, additives are added, and heat-treated in an atmosphere containing dehydration gas, oxygen gas, and inert gas. Low OH due to transparent vitrification
, glass with a small amount of impurities such as transition metals can be produced.

この方法を用いれば、光増幅用ファイバ、レーザガラス
、電子材料用ガラス等の様々な高機能性ガラスを容易に
得ることができる。
Using this method, various high-performance glasses such as optical amplification fibers, laser glasses, and glasses for electronic materials can be easily obtained.

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

第1図は本発明の実施態様を工程順に示す概略図、図中
、1aは多孔質母材、lb、 lcは添加剤含有多孔質
母材、ldは添加物含有透明ガラス母材、2は支持棒、
3は炉芯管、4はヒーター 5は添加物含有溶液、6は
メスシリンダーを表す。 第2図は多孔質母材の空隙率に対する溶液濃度とガラス
中に含浸されるEra度の関係を示す図表(計算値)、
第3図は増幅実験の概要図である。 第4図は従来のMCVD法による添加を示す図、第5図
は従来のVAD法による気相添加を示す図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention in the order of steps. In the figure, 1a is a porous base material, lb and lc are porous base materials containing additives, ld is a transparent glass base material containing additives, and 2 is a porous base material containing additives. support rod,
3 is a furnace core tube, 4 is a heater, 5 is an additive-containing solution, and 6 is a graduated cylinder. Figure 2 is a chart (calculated values) showing the relationship between the porosity of the porous base material, the solution concentration, and the degree of Era impregnated into the glass.
FIG. 3 is a schematic diagram of the amplification experiment. FIG. 4 is a diagram showing addition by the conventional MCVD method, and FIG. 5 is a diagram showing vapor phase addition by the conventional VAD method.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)酸化物添加剤及び/又は酸化物添加剤に変換しう
る化合物を含有する溶液を多孔質ガラス母材に含浸させ
、しかる後に該多孔質ガラス母材を熱処理して少なくと
も一部分にわたって分散せしめられた酸化物添加剤を含
有する機能性石英ガラスを製造する方法において、上記
熱処理が脱水剤ガス、酸素及び不活性ガスからなる雰囲
気中又は脱水剤ガス及び不活性ガスからなる雰囲気中で
加熱して多孔質ガラス母材を脱水する熱処理工程を有す
ることを特徴とする機能性石英ガラスの製造方法。
(1) Impregnating a porous glass base material with a solution containing an oxide additive and/or a compound convertible into an oxide additive, and then heat-treating the porous glass base material to disperse it over at least a portion thereof. In the method for manufacturing functional quartz glass containing an oxide additive, the heat treatment includes heating in an atmosphere containing a dehydrating agent gas, oxygen, and an inert gas, or in an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas and an inert gas. A method for producing functional quartz glass, comprising a heat treatment step of dehydrating a porous glass base material.
(2)上記熱処理が脱水剤ガス、酸素及び不活性ガスか
らなる雰囲気中又は脱水剤ガス及び不活性ガスからなる
雰囲気中で加熱して多孔質ガラス母材を脱水する熱処理
工程及びその後の不活性ガスを含む雰囲気又は真空中で
加熱して透明ガラス化する熱処理工程から構成されるこ
とを特徴とする請求項(1)に記載の機能性石英ガラス
の製造方法。
(2) A heat treatment step in which the above heat treatment dehydrates the porous glass base material by heating in an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas, oxygen, and an inert gas, or an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas and an inert gas, and the subsequent inertization. The method for producing functional quartz glass according to claim 1, comprising a heat treatment step of heating in a gas-containing atmosphere or in vacuum to form transparent glass.
(3)上記熱処理が脱水剤ガス、酸素及び不活性ガスか
らなる雰囲気中又は脱水剤ガス及び不活性ガスからなる
雰囲気中で加熱して多孔質ガラス母材を脱水及び透明化
する熱処理工程であることを特徴とする請求項(1)に
記載の機能性石英ガラスの製造方法。
(3) The above heat treatment is a heat treatment step in which the porous glass base material is dehydrated and made transparent by heating in an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas, oxygen, and an inert gas, or in an atmosphere consisting of a dehydrating agent gas and an inert gas. The method for producing functional quartz glass according to claim (1).
(4)上記脱水剤ガスが塩素化合物ガスであることを特
徴とする請求項(1)乃至(3)のいずれかに記載の機
能性石英ガラスの製造方法。
(4) The method for producing functional quartz glass according to any one of claims (1) to (3), wherein the dehydrating agent gas is a chlorine compound gas.
(5)上記脱水剤ガスがSiF_4ガスであることを特
徴とする請求項(1)乃至(3)のいずれかに記載の機
能性石英ガラスの製造方法。
(5) The method for producing functional quartz glass according to any one of claims (1) to (3), wherein the dehydrating agent gas is SiF_4 gas.
(6)上記溶液を含浸させる多孔質ガラス母材は空隙率
が40〜80%のものであることを特徴とする請求項(
1)乃至(5)のいずれかに記載の機能性石英ガラスの
製造方法。
(6) The porous glass base material impregnated with the solution has a porosity of 40 to 80% (
1) The method for producing functional quartz glass according to any one of (5).
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