JPH0639335B2 - 光フアイバ用ガラス母材の製造方法 - Google Patents

光フアイバ用ガラス母材の製造方法

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JPH0639335B2
JPH0639335B2 JP60219090A JP21909085A JPH0639335B2 JP H0639335 B2 JPH0639335 B2 JP H0639335B2 JP 60219090 A JP60219090 A JP 60219090A JP 21909085 A JP21909085 A JP 21909085A JP H0639335 B2 JPH0639335 B2 JP H0639335B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス微粒子集合体を用いた光フアイバ用ガラ
ス母材の製造方法に関するもので、特にガラス微粒子集
合体を焼結する際に屈折率調整剤としての弗素を該ガラ
ス微粒子集合体中に添加する光フアイバ用ガラス母材の
製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、光フアイバはVAD法、OVPO法など様々な製法で
製造されているが、生産性・品質などの点で注目されて
いる。これらの方法は、まず火炎加水分解反応により、
ガラス微粒子を生成し、回転する出発材上に次々と堆積
させ、棒状の多孔質プリフオームを作る。次にプリフオ
ームを様々なガス雰囲気中で加熱処理し、脱水・溶融ガ
ラス化し、光フアイバ母材を得る。さらにこの母材を紡
糸して光フアイバを得るという方法である。
光フアイバは、主として光の伝搬されるコア部と、その
周囲のクラツド部から構成されており、コア部の屈折率
をn1、クラツド部の屈折率をn2とすると、N.A(開口
数)は (n1>n2)で定義される(n1,n2は平均値)。シリカ(Si
O2)をベースとする光フアイバでは、(i)コアに屈折率を
上げる添加剤をドープする方式、(ii)クラツドに屈折率
を下げる添加剤をドープする方式、(iii)(i)と(ii)の方
式の合体方式、のいずれかの方式が用いられる。言うま
でもなく、(i)ではクラツド部が(ii)ではコア部がシリ
カである。
通常よく用いられる添加剤としては、GeO2,P2O5,A
2O3,TiO2(以上屈折率上昇用)、またB2O3,F(以上屈
折率下降用)等が挙げられる。第2図に波長0.59μmに
おける石英系ガラスの屈折率を示す。横軸はシリカ中の
酸化物重量%を、縦軸は屈折率(nα)および屈折率差
Δn%をあらわす。〔出典:熊丸.黒崎:“光伝送用材
料”工業材料27(1979)、P39〕 これらの添加剤のうち、フツ素は最近になつて注目され
だした添加剤であつて、VAD法や他の製法においても
ドープする方法が検討、開発されている。
コア・クラツド間で同じ屈折率差を得たい場合に、一般
的にクラツドで屈折率を下げた、前述の(ii)および(ii
i)の方式は、コア部にドープする添加剤量が全く無い
か、あるいは(i)の方式によるよりも少なくてすむ、と
いう利点を有している。このことは、高NA光フアイバ
にとつて、コア部の添加剤による吸収損失が低減される
という意味で有利である。また、放射線照射下での伝送
損失に優れた純シリカコア光フアイバは(ii)の方式でし
か作成できない。
このように、クラツド部の屈折率を下げる方式は有利な
特性をもつ。
特に、VAD法の焼結工程において、フツ素を添加する
ことの利点は、 均一にドープでき、平坦な屈折率分布を与えることが
できる。
処理速度が速い。すなわち数100〜1kg程度の多孔
質プリフオームを数時間以内で処理・ガラス化できる。
の2点において特に他方式よりすぐれている。
しかしながら、従来技術においては、常圧下でフツ素系
ガス100%雰囲気で、又は不活性ガスで希釈した雰囲
気で多孔質プリフオームを加熱処理することによりフツ
素を添加していたが、この方法では得られたガラス母材
中に気泡が残るという欠点があつた。特にVAD法では
フツ素を屈折率差で−0.5%以上添加しようとした場
合、得られたガラス母材中に殊に気泡を残存せしめ、フ
ツ素の添加量を多くすればするほど、この傾向は大きく
なる、という問題があつた。
さらに、不活性ガスを希釈ガスとして使用する場合、He
以外の例えばN2,Ar,O2等では、確実に得られたガラス母
材中に気泡を残さしめた。またHeガスの存在下でも同様
のことが起きた。また、Heは希釈ガスとしては好ましい
ガスであるが高価であり、ガラス母材を安価に供給する
ためにはコストの面で問題がありその使用は好ましくな
かつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、上述の従来技術の欠点を解消すること、すな
わち、気泡を残すことなくガラス微粒子集合体へのフツ
素のドープ量を向上すること、またフツ素ドープを高速
で行えるようにすること、さらには安価なガラス母材を
提供すること、を目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はVAD法またはOVPO法により製造されたガ
ラス微粒子集合体を透明化するにあたり、少なくとも1
時期、減圧した雰囲気でかつ実質的にSiF4ガスからなる
雰囲気でガス中に充分に弗素が添加されるまで加熱処理
することを特徴とする光フアイバ用ガラス母材の製造方
法である。
また本発明は上記においてSiF4ガスを吹き流しつつ加熱
処理するフツ素を含んだ光フアイバ用ガラス母材の製造
方法を提供するものであり、SiF4の圧力としては0.01〜
0.5気圧が好ましい。
〔作用〕
ガラス微粒子集合体(多孔質プリフオーム)を熱処理す
る工程において、減圧下で処理することで、反応効率を
高めうることは容易に類推可能である。しかし、単に密
閉した圧力容器を用い、内部にプリフオームとフツ素系
ガスを導入した減圧状態で熱処理を施しても良好なガラ
ス体を得ることは困難である。その理由は、1つは圧力
容器(炉心管)からの重金属汚染であり、もう1つは雰
囲気ガス自体の熱分解による反応効率の低下である。
さらにはフツ素系ガス中のフツ素以外の成分、例えばCF
4中のC(カーボン)、SF6中のS(カーボン)がガラス
中に残り、気泡の原因となることである。この点につい
ては、本発明を得る過程において、CF4を使用してガラ
ス中にフツ素を添加せしめた場合、発生した気泡中の成
分がCO2,COからなつていた事実を確認できた。また不活
性ガス(He,Ar,N2,O2等)の存在も確認できた。
このたび本発明者らが新たに得た上記の知見に基き、本
発明はフツ素化のためにSiF4を用るので、石英ガラスと
の反応は下記(1)の反応式 3SiO2(s)+SiF4(g)→4SiO1.5F(s)……(1) ただし s:固体 g:気体 のとおりであつて、従来のCF4やC2F6を用いる場合とは
異なり、CO2,CO等の余分なガスを発生しない。
さらに、SiF4を減圧下で吹き流すことによりSiF4ガスの
圧力を調整できると同時に、発熱炉からの汚染物質がガ
ラス微粒子集合体に達することなく運び去られるので、
ガラス微粒子集合体の清浄を保ち得るに加えて、ガラス
微粒子集合体中の揮発性の余剰物質を効率良く除去でき
る。
また常に新鮮なガスを供給することにより、最高の反応
効率が維持できることが判明した。これは下記(2)の反
応式 SiF4(g)→SiF2(g)+F2(g)……(2) で表される解離反応を抑える効果があるためと考えられ
る。
VAD法で得られた多孔質プリフオームの減圧下加熱処
理雰囲気(処理温度1200℃、時間3時間)における
SiF4ガスの分圧Pと、得られたガラス母材のシリカに対
する屈折率差Δnの関係を、第3図に示す。これによ
り、減圧雰囲気下ではフツ素はより効果的にドープさ
れ、屈折率を下げることが判る。
また、第4図に同プロセスの処理温度T(℃)と屈折率
差Δnの関係を示す。フツ素分圧が高く、処理温度が高
温であればあるほど屈折率差は大きくなる。但し、実際
問題としては、圧力が0.5気圧を越えるか、処理温度が
1400℃を越えると透明化後のガラス体に気泡が残り
やすい。従つてSiF4の圧力は0.01〜0.5気圧が好まし
い。また、温度が低すぎると反応が100%起こらず非効
率的なので、処理温度としては800℃以上が望まし
い。さらに弗素添加を実施する前に予め脱水を行うこと
は好ましい。なぜならば予め脱水することで、脱水され
た弗素添加母材を効率的に得ることができるからであ
る。本発明方法に用いる加熱処理装置の例を第1図に示
す。第1図において、1は支持棒、2は多孔質プリフオ
ーム、3は圧力容器、4は加熱部、5および7は加熱装
置、6はシール、8はガス配管を示し、この装置はさら
に9の圧力計、10のガス配管(流出部)、11のバル
ブ12の減圧系を備えている。ただし、これらはあくま
でも例示にすぎず、この構成に限定されるものではな
い。
〔実施例〕
実施例1 第1図に示すような熱処理装置を用い、純石英ガラス微
粒子集合体を、SiF4ガス100%雰囲気で圧力が0.2気
圧の状態にて温度1200℃において2時間加熱処理し
た。次いで、SiF4の添加を止め真空雰囲気にて該ガラス
微粒子集合体が溶融ガラス化するまで昇温加熱(160
0℃)し、透明ガラス母材を得た。
得られたガラスの負の屈折率は−0.5%であつた。この
母材を石英管に加工し、該石英管中にコア/クラツドを
有するプリフオームを挿入し、コラツプスし中実化し、
次いでフアイバ化したところ低損失なフアイバが得られ
た。このフアイバのコア径は5μm、フアイバ径は125
μmで、コア/クラツド間の屈折率差は0.5%であり、
その損失特性は波長1.55μmにおいて0.2dB/kmと優れた
ものであつた。
実施例2 第1図の装置を用い、VAD法にて作成した純石英スー
トをまず温度900℃に保持した該装置内にて充分脱水
しておいた。次にSiF4100%であつて、0.05気圧の雰
囲気とし、温度800℃より1600℃まで、3.5℃/
分の割合で昇温し該スートを透明ガラス化した。
得られたガラス母材の比屈折率差は−0.35%であり、残
留水分も0.1ppm以下であつた。
実施例3 実施例1におけるSiF4圧力のみを表1に示すように変化
させ、他は同条件にてガラス母材を作成した。得られた
ガラス母材の比屈折率差をも合せて表1に示す。
実施例4 実施例2と同様にSiF4の圧力を表2に示す条件とし、ガ
ラス母材を各10本ずつ作製した。得られたガラス母材
の比屈折率差と気泡の有無についても表2にまとめて示
す。
この結果、減圧にすることで気泡の残存を少なくするこ
とができると判る。
実施例5 第1図に示した装置を用いて、Δn=2%のGeドープさ
れた高N.Aガラスの周囲にシリカヌートを付着させたプ
リフオームを処理した。条件は温度1250℃、圧力0.
5気圧を維持してSiF4を150cc/分の流量として1時
間保持し、次いで温度1700℃のHeガス雰囲気0.2気
圧の条件下で透明化し、クラツド部でΔn=−0.63%を
持つた。Δn2.6%の高いNA母材を得た。
〔発明の効果〕
本発明方法は下記のような効果を奏する。
1)SiF4ガスを減圧下で流しながら熱処理することによ
り、フツ素の反応効率を落すことなく、得られたガラス
母材中に気泡を残すことなく、添加することが可能とな
った。
2)高速でフツ素添加が可能となった。
3)クラツドのΔnを低くした形の、高NA光フアイバー
用母材、純シリカコア光フアイバー用母材の作成が容易
になつた。
4)高価なHeを使用せずに、気泡のない、またOH基の
ないガラス母材が得られた。
さらに従来技術におけると同時、VAD法の焼結工程で
フツ素を添加する利点、すなわち平坦な屈折率分布およ
び処理速度における利点を有することは、言うまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に用いる加熱処理装置を説明する図、
第2図は、石英系ガラスにおける、シリカ中の酸化物
(重量%)と屈折率(nα)および屈折率差(Δn)の
関係を示すグラフ、 第3図はSiF4ガス分圧と屈折率差|Δn|の関係を示す
グラフ、 第4図は屈折率差Δnの処理温度依存性を示すグラフで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−81033(JP,A) 特開 昭59−152238(JP,A) 特開 昭60−255638(JP,A) 特開 昭61−215224(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】VAD法またはOVPO法により製造され
    たガラス微粒子集合体を透明化するにあたり、少なくと
    も1時期減圧した雰囲気でかつ実質的にSiF4ガスからな
    る雰囲気でガラス中に充分に弗素が添加されるまで加熱
    処理することを特徴とする光フアイバ用ガラス母材の製
    造方法。
  2. 【請求項2】弗素の添加と同時に透明ガラス化する特許
    請求の範囲第(1)項に記載の光フアイバ用ガラス母材の
    製造方法。
  3. 【請求項3】SiF4ガス圧が0.01〜0.5気圧である特許請
    求の範囲第(1)項に記載の光フアイバ用ガラス母材の製
    造方法。
  4. 【請求項4】ガラス微粒子集合体があらかじめ常圧下で
    脱水されたものである特許請求の範囲第(1)項に記載の
    光フアイバ用ガラス母材の製造方法。
  5. 【請求項5】ガラス微粒子集合体が高純度ガラスブロツ
    ク上にガラス微粒子を堆積せしめたものである特許請求
    の範囲第(1)項又は第(2)項に記載される光フアイバ用ガ
    ラス母材の製造方法。
JP60219090A 1985-03-18 1985-10-03 光フアイバ用ガラス母材の製造方法 Expired - Lifetime JPH0639335B2 (ja)

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