JPS61222936A - プラズマｃｖｄ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】 ｒ産業上の利用分野Ｊ 本発明は通信用、光学用のガラス母材を製造する際のプ
ラズマＣＶＤ法に関する。

Ｉ従来の技術１ 光フアイバ用、ロッドレンズ用などの母材を作製する手
段として、熱分解反応を利用する方法がいくつか提案さ
れている。

熱分解反応を利用する方法の多くは、所定の反応により
スート状のガラス微粒子が生成され、そのガラス微粒子
Ｍ（スート膜）の堆積と焼結が連続的に繰り返されて所
望厚さのガラス層が形成される。　　。

上記反応では、揮発性の高いドーパントが焼結に際して
揮散し、そのドーパントがガラス層中に取りこまれない
ことが多いので、これの対策としてスート膜の状態を経
ずに直接ガラス膜を堆積させる必要が生じる。

こうした必要を満足させる手段の一つに、プラズマＣＶ
Ｄ法があり、かかる方法は熱的に平衡なプラズマによる
もの、熱的に非平衡なプラズマによるものに分けられる
。

ここで平衡とは、電子の運動エネルギに基づく温度と分
子の運動エネルギに基づく温度（ガス温度にほぼ等しい
）とが等しいことを意味し、非平衡とは、電子の迂動エ
ネルギに基づく温度が分子の運動エネルギに基づく温度
よりも高いことを意味する。

平衡、非平衡とも、それぞれ異なった特徴を有している
が、前述の対策からは非平衡プラズマ方式がよいといえ
る。

一方、非平衡プラズマを用いた光フアイバ母材の製造方
法等に関して、これの基本的な技術が特公昭５ｆｌｌ−
５１１３８号公報に開示されている。

この従来技術では、非平衡プラズマ方式でありながらも
、ガス温度の低い領域を利用してガラス膜の合成を行な
うようにしており、言換えれば。

ガラスパイプ（サブストレイト）の加熱が無視できるほ
ど低温の領域でガラス合成しており、反応生成されたＳ
　ｉ０２等の分子も、はとんど加熱されていない。

したがってガラス膜の７ニールは、すべてガラスパイプ
外部からの加熱手段により行なわれる。

ｒ発明が解決しようとする問題点」 一般に、プラズマｃｖｎｉを介して特性のより良好な、
かつ、ガラス構造のより完全なガラス層を得るためには
、前述のごと〈スート膜の状態を経ずに直接ガラス膜を
ガラスパイプ内周面に堆積させ、しかも所定堆積面に付
着したガラス膜に内部応力が発生しないように、かつ、
そのガラス膜中の塩素含有量が少なくなるように、当該
ガラス膜を７ニールしながら上記堆積を繰り返すのがよ
いといえる。

ところで、非平衡プラズマによるガラスパイプの加熱が
ほとんどない領域でガラス合成を行なう前記従来技術の
場合、堆積したガラス膜の７ニ一ル手段としてパイプ外
部からの加熱に依存することとなるが、この際のガラス
パイプが熱伝導率の低い石英であることにより、そのパ
イプ外周部のみの温度が高くなってしまい、パイプ内部
のガラス層を十分に７ニールすることができないため。

高特性のガラス層が得がたくなる。

もちろん、ガラスパイプを強加熱した場合、そのパイプ
の漬れが起こり、しかもガラスパイプ内が減圧されてい
るので、常圧下の場合と比べ低温域でパイプの漬れが生
じる。

一方、デポジットされるＳ　ｉ０２等の分子自体も、前
記のごとき低温域では、ガラスパイプ内周面に付、ｎし
た後、これに熱が伝わり、アニールされることとなる。

そのためガラス膜がガラスパイプ内周面と完全接着する
のに時間がかかり、プラズマの移動速度が低く押えられ
、さらに原料の供給量も多くできない。

すなわち、ガラス堆積時の生産性を高めることができな
い。

本発明は上記の問題点に鑑み、特性のよいガラス層が効
率よく堆積形成できるプラズマＣＶＤ法を提供しようと
するものである。

ｒ問題点を解決するための手段１ 本発明は、酸素とともに石英系のガラスパイプ内に送り
こんだ原料気体を、プラズマの発生熱により酸化反応な
らびにガラス化してそのパイプ内、肩にガラス層を堆積
させるプラズマＣＶＤ法において、上記ガラスパイプ内
のガス圧を５〜２０Ｔｏｒｒに保持するとともにプラズ
マ中のガス温度を８００〜１２００℃に保持することを
特徴としている。

１作用１ 非平衡プラズマにおいては、電子の運動エネルギに基づ
く温度すなわち電子温度と、分子の運動エネルギに基づ
く温度すなわちガス温度とが異なり、電子温度がガス温
度よりも高い。

電子温度、ガス温度と圧力との関係は、ガスの種類、放
電電力、電源周波数などによって異なるが、例えば水銀
アークの場合、第２図のようになることが知られており
、同図で明らかなように、圧力が高くなるにつれて電子
温度が低くなり、逆にガス温度は高くなる。

前述した本発明方法での酸素プラズマ中でも上記と同様
のことがいえる。

非平衡プラズマにおいて、サブストレイトであるガラス
パイプ（石英）が軟化するまでガス温度を高めることは
可能であるが、非平衡プラズマから平衡プラズマに移行
するガス圧８０〜１００Ｔｏｒｒではガラスパイプが漬
れやすく、だれやすい。

したがって、ガラスパイプをアニールするための上限温
度としては、パイプ変形がないこと、その温度領域にお
いてスート膜を生成するような反応が起こらないか、ま
たはその反応が生じても無視できる程度に小さいことが
必要であり、一方。

上記アニール温度の下限としては、堆積ガラス層中の残
留塩素量が多いことによる発泡、さらには残留応力によ
りガラスパイプと堆積ガラス層との間にクラック等が発
生しないことが必要である。

かかる観点から、プラズマ中のガス温度が８００〜１２
００℃の範囲内にあるとき、上述した種々の問題が起こ
らない。

なお、ガラスパイプのアニール温度を補償する観点から
は、プラズマのガス温度は高いほど望ましく、実際上も
、　８０〜１００Ｔｏｒｒの高圧領域においてプラズマ
領域の移動速度を速めれば、ガラスパイプを潰すことの
ないガラス堆積が行なえる。

しかし、プラズマ中のガス温度を左右するパラメータす
なわちガス圧に関して、その上限はガス温度というより
もガラス膜質により定まる。

これはガス圧が高くなるにつれ、Ｓ　ｒ　０２等の分子
間衝突の発生確率が高くなるとともに分子温度も高くな
り、そのため、ガラス膜として堆積する前にガラス微粒
子相互が付着し合い、スート状となるからである。

このスート状ガラス微粒子は、ガラスパイプをその軟化
温度付近まで加熱することにより透明ガラス化できるが
、ガラスパイプが減圧状態に保持されている以上、この
ような加熱はほぼ不可能である。

したがってプラズマ中のガス圧は適切に設定されなけれ
ばならない。

かかるガス圧について、２ＧＴｏｒｒ以上ではスートが
形成されるので、その圧力の上限は２０Ｔａｒｒとなり
、その圧力の下限については、ＳｉＯ２等の分子が所定
堆積面に付着後、これが直ちにアニールされるに必要な
ガス温度が得られる値となる。

つまり、ガラスパイプの７ニ一ル温度との関係から、前
記プラズマ中のガス温度下限がｓｏｏ”ａとなっている
ため、上記ガス圧の下限は５Ｔｏｒｒとなる。

本発明方法では、プラズマＣＶＤ法において、ガラスパ
イプ内のガス圧を５〜２０Ｔｏｒｒに保持するとともに
プラズマ中のガス温度を８００−１２００”Ｏに保持す
るから、既述の問題を回避すべき条件を満足させること
となる。

なお、本発明方法において、プラズマ領域を例えば５０
ｃｍ／ｓｉｎ以下にて低速走査する場合、すなわちガラ
スパイプがプラズマにより加熱され、これによりガラス
膜を７ニールするに十分な温度が得られる場合、該パイ
プを外部から加熱する必要はない。

本発明方法において、プラズマ領域を例えば５〜１０＋
ｓ／ｓｉｎにて高速走査する場合、すなわちプラズマに
よりガラスパイプが十分に加熱されない場合、該パイプ
を外部から加熱する必要が生じる。

ｒ実　施　例１ つぎに本発明方法の具体的実施例につき、図面を参照し
て説明する。

第１図において、！はサブストレイ、トとしてのガラス
パイプであり、このガラスパイプｌは石英からなる。

２は上記ガラスパイプｌ内に発生させたプラズマである
。

３はプラズマ発生器（キャビティ）、４はマイクロ波発
振機である。

５は原料供給系、６は真空排気系である。

具体例１ 第１図において具体例１を実施するとき、ガラスバイブ
！トシテ全長１５００ｓｎ、内部直径１７ｍｍ、外部直
径２０ｍｍの高純度石英ガラス管を用いた。　　′放電
プラズマの発生に際しては２４５０ＭＨｚのマイクロ波
発振機４を用い、その出方をｓｓｏｗに設定した。

ガラスパイプｌ内には原料供給系５から主原料であるＳ
　ｒ　ＣＩ　４を５０ｓｃｃ■、フッ素系のドープ原料
としてＣ２ＣｌＦ５を５ｓｃｃｍ流し、さらに酸素を４
００ｓｃｃｍ流しつつ、そのパイプ内圧を１２．５Ｔｏ
ｒｒに保ち、プラズマ発生器３を２５ｃｍ／■ｉｎにて
往復移動させ、往復方向の総計７５回の堆積により光フ
アイバ用のクラッドガラスを合成した。

このとき、放射温度計によりプラズマが発生している箇
所のパイプ内壁温度を測定したところ、１１５０℃であ
った。

つぎにと記原料供給系５からのフッ素系ドープ原料の供
給量を漸減しながら、二乗分布の屈折率構造をもつ光フ
アイバ用のコアガラスを堆積回数４０回にて合成した。

この際、真空排気系６の真空ポンプを自動制御し、パイ
プ内圧が変動しないように保持した。

上記と同様にして測定したじプラズマ発生箇所のパイプ
内壁温度は１０５０℃であった。

こうしてガラス堆積されたガラスパイプ１をガラス旋盤
に取りつけ、酸水素炎によりコラプスして光フアイバ母
材とした後、当該母材を抵抗加熱炉により紡糸して光フ
ァイバを得た。

この光ファイバはコア直径５０ＪＬ■、クラッド厚１５
ｇｍ、外径（直径）　１２５　ｕＬｍ　テあり、ＮＡは
０．２０であった。

かかる光ファイバの伝送特性は、波長０．８５７ｚｍ：
３ｄＢ／ｋｍ、波長１．３　ＪＬｍ：０．５ｄＢ／ｋｍ
テあり、さらにそノ伝送帯域は、０．８５ｐ、ｔｍ帯：
５００ＭＨｚ　＠ｋｍ、　　１．３　ｇ国帯＋８００Ｍ
Ｈｚ　＠ｋｍであった。

具体例２ 第１図において具体例２を実施するとき、ガラスパイプ
！を外部加熱すべく、そのパイプ外周には筒型の電気炉
７を配置した ガラスパイプｌとしては全長１５００■組内部直径１−
７ｍｍ、外部直径２１０■の高純度石英ガラス管を用い
た。

放電プラズマの発生に際しては２４５０ＭＨｚのマイク
ロ波発振機４を用い、その出方を８５０Ｗに設定した。

ガラスパイプ１内には原料供給系５がら主原料であるＳ
　＋　ＣＩ　４を４００ｓｃｃ厘、フッ素系のドープ原
料としてＣ２ＣｌＦ５を４０ｓｃｃｓ流し、さらに酸素
を２ｓＬｍ流しつつ、そのパイプ内圧を１１．５Ｔｏｒ
ｒに保つとともにパイプ内壁が１２００”Ｃとなるよう
に電気炉７を温度調節した。

一方、プラズマ発生器３はこれを８０ｃｍ／ｗｉｎにて
往復移動させ、往復方向の総計１５００回の堆積により
光フアイバ用のクラッドガラスを合成した。

つぎに上記原料供給系５からのフッ素系ドープ原料の供
給量を漸減しながら、二乗分布の屈折率構造をもつ光フ
アイバ用のコアガラスを堆積回数７５０回にて合成した
。

この際、真空排気系６の真空ポンプを自動制御し、パイ
プ内圧が変動しないように保持した。

こうしてガラス堆積されたガラスパイプｌをガラス旋盤
に取りつけ、酸水素炎によりコラプスして直径１３■ｍ
、長さ７００ｍｍの光フアイバ母材とした後、当該母材
を抵抗加熱炉により紡糸して光ファイバを得た。

この光ファイバはコア直径５０ＪＬ厘、クラッド厚１８
ルｍ、外径（直径）１２５ル麿、長さ７に腸であり、　
ＦＦＰ法にて測定したＮＡは０，２０であった。

かかる光ファイバの伝送特性は、波長０．８５ｇｍ：２
．６ｄＢ／ｋｍ、波長１．３　ｇｍ：ｏ、４ｄＢ／ｋｍ
テあり、その伝送帯域は、０．８５Ｂｍ帯：１．５　Ｇ
Ｈｚ・ｋｍ、　１．３　ｇｗｒ帯：２．ＯＧＨｚ・ｋｍ
であった。

「発明の効果」 以上説明した通り、本発明方法によるときは、プラズマ
ＣＶＤ法において、ガラスパイプ内のガス圧、プラズマ
中のガス温度を適切に保持するから、特性のよいガラス
層が効率よ〈堆積形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の略示説明図、第２図は水銀アーク
における電子温度、ガス温度と圧力との関係を示した図
である。 １−・・ガラスパイプ ２　Φ・・プラズマ ３　・・・プラズマ発生器（キャビティ）４　・・・マ
イクロ波発振機 ５−・・原料供給系 ６　・・・真空排気系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素とともに石英系のガラスパイプ内に送りこん
   だ原料気体を、プラズマの発生熱により酸化反応ならび
   にガラス化してそのパイプ内周にガラス層を堆積させる
   プラズマＣＶＤ法において、上記ガラスパイプ内のガス
   圧を５〜２０Ｔｏｒｒに保持するとともにプラズマ中の
   ガス温度を８００〜１２００℃に保持することを特徴と
   するプラズマＣＶＤ法。
2. （２）ガラスパイプの長手方向に沿い、プラズマ領域を
   ５〜１０ｍ／ｍｉｎにて高速走査する特許請求の範囲第
   １項記載のプラズマＣＶＤ法。
3. （３）ガラスパイプの長手方向に沿い、プラズマ領域を
   ５０ｃｍ／ｍｉｎ以下にて低速走査する特許請求の範囲
   第１項記載のプラズマＣＶＤ法。