JPH085684B2 - 石英ガラスの製法 - Google Patents

石英ガラスの製法

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JPH085684B2 JP2049100A JP4910090A JPH085684B2 JP H085684 B2 JPH085684 B2 JP H085684B2 JP 2049100 A JP2049100 A JP 2049100A JP 4910090 A JP4910090 A JP 4910090A JP H085684 B2 JPH085684 B2 JP H085684B2
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    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
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    • 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]
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    • C03B37/01433Reactant delivery systems for delivering and depositing additional reactants as liquids or solutions, e.g. for solution doping of the porous glass preform
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    • C03C2201/36Doped silica-based glasses containing metals containing rare earth metals containing rare earth metals and aluminium, e.g. Er-Al co-doped

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ファイバ型光増幅器等に好適なアルミニ
ウムとエルビウムとがドープされた石英ガラスを製造す
る方法に関する。
〔従来の技術〕
ファイバ型光増幅器として、エルビウムをドープした
光ファイバが知られている。しかし、このエルビウムド
ープ光ファイバにあっては、その動作特性に比較的大き
な波長依存性を有しており、通信用光源の波長の微かな
変動により、動作利得が大きく変化する不都合がある。
このため、近時、アルミニウムとエルビウムとを共に
添加した光ファイバが、波長依存性が小さく、上述の不
都合を解消しうるものとして開発されつつある。
しかしながら、アルミニウムをエルビウムとともに石
英ガラス中に均一に添加することは、以下に記載のよう
に困難であり、工業的製造が事実上不可能に近い状態に
ある。
すなわち、アルミニウムをドーパントするためのドー
パント原料としては、三塩化アルミニウム(AlCl3)を
用いることになる。ところが、この三塩化アルミニウム
は常温では固体であり、かつ180〜182℃で昇華する昇華
性を有していることから通常の四塩化ケイ素(SiCl4
や四塩化ゲルマニウム(GeCl4)などのガス化に用いら
れるハブリング法が適用できない。このため、固体状の
三塩化アルミニウムを昇華点以上の温度に加熱してガス
化し、これをガラス生成系に供給し、ガス状の四塩化ケ
イ素などの他のガラス原料ガスとともにMCVD法、VAD法
などの気相合成法によってこれらの酸化物からなるガラ
ス微粒子の集合体(スート)とする方法がとられてい
る。
しかし、この方法にあっては、三塩化アルミニウムを
その昇華点付近で加熱する際の温度制御が極めて難し
く、このため昇華ガスのガス量を一定に保つことやある
いはガス量を変化させることが困難である。
また、このようにしてアルミニウムを不均一ではある
がドープしたガラス微粒子集合体を次工程として塩化エ
ルビウム酸水溶液に浸漬してエルビウムを添加し、つい
でこれを加熱し透明ガラス化してアルミニウムとエルビ
ウムとをドープすることになるが、それぞれのドーパン
トの添加が別々の工程で行われるため、両者の添加比率
の制御が難しいと言う問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
よって、この発明での課題は、アルミニウムとエルビ
ウムとを均一に添加することができ、またこれらの添加
比率を容易に制御することができるアルミニウム・エル
ビウム共添加石英ガラスの製法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
かかる課題を解決するため、この発明では気相合成法
によって得られ、その嵩密度が0.4〜0.7g/cm3の範囲で
全体に均一である石英ガラス微粒子集合体に、塩化アル
ミニウムと塩化エルビウムを溶解したアルコール溶液を
浸透せしめたのち、これを加熱して、アルミニウムとエ
ルビウムが石英ガラス中にドープされた石英ガラス体は
得る方法を採用した。
以下、この方法を詳しく説明する。
まず、母体となるべき石英ガラス微粒子集合体を用意
する。この石英ガラス微粒子集合体は、VAD法、OVD法な
どの周知の気相合成法によって得られるもので、熱酸化
反応や火炎加水分解反応によって合成された酸化ケイ素
あるいは酸化ケイ素と酸化ゲルマニウム、酸化ホウ素な
どのドーパントとの混合酸化物からなる微粒子を堆積さ
せてなる多孔質体である。
この石英ガラス微粒子集合体の形状は、VAD法による
ものであれば、棒状の出発母材の先端にその軸方向に石
英ガラス微粒子が堆積した棒状であり、またOVD法によ
るものであれば棒状の出発母材の外周面にその半径方向
に石英ガラス微粒子を堆積させたのち、出発母材を引き
抜いた筒状となっているが、これらに限られることはな
い。
この石英ガラス微粒子集合体は、その嵩密度が0.4〜
0.7g/cm3の範囲にあることが望ましく、かつその中心部
分と表面部分とで嵩密度が均一であることが好ましい。
嵩密度が0.4g/cm3未満では機械的強度が不足し、次工程
での塩化アルミニウムと塩化エルビウムのアルコール溶
液の浸透操作に耐えられず、0.7g/cm3を越えると上記ア
ルコール溶液の集合体中心部分への浸透が速やかにかつ
十分に行われなくなる。嵩密度が0.4g/cm3未満であれ
ば、ヘリウム、アルゴンなどの不活性雰囲気中で、加熱
処理することによって0.4〜0.7g/cm3の範囲内に高める
ことができる。このための加熱温度は、石英ガラス微粒
子集合体を構成するガラスの種類によって異なり、石英
ガラスのみから構成されたものでは1200〜1300℃の範囲
で、石英ガラスに酸化ゲルマニウムや酸化ホウ素などが
添加されたガラスから構成されたものでは700〜1100℃
の範囲で熱処理される。この加熱処理により、石英ガラ
ス微粒子集合体をなすガラス微粒子の表面が溶融し、ガ
ラス微粒子間の間隙が縮まったものとなり、これに伴い
その嵩密度も0.4〜0.7g/cm3程度に増加する。
また、通常のVAD法で得られた石英ガラス微粒子集合
体にあっては、その中心部分の嵩密度が高く(0.4〜0.4
5g/cm3程度)、表面部分のそれが低い(0.25g/cm3
度)ものとなる傾向がある。したがって、上記アルコー
ル溶液の均一な浸透を行ううえで、良い結果を持たらさ
ない。このため、石英ガラス微粒子集合体の嵩密度が中
心部と表面部とで差がないものを得ることのできるVAD
法が好ましく、例えば石英ガラス微粒子集合体の形成
時、該集合体のガラス微粒子堆積部位におる中心部分の
温度と表面部分の温度との温度差を100℃以内とする方
法などを採用することで、嵩密度が均一な石英ガラス微
粒子集合体が得られる。また、通常のVAD法で得られた
石英ガラス微粒子集合体をそのガラスの溶融温度に近い
温度で短時間、複数回加熱することで、その表面部分の
みの嵩密度を高める方法も可能である。
一方、これとは別に塩化アルミニウムと塩化エルビウ
ムを混合して溶解したアルコール溶液を用意する。塩化
アルミニウムとしては、三塩化物の無水塩あるいは含水
塩が用いられる。また、塩化エルビウムとしては、三塩
化物の無水塩が用いられる。さらに、アルコールとして
は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコー
ル、ブタノールなどが用いられる、好ましくは炭素数が
2〜5の一価アルコールが用いられる。塩化アルミニウ
ムおよび塩化エルビウムの濃度は、ドーパント添加量に
よって定められ、限定されないが通常塩化アルミニウム
では1〜30重量%、塩化エルビウムでは0.1〜1重量%
程度とされる。また、塩化アルミニウムと塩化エルビウ
ムとを同一または別種のアルコールにそれぞれ溶解し、
この2種の溶液を適宜の混合割合で混合してもよい。
ついで、このようにして得られた塩化アルミニウムと
塩化エルビウムとの混合アルコール溶液を石英ガラス微
粒子集合体中に浸透させる。この浸透操作としては、集
合体を混合アルコール溶液中に0.5〜24時間程度浸漬す
る方法が最も簡単である。また、混合アルコール溶液を
集合体上に滴下したり、塗布したりすることも可能であ
る。さらに浸透操作前に集合体を真空中で放置して集合
体の空隙中の気体、水分等を吸引、排除して混合アルコ
ール溶液の浸透を即ししてもよい。
このようにして、混合アルコール溶液が浸透された集
合体は、ついで、不活性ガス雰囲気中において、70〜10
0℃で96時間以上加熱され、十分にアルコールが取り除
かれる。勿論、減圧乾燥を併用することもできる。
ついで、この乾燥された集合体を電気炉などの加熱炉
中でヘリウムやアルゴンなどの不活性雰囲気下1400〜16
00℃で加熱して熔融し透明ガラス化して、酸化アルミニ
ウムおよび酸化エルビウムをドープした石英ガラスから
なる石英ガラス体を得る。この透明ガラス化の際に、加
熱炉中に塩素ガスを流しながら加熱処理し、集合体中に
残留する水分(水酸基)を除去することも可能である。
このような石英ガラスの製法においては、混合アルコ
ール溶液中の塩化アルミニウムおよび塩化エルビウムの
濃度、溶液の浸透量などを調節することにより、これら
のドープ量を簡単かつ正確に定めることができ、石英ガ
ラス中のこれらドーパント量を均一とすることができ
る。また、従来の方法では取扱いが面倒であった塩化ア
ルミニウムをドーパント原料として簡単に取扱うことが
できるとともに得られる石英ガラスに発泡などの欠陥が
生じることがない。
〔実施例〕
(実施例1) VAD法によって、嵩密度が0.4g/cm3で、かつ半径方向
に均一である石英ガラス微粒子集合体を得た。一方、三
塩化アルミニウムの19.9重量%エタノール溶液350gと、
三塩化エルビウムの0.53重量%エタノール溶液200gとを
混合して、混合アルコール溶液550gを作成し、この混合
アルコール溶液中に上記集合体を常温で24時間浸漬し
た。これにより約100gの混合アルコール溶液が集合体中
に吸収された。
ついで、このものを100℃の窒素気流中で24時間乾燥
させ、さらに100℃で12時間真空乾燥した。ついで、こ
れを電気炉中で脱水、焼結を行って、棒状の石英ガラス
とした。
この石英ガラスには、泡が全く認められず、ICP法に
よる分析ではアルミニウムが2000ppm、エルビウムが800
ppm添加されており、かつすべての部位でその含有量が
ほぼ一定であることが確認された。
また、この石英ガラスからなるコアと、フッ素添加石
英ガラスからなるクラッドとを有する径125μmの光フ
ァイバを作成し、この光ファイバに波長1.48μm、パワ
ー48mWのポンプ光を入力したところ、最大利得22dBで広
い波長範囲にわたって高利得の光増幅が行われることが
わかった。
(実施例2) VAD法によって、嵩密度が0.3g/cm3の石英ガラス微粒
子集合体を得た。この集合体を均熱型の電気炉中で加熱
し、嵩密度を0.7g/cm3とした。
この集合体を実施例1同様に処理して石英ガラスと
し、さらに同様にして光ファイバとした。この光ファイ
バの光増幅の最大利得は21dBで広い波長範囲にわたって
高利得の光増幅がなされることがわかった。
(比較例) 実施例2において、加熱処理によって嵩密度を0.8g/c
m3とした石英ガラス微粒子集合体を得た。この集合体を
実施例1で使用した混合アルコール溶液中に浸漬したと
ころ、溶液をほとんど吸収せず、24時間浸漬しても集合
体の重量増加は20gであった。このものから同様にして
石英ガラスを得たところ、アルミニウム400ppm、エルビ
ウム160ppmが添加されていた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明の石英ガラスの製法
は、気相合成法によって得られ、その嵩密度が0.4〜0.7
g/cm3の範囲で全体に均一である石英ガラス微粒子集合
体に、塩化アルミニウムと塩化エルビウムを溶解したア
ルコール溶液を浸透せしめたのち、これを加熱して、ア
ルミニウムとエルビウムが石英ガラス中にドープされた
石英ガラス体を得るものであるので、極めて簡単な操作
と簡単な設備によってアルミニウムとエルビウムを均一
にドープすることができる。また、ドープ量は正確かつ
任意に調節することができるとともに得られた石英ガラ
スには泡などの欠陥がなく、高品質なものとなり、生産
性も高いものとなるなどの効果を奏する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気相合成法によって得られ、その嵩密度が
    0.4〜0.7g/cm3の範囲で、かつ全体に均一である石英ガ
    ラス微粒子集合体に、塩化アルミニウムと塩化エルビウ
    ムを溶解したアルコール溶液を浸透せしめたのち、これ
    を加熱して、アルミニウムとエルビウムが石英ガラス中
    にドープされた石英ガラス体は得ることを特徴とする石
    英ガラスの製法。
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