JPS60108342A - 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］ 本発明は、効率良く製造可能とするカルコゲナｌ＋＋」
をニー１１−ノ・Ｐ−−ＮＩ＋−ツー１−ｊ山制萼を辻
−一関するものである。

［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てに権限
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、１くＲ３−５，ＴＩ　Ｓｒ　、
Ｋ（１、ＫＢｒなどの結晶材料、ＢａＦ２−Ｇｄ　Ｆａ
　Ｚｌ’　Ｆａ　、　Ｐｂ　ｒ２Ａｉ　Ｆ３　、Ｐｂ　
Ｆ２　Ｚｒ　Ｆａなとのフッ化物力゛ラスｔ、１１３　
、さらにＱｅ−３ｅ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３ｅ、テルルＴｅのう
ち少くとも一つを構成元素とするカルコが士イドガラ２
４：ｔｍ　（１１石ガラスにお（する該竹弄素である酸
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、結晶材料特有の糖量性がないの
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く２０片付近）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、カルコゲナイドガラスファイバの製造方法どして
高純度のカルコゲナイドガラスの構成元素（例えばＡＳ
　、３ｅ等）石英カラス管内に真空封入後、ロッキング
ファーナス（揺動炉）で高温で長時間攪拌しながら溶融
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（ファ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清らかでなく、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
境界での散乱および吸収損失の低減化がむずかしかった
。

又、揺動炉で長時間（２０時間以上）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５７−９２５２９号公報に開示されて
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Ｉ！素金含有量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、有機金属化合物の熱分
解反応にて前記ガラス管内壁にカルコゲナイドガラス層
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、加熱源でさらにそ
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難しくな
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。

１￥ト明の目的］ 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ｆｉｌ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、反応管内に加熱源を設け、該加熱源を反応管
の長手方向に移動させることによって、加熱源に近接す
るガス状原料を熱分解させて反応させ、反応によって生
成されたカルコゲナイドガラス微粒子をその外周側の反
応管内壁面に堆積させるようにしである・。

［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図は反応管（成長管）を
拡大して示し、第３図は加熱源による反応管の長手方向
に対する温度分布を示す。

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、キヤ・リアη゛スとして例えば
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
て流量計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℃または室温
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、三方コック１１を経てガラス旋盤１２の回転
接続機構１３を介して支持台１４．１４に回転可能に支
承した反応管（成長管）１５に接続されている。

この反応管１５は円筒状ガラス管で形成され、その他端
は、回転接続機構１３′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１５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１２に設けた駆動機構により一定速度（３０〜１１
００ｒｐ＞で回転駆動し得るようにしである。

上記反応管１５に通じる接続管は、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を介して接続されている。

ところで、上記反応管１５の内部には、第２図に拡大し
て示すように、石英管２２の内側にニクロム線等を挿通
して加熱源としてのヒータ２３が収納されている。この
石英管２２の反応管１５内側に挿入されている先端は閉
塞され、且つこの基部側の外周は摺動自在に支持され、
モータ等用いた駆動袋！２４にて、反応管１４内をその
長手方向に沿って、矢符Ａで示すように一定速度で移動
（走査）されるようになっている。

上記ヒータ２３にはヒータ電源２５から加熱用電力が供
給されるようになっている。このヒータ２３によって、
該ヒータ２３外周は加熱され、（ヒータ２３又は反応管
１５の長手方向に対する）石英管２２外周面近傍の温度
分布は、第３図に示すように〈例えばニクロム線の巻線
密度を大きくする等して）ヒータ２３の先端付近で温度
Ｔａで極大となり、その部分より前方は急激に低くなり
、又、後方（左側）は極大の温度Ｔａよりかなり低い温
度ＴＩｌとなるようにしである。上記極大の温度Ｔａは
周囲のガス状原料を熱分解して反応させるに充分な温度
に設定され、一方、後方側の温度Ｔｌｌは、反応管１５
内壁面に堆積されたカルコゲナイドガラス２６層が蒸発
しない温度に設定されており、この湿度ＴＩの石英管２
２外周を通る際、ガス状原料は予熱され、その下流側の
石英管２２先端部にて速やかに熱分解し、且つ反応が速
やかに１１われてカルコゲナイドガラス２６の生成物が
能率的に生成され、且つ生成物が反応管１５内壁面上の
低温部に能率良く堆積するようにしである。

このように構成された１実施例の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・ブリフスームの製
造方法を以下に説明する一バブリング容器８内に収容し
た有機金属化合物としてのＱｅ　（ＳＣ２Ｈｓ　）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
精製アルゴンガスはバブリング容器８内に流入し、キャ
リアガスでＧｅ　（ＳＣ２Ｈａ　）４をバブリングし、
このアルゴンガスとともに反応管１５に移送する。この
反応管１５内に安定なＱｅ　−８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１５内に移送してもよい。

反応管１５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２６１１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１５は一例として外径１０〜２０１＋１１１、肉
厚１１位のものを用いる。反応管１５はガラス旋盤１２
により一定速度（例えば３０〜１００ｒｌ）ＩＩＩ）で
回転され、反応管１５内の周方向の温度を均一化するよ
うにしである。上記反応管１５内に、三方コック１１を
経て送り込まれるガス状原料は、反応管１５の長手方向
に沿って走査されるヒータ２３を収納した石英管２２外
周を、下流に向って流れる際前記ヒータ２３によって適
度の温度ＴＩまで加熱され、ざらにヒータ２３の先端部
付近で速やかに高温度まで加熱されて、（ガス状原料は
）熱分解されて反応し、その反応して生成されたカルコ
ゲナイドガラス２６膜は、その下流側の低温度の反応管
１５内壁面に堆積することになる。上記ヒータ２３が充
分右側までスキャンされると、ヒータ２３は速やかに左
側の初期状態の位置まで戻され（この場合、ヒータ２３
への通電を停止して行っても良い。）、再び右側へと一
定速度でスキャンされ、反応管１５内壁面に、均一なカ
ルコゲナイドガラス２６膜をスキャン回数に応じて堆積
させることができる。

ところで上記ヒータ２３による例えば左側から右側への
１回のスキャンによる成長層（成長速度）をあまり厚く
すると、Ｇｅ　−８系ガラス膜内に損失源℃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Ｑｅ　
（ＳＣ２Ｈ５）を量は気泡の発生しない範囲内に抑える
ことが必要である。

このため大きなコア径のものを得るためにはヒータ２３
のスキャン回数を増すことが必要である。

しかして、反応管１５内に所望のＧｅ　−３系カルコゲ
ナイドガラス膜が成長した後は、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１
５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、次に図示しない反応管１５外
周に設けたバーナ又は電気炉による加熱温度を化学気相
成長反応温度よりも高くし、反応管１５の表面張力を用
いて反応管１５を中実化することによってカルコゲナイ
ドガラスファイバ・プリフォームを製造できる。

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３．９または１９．２１を一時的に関き
、反応管１５内に少量のＧｅ　（ＳＣ２Ｈ５）４または
ＨｅＳを流してもよい。この中実化したプリフォームを
図示してない紡糸機にセットして中実化温度よりも幾分
高めの温度で紡糸づることにより所望のＧｅ　−５系カ
ルコゲナイドガラスフアイバを得ることができる。

このように構成された本発明の製造方法によれば、加熱
源としてのヒータ２３を反応管１５内に設けて、反応管
１５内壁面より内側の温度を高くできるようにして該ヒ
ータ２３でガス状原料を熱分解させて反応させると共に
、該反応により生成されたカルコゲナイドガラス２６を
低温の反応管１５内壁面に堆積させるように成長させる
ようにしであるので、加熱源をスキャンした場合にも堆
積した生成物を殆んど蒸発させることなく、製造するこ
とができる。

又、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ｉ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ブ
ナイドガラスファイバが容易に製造できる。また、有機
゛金属化合物をバブリングして用いるために、有機金属
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１５内に導入されないので、金属不純物に起因
する伝送損失も容易に低減化できる等積々の利点を有し
、光伝送損失の極めて少いカルコゲナイドガラスファイ
バを得ることのできる製造方法である。

又、本発明の製造方法によれば、ヒータ２３の先端部側
に輸送されるガス状原料は途中適宜温度ＴＩまで加熱さ
れているので、ヒータ２３の先端部付近を通りすぎる際
速やかに反応温度以上まで消温されて速やかに反応がな
されるので成長速度を大きくできる。さらに反応管１５
内側にヒータ２３を設けたことによって、反応管１５内
壁面側と中央部側との温度の差を大きくでき、温度設定
等の成長条件の設定の幅を大きくでき、成長条件の厳し
い材料を用いた場合にも広く適用できる。

又、カルコゲナイドガラス２６１１を厚く形成するに従
い、その層の最上部側がヒータ２３と次第に近接するよ
うになって、濃度が高くする場合にも、ヒータ２３側の
温度を小さくすることによって、蒸発させることなく、
堆積させることができ、堆積された厚さに応じて適切な
成長条件に設定することもできる。又、蒸発等し易い元
素等を含む場合にも、従来例よりも組成ずれの少い、均
一な組成の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。

尚、上述の実施例においては、反応管１５に対してヒー
タ２３側を移動させているが、これに限定されるもので
なく、反応管１５側を移動させるようにしても良い。

又、上述したものにおいて、所望とする厚さのカルコゲ
ナイドガラス２６ｍが成長した場合、反応管１５を加熱
して中実化させたプリフォームを形成しているが、本発
明はこれに限定されるものでなく、中実化しない（中空
の）プリフォームを形成したものも本発明に属するもの
である。ファイバ化する場合は該中空のプリフォームを
紡糸して、中空構造のカルコゲナイドガラスファイバを
製造し、この場合光伝送は中空部を用いて行う。

さらに、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−８系カル
コゲナイドガラスフアイバ拳プリフオームについて述べ
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Ｑｅ　（ＳＣ２Ｈｓ
　）ａ　、Ｇｅ　（Ｓｅ　Ｃ２Ｈ５）ｔ　、　Ｇｅ　（
Ｔｅ　Ｃ２Ｈ５＞４等）およびカルコゲン元素の水素化
物（例えばＨ２３ｅ　、　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
成長反応法が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・プリフォームに適用可能である。

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ＭＣＶＤ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
若干屈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ＭＣＶ
Ｄ法の場合と同様にコア部分の化学気相成長の際に屈折
率を変化させるドーバン１−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、反応管内に該反応管
に対して相対的に移動可能となる加熱源を設け、ガス状
原料を反応管の内側から加熱して反応させ、その反応生
成物を周囲の反応管内壁面に堆積させるようにしである
ので、加熱源をスキャンした場合にも堆積されたカルコ
ゲナイドガラス生成物を殆んど蒸発させることなく、ス
キャン回数に応じて成長させることができる。又、加熱
源を反応管の内側に設けたことにより、中央部側と周囲
の内壁面側との温度差を大きくでき、反応筒外円から加
熱した従来例の場合よりも温度設定の幅等の成長条件の
設定の自由度を大きくでき、成長条件の厳しい材料を用
いる場合にも適用できる。又、比較的簡単な構造の装置
によって、不純物の混入も少くできる等の光伝送損失の
少ｔＩ）品質の優れたカルコゲナイドガラスファイバ・
プリフォーム及びファイバを製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係り、第１図は本発明に
用いられる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一部切欠き側面図、第
３図は第２図におけるヒータによる長手方向に対する温
度分布を示す分布図である。 １・・・アルゴンガスタンク　２・・・純化ｉ置３．４
．９，１０．１９．２１・・・バルブ５．６．２０・・
・流量計 ７・・・恒温槽　８・・・バブリング容器１１・・・三
方コック　１２・・・ガラス旋盤１３．１３′・・・回
転接続機構 １４・・・支持台　１５・・・反応管 １６・・・排気処理装置　２２・・・石英管２３・・・
ヒータ　２４・・・駆動装謂２５・・・ヒータ電源 ２６・・・カルコゲナイドガラス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＭＣＶＤ法によるガラスファイバを製造するためのプリ
   フォームの製造方法において、酸素含有「を極力少くし
   た高純度ガスのキャリアと共に、酸素を含まず、カルコ
   ゲン元素を含有する有機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、該反応管内に設けて、
   反応管に対してその長手方向に相対的に走査される加熱
   源によって、前記有機金属化合物の熱分解反応により、
   反応管内壁にカルコゲナイドガラス層を形成する工程を
   有す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＠遣方法。