JPS60108337A - カルコゲナイドガラスフアイバ・プリフオ−ムの製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本５ビ明は、効率良く製造可能とするカルコゲナイドガ
ラスファイバ・プリフォームの製造方法に関するもので
ある。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、石英ガラス系ファイバの光伝送損失はすでに極限
状態に近いと言われており、さらに低損失化を実現する
ためには赤外領域での吸収損失およびレーリー散乱損失
を減少させることが必要である。

またレーザメスなどのエネルギー伝送用としては可撓性
のある低損失赤外用光ファイバが必要である。これらの
条件を満足するためには、超長波長帯で低損失の特性を
有する材料が望ましく、ＫＲ８−５，Ｔｌａｒ　、ＫＣ
ｌ１．ＫＢｒなどの結晶材料、ＢａＦ２　Ｇｄ　Ｆｓ　
７ｒ　Ｆａ　、Ｐｂ　Ｆ２Ａｌ１　Ｆ３　、Ｐｂ　Ｆ２
７ｒ　Ｆａなどのフッ化物ガラス材料、さらに（３ｅ−
８ｅなどのカルコゲナイドガラス材料などの研究及び検
討が進められている。

これらの中で、イオウＳ、セレンＳｅ、テルルＴｅのう
ち少くとも一つを構成元素とするカルコケナイトガラス
は酸化物ガラスにおける陰性元素である酸素Ｏと周期率
表が同族で原子番号の大きいカルコゲン元素すなわちイ
オウ、セレン、テルルで置換した硫化物、セレン化物、
テルル化物のガラスを総称して言うが、耐水性、耐酸性
にすぐれ、結晶材料特有の見回性がないので、加工性が
良く、曲げないどにも強く、さらにフッ化物ガラスより
も長波長（２ＯＪＪＩＩｌ付近）まで透過性にすぐれて
おり、カルコゲナイドガラスの主要伝送損失要因である
酸素および金属不純物を減少することができれば超長波
長帯の光フアイバ材料として有望である。

従来、カルコゲナイドカラスファイバの製造方法として
高純度のカルコゲナイドガラスの構成元素（例えばＡｓ
　、　Ｓｅ等）容英ガラス管内に真空封入後、ロッキン
グファーナス（揺動戸）で高温で長時間１１拌しながら
溶融し、しかるのち室温まで冷却し、クラッドで被覆さ
れてないプリフォーム（）１イバ化した場合のコア部分
に相当する）を成形してから紡糸し、さらにテフロンチ
ューブなどの被覆を施してクラッド部を製作する方法が
あった。

ところがこの方法は、製造工程が多いために酸素および
金属不純物により汚染される度合が多く、低損失化がむ
ずかしかった。またファイバのクラッド部を被覆法で作
るために、コアとクラッドの境界面が滑らかでなく、か
つ境界面に異物の混入が生じやすく、コアとクラッドの
境稈での散乱および吸収損失の低減化がむずかしがった
。

又、揺動戸で長時間（２ＣＩＲ間以上）混合加熱する必
要があるため、量産化に適するものでなかった。さらに
ファイバ化までの製造工程が多く非能率な生産方法であ
った。

このため、特開昭５７−９２５２９Ｍ公報に開示されて
いる従来例は、石英ガラス系ファイバの製造に用いられ
るＭＣＶＤ法（内付けＣＶＤ法とも呼ばれる）を利用す
ると共に、その際酸素含有量を極力少くした高純度不活
性ガスをキャリアガスとして用いることによって、該キ
ャリアガスにて有機金属化合物をスキャンしながら加熱
されるガラス管内に運び込み、有１金属化合物の熱分解
反応にて前記ガラス管内壁にカルコゲナイドガラス唐を
、加熱源のスキャン回数に応じて堆積させるように形成
している。

この従来例によれば、酸素の混入の割合の少く、光伝送
損失の少いカルコゲナイドファイバを製造できるが、成
長管（反応管）としての上記ガラス管を加熱源で加熱し
てカルコゲナイドガラス膜を形成する場合の温度分布が
、管内壁側が高く、中心部側が低くなるため、管壁に堆
積するように形成されたガラス膜が、加熱源でその上に
堆積形成するためにスキャンした際、形成されたものを
蒸発させてしまい製造効率が低くなる不都合があった。

この不都合は、原料ガスの分解温度と、カルコゲナイド
ガラス膜の蒸発温度とが近接している場合に特に問題と
なるものであった。又、上記不都合を防止するために、
成長条件としての温度設定等の設定が雌しくなるという
問題があった。さらに、温度によって膜の組成の変化が
生じることもあった。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、堆積
されたカルコゲナイドガラス膜を蒸発させることなく、
走査回数に応じて堆積量を増加できるようにしたカルコ
ゲナイドガラスファイバ・プリフォームの製造方法を提
供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、反応管内の同心状中、央にガラス棒又はガラ
ス管を挿通して反応物の付着堆積領域を形成して、周囲
の原料ガスを分解反応させる領域と分離化することによ
って、堆積したガラス膜を蒸発させることなく、加熱の
走査回数に応じて堆積速度を増大できるようにしである
。

「発明の実施例」 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。第１
図ないし第３図は本発明に係り、第１図は本発明に用い
る製造装置の構成を示し、第２図は第１図の反応管を拡
大して示し、第３図は第１図の製造装置によって製造さ
れたカルコゲナイドガラスフフィバ・プリフォームの断
面形状を示す。

第１図に示すように、本発明の製造方法に係る第１実施
例の製造装置において、アルゴンガスを収容したアルゴ
ンガスタンク１は純化装置２に接続され、この純化装置
２からバルブ３，４を経て流ｍ計５．６にそれぞれ通じ
るようになっている。

上記流量計５は恒温槽７内に一定の温度（０℃またはｉ
温付近の温度）で保持したバブリング容器８に、接続管
にて通じるようになっており、この接続管はバブリング
容器８内に収容した有機金属化合物中にまで延在させで
ある。このバブリング容器８内には酸素を含まずカルコ
ゲン元素を含む有機金属化合物Ｇｅ　（ＳＣ２Ｈ５）４
が収容されている。このバブリング容器８からの接続管
はバルブ９を経て流量計６からのバルブ１０を設けた接
続管と合流し、ガラス旋盤１１０回転接続機構１２を介
して支持台１３．１３に回転可能に支承した反応管（成
長管）１４に接続されている。この反応管１４は円筒状
ガラス管で形成され、その他端は、回転接続ｌＸ１４ｆ
ａ１５を介して排気処理装置１６に接続されている。本
実施例に係る装置では反応管１４は、クラッドとなる比
較的低屈折率のガラスであり、ガラス旋盤１１に設けた
駆動機構により一定速度（３０〜１０１００ｒｌ１で回
転駆動し得るようにしである。

上記反応管１４は、加熱源としてのバーナ１７で該反応
管１４の軸線方向に一定の走査速度で移動しながら反応
管１４を加熱することができるようになっている。また
反応管１４は、該反応管′１４に至る接続管の途中に硫
化水素を収容した硫化水素タンク１８とバルブ１９、流
量計２０、バルブ２１を介して通じることができるよう
になっている。

ところで、上記反応管１４内には、第２図に拡大して示
すように該反応管１４と同心となるガラス棒２３が挿通
され、該ガラス棒２３の両端は、例えば回転接続機構１
２．１５で支持され、外周の反応管１４と共に回転され
るようになっている。

上記反応管１４内に設けられたガラス棒２３は、バーナ
１７で加熱して原料ガスを熱分解して反応させて形成し
た反応物を該ガラス捧２３外周に膜状にＩＷ積させるた
めのものであり、バーナ１７でスキャンしながら加熱し
た際の反応管１４内部の温度分布が最も低くなる中心に
冶りてガラス棒２３を設けて、該ガラス？！２３外周を
反応物堆積領域としたことが本発明の特徴となっている
。

上記バーナ１７でスキャンしながら加熱した場合におけ
る反応管１４内部の温度は、中心部において堆積される
反応物が殆んど蒸発しない温度になるように、バーナ１
７の温度及びスキャン速度を設定されている。

このように構成された製造装置を用いた本発明のカルコ
ゲナイドガラスファイバ・プリフォームの製造方法を以
下に説明する。

パフリング容器８内に収容した有機金属化合物としての
Ｑｅ　（ＳＣ２Ｈ５）ｔは所定温度に保持される。アル
ゴンガスタンク１内に収容したアルゴンガスは純化装置
２を経て酸素含有量の少い精製アルゴンガスとなり、バ
ルブ３．９を開くと、この精製アルゴンカスはバブリン
グ容器８内に流入し、キャリアガスでＱｅ　（ＳＣ２Ｈ
５）ａをバブリングし、このアルゴンガスとともに反応
管１４に移送される。この反応管１４内に安定なＱｅ−
Ｓ系カルコゲナイドガラス膜を得るため、反応条件によ
ってはバルブ１９．２１を開き、Ｈ２Ｓを同時に反応管
１４内に移送してもよい。反応管１４の材料としてファ
イバ状態でのコアとクラッドの間のひずみを最小にする
ため、化学気相成長するカルコゲナイドガラス膜の熱膨
張率、軟化点にほぼ等しいガラス管を用いることが望ま
しい。

反応管１４は一例として外径１０〜２０ＩＩ１ｍ、肉厚
Ｉｎ＋ｍ位のものを用いる。反応管１４はガラス旋盤１
１により一定速度（例えば３０〜１０１００ｒｐで回転
され、且つ一定の走査速度で反応管１４の軸方向に排気
側に向けて移動するバーナ１７で幅狭く加熱される。こ
の加熱によって、反応管１４内のＧｆ３　（ＳＣ２Ｈ５
）４が熱分解し、温度の低い中心軸に沿って挿通された
ガラス棒２３外周に堆積される。尚、加熱源としては、
上記バーナ１７に限られるものでなく、幅狭く加熱でき
るものであれば良く、高周波加熱等の局部加熱用電気炉
を用いても良い。又、加熱温度は、Ｇｅ（ＳＣ２Ｈ５）
４の分解温度４００℃よりも幾分高い方が望ましく、こ
の温度においては、ガラス棒２３外周から堆積形成され
たカルコゲナイドガラス膜は殆ｌυど蒸発しないように
維持される。

どころＣ、バーナ１７の温度は均一なガラス膜をＩＲる
ため、ガラス膜が一方向のみに成長するように反応ガス
の流動方向（第１図において符号Ａで示す）にバーナ１
７が移動する時のみガラス膜の成長反応温度に保ち、逆
方向に移動する時には成長反応温度より低い１度に保つ
ことが望ましい。

上述のような有機金属化合物の化学気相成長反応法の場
合、成長速度は加熱温度よりもむしろ反応ガス山に大き
く依存するもので、Ｇｅ　−８系ガラス膜厚は恒温槽温
度（バブラ一温度）でのＧｅ（ＳＣ２Ｈ５）４の蒸気圧
、キャリアガスＡｒの流母、バーナ１７のスキャン回数
によって制御される。１回当りのスキャンによる成長層
（成長速度）を厚くしすぎると、Ｇｅ　−８系ガラス膜
内に光伝送の損失源となる気泡が取り込まれるので１回
のスキャンにより成長するＧｅ　（ＳＣ２Ｈ５）４量は
気泡の発生しない範囲内に押えることが必要である。こ
のため大きなコア径を得るためにはバーナ１７のスキャ
ン回数を増すことが必要である。反応管１４内のガラス
棒２３外周に所望のＧｅ　−８系カルコゲナイドガラス
ＦＩ　＜ガラス居）２４が成長した後は、バルブ３，９
およびバルブ１９．２１を閉じバルブ４，１０を開き反
応管１４内を酸素含有量の少い精製アルゴンガスで置換
した後バルブ４，１０を閉じ、次にバーナ１７の温度を
化学気相成長反応温度よりも高くし、反応管１４の表面
張力を用いて反応管１４を中実化することによって、第
３図に示す断面構造のＧｅ　−３系カルコゲナイドガラ
スフアイバ・プリフォーム（該ファイバ用プリフォーム
）２５を製造できる（符号２４の部分はガラス状となる
。）。

つまりガラス梓２３の外周に堆Ｉｆ′るように形成され
たカルコゲナイドガラス層２４の外周はさらに反応管１
４内壁面と一体化された３重栴造のＧｅ−８系カルコゲ
ナイドガラスフアイバ・ブリフＡ−ム２５が製造できる
ことになる。

上記中実化条件に応じて中実の際のイオウＳの蒸発を抑
制するためのバルブ５，９または２０゜２１を一時的に
間き、反応管１４内に少量のＱｅ（ＳＣ２Ｈ５）４また
はＨ２Ｓを流してもよい。

この中実化して形成したプリフォーム２５からカルコゲ
ナイドガラスファイバにするには、さらに図示してない
紡糸−にセットして中実化温度よりも幾分高めのｉｔで
紡糸することにより所望のＧｅ　−８系カルコゲナイド
ガラスフアイバを得ることができる。

このように構成した製造装置によって製造されるカルコ
ゲナイドガラスファイバ・プリフォームの製造方法は、
石英ガラス管に真空封入して溶融後ファイバ化する方法
とは異なり、光の通るコア部分が製造工程中、外気に触
れず、さらに酸素を含有しないカルコゲン元素を含む有
機金属化合物を反応ガスとして用いるため、反応ガス内
の酸素を極力減らすことが容易で、ＯＨのない低損失な
カルコゲナイドガラスファイバを容易に製造可能にする
。

又、バーナ１７等の加熱源にてスキャンさせながら原料
ガスを熱分解して形成した反応物を、温度の低い反応ｖ
ｔ１４の中央部に設けたガラス棒２３外周に堆積させる
ようにして反応管１４内における部分をガラス棒２３外
周の反応物堆積用（成長用）領域と、該ガラス棒２３外
周の径方向外側の原料ガス反応化領域とに分離するよう
にしであるので、バーナ１７をスキャンした際にも、堆
積した反応物としてのカルコゲナイドガラス膜を殆んど
蒸発させることなく堆１（成長）させることができ、ス
キャン回数に応じてカルコゲナイドカラス層を成長させ
ることができ、従来例に比べて効率良くカルコゲナイド
ガラスファイバ・プリフォーム及びそれを用いたガラス
ファイバを製造できる。

さらに、有機金属化合物をバブリングして用いるために
、有様金属化合物内に含まれる金属不純物などは蒸気圧
の差によって反応管内に導入されないので、金属不純物
による伝送損失も容易に低減化できる等種々利点を有し
光伝送損失の極めて少いカルコゲナイドガラスファイバ
を製造することができる。

第４図は本発明に係る製造装置の第２実施例の一部を示
す。

この実施例においては、上記第１実施例における反応管
１４内に挿通されたガラス棒２３の代りに、中空のガラ
ス管３１が挿通されている。このガラス管３１は、その
両端がそれぞれ回転接続機構１２．１５を経て接続管内
を挿通され、途中で外部に延設され、空気等の気体（場
合によっては液体でも良い）を一方から中空部を通して
他方に排出してガラス管３１の外壁の温度を低く保持あ
るいは設定できるようになっている。

この他は、上記第１実施例と同様の構成になっている。

上記第２実施例の製造装置によって上記第１実施例と殆
んど同様にしてカルコゲナイドガラスファイバ・プリフ
ォームを製造できる。又、その作用効果も略同様のもの
となる他に、加熱源がより高い温度に設定されてもスキ
ャンして加熱した際ガラス管３１外周のカルコゲナイド
ガラス層２４の部分を蒸発しないようにできるので、温
度設定等の成長条件の設定が容易になる。尚、中実化す
る場合にはガラス管３１内側に熱風を通せば中実化し易
くできる。

尚、本発明に製造方法によって製造されたＧｅ−５系カ
ルコゲナイドガラスファイバ・プリフォーム２５を紡糸
してファイバを製造した場合、３重構造になり、通常は
カルコゲナイドガラス部分をコア部とし、外周をクラッ
ド部として光伝送に用いることができるが、ガラス棒２
３又は（中実化される）ガラス管３１による中央部を低
屈折率のガラス材料を用いてこの部分を光伝送部分とし
て用い、外周側の屈折率の大きいカルコゲナイドガラス
境界で全反射させて、光伝送することもできる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されることなく特許
請求の範囲内で種々の変更を加えることのできるもので
ある。−例として図示の実施例ではＧｅ　−３系カルコ
ゲナイドガラスファイバについて述べたがこれに限定さ
れることなく酸素を含まずカルコゲン元素を含む有機金
属化合物（例えば＋３ｅ　（ＳＣ２Ｈ５）ａ　、Ｇｅ　
（Ｓｅ　Ｃ２Ｈ５）ａ　、　Ｇｅ　（Ｔｅ　Ｃ２Ｈ５）
ａ等）およびカルコゲン元素の水素化物（例えばＨ２Ｓ
ｅ　、　Ｈ２Ｔｅ　。

Ｈ２Ｓ等）のうち酸素のない反応雰囲気で有機金属化合
物の化学気相成長反応法か可能なものならすべて本発明
のカルコゲナイドガラスファイバ＜に適用可能である。

また上述の実施例ではコア部分のみの化学気相反応につ
いてのべたが、石英系ガラスファイバのＭ　ＣＶ　Ｄ法
と同様にコア部分の化学気相成長を行う前にコア部分よ
りも若干回折率の低いカルコゲナイドガラスのクラッド
を化学気相成長により形成することも可能である。さら
に上述の実施例では屈折率を一定にしたコア部分の化学
気相反応についてのべたが、石英系ガラスファイバのＭ
ＣＶＤ法の場合と同様にコア部分の（ヒ学気相成長の際
に屈折率を変化させるドーノ＼ントをドープしてコア部
分の屈折率分布を放物線形にすることも可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、反応管の内側に、該
反応管を加熱した場合における）８度分布の低くなる中
央部分にガラス棒ないしはガラス管を設けて、カルコゲ
ナイドガラス膜の成長域を形成しであるので、加熱源の
スキャン回数に応じて堆積を増加でき、効率的にカルコ
ゲナイドガラスファイバ・プリフォームを製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に用いられる第１実施例の製
造装置の構成を示す説明図、第２図は第１図の反応管の
一部を拡大して示す断面図、第３図は本発明によって製
造されたカルコゲナイドガラスファイバ・プリフォーム
を示す断面図、第４図は本発明に係る第２実施例の製造
装置にお【ノる反応管周辺部を一部切欠いて示す側面口
である。 １・・・アルゴンガス　２・・・純化装置３．４・・・
バルブ　５．６・・・流量計７・・・恒温槽　８・・・
バブリング容器９，１０・・・バルブ　１１・・・ガラ
ス旋盤１２．１５・・・回転接続機構 １３・・・支持台　１４・・・反応管 １７・・・バーナ　２３・・・ガラス棒２４・・・カル
コゲナイドガラス膜（層）２５・・・カルコゲナイドガ
ラスファイバ・ブリフｔ−ム ３１・・・ガラス管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＭＣＶＤ法によるガラスファイバの製造工傳呈に
   おいて、酸素含有ｍを極力少くした高純度不活性ガスの
   キャリアガスとともに酸素を含まずカルコゲン元素を含
   有する有線金属化合物を円筒状のガラス管で形成した反
   応管内に送り込み、有機全屈化合物の熱分解反応により
   前記反応管内に設けたガラス棒又はガラス管外周壁面に
   カルコゲナイドガラス収を前記反応管外部に設けられた
   加熱源のスキャン回数に応じて堆積させて形成し、次に
   この反応管内部を中実化して製造されることを特徴とす
   るカルコゲナイドガラスファイバ・プリフォームの製造
   方法。