JPH04300224A - 希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は希土類元素ド−プ石英ガ
ラスの製造方法、特には光ファイバレ−ザ−などに使用
される希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】希土類元素をド−プした石英ガラスは光
機能を有していることから、光ファイバレ−ザ−、光増
幅器、センサ素子などとして使用されており、光通信シ
ステムにおける１．５５μｍ　帯の光増幅器用エルビウ
ムド−プ石英ファイバにおいて、エルビウムとアルミニ
ウムを共ド−プすると増幅波長領域が拡大され、異なっ
た波長をもつ複数の信号光を一括して増幅することが可
能となることが知られている。しかして、この種の石英
ガラスの製造についてはＭＣＶＤ法による方法が知られ
ている（特公表昭６３−５０１７１１　号公報参照）が
、これには希土類元素塩化物原料を高温に加熱し蒸発さ
せて反応系に供給するものであるために、供給量の制御
が困難であり、また大型の母材が得られにくいという欠
点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】また、この希土類元素
ド−プ石英ガラスの製造についてはけい素化合物の火炎
加水分解によって生成したシリカ微粒子を堆積して得た
多孔質ガラス母材を希土類元素化合物の溶液に浸漬させ
たのち、高温で焼結して透明ガラス化する方法も知られ
ており（特公表昭５８−３９８０　号公報参照）、これ
によれば溶液の濃度によってド−プ量が制御できるし、
蒸気圧の低い化合物にも適用できるという利点があるが
、しかしこれには多孔質ガラス母材を希土類元素化合物
およびアルミニウム化合物の溶液に浸漬させる際に吸着
により母材の表面にアルミニウム化合物が蓄積されたり
、また浸漬後の乾燥後に毛細管現象によって溶媒が多孔
質ガラス母材の表面に移動するときに溶質も同時に表面
近傍に移動して母材表面付近にアルミニウム化合物が過
剰に蓄積されるために、これを高温で焼結しても表面付
近がガラス化しなくなるという欠点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不利
を解決した希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方法に関
するものであり、これはけい素化合物の火炎加水分解に
よって生成したシリカ微粒子を堆積して得た多孔質ガラ
ス母材に希土類元素化合物およびアルミニウム化合物を
添加したのち、高温で焼結して透明ガラスする方法にお
いて、希土類元素化合物およびアルミニウム化合物を添
加した多孔質ガラス母材を有機溶媒中に浸漬し、母材表
面近傍に偏析している過剰の希土類元素化合物およびア
ルミニウム化合物を洗浄除去することを特徴とするもの
である。

【０００５】すなわち、本発明者らは多孔質ガラス母材
の表面付近に偏析している希土類元素化合物、アルミニ
ウム化化合物を除去して透明な石英ガラスを得る方法に
ついて種々検討した結果、多孔質ガラス母材を希土類元
素化合物およびアルミニウム化合物の溶液に含浸するこ
とによって得られる希土類元素化合物およびアルミニウ
ム化合物をド−プした多孔質ガラス母材を高温で焼結す
る前に有機溶媒に浸漬し、洗浄すると多孔質ガラス母材
の表面近傍に偏析していた過剰の希土類元素化合物およ
びアルミニウム化合物が除去されるので、これを高温で
焼結すると、このものは容易に透明ガラスも石英ガラス
となるということを見出し、ここに使用する有機溶媒の
種類、処理方法などについての研究を進めて本発明を完
成させた。以下にこれをさらに詳述する。

【０００６】

【作用】本発明は希土類元素ド−プ石英ガラスの製造方
法に関するものである。本発明はけい素化合物の火炎加
水分解によって生成したシリカ微粒子を堆積して得た多
孔質ガラス母材に希土類元素化合物およびアルミニウム
化合物を添加したのち、高温で焼結して透明ガラス化し
て石英ガラスとする方法の改良に関するものである。

【０００７】すなわち、従来公知の方法では火炎加水分
解法で得られた多孔質ガラス母材を希土類元素化合物と
アルミニウム化合物の溶液に浸漬して、多孔質ガラス母
材に希土類元素化合物およびアルミニウム化合物をド−
プしたのち、高温で焼結して透明ガラス化していたので
あるが、この場合には前記したように多孔質ガラス母材
の表面に過剰の希土類元素化合物およびアルミニウム化
合物が蓄積されているために焼結しても表面付近はガラ
ス化しないという不利がある。

【０００８】しかし、本発明によってこの希土類元素化
合物およびアルミニウム化合物をド−プした多孔質ガラ
ス母材を有機溶媒に浸漬し、洗浄すると、多孔質ガラス
母材に付着している過剰な希土類元素化合物およびアル
ミニウム化合物が除去されるので、これを高温で焼結す
ればこのものを容易に透明ガラス化することができると
う有利性が与えられる。

【０００９】本発明における多孔質ガラス母材の製造は
けい素化合物の火炎加水分解で生成したシリカ微粒子を
担体上に堆積させるという公知の方法で行えばよい。し
たがって、これは光ファイバ用母材の製造方法としてよ
く知られているＶＡＤ　法やＯＶＤ法によって行えばよ
いが、この多孔質ガラス母材には溶液に浸漬したときに
微粒子間の凝集力が失なわれても破壊しないだけの機械
的強度を有することが必要とされるので、平均かさ密度
が０．３ｇ／ｃｍ３以上のものとすることが好ましいが
、これはまた希土類元素化合物およびアルミニウム化合
物の溶液が容易に拡散運動するために平均かさ密度が１
．０ｇ／ｃｍ３以下のものとすることがよい。なお、こ
の多孔質ガラス母材はシリカ単独のものであってもよい
が、これは光ファイバ用のド−パントとしてよく知られ
ているゲルマニア（ＧｅＯ２）などを含有するものであ
ってもよく、さらには光導波路を形成するのに必要な屈
折率分布を有するものとしてもよい。

【００１０】本発明においてこの多孔質ガラス母材は希
土類元素化合物およびアルミニウム化合物の溶液に含浸
され、その内部にこれらの化合物が浸透される。この希
土類元素としてはネオジム、エルビウム、ユ−ロピウム
、セリウムなどが例示されるが、これはその２種類以上
としてもよく、このアルミニウムについてその代わりに
クロムなどの遷移金属を光増感剤として添加するも可能
である。また、この化合物としては塩化物、硝酸塩、硫
酸塩などが用いられるが、これらは溶剤に対して十分な
溶解度を有するものであればよく、特にこれらに限定さ
れるものではないが、一般に入手が容易であること、ま
た十分な溶解度をもつことから塩化物とすることが好ま
しい。

【００１１】なお、ここに使用する溶剤は本質的に多孔
質ガラス母材と化学的に反応しないものであれば特に限
定されず、水溶液も使用することができるが、水の場合
は多孔質ガラス母材の微粒子内の凝集力を弱める作用が
強いので、これにはメタノ−ル、エタノ−ルが溶解度、
多孔質ガラス母材への作用そして乾燥速度の面から好ま
しいものとされる。

【００１２】このように希土類元素化合物およびアルミ
ニウム化合物の添加された多孔質ガラス母材はついで本
発明にしたがって有機溶媒中に浸漬され、洗浄されるの
であるが、ここに使用する有機溶媒は入手が容易で、希
土類元素化合物およびアルミニウムに対し適度の溶解度
をもつということから、アセトン、メタノ−ル、エタノ
−ルとすればよく、このように処理すれば多孔質ガラス
母材の表面に過剰に偏析している希土類元素化合物およ
びアルミニウム化合物が完全に洗浄、除去される。

【００１３】この過剰の希土類元素化合物およびアルミ
ニウム化合物の除去された多孔質ガラス母材はこれを例
えば空気中の風乾で乾燥したのち、電気炉中の高温で焼
結して透明ガラス化するのであるが、この加熱はヘリウ
ムなどのような不活性ガス雰囲気で行なうことがよく、
これはまた脱水を目的としてハロゲンガスを微量添加し
たものとしてもよいし、さらには酸化物への転換を完全
なものとするために酸素ガスを微量混合してもよいが、
この温度は　１，４００〜１，６００　℃とすればよく
、これによれば目的とする希土類元素をド−プした石英
ガラスを容易に得ることができるという有利性が与えら
れる。

【００１４】

【実施例】つぎに本発明の実施例および比較例をあげる
。 実施例 石英製同心多重管バ−ナ−に水素ガス４．０　リットル
／分、酸素ガス９．０　リットル／分を供給して酸水素
火炎を形成し、この中心に四塩化けい素および四塩化ゲ
ルマニウムをアルゴンガス０．２０５　リットル／分、
０．１６リットル／分に同伴させて供給し、ＶＡＤ　法
で得られたシリカガラス微粒子を出発材の軸方向に４．
５　時間堆積、成長させて、外径が６１ｍｍ、　長さ２
８０ｍｍ、重さ１４３ｇ、平均かさ密度が０．１７４　
ｇ／ｃｍ３の多孔質ガラス母材を作った。

【００１５】ついで、この多孔質ガラス母材を塩化エル
ビウム１重量％、塩化アルミニウム９重量％のメタノ−
ル溶液に浸漬させ、多孔質ガラス部材の内部まで塩化エ
ルビウムと塩化アルミニウムとを滲透させたのち、これ
を直ちにアセトン中に浸漬させ、多孔質ガラス母材の表
面近傍に偏析していた過剰の塩化エルビウムおよび塩化
アルミニウムを洗浄除去し、これを空気中で風乾させた
のち、電気炉中でヘリウムガス雰囲気下に１，４７０　
℃で　　　　時間加熱処理したところ、透明な石英ガラ
スが得られたが、このものはエルビウムを２００ｐｐｍ
含有する希土類元素ド−プ石英ガラスであった。

【００１６】比較例 実施例と同じ方法で得た多孔質ガラス母材を塩化エルビ
ウム０．２　重量％、塩化アルミニウム１５重量％のメ
タノ−ル溶液に浸漬させて多孔質ガラス母材の内部に塩
化エルビウムを滲透させ、空気中で風乾させたのち、電
気炉中でヘリウムガス雰囲気に１，４７０　℃で　１．
５時間加熱したが、このものは表面がガラス化せず、ク
ラックが入った。

【００１７】

【発明の効果】本発明は希土類元素ド−プ石英ガラスの
製造方法に関するもので、これは前記したようにけい素
化合物の火炎加水分解によって生成したシリカ微粒子を
堆積して得た多孔質ガラス母材に希土類元素化合物およ
びアルミニウム化合物を添加したのち、高温で焼成して
透明ガラス化する方法において、希土類元素化合物およ
びアルミニウム化合物を添加した多孔質ガラス母材を有
機溶媒中に浸漬し、母材表面近傍に偏析している過剰の
希土類元素化合物およびアルミニウム化合物を洗浄除去
することを特徴とするものである。

【００１８】なお、これによればこの多孔質ガラス母材
を高温で焼成したときにそのガラス化を防害する多孔質
ガラス母材の表面近傍に偏析していた希土類元素化合物
およびアルミニウム化合物が有機溶媒への浸漬、洗浄に
より除去されるので、これをヘリウムのような不活性ガ
ス雰囲気下に高温で焼成すると、このものは容易に透明
ガラス化されるので、希土類元素ド−プ石英ガラスを容
易に得ることができるという有利性が与えられる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】けい素化合物の火炎加水分解によって生成
   したシリカ微粒子を堆積して得た多孔質ガラス母材に希
   土類元素化合物およびアルミニウム化合物を添加したの
   ち、高温で焼結して透明ガラス化する方法において、希
   土類元素化合物およびアルミニウム化合物を添加した多
   孔質ガラス母材を有機溶媒中に浸漬し、母材表面近傍に
   偏析している過剰の希土類元素化合物およびアルミニウ
   ム化合物を洗浄除去することを特徴とする希土類元素ド
   −プ石英ガラスの製造方法。