JPH0421536A - 希土類元素ドープガラスの製造方法 - 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］ 本発明は光フアイバ母材の製造方法に係り、特に光フア
イバレーザや、温度、放射線等のセンサへの応用が期待
される希土類元素ドープファイバの母材となる希土類元
素ドープガラスの製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 希土類元素ドープファイバは、ファイバレザー、光増幅
器、温度・放射線センサ等への応用が検討されている。

ところで、希土類元素ドープファイバは、コアの部分に
Ｅｒ、Ｎｄ、Ｙｂ等の希土類元素をドープしなければな
らない、しがしながら、ドープ材となるこれら希土類元
素の塩化物（ＥｒＣ１ｓ　、ＮｄＣｌ１　、ＹｂＣ１１
等）は常温では容易に気化しない、第８図に各種希土類
塩化物の蒸気圧特性を示す。図かられかるように、希土
類塩化物を気化させ、原料ガスとして用いるためには約
１０００℃の高温を必要とする。そこで、ＶＡＤ法を応
用した希土類元素ドープガラスの製造方法としては、以
下のような方法が採用されている。一つはＶＡＤ法で作
製した多孔質母材をドープ原料雰囲気内で透明ガラス化
し、母材中にドパントを添加する方法（拡散法）である
、また希土類元素塩化物がアルコールに溶は易い性質を
利用して、ＶＡＤ法で作成した多孔質母材を希土類元素
塩化化合物を溶かしたアルコール溶液に浸漬し、次にア
ルコール分だけを室温にて蒸発させ、多孔質母材中に希
土類元素塩化物を沈着し、Ｈｅ雰囲気内で焼結させて透
明ガラス化を行う方法（含浸法）もある。

［発明が解決しようとする課題］ 拡散法は、希土類元素塩化物（ＥｒＣ１ｓ。

ＮｄＣ１，、ＹｂＣ１，等）を約１０００”Ｃ以上の高
温で気化させて希土類元素カス雰囲気とし、多孔質母材
をその中で熱処理して透明ガラス化することで希土類元
素ドープ母材を得ている。しかし、希土類元素ガスの発
生量をコントロールすることが難しいため、炉内におけ
るＨｅカスとの分圧の再現性に問題がある。高濃度ドー
プとするためには希土類ガスの分圧を高めることが必要
だが、透明なガラス母体を得るためにはＨｅとの分圧比
を一定以上に上げることができない。例えば、ＮｄＣｌ
、の場合には、ドープ量が３０００ｐｐｍ以下となる分
圧比以下でないと母材の透明化が不十分となる。

含浸法は、希土類元素塩化物を溶かしたアルコール溶液
の濃度を変えることにより母材のドープ量を容易に制御
でき、また、かなりの高濃度ドブも可能である。ドープ
剤としてＮｄＣ１，を用いた場合には、２０００ｐｐｍ
程度までドープ可能である。しかし、多孔質母材を溶液
に浸す際、母材が壊れやすいのでかさ密度の高い母材を
作成する必要がある。さらに、多孔質母材の半径方向に
はかさ密度差が存在し、かさ密度が低い表面近傍部分に
ドーパントが集中しやすく、径方向に均一なドープがで
きないという欠点がある。

本発明の目的は、上記課題を解消し、希土類元素のビー
１量制御並びに高濃度ドープが容易にでき、且つ再現性
の良い希土類元素ドープガラスの製造方法を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明はＶＡＤ法により多孔
質母材を生成する際に、火炎内に上記主ガラス原料と粉
霧状の希土類元素塩化水和物とを送り込み、希土類元素
を含むガラスを生成させるものである。また、上記火炎
を発生させるためのバーナは内部が略同心円状に多層に
区画されてなる多重管構造を有し、各層毎に主ガラス原
料、粉霧状の希土類元素塩化水和物、燃焼用のＨ２ガス
、０□ガス、反応制御用の不活性ガス等を供給する。

また、上記希土類元素塩化水和物を粉霧状にするに際し
ては、希土類元素塩化物含有水溶液を超音波加振手段に
より加振することによりこれを達成する。

［作用］ 火炎内に主ガラス原料と粉霧状の希土類元素塩化水和物
とを送り込むことにより、火炎内において主ガラス原料
が希土類元素塩化水和物と良好に混合しつつ火炎加水分
解を起こす、これにより、ターゲット棒の先端に希土類
元素を均一にドープした多孔質母材が生成される。多孔
質母材にドブする希土類元素の濃度は、火炎内に送り込
む主ガラス原料と希土類元素塩化水和物の割合を調節す
ることにより容易に制御できるので再現性が際めて良く
、また高濃度ドープも容易である。従って、この多孔質
母材を焼結させて透明ガラス化することにより、高品質
の希土類元素ドープガラスが得られる１本希土類元素ド
ープガラスを加工し、光ファイバとすることで、高性能
の光増幅器やファイバ型レーザーを作成することが可能
であり、またその特性を左右する希土類元素ガスのｆｋ
Ｗｌ化が容易に成し得る。

多孔質母材生成用のバーナの構造を上記多重管構造とし
、各層毎に主ガラス原料、粉霧状の希土類元素塩化水和
物、燃焼用のＨ２ガス、０□カス、反応制御用の不活性
カス等を供給することにより、火炎内に主ガラス原料と
粉霧状の希土類元素塩化水和物とを同時供給することか
容易になる。また、希土類元素塩化水和物を粉霧状にす
るに際して、超音波加振手段を用いることにより微細な
松露化が達成でき、松露発生量も容易に調節できる。

［実施例］ 次に、本発明の一実施例について添付図面に従って説明
する。

第１図において、７は軸回転しながら引き上げられる石
英製のターゲット棒であり、ターゲット棒７の下方には
バーナ５が配設されている。バーナ５は略円筒状に形成
され、上部がターゲット棒７に臨ませて開口されている
。またバーナ５は、内部が略同心円状に配設された石英
管により５層に区画されてなる多重管構造を有している
。

第１層（中心層）は、バーナ５の下端に接続された第１
石英管４に連通している。第１石英管４の下端には、超
音波加振手段１が接続されている。

超音波加振手段１は導入されたＥ、　ｒ　ＣＩ　３、Ｎ
ｄＣｌ３等の希土類元素含有水溶液２を超音波振動で加
振して粉霧状の希土類元素塩化水和物を生成するよう構
成されている。また、第１石英管４には、超音波加振手
段１によって生成された松露３をバーナ５内に搬送する
ためのＡｒカスを供給するキャリアカス供給バイブロか
接続されている。第２層目には、主ガラス原料カス（例
えばＡ１−カス）をキャリアカスと共に供給するための
第２石英管１０が接続されている。尚、必要に応じて、
第１石英管４Ｏを通して他のＧｅ（，１，等のガラス原
料カスを同時に供給することもある。

さらに、第３層目には燃焼ガスとしてＨ２を供給するた
めの第３石英管１１、第４層目には原料カスと燃焼ガス
との反応を制御するためのＡｒガスを供給するための第
４石英管１２、第５層目には燃焼用の０２を供給するた
めの第５石英管１３が接続されている。このように構成
されるバーナ５は、火炎８内に主ガラス原料と粉霧状の
希土類元素塩化水和物とを同時に送り込めるようになっ
ている。

ます、上記バーナ５を用いてＶＡＤ法と類似の方法によ
り多孔質母材を生成する。すなわち、軸回転させながら
上方に引き上げられる石英製のタゲット棒７の先端に、
酸水素火炎９内に主ガラス原料（ガス状のハロゲン化ケ
イ素）と希土類元素含有原料〈粉霧状の希土類元素塩化
水和物）とを送り込みつつ、これをキャリアガスと共に
吹き付ける。これによりターゲット棒７の先端には、火
炎８内において熱加水分解反応、熱酸化反応によって生
成された希土類元素Ｅｒ（或いはＮｄ）を含むガラス微
粒子が堆積して軸方向に多孔質母材９が生成される。タ
ーゲット棒７は、多孔質母材９の堆積成長に合わせて徐
々に引き上げられる。

このように従来の光フアイバ製造技術（ＶＡＤ法）を生
かして簡単に希土類元素ドープ母材が製造できる。表−
１に本実施例の多孔質母材生成工程における諸条件を示
す、かくして得られた多孔質母材９の寸法は、直径３８
ｍｍ、長さ１５０ｍｍであった。

表−１ この多孔質母材９を常温で十分に乾燥させた後、炉内最
高温度１６５０℃の加熱炉にて透明ガラス化を行った。

そのときの透明ガラス化条件を表２に示す。最終的に得
られたガラスは、直径１５ｍｍ、長さ６０ｍｍの淡い桃
色をした透明な硝子であった。

透明ガラス化ｖｉ得られたガラス母材のＥｒ濃度を化学
分析法により定量測定したところ２５０ｐｐｍであった
。この濃度は、超音波加振手段ｌによって粉［３の発生
量を調節することにより制御が可能であり、第３図に示
すように松露発生量の相対値とＥｒ濃度との関係は１１
００００ｐｐ以下の範囲内ではほぼ比例関係にある。従
って、従来のＶＡＤ法を応用した拡散法と比べて希土類
元素ドープ濃度の再現性が大幅に向上し得る。

かくして得られた濃度２５０ｐｐｍの希土類元素ドープ
ガラスロットを直径１５ｍｍに延伸した後、延伸の際に
ロッドに拡散したＯＨ基を除去するため濃度２５％のぶ
つ！ｉ液でロッド表面を２４時間エツチングして直径１
４ｍｍのガラスロッドとした。その後、第２図に示すよ
うにガラスロッド１４の外周にクラッド層となるＳ　ｉ
　０２微粒子をバーナ１５によって外付し外付スート母
材１６とした。得られたスート母材１６は、直径１００
ｍｍ、長さ２００ｍｍであった。ところで、Ｅｒドープ
ガラスの屈折率は石英の屈折率とほとんど変わらないの
で、導波路補遺を形成するためにはクラッド層の屈折率
を石英よりも小さな値にする必要かある。そこで、外付
スート母材１６をふっ業界囲気内で透明ガラス化し、Ｅ
、　ｒを含むコアとＦを含む５ｉ０２クラツドとから成
る直径４５ｍｍ、長さ１００ｍｍの透明ガラス母材を得
た。この透明ガラス化工程の際の諸条件を表−３に示す
。また、第４図に外付、透明ガラス化後の表−３ この透明ガラス母材を上述の、外付、透明ガラス化工程
を繰返して全合成化し、外径１２５μｍ。

ＵＶ被覆２５０μｍのファイバとした。このファイバの
伝送特性は第５図に示す如くであった。第５図から判る
ように、波長が０．８μｍ。

０．９８μｍ、１．５３ｕｍのときにＥｒによる吸収損
失が見られる。また、本ファイバに波長０．９８μｍの
半導体レーザー光を入射させたときに生じる蛍光特性を
第６図に示す。波長が１．１μｍと１．１５μｍの付近
に蛍光が観測されている。

このファイバの応用としては、波長１．１５μｍの付近
に蛍光を発するところから、１．１５μｍ帯光増幅器へ
の適用が期待される。第７図に本ファイバを用いた光増
幅器の一実施例を示す。

光増幅器１７は、ファイバ１８内に信号光を伝搬させ、
光フアイバカプラ１９を用いて信号光を励起光と合成し
、反転分布状態を形成させることにより信号光を増幅さ
せ、出力側より光フアイバカプラ１９で励起光を分離さ
せて光増幅を行う。

：発明の効果］ 以上要するに、本発明によれば以下の如き優れた効果が
発揮できる。

（１）多孔質Ｈ材にドープする希土類元素の濃度が、火
炎内に送り込む主ガラス原料と希土類元素塩化水和物の
割合を調節することにより容易に制御できるので再現性
が際めで良く、また高濃度ドープも容易である。

（２）本発明の方法により製造した希土類元素ドープガ
ラスを加工し、光ファイバとすることで、高性能の光増
幅器やファイバ型レーサーを作成することが可能であり
、またその特性を左右する希土類元素濃度の最適化が容
易に成し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図本発明によ
って得られた希土類元素ドープガラスの全台化工程を示
す図、第３図は松露発生量の相対値と希土類元素（Ｅｒ
）濃度との関係を示すグラフ、第４図は本発明によって
得られた光ファイバの屈折率分布を示す図、第５図は本
発明によって得られたＥｒドープ光ファイバの損失波長
特性を示す図、第６図は本発明によって得られたＥｒド
ープ光ファイバの蛍光特性を示す図、第７図は本発明に
よって得られたＥｒドーグ光ファイバを光増幅器に応用
した一実施例を示す図、第８図は各種希土類元素塩化物
の蒸気圧特性を示すグラフである。 図中、１は超音波加振手段、２は希土類元素塩化物含有
水溶液、３は松露、５はバーナ、７はタゲット棒、８は
火炎、９は多孔質母材である。 特許出願人　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　絹　谷　信　雄 第 図 第 図 第 ７図 紛覇を絽灯シ 第 図 第 図 ｔＭＬ　　Ｌ　”ピノ 第 図 ５に、長　（ｎｍ） ５声’−４（ｎｍ） 箪 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸回転させながら上方に引き上げられる石英製のタ
   ーゲット棒の先端に火炎と共に主ガラス原料を吹き付け
   て多孔質母材を生成する際に、上記火炎内に上記主ガラ
   ス原料と粉霧状の希土類元素塩化水和物とを送り込み、
   希土類元素を含むガラスを生成させることを特徴とする
   希土類元素ドープガラスの製造方法。 ２、上記火炎を発生させるためのバーナを内部が略同心
   円状に多層に区画されてなる多重管構造とし、各層ごと
   に主ガラス原料、粉霧状の希土類元素塩化水和物、燃焼
   用のＨ＿２ガス並びにＯ＿２ガス、反応制御用の不活性
   ガス等を供給するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の希土類元素ドープガラスの製造方法。 ３、上記希土類元素塩化水和物を粉霧状にするに際して
   、希土類元素塩化物含有水溶液を超音波加振手段により
   加振してこれを粉霧状にするようにしたことを特徴とす
   る請求項１及び２記載の希土類元素ドープガラスの製造
   方法。