JPS62108746A - ガラス物品の製造方法 - Google Patents
ガラス物品の製造方法Info
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- JPS62108746A JPS62108746A JP61258682A JP25868286A JPS62108746A JP S62108746 A JPS62108746 A JP S62108746A JP 61258682 A JP61258682 A JP 61258682A JP 25868286 A JP25868286 A JP 25868286A JP S62108746 A JPS62108746 A JP S62108746A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は例えば屈折率勾配のような予め定められた屈折
率分布を有する光学装置を作成するための方法に関する
。さらに詳細には、本発明はミ気相沈積されたシリカガ
ラス等よりなる多孔質プリフオームを処理してそれの選
択された領域の屈折率を修正する方法に関する。
率分布を有する光学装置を作成するための方法に関する
。さらに詳細には、本発明はミ気相沈積されたシリカガ
ラス等よりなる多孔質プリフオームを処理してそれの選
択された領域の屈折率を修正する方法に関する。
ドープされたシリカを気相沈積することは、光導波路フ
ァイバを形成するために最も一般的に用いられている方
法である。この種のファイバには通常、シリカの屈折率
より大きい屈折率を有するガラスを形成するためにはＧ
ｅｍ、またはＰ ２０ ｓをドープされ、あるいはシリ
カの屈折率より小さい屈折率を有するガラスを形成する
ためにはＢ２０．またはフッ素をドープされる。フッ素
は長い波長での吸収が少ないから、約１．２μｍ以上の
波長での伝送では、Ｂ２０．よりも好ましい。
ァイバを形成するために最も一般的に用いられている方
法である。この種のファイバには通常、シリカの屈折率
より大きい屈折率を有するガラスを形成するためにはＧ
ｅｍ、またはＰ ２０ ｓをドープされ、あるいはシリ
カの屈折率より小さい屈折率を有するガラスを形成する
ためにはＢ２０．またはフッ素をドープされる。フッ素
は長い波長での吸収が少ないから、約１．２μｍ以上の
波長での伝送では、Ｂ２０．よりも好ましい。
フッ素は、シリカ・コアと、フッ素をドープされたシリ
カ・クラッドを有する単一モード・ファイバにおける唯
一のドーパントとして用いられている。また、フッ素は
、ゼロ分散波長を変更するために他のドーパントと一緒
に単一モード・ファイバのコアに添加されており、さら
にまた屈折率および粘度のような特性の所望の組合せを
得るために、他のドーパントと一緒に添加されている。
カ・クラッドを有する単一モード・ファイバにおける唯
一のドーパントとして用いられている。また、フッ素は
、ゼロ分散波長を変更するために他のドーパントと一緒
に単一モード・ファイバのコアに添加されており、さら
にまた屈折率および粘度のような特性の所望の組合せを
得るために、他のドーパントと一緒に添加されている。
例えば、シリカ基体チューブと同じ屈折率を有する拡散
障壁を形成するために、シリカにフッ素とＢ２０．が添
加されうる。
障壁を形成するために、シリカにフッ素とＢ２０．が添
加されうる。
気相沈積されるガラスにフッ素をドーパントとして直接
沈積させようとする場合には困難を伴なう、米国特許第
４３３５９３４号には、フッ素は、基体チューブの内表
面上におけるドープされたシリカガラスの沈積速度を低
下させる傾向があることが報告されている。火炎加水分
解バーナによって放出された反応物流にフッ素を含有し
た化合物を添加すると、マンドレル上に収集されるガラ
ススートの沈積速度が低下することが認められた。
沈積させようとする場合には困難を伴なう、米国特許第
４３３５９３４号には、フッ素は、基体チューブの内表
面上におけるドープされたシリカガラスの沈積速度を低
下させる傾向があることが報告されている。火炎加水分
解バーナによって放出された反応物流にフッ素を含有し
た化合物を添加すると、マンドレル上に収集されるガラ
ススートの沈積速度が低下することが認められた。
また、一般に、フッ素とゲルマニアがシリカと一緒に沈
積されると、その結果得られる物品にシード（ｓｅｅｄ
ｓ）が形成された。
積されると、その結果得られる物品にシード（ｓｅｅｄ
ｓ）が形成された。
火炎加水分解バーナにＣ，Ｆ、を供給することによって
フッ素をドープされたシリカを形成しようとする場合に
は他の難点が経験された。ＣｔＦｈの量が増加されても
、得られるガラスにおけるフッ素の量を約０．６重置％
以上に多くすることば困難である。これは、フッ素をド
ープされたシリカ粒子がバーナ炎内で直ちに形成される
わけではないこと、つまりフッ素は、それがバーナから
スート・プリフォームに移行するにつれてシリカ粒子内
に拡散しなければならないことに基因する。この拡散は
１秒以下の時間以内に行なわれなければならない。シリ
カ粒子の近傍のフッ素の分圧は、炎に供給されるフッ素
が周囲の大気中に拡散するので、非常に低い。さらに、
シリカ粒子の近傍のフッ素のうちのあるものは炎内に存
在するヒドロキシル・イオンと反応してＨＦを形成し、
従って、粒子をドープするためには利用できなくなる。
フッ素をドープされたシリカを形成しようとする場合に
は他の難点が経験された。ＣｔＦｈの量が増加されても
、得られるガラスにおけるフッ素の量を約０．６重置％
以上に多くすることば困難である。これは、フッ素をド
ープされたシリカ粒子がバーナ炎内で直ちに形成される
わけではないこと、つまりフッ素は、それがバーナから
スート・プリフォームに移行するにつれてシリカ粒子内
に拡散しなければならないことに基因する。この拡散は
１秒以下の時間以内に行なわれなければならない。シリ
カ粒子の近傍のフッ素の分圧は、炎に供給されるフッ素
が周囲の大気中に拡散するので、非常に低い。さらに、
シリカ粒子の近傍のフッ素のうちのあるものは炎内に存
在するヒドロキシル・イオンと反応してＨＦを形成し、
従って、粒子をドープするためには利用できなくなる。
気相沈積されたシリカまたはドープされたシリカガラス
にドープするためのより効果的な方法では、多孔質材料
が沈積された後でかつその材料が焼結（ｃｏｎｓｏｌｉ
ｄａＬｉｏｎ）されて透明なガラスとなされる前にガラ
スをフッ素で処理することが行なわれている。この方法
では、多孔質のプリフォームがガス状のフッ素またはフ
ッ素化合物に接触され、それらのガス状フッ素またはフ
ッ素化合物が屈折率修正用ドーパントとしてガラス内に
吸収される。
にドープするためのより効果的な方法では、多孔質材料
が沈積された後でかつその材料が焼結（ｃｏｎｓｏｌｉ
ｄａＬｉｏｎ）されて透明なガラスとなされる前にガラ
スをフッ素で処理することが行なわれている。この方法
では、多孔質のプリフォームがガス状のフッ素またはフ
ッ素化合物に接触され、それらのガス状フッ素またはフ
ッ素化合物が屈折率修正用ドーパントとしてガラス内に
吸収される。
公告されたフランス特許出Ｉ第２４２８６１８号には、
出発部材上に多孔質シリカ層を沈積させ、そよによって
得られた多孔質プリフォームを加熱して完全に溶融させ
るのではなく部分的に焼結させ、そしてそのプリフォー
ム内にフッ素をゆっくりと拡散させてプリフォーム内に
屈折率勾配を形成することにより、グレーデッド・イン
デックス型コアとクラッドを有し、フッ素が唯一のドー
パントである光ファイバを作成することが開示されてい
る。しかしながら、この方法によって得られるドーピン
グ分布は拡散勾配に限定され、ステップ型分布および／
または勾配の傾斜の制御は可能でない。
出発部材上に多孔質シリカ層を沈積させ、そよによって
得られた多孔質プリフォームを加熱して完全に溶融させ
るのではなく部分的に焼結させ、そしてそのプリフォー
ム内にフッ素をゆっくりと拡散させてプリフォーム内に
屈折率勾配を形成することにより、グレーデッド・イン
デックス型コアとクラッドを有し、フッ素が唯一のドー
パントである光ファイバを作成することが開示されてい
る。しかしながら、この方法によって得られるドーピン
グ分布は拡散勾配に限定され、ステップ型分布および／
または勾配の傾斜の制御は可能でない。
特開昭５６−５０１３６号には、ファイバの帯域幅を改
善するようにコア・プリフォームの周辺屈折率分布を修
正することを意図したグレーデッド・インデックス型プ
リフォームに使用するためのフッ素処理法について記載
されている。その方法では、プリフォームはフッ素（あ
るいはホウ素を含んだ）雰囲気で処理される前には焼結
されず、その場合のフッ素処理はプリフォームのコアの
縁部屈折率分布だけが調節されるような性質のものであ
る。
善するようにコア・プリフォームの周辺屈折率分布を修
正することを意図したグレーデッド・インデックス型プ
リフォームに使用するためのフッ素処理法について記載
されている。その方法では、プリフォームはフッ素（あ
るいはホウ素を含んだ）雰囲気で処理される前には焼結
されず、その場合のフッ素処理はプリフォームのコアの
縁部屈折率分布だけが調節されるような性質のものであ
る。
公開されたヨーロッパ特許出願第ＥＰ
０１３９５３２号では、上述のフッ素処理をプリフォー
ムの全横断に適用し、プリフォーム直径のほとんどまた
は全部にわたって屈折率の全般的な低下を生じさせてい
る。その方法では、プリフォームがまず脱水のために焼
結温度より低い温度に加熱され、そして次にそのプリフ
ォームの屈折率を均一に低下させるために、迅速な焼結
を生ずる温度より低い温度でかつフッ素の存在下でさら
に加熱される。プリフォームのコア材料がガラス・ロッ
ドとしであるいは高密度スート層として供給される場合
には、フッ素処理は主としてクラッド材料の屈折率に影
響する。
ムの全横断に適用し、プリフォーム直径のほとんどまた
は全部にわたって屈折率の全般的な低下を生じさせてい
る。その方法では、プリフォームがまず脱水のために焼
結温度より低い温度に加熱され、そして次にそのプリフ
ォームの屈折率を均一に低下させるために、迅速な焼結
を生ずる温度より低い温度でかつフッ素の存在下でさら
に加熱される。プリフォームのコア材料がガラス・ロッ
ドとしであるいは高密度スート層として供給される場合
には、フッ素処理は主としてクラッド材料の屈折率に影
響する。
フッ素またはホウ素のような気化されたドーパントを多
孔質スート・プリフォームにドープするための上述した
各従来方法では、正確なドーピング分布にわたる制御が
困難であるかあるいは不正確である。ステップ分布と拡
散勾配についてだけしか記載されていないが、ドーピン
グ分布の選択が制限され、かつある場合には、特定の分
布を得るためには、コアおよびクラッド要素に対する独
立の乾燥、ドーピングおよび焼結のような余分な処理工
程を必要としうる。
孔質スート・プリフォームにドープするための上述した
各従来方法では、正確なドーピング分布にわたる制御が
困難であるかあるいは不正確である。ステップ分布と拡
散勾配についてだけしか記載されていないが、ドーピン
グ分布の選択が制限され、かつある場合には、特定の分
布を得るためには、コアおよびクラッド要素に対する独
立の乾燥、ドーピングおよび焼結のような余分な処理工
程を必要としうる。
本発明は、フッ素またはホウ素のような気化ドーパント
を多孔質ガラス・スート・プリフォームにドープする方
法であって、従来技術よりも柔軟性のある屈折率分布制
御を可能にする方法を提供する０本発明の方法は一般に
、ガラス・スート沈積の後でかつ気化されたドーパント
による処理に先立って、密度分布のための熱処理を行な
い、その場合、プリフォームは、最終製品に必要とされ
るドーピング分布に対応した密度分布を発生ずるように
加熱される。
を多孔質ガラス・スート・プリフォームにドープする方
法であって、従来技術よりも柔軟性のある屈折率分布制
御を可能にする方法を提供する０本発明の方法は一般に
、ガラス・スート沈積の後でかつ気化されたドーパント
による処理に先立って、密度分布のための熱処理を行な
い、その場合、プリフォームは、最終製品に必要とされ
るドーピング分布に対応した密度分布を発生ずるように
加熱される。
本発明は、少なくとも１つの横断面寸法において選択さ
れたステップおよび／またはグレーデッド・インデック
ス分布をガラス・プリフォームに与えるために気化され
たドーパントを用いる改良された方法を提供とすること
を広義の特徴とする。
れたステップおよび／またはグレーデッド・インデック
ス分布をガラス・プリフォームに与えるために気化され
たドーパントを用いる改良された方法を提供とすること
を広義の特徴とする。
本発明の方法によれば、ＳｉＯ□および少なくとも一種
類のそれと一緒に沈積されたドーパントよりなる多孔質
のスート・プリフォームがまず準備される。上記一緒に
沈積されるドーパントは、Ｇ１３０ｘ 、Ｐｓｉｓ −
Ｂ２Ｏｓ 、Ｔ ｒｏｔ 、ＭｇＯ。
類のそれと一緒に沈積されたドーパントよりなる多孔質
のスート・プリフォームがまず準備される。上記一緒に
沈積されるドーパントは、Ｇ１３０ｘ 、Ｐｓｉｓ −
Ｂ２Ｏｓ 、Ｔ ｒｏｔ 、ＭｇＯ。
ＡＮ２Ｏ＊あるいはガラスを形成するためにＳｉＯ□と
一緒に酸化物として沈積されうる他の公知のドーパント
のうちの任意のものであり得、ガラス内でＳｉＯ□と結
合された場合にＳｉＯ２の軟化温度を低下させるもので
ある。さらに、上記一緒に沈積されるドーパントは、プ
リフォーム内に比較的高いドーパント濃度の帯域と、比
較的低いドーパント濃度の帯域を発生させるために、プ
リフォームの横断面寸法を横切る方向に選択されたステ
ップおよび／またはグレーデッド４度分布を形成するよ
うに濃度を変化させて導入される。
一緒に酸化物として沈積されうる他の公知のドーパント
のうちの任意のものであり得、ガラス内でＳｉＯ□と結
合された場合にＳｉＯ２の軟化温度を低下させるもので
ある。さらに、上記一緒に沈積されるドーパントは、プ
リフォーム内に比較的高いドーパント濃度の帯域と、比
較的低いドーパント濃度の帯域を発生させるために、プ
リフォームの横断面寸法を横切る方向に選択されたステ
ップおよび／またはグレーデッド４度分布を形成するよ
うに濃度を変化させて導入される。
このようにして準備されたガラス・スート・プリフォー
ムは、次に必要に応じて脱水された後に、ドープされて
いない溶融Ｓ ｉ Ｏｚの焼結温度より低（、プリフォ
ーム内の比較的高いドーパント濃度の帯域の１つまたは
それ以上を少なくとも部分的に焼結するのに有効な温度
より高い温度に加熱される。この加熱工程による焼結に
よって、元のドーパント分布に対応したステップおよび
／またはグレーデッド密度分布を有する選択的に密度を
高くされたプリフォームが得られ、このプリフォームは
、より高いドーパント濃度を有する比較的小さい内表面
積の領域と、一緒に沈積されるドーパントをほとんど含
んでいない比較的大きい内表面積の領域を有している。
ムは、次に必要に応じて脱水された後に、ドープされて
いない溶融Ｓ ｉ Ｏｚの焼結温度より低（、プリフォ
ーム内の比較的高いドーパント濃度の帯域の１つまたは
それ以上を少なくとも部分的に焼結するのに有効な温度
より高い温度に加熱される。この加熱工程による焼結に
よって、元のドーパント分布に対応したステップおよび
／またはグレーデッド密度分布を有する選択的に密度を
高くされたプリフォームが得られ、このプリフォームは
、より高いドーパント濃度を有する比較的小さい内表面
積の領域と、一緒に沈積されるドーパントをほとんど含
んでいない比較的大きい内表面積の領域を有している。
上述の加熱工程によって得られた選択的に密度を高くさ
れたプリフォームは、フッ素のような気化した第２のド
ーパントよりなる雰囲気に、その第２のドーパントがプ
リフォームによって内部的に吸収されうるに十分な時間
のあいだ、露呈される。先行加熱工程によって強く焼結
されなかったプリフォーム内の領域の粘度が高くあるい
は表面積が大きいので、ドーパントの吸収がこれらの領
域において部分的にあるいは完全に焼結された領域にお
けるよりもより多く、その結果、第２のドーパントの濃
度分布がプリフォーム内の内部表面積変動に一般的に対
応したものとなる。通常は、その結果として、最初に一
緒に沈積されたドーパントを含まないプリフォーム領域
のドーピングが比較的高いレヘルで生じ、最初のドーパ
ントを高４度で含む領域のドーピングはほとんど生じな
い。
れたプリフォームは、フッ素のような気化した第２のド
ーパントよりなる雰囲気に、その第２のドーパントがプ
リフォームによって内部的に吸収されうるに十分な時間
のあいだ、露呈される。先行加熱工程によって強く焼結
されなかったプリフォーム内の領域の粘度が高くあるい
は表面積が大きいので、ドーパントの吸収がこれらの領
域において部分的にあるいは完全に焼結された領域にお
けるよりもより多く、その結果、第２のドーパントの濃
度分布がプリフォーム内の内部表面積変動に一般的に対
応したものとなる。通常は、その結果として、最初に一
緒に沈積されたドーパントを含まないプリフォーム領域
のドーピングが比較的高いレヘルで生じ、最初のドーパ
ントを高４度で含む領域のドーピングはほとんど生じな
い。
最後に、上述のようにドープされたプリフォームがさら
に加熱されて焼結され、遇明なガラスとなされ、その結
果化したガラスは、最初に一緒に沈積されたドーパント
と吸収された気化ドーパントの屈折率に対する合成効果
の結果である屈折率分布を有する。これらの効果を用い
れば、ステップ変化、グラジェント変化、およびそれら
の組合せよりなる屈折率分布（このような屈折率分布は
フッ素またはホウ素のようなドーパントを添加するため
の他の方法を用いては都合よく得ることができない）が
都合よく実現される。
に加熱されて焼結され、遇明なガラスとなされ、その結
果化したガラスは、最初に一緒に沈積されたドーパント
と吸収された気化ドーパントの屈折率に対する合成効果
の結果である屈折率分布を有する。これらの効果を用い
れば、ステップ変化、グラジェント変化、およびそれら
の組合せよりなる屈折率分布（このような屈折率分布は
フッ素またはホウ素のようなドーパントを添加するため
の他の方法を用いては都合よく得ることができない）が
都合よく実現される。
以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
本発明の方法は、線引きして先導波路ファイバとするた
めに用いられる円筒状のガラス・プリフォームを製造す
るのに特に有用である。従って、以下の記述はこの種の
プリフォームに関してなされるが、本発明はそれに限定
されるものではない。
めに用いられる円筒状のガラス・プリフォームを製造す
るのに特に有用である。従って、以下の記述はこの種の
プリフォームに関してなされるが、本発明はそれに限定
されるものではない。
このようなファイバの情報伝送容量は、ファイバの半径
方向屈折率分布、すなわち、ファイバの中心から外周ま
での半径方向横断面寸法に沿ったファイバの屈折率分布
に直接依存する。
方向屈折率分布、すなわち、ファイバの中心から外周ま
での半径方向横断面寸法に沿ったファイバの屈折率分布
に直接依存する。
例えば米国特許第３８２３９９５号に記載されている光
導波路ファイバのためのガラス・プリフォームを作成す
るための１つの有用な方法では、火炎酸化バーナから回
転マンドレルにＳｉｎｇを含有したガラス粒子またはス
ートを沈積させて一連の多孔質ガラス層を形成すること
によって円筒状のプリフォームが堆積される。ガラスが
沈積されている際にそのガラスに導入するドーパントの
量を変化させることによって、これらのプリフォームに
おいて屈折率の半径方向の変化が容易に発生される。こ
の方法によれば、ステップ分布、グレーデッド・インデ
ックス分布あるいはステップ部分とグレーデッド部分よ
りなる組合せ分布のいずれかのドープされたシリカ・ガ
ラスで得られる木質的に任意所望の屈折率分布が、バー
ナに供給されるドーパント原料化合物の供給時間と量を
適当に制御することによって発生されうる。
導波路ファイバのためのガラス・プリフォームを作成す
るための１つの有用な方法では、火炎酸化バーナから回
転マンドレルにＳｉｎｇを含有したガラス粒子またはス
ートを沈積させて一連の多孔質ガラス層を形成すること
によって円筒状のプリフォームが堆積される。ガラスが
沈積されている際にそのガラスに導入するドーパントの
量を変化させることによって、これらのプリフォームに
おいて屈折率の半径方向の変化が容易に発生される。こ
の方法によれば、ステップ分布、グレーデッド・インデ
ックス分布あるいはステップ部分とグレーデッド部分よ
りなる組合せ分布のいずれかのドープされたシリカ・ガ
ラスで得られる木質的に任意所望の屈折率分布が、バー
ナに供給されるドーパント原料化合物の供給時間と量を
適当に制御することによって発生されうる。
この方法によって円筒状の多孔質シリカ・ガラス・プリ
フォームに導入されうるドーパントとしては、Ｇｅ０ｚ
、Ｐｉｅｓ 、Ｔｉ０ｚ 、Ｂ２Ｏ２、Ａβｚｏｘ
、Ｍ ｇ Ｏおよび他のガラス修正用酸化物ならびに少
量のフッ素のような元素ドーパント等がある。これらの
ドーパントをＳｉＯ□と一緒に沈積させるために５ｉＣ
１ａ と一緒に炎酸化させるのに適した原料化合物とし
ては、Ｇｅ Ｃｅ ４、ＰＯＣ７！１、ＢＣｅｓ 、Ａ
ｌＩＣ１ｚ 、ＴｉＣｌ４、およびＣｚ Ｆ ｂのよう
な気化したフルオロカーボン等がある。
フォームに導入されうるドーパントとしては、Ｇｅ０ｚ
、Ｐｉｅｓ 、Ｔｉ０ｚ 、Ｂ２Ｏ２、Ａβｚｏｘ
、Ｍ ｇ Ｏおよび他のガラス修正用酸化物ならびに少
量のフッ素のような元素ドーパント等がある。これらの
ドーパントをＳｉＯ□と一緒に沈積させるために５ｉＣ
１ａ と一緒に炎酸化させるのに適した原料化合物とし
ては、Ｇｅ Ｃｅ ４、ＰＯＣ７！１、ＢＣｅｓ 、Ａ
ｌＩＣ１ｚ 、ＴｉＣｌ４、およびＣｚ Ｆ ｂのよう
な気化したフルオロカーボン等がある。
本発明を実施する場合には、炎酸化および沈積工程時に
プリフォームに導入されるべきドーパント（同時沈積ド
ーパントと呼ぶ）はドープされたシリカ・ガラスの軟化
温度をドープされていない溶融シリカの軟化温度よりも
低く低下させるドーパントである。なお、ドープされて
いない溶融シリカの軟化温度は約１５８０℃と考えられ
ている。
プリフォームに導入されるべきドーパント（同時沈積ド
ーパントと呼ぶ）はドープされたシリカ・ガラスの軟化
温度をドープされていない溶融シリカの軟化温度よりも
低く低下させるドーパントである。なお、ドープされて
いない溶融シリカの軟化温度は約１５８０℃と考えられ
ている。
そのドーパントは、ガラスの相分離またはガラス質化を
生じさせることなしに溶融シリカの軟化温度を大幅に低
下させるのに十分な量だけ添加されうるちのであること
が最も好ましい、この目的のために好ましい一緒に沈積
されるドーパントの例としては、Ｇ ｅ Ｏｘ 、 Ｐ
ｘ０５ 、Ｔ ｉ ＯｘおよびＢ２０１等がある。こ
れらのドーパントの場合には、軟化の程度がドーピング
の程度に実質的に比例するので、プリフォーム上に沈積
されるガラスの各層の軟化についての良好な制御を得る
ことができる。このようにして、予め定められた軟化温
度を有し明瞭に画定された領域を有するプリフォームが
従来の沈積方法によって容易に形成されつる。
生じさせることなしに溶融シリカの軟化温度を大幅に低
下させるのに十分な量だけ添加されうるちのであること
が最も好ましい、この目的のために好ましい一緒に沈積
されるドーパントの例としては、Ｇ ｅ Ｏｘ 、 Ｐ
ｘ０５ 、Ｔ ｉ ＯｘおよびＢ２０１等がある。こ
れらのドーパントの場合には、軟化の程度がドーピング
の程度に実質的に比例するので、プリフォーム上に沈積
されるガラスの各層の軟化についての良好な制御を得る
ことができる。このようにして、予め定められた軟化温
度を有し明瞭に画定された領域を有するプリフォームが
従来の沈積方法によって容易に形成されつる。
第１図および第２図は、本発明で使用しうるプリフォー
ムを作成するために上述の方法を適用した場合について
概略的に示している。第１図において、炎酸化バーナ１
２はシリカを含有したスートを発生し、このスートが回
転しかつ軸線方向に往復移動するマンドレル上に沈積さ
れて層状の多孔質スート・プリフォーム１６を形成する
。多孔質プリフォーム１６の断面を示している第２図で
は、ガラス沈積工程時に多数領域１８ａおよび１８ｂが
沈積され、この場合、領域１８ａは比較的高濃度にドー
プされたシリカ含有ガラスよりなり、領域１８ｂはドー
パントをほとんど含有していないシリカ含有ガラスより
なっている。従って、領域１８ａにおける多孔質ガラス
はＳＲ域１８ｂにおける多孔質ガラスよりも低い軟化点
を有している。
ムを作成するために上述の方法を適用した場合について
概略的に示している。第１図において、炎酸化バーナ１
２はシリカを含有したスートを発生し、このスートが回
転しかつ軸線方向に往復移動するマンドレル上に沈積さ
れて層状の多孔質スート・プリフォーム１６を形成する
。多孔質プリフォーム１６の断面を示している第２図で
は、ガラス沈積工程時に多数領域１８ａおよび１８ｂが
沈積され、この場合、領域１８ａは比較的高濃度にドー
プされたシリカ含有ガラスよりなり、領域１８ｂはドー
パントをほとんど含有していないシリカ含有ガラスより
なっている。従って、領域１８ａにおける多孔質ガラス
はＳＲ域１８ｂにおける多孔質ガラスよりも低い軟化点
を有している。
予め定められたドーピング分布を有する多孔質ガラス・
プリフォームが準備されて後に、そのプリフォームは次
にそれの選択的焼結を生じさせるために熱処理にかけら
れる。公知のように、炎酸化によって生成された多孔質
ガラスの焼結温度は、ガラス組成の軟化温度に直接関係
しているが、一般に多孔質材料の大きい表面エネルギー
のために実際の軟化温度よりも実質的に低くなる０例え
ば、ドープされていないシリカ・ガラス・プリフォーム
は約１４００℃で急速に焼結されうる。それにもかかわ
らず、本発明で用いられる任意のシリカまたはドープさ
れたシリカ・ガラス組成の場合には、有効な焼結温度が
ルーチンな実験によって容易に決定されうる。従って、
各プリフォームにつき、それより低い場合には内部焼結
は生ぜず、それより高い場合にはプリフォーム全体が急
速に焼結して透明なガラスとなる温度範囲が確認されう
る。
プリフォームが準備されて後に、そのプリフォームは次
にそれの選択的焼結を生じさせるために熱処理にかけら
れる。公知のように、炎酸化によって生成された多孔質
ガラスの焼結温度は、ガラス組成の軟化温度に直接関係
しているが、一般に多孔質材料の大きい表面エネルギー
のために実際の軟化温度よりも実質的に低くなる０例え
ば、ドープされていないシリカ・ガラス・プリフォーム
は約１４００℃で急速に焼結されうる。それにもかかわ
らず、本発明で用いられる任意のシリカまたはドープさ
れたシリカ・ガラス組成の場合には、有効な焼結温度が
ルーチンな実験によって容易に決定されうる。従って、
各プリフォームにつき、それより低い場合には内部焼結
は生ぜず、それより高い場合にはプリフォーム全体が急
速に焼結して透明なガラスとなる温度範囲が確認されう
る。
焼結の開始とプリフォーム全体の急速かつ完全な焼結に
よって画定された温度範囲内で、選択的焼結、すなわち
プリフォーム内のある帯域のみの焼結または部分的焼結
が適当な速度で進行する温度または温度範囲が選択され
うる。適当な速度での焼結はプリフォーム内の軟かい領
域を部分的にのみ焼結させることができるので好ましい
やり方である。このような部分的に焼結されたガラスは
、その後の気相ドーピング工程時に気化ドーパントを透
過させうる状態にあり、従って、気化ドーパントの吸収
が少ないときには、多孔質プリフォーム内のドーパント
の動きに対して非透過性の障壁として作用しない。
よって画定された温度範囲内で、選択的焼結、すなわち
プリフォーム内のある帯域のみの焼結または部分的焼結
が適当な速度で進行する温度または温度範囲が選択され
うる。適当な速度での焼結はプリフォーム内の軟かい領
域を部分的にのみ焼結させることができるので好ましい
やり方である。このような部分的に焼結されたガラスは
、その後の気相ドーピング工程時に気化ドーパントを透
過させうる状態にあり、従って、気化ドーパントの吸収
が少ないときには、多孔質プリフォーム内のドーパント
の動きに対して非透過性の障壁として作用しない。
ある種の場合には、プリフォーム内の１つ以上の選択さ
れた帯域を完全に焼結させるのが望ましいことがありう
る。このことが所望される場合には、プリフォーム内の
選択された帯域を急速に焼結させ、残部の帯域はほとん
どが焼結させない焼結温度が選択される。この手法は、
例えば多孔質プリフォームの内部コア領域が気化ドーパ
ントによる屈折率修正に対して強い耐性を有するように
することが所望される場合に効果的である。
れた帯域を完全に焼結させるのが望ましいことがありう
る。このことが所望される場合には、プリフォーム内の
選択された帯域を急速に焼結させ、残部の帯域はほとん
どが焼結させない焼結温度が選択される。この手法は、
例えば多孔質プリフォームの内部コア領域が気化ドーパ
ントによる屈折率修正に対して強い耐性を有するように
することが所望される場合に効果的である。
スート・プリフォームの選択的焼結を得るために用いら
れる実際の加熱温度は通常の実験によって決定されうる
が、利用される最高温度は、ドープされていない溶融ソ
リ力が急速に焼結する温度である１４００℃を一般に超
えない。用いられる最低焼結温度はプリフォーム内の最
も軟かいガラスの組成と軟化温度に依存する。しかしな
がら、はとんどのドープされたシリカ・ガラスの場合に
、通常１２００℃以下の温度では相当程度の焼結を生じ
させるのには十分でない、従って、約１２００〜１４０
０℃の範囲内の温度で選択的焼結を行なうのが好ましい
。
れる実際の加熱温度は通常の実験によって決定されうる
が、利用される最高温度は、ドープされていない溶融ソ
リ力が急速に焼結する温度である１４００℃を一般に超
えない。用いられる最低焼結温度はプリフォーム内の最
も軟かいガラスの組成と軟化温度に依存する。しかしな
がら、はとんどのドープされたシリカ・ガラスの場合に
、通常１２００℃以下の温度では相当程度の焼結を生じ
させるのには十分でない、従って、約１２００〜１４０
０℃の範囲内の温度で選択的焼結を行なうのが好ましい
。
この選択的焼結の方法が第３図に概略的に示されており
、円筒状の多孔質ガラス・スート・プリフォーム１６が
焼結用炉５０内で選択的に焼結される。加熱コイル５２
で示されている炉５０のホット・ゾーンを通ってプリフ
ォーム１６が下降されるにつれて、プリフォーム１６の
領域１８ａが選択的に焼結され、比較的小さい内部表面
積となり、他方、領域１８ｂはこの場合に用いられた加
熱温度では影響が少なく、比較的大きい内部表面積を保
持する。
、円筒状の多孔質ガラス・スート・プリフォーム１６が
焼結用炉５０内で選択的に焼結される。加熱コイル５２
で示されている炉５０のホット・ゾーンを通ってプリフ
ォーム１６が下降されるにつれて、プリフォーム１６の
領域１８ａが選択的に焼結され、比較的小さい内部表面
積となり、他方、領域１８ｂはこの場合に用いられた加
熱温度では影響が少なく、比較的大きい内部表面積を保
持する。
スート・プリフォームの選択的焼結が行なわれて後に、
そのプリフォームは次に第２のドーピング分布にかけら
れ、プリフォーム内に気化ドーバントが４入される。好
ましい気化ドーパントはフッ素であり、これはフッ素ガ
スとしであるいは上昇された温度でフッ素を放出するＣ
ｚＦａのようなガス状のフッ素化合物として導入されう
る。この工程に対しては、フッ素のような気化ドーパン
トを多孔質スート・プリフォームにドープする手法が用
いられうる０通常は、その手法はスート・プリフォーム
を適当な炉内で例えば１１００〜１４００℃のような焼
結温度またはそれ以下の温度に加熱し、そして炉内およ
びプリフォームのまわりに、ドーパントをプリフォーム
に吸収させるのに十分な時間のあいだ、フッ素またはフ
ッ素を含んだガスよりなる雰囲気を流すことよりなる。
そのプリフォームは次に第２のドーピング分布にかけら
れ、プリフォーム内に気化ドーバントが４入される。好
ましい気化ドーパントはフッ素であり、これはフッ素ガ
スとしであるいは上昇された温度でフッ素を放出するＣ
ｚＦａのようなガス状のフッ素化合物として導入されう
る。この工程に対しては、フッ素のような気化ドーパン
トを多孔質スート・プリフォームにドープする手法が用
いられうる０通常は、その手法はスート・プリフォーム
を適当な炉内で例えば１１００〜１４００℃のような焼
結温度またはそれ以下の温度に加熱し、そして炉内およ
びプリフォームのまわりに、ドーパントをプリフォーム
に吸収させるのに十分な時間のあいだ、フッ素またはフ
ッ素を含んだガスよりなる雰囲気を流すことよりなる。
本発明において使用するのに好ましいドーパントはフッ
素であるが、ホウ素のような他の気化可能なドーパント
がそれに代えであるいはそれと一緒に用いられうる。こ
れらのドーパントの組合せを用いるためには、ＢＦ３ガ
スがＦおよびＢ両方の作用な気体供給源となる。
素であるが、ホウ素のような他の気化可能なドーパント
がそれに代えであるいはそれと一緒に用いられうる。こ
れらのドーパントの組合せを用いるためには、ＢＦ３ガ
スがＦおよびＢ両方の作用な気体供給源となる。
独立かつ区別された処理工程として選択的に焼結された
プリフォームを気相ドーピングすることが第４図に概略
的に示されている。この図では、比較的小さい内部表面
積を有する領域１８ａと、比較的大きい内部表面積を有
する領域１８ｂを存する選択的に焼結されたスート・プ
リフォーム１６が加熱炉内に配置される。フッ素の放出
およびスート・プリフォームによるフッ素の吸収を可能
にするのに十分な温度に炉が維持されている状態で、取
入れ口からのＣｔ Ｈｈガスが炉５０内およびプリフォ
ーム１６のまわりに流される。２つの領域１８ａおよび
１８ｂ間の内部表面積の差に基因して、プリフォームに
よるフッ素の吸収は領域＋８ｂの方が比較的多く、領域
１８ａでは比較的少ない。
プリフォームを気相ドーピングすることが第４図に概略
的に示されている。この図では、比較的小さい内部表面
積を有する領域１８ａと、比較的大きい内部表面積を有
する領域１８ｂを存する選択的に焼結されたスート・プ
リフォーム１６が加熱炉内に配置される。フッ素の放出
およびスート・プリフォームによるフッ素の吸収を可能
にするのに十分な温度に炉が維持されている状態で、取
入れ口からのＣｔ Ｈｈガスが炉５０内およびプリフォ
ーム１６のまわりに流される。２つの領域１８ａおよび
１８ｂ間の内部表面積の差に基因して、プリフォームに
よるフッ素の吸収は領域＋８ｂの方が比較的多く、領域
１８ａでは比較的少ない。
プリフォームが完全に焼結されて透明なガラスとなされ
る最終的な焼結処理と同時に、選択的に焼結した多孔質
スート・プリフォームを気化ドーパントで処理すること
が可能でありかつ好ましい場合が多い、しかしながら、
そのドーパントでの処理時には、プリフォーム内のすべ
ての多孔質領域にドーパントが到達できるようにするの
に十分な時間が割当てられ、プリフォーム内のすべての
多孔質領域内へのドーパントの注入が実質的に均一とな
るようにすべきである。これは、気相ドーピング工程時
のドーパント吸収が、ドーパント注入速度、すなわち、
ドーパントがプリフォーム内の内部領域に拡散しかつガ
ラスとの反応に利用しうるようになるのに要する時間に
よってではなく、プリフォームの内部表面積によって制
限される場合に、屈折率分布についての最良の制御が得
られるからである。拡散制限工程は、グレーディングの
程度およびグラジェント境界における屈折率分布が正確
に制御できないので回避されることが好ましいグレーデ
ッド・インデックス分布を生ずる傾向がある。
る最終的な焼結処理と同時に、選択的に焼結した多孔質
スート・プリフォームを気化ドーパントで処理すること
が可能でありかつ好ましい場合が多い、しかしながら、
そのドーパントでの処理時には、プリフォーム内のすべ
ての多孔質領域にドーパントが到達できるようにするの
に十分な時間が割当てられ、プリフォーム内のすべての
多孔質領域内へのドーパントの注入が実質的に均一とな
るようにすべきである。これは、気相ドーピング工程時
のドーパント吸収が、ドーパント注入速度、すなわち、
ドーパントがプリフォーム内の内部領域に拡散しかつガ
ラスとの反応に利用しうるようになるのに要する時間に
よってではなく、プリフォームの内部表面積によって制
限される場合に、屈折率分布についての最良の制御が得
られるからである。拡散制限工程は、グレーディングの
程度およびグラジェント境界における屈折率分布が正確
に制御できないので回避されることが好ましいグレーデ
ッド・インデックス分布を生ずる傾向がある。
選択的に焼結された多孔質ガラス・スート・プリフォー
ムは、気化ドーパントで所望の程度までドープされて後
に、さらに加熱されて焼結され、透明なガラスとなされ
うる。多孔質スート・プリフォームを透明なガラスに変
換するだめの公知の焼結手法が利用されうる。
ムは、気化ドーパントで所望の程度までドープされて後
に、さらに加熱されて焼結され、透明なガラスとなされ
うる。多孔質スート・プリフォームを透明なガラスに変
換するだめの公知の焼結手法が利用されうる。
独立かつ別個の処理工程としての典型的な焼結方法が第
５図に概略的に示されている。その図では、第４図にお
けるように選択的にドープされた多孔質ガラス・スート
・プリフォームＩ６が、加熱コイル５２によって加熱さ
れた焼結用炉５０のホット・ゾーンを通って下降される
。この場合に用いられる焼結温度はプリフォームの領域
１８ａおよび１８ｂを両方とも完全に焼結させて透明な
ガラスとするのに十分な温度である。
５図に概略的に示されている。その図では、第４図にお
けるように選択的にドープされた多孔質ガラス・スート
・プリフォームＩ６が、加熱コイル５２によって加熱さ
れた焼結用炉５０のホット・ゾーンを通って下降される
。この場合に用いられる焼結温度はプリフォームの領域
１８ａおよび１８ｂを両方とも完全に焼結させて透明な
ガラスとするのに十分な温度である。
炎酸化によって生成されかつ光導波路ファイバを製造す
るように意図されたほとんどの多孔質ガラス・スート・
プリフォームにおいて、それを焼結して透明なガラスに
する前に、その多孔質ガラス・プリフォームから吸収さ
れた水および結合されたヒドロキシル基を除去するため
の乾燥工程が必要とされる。この工程は通常、塩素ガス
乾燥剤のような乾燥ガスで多孔質プリフォームを処理す
ることを含む。
るように意図されたほとんどの多孔質ガラス・スート・
プリフォームにおいて、それを焼結して透明なガラスに
する前に、その多孔質ガラス・プリフォームから吸収さ
れた水および結合されたヒドロキシル基を除去するため
の乾燥工程が必要とされる。この工程は通常、塩素ガス
乾燥剤のような乾燥ガスで多孔質プリフォームを処理す
ることを含む。
本発明の方法を実施する場合には、この乾燥工程は、多
孔質プリフォームが形成された後であって、そのプリフ
ォーム内の任意の領域が完全に焼結される前の任意の時
点で実施されうる０例えば、プリフォームが作成された
直後に、または選択焼結時に、あるいはプリフォームの
領域が完全に焼結されていなければ気化ドーパントによ
る処理に乾燥が実施されうる。選択焼結、気相ドーピン
グ、および最終焼結が同し焼結用炉内で順次実施される
場合には、選択焼結に先立っであるいはそれと同時に乾
燥が実施されることが好ましい、しかしながら、必要に
応し、乾燥が継続され、プリフォームの最終的な焼結時
に完了されるようにしてもよい。
孔質プリフォームが形成された後であって、そのプリフ
ォーム内の任意の領域が完全に焼結される前の任意の時
点で実施されうる０例えば、プリフォームが作成された
直後に、または選択焼結時に、あるいはプリフォームの
領域が完全に焼結されていなければ気化ドーパントによ
る処理に乾燥が実施されうる。選択焼結、気相ドーピン
グ、および最終焼結が同し焼結用炉内で順次実施される
場合には、選択焼結に先立っであるいはそれと同時に乾
燥が実施されることが好ましい、しかしながら、必要に
応し、乾燥が継続され、プリフォームの最終的な焼結時
に完了されるようにしてもよい。
本発明に従って円筒状先導波路プリフォームを作成した
場合の実施例について次に説明する。
場合の実施例について次に説明する。
大−崖−１−一ユー
液体Ｓｉ Ｃｌ ｍの溜めからのＳｉ Ｃｌ ｍ蒸気と
液体Ｑ ｅ Ｃｌ ａの溜めからのＧｅＣ７’４７ｆｃ
気が別々に流れる酸素キャリアガス流によって炎酸化バ
ーナに運ばれ、そこで混合されかつ天然ガス／酸素炎内
で酸化され、Ｇ ｅ Ｑ ｚ （一緒に沈積される）
をドープされたＳｉＯ２の微粒子よりなるスートを形成
する。連続したスート流の形態で、Ｇ ｅ ＯｔＳｉＯ
ｚガラス・スートが回転アルミナ・マンドレル上に沈積
され、この場合、そのマンドレルはスート流内でそれの
軸線に平行な方向に往復移動され、そのマンドレルの長
さに沿って均一なスートの被覆が形成される。スートが
マンドレル上に沈積されるにつれて、Ｇｅｍ、 ドー
パントの濃度が、最初の層に対する２８重量％の最大初
期値からスート・プリフォームの半径の外側の半分に対
するＧｅ０ｚを含まないＳｉｎ、ガラスまで不均一な６
４１で変化される。この場合、プリフォームの全半径は
約７０ｍ５であり、全長は約８０ｃｍである。
液体Ｑ ｅ Ｃｌ ａの溜めからのＧｅＣ７’４７ｆｃ
気が別々に流れる酸素キャリアガス流によって炎酸化バ
ーナに運ばれ、そこで混合されかつ天然ガス／酸素炎内
で酸化され、Ｇ ｅ Ｑ ｚ （一緒に沈積される）
をドープされたＳｉＯ２の微粒子よりなるスートを形成
する。連続したスート流の形態で、Ｇ ｅ ＯｔＳｉＯ
ｚガラス・スートが回転アルミナ・マンドレル上に沈積
され、この場合、そのマンドレルはスート流内でそれの
軸線に平行な方向に往復移動され、そのマンドレルの長
さに沿って均一なスートの被覆が形成される。スートが
マンドレル上に沈積されるにつれて、Ｇｅｍ、 ドー
パントの濃度が、最初の層に対する２８重量％の最大初
期値からスート・プリフォームの半径の外側の半分に対
するＧｅ０ｚを含まないＳｉｎ、ガラスまで不均一な６
４１で変化される。この場合、プリフォームの全半径は
約７０ｍ５であり、全長は約８０ｃｍである。
多孔質スート・プリフォームは作成された後にアルミナ
・マンドレルから除去されて、従来型の乾燥および焼結
用炉内での選択焼結の準備をなされる。プリフォームは
塩素供給管から垂直に吊り下げられ、そしてゆっくりと
焼結用炉内に下降され、その間に、本質的に０１２２％
および残部のヘリウムよりなる乾燥用ガスが溶融シリカ
・チューブを通してプリフォームの頂部に供給される。
・マンドレルから除去されて、従来型の乾燥および焼結
用炉内での選択焼結の準備をなされる。プリフォームは
塩素供給管から垂直に吊り下げられ、そしてゆっくりと
焼結用炉内に下降され、その間に、本質的に０１２２％
および残部のヘリウムよりなる乾燥用ガスが溶融シリカ
・チューブを通してプリフォームの頂部に供給される。
焼結用炉の加熱帯域は、プリフォームを完全に乾燥させ
るとともに、ＧｅＯ□を高４度でドープされたプリフォ
ーム内の領域を部分的に焼結させるのに十分な１３００
℃の温度で動作される。プリフォームは炉のホット・ゾ
ーン中をゆっくりと下降され、そのプリフォームの長さ
に沿って傾斜したまたは漸進的な態様で部分的焼結が行
なわれる。
るとともに、ＧｅＯ□を高４度でドープされたプリフォ
ーム内の領域を部分的に焼結させるのに十分な１３００
℃の温度で動作される。プリフォームは炉のホット・ゾ
ーン中をゆっくりと下降され、そのプリフォームの長さ
に沿って傾斜したまたは漸進的な態様で部分的焼結が行
なわれる。
プリフォームは、前述のように選択的に焼結されて後に
、焼結用炉の頂部まで引きＬげられ、そしてプリフォー
ムにフッ素ドーパントを導入するためのドーピング・ガ
ス１ｄ合物が底部取入れ口を通して炉内に導入される。
、焼結用炉の頂部まで引きＬげられ、そしてプリフォー
ムにフッ素ドーパントを導入するためのドーピング・ガ
ス１ｄ合物が底部取入れ口を通して炉内に導入される。
ドーピング・ガス混合物は容積でＣｚＦａ１６％、Ｃ７
！ｔ［％およびヘリウム８３％よりなり、２５ｓｌｐｍ
の’ｔＪ’ｔ Ｗで導入される。
！ｔ［％およびヘリウム８３％よりなり、２５ｓｌｐｍ
の’ｔＪ’ｔ Ｗで導入される。
炉にフッ素ドーピング雰囲気を流した状態で、ホット・
ゾーンの温度が１４３０°Ｃまで上昇され、そしてプリ
フォームが炉内でゆっくりと下降され、フッ素をドープ
されるとともに最終的に焼結されて透明なガラスとなさ
れる。プリフォームの多孔度および漸進焼結速度は、プ
リフォーム内のドーピングのレベルが孔内へのフッ素の
拡散速度によって制限されるのではなくて、プリフォー
ムの各領域の内部表面積によって主として規制されるよ
うにするのに十分なだけ低い。プリフォームは、焼結さ
れて透明なガラスとなされた後に、屈折率分布解析のた
めに直径約１０曹麿のガラスロンドとなされる。
ゾーンの温度が１４３０°Ｃまで上昇され、そしてプリ
フォームが炉内でゆっくりと下降され、フッ素をドープ
されるとともに最終的に焼結されて透明なガラスとなさ
れる。プリフォームの多孔度および漸進焼結速度は、プ
リフォーム内のドーピングのレベルが孔内へのフッ素の
拡散速度によって制限されるのではなくて、プリフォー
ムの各領域の内部表面積によって主として規制されるよ
うにするのに十分なだけ低い。プリフォームは、焼結さ
れて透明なガラスとなされた後に、屈折率分布解析のた
めに直径約１０曹麿のガラスロンドとなされる。
第６図は、一緒に沈積されるＧｅＯ□ ドーパントと、
気相輸送されるフッ素ドーパントの相対４度を、上述の
ようにして作成された焼結済みガラス・プリフォームの
半径に関して示している。上方の曲線はＧ ｅ Ｏｔの
含有量を半径の関数としてプロットしたものであり、下
方の曲線はそれに対応した半径における）、素含有量を
プロットしたものである。
気相輸送されるフッ素ドーパントの相対４度を、上述の
ようにして作成された焼結済みガラス・プリフォームの
半径に関して示している。上方の曲線はＧ ｅ Ｏｔの
含有量を半径の関数としてプロットしたものであり、下
方の曲線はそれに対応した半径における）、素含有量を
プロットしたものである。
選択焼結工程は１３００°Ｃという比較的適度な焼結温
度で実施されるので、プリフォームの半径全体にわたっ
ては完全な焼結は生じない、従って、例えば、約１７％
のＧｅＯ２を含有した０、８〜１．６璽−の半径におけ
るＧｅＯ□をドープされた大きい領域は大きい内部表面
積を保持し、気相ドーピング工程時に約１重量％のＦを
拾い上げる。
度で実施されるので、プリフォームの半径全体にわたっ
ては完全な焼結は生じない、従って、例えば、約１７％
のＧｅＯ２を含有した０、８〜１．６璽−の半径におけ
るＧｅＯ□をドープされた大きい領域は大きい内部表面
積を保持し、気相ドーピング工程時に約１重量％のＦを
拾い上げる。
ガラスのフッ素含有量が焼結の程度に追従しうる実質的
な程度が、第６図に示されたプリフォームの中央部分に
対応した分布から明らかである。
な程度が、第６図に示されたプリフォームの中央部分に
対応した分布から明らかである。
プリフォームの表示された中心線（ＯＮ）からはしまっ
て、Ｇａ１ｔ含有量は最初に約２８重量パーセントの初
期値から１０％以下の濃度まで減少し、次に０．８ｍの
半径において約１７％まで再び増加する。従って、中心
線および１７％Ｇ１３０！ガラスの領域がプリフォーム
内で最も軟かい領域であり、選択焼結工程時に最も強く
焼結された。
て、Ｇａ１ｔ含有量は最初に約２８重量パーセントの初
期値から１０％以下の濃度まで減少し、次に０．８ｍの
半径において約１７％まで再び増加する。従って、中心
線および１７％Ｇ１３０！ガラスの領域がプリフォーム
内で最も軟かい領域であり、選択焼結工程時に最も強く
焼結された。
この状況を反映して、図示された領域のフッ素含有量は
、中心線および外側の１７％Ｇ ｅ Ｏｘ Ｔｌｌ域で
は比較的少ないが、中央領域に隣接した１０％Ｇｅ０ｚ
ｆＪ域では実質的に増加する。
、中心線および外側の１７％Ｇ ｅ Ｏｘ Ｔｌｌ域で
は比較的少ないが、中央領域に隣接した１０％Ｇｅ０ｚ
ｆＪ域では実質的に増加する。
去−」ｌ工匠−一」工
５ｉｆｔおよびそれと一緒に沈積されたＧｅＯっよりな
る多孔質ガラス・スート・プリフォームが、−１４ｆに
沈積されたＧｅ０１ ドーパントの４度が最初に沈積
されたスート層における最大値１８重量％からプリフォ
ーム直径の外側１０％の部分に対するＧｅ０ｚを含有し
ていないＳＩＯ，まで変化される点を除いて上記実施例
１の場合と実質的に同様にして作成された。
る多孔質ガラス・スート・プリフォームが、−１４ｆに
沈積されたＧｅ０１ ドーパントの４度が最初に沈積
されたスート層における最大値１８重量％からプリフォ
ーム直径の外側１０％の部分に対するＧｅ０ｚを含有し
ていないＳＩＯ，まで変化される点を除いて上記実施例
１の場合と実質的に同様にして作成された。
このようにして作成された多孔質ガラス・スート・プリ
フォームは、選択焼結が１３００℃ではなくて１３４０
℃の炉ホット・ゾーン温度で実施される点を除いて上記
実施例１の場合と同様にして焼結用炉内で乾燥および選
択焼結のために加熱される。この加熱により、約１８重
量％よりも多くｃｅｏｚを含有したプリフォーム内の領
域が実質的に完全に焼結されるが、５％以下のＧｅｍ。
フォームは、選択焼結が１３００℃ではなくて１３４０
℃の炉ホット・ゾーン温度で実施される点を除いて上記
実施例１の場合と同様にして焼結用炉内で乾燥および選
択焼結のために加熱される。この加熱により、約１８重
量％よりも多くｃｅｏｚを含有したプリフォーム内の領
域が実質的に完全に焼結されるが、５％以下のＧｅｍ。
を含有したプリフォーム領域には大きい内部表面積が依
然として残されている。
然として残されている。
選択焼結の後で、プリフォームは再び炉の頂部まで引き
上げられ、その炉のホット・ゾーンの温度が１４３０℃
まで上昇され、そしてＣｔ Ｆ ｈとして導入されるフ
ッ素ドーパントを含有した流動雰囲気が上記実施例１の
場合と同様に底部開口を通して炉内に導入される。ドー
ピング雰囲気は容積でＣＺＦ６１６％および残部のヘリ
ウムよりなり、２５ＳＬＰＭの流量で導入される０選択
的に焼結されたプリフォームが次に焼結領域を通ってゆ
っくりと下降され、プリフォームに対するフッ素のドー
ピングとそのプリフォームが完全に焼結されて透明なガ
ラスとなされることが同時に行なわれる。焼結の後で、
ガラス・プリフォームは延伸されて分析用の直径約ｌＯ
龍のガラス・ロンドとなされる。
上げられ、その炉のホット・ゾーンの温度が１４３０℃
まで上昇され、そしてＣｔ Ｆ ｈとして導入されるフ
ッ素ドーパントを含有した流動雰囲気が上記実施例１の
場合と同様に底部開口を通して炉内に導入される。ドー
ピング雰囲気は容積でＣＺＦ６１６％および残部のヘリ
ウムよりなり、２５ＳＬＰＭの流量で導入される０選択
的に焼結されたプリフォームが次に焼結領域を通ってゆ
っくりと下降され、プリフォームに対するフッ素のドー
ピングとそのプリフォームが完全に焼結されて透明なガ
ラスとなされることが同時に行なわれる。焼結の後で、
ガラス・プリフォームは延伸されて分析用の直径約ｌＯ
龍のガラス・ロンドとなされる。
第７図は、一緒に沈積されるＧｅ０ｔ ドーパントと
気相輸送されるフッ素ドーパントの相対濃度を、上述の
ようにして作成された焼結済みガラス・ロッド・プリフ
ォームの半径に関して示したグラフである。Ｇｅ０ｔ
と表示された曲線は、このグラフの左側の縦軸に示され
たスケールで、ＧｅＯ□含有璽含有環の関数としてプロ
ア）したものである。Ｆと表示された曲線はグラフの右
側の縦軸に示されたスケールで、Ｇｅ０ｚの場合に対応
した半径におけるフッ素含有量をプロットしたものであ
る。
気相輸送されるフッ素ドーパントの相対濃度を、上述の
ようにして作成された焼結済みガラス・ロッド・プリフ
ォームの半径に関して示したグラフである。Ｇｅ０ｔ
と表示された曲線は、このグラフの左側の縦軸に示され
たスケールで、ＧｅＯ□含有璽含有環の関数としてプロ
ア）したものである。Ｆと表示された曲線はグラフの右
側の縦軸に示されたスケールで、Ｇｅ０ｚの場合に対応
した半径におけるフッ素含有量をプロットしたものであ
る。
第６図の場合と同様に、第７図に示されたフッ素分布は
ＧｅＯ！含有量に対して良好な逆関係を呈している。し
かしながら、より高い焼結温度を用いたことにより、プ
リフォームのＧｅｏ２含有量の多い中間部分からフッ素
が実質的に排除されており、周辺の領域またはＧｅＯ２
含存置の少ないコア領域ではフッ素含有量の良好なグレ
ーディングが得られた。
ＧｅＯ！含有量に対して良好な逆関係を呈している。し
かしながら、より高い焼結温度を用いたことにより、プ
リフォームのＧｅｏ２含有量の多い中間部分からフッ素
が実質的に排除されており、周辺の領域またはＧｅＯ２
含存置の少ないコア領域ではフッ素含有量の良好なグレ
ーディングが得られた。
上述した実施例では第２のまたは気相注入ドーパントと
してフッ素が用いられたが、気化ドーパントとしてはフ
ッ素のかわりに、ホウ素またはホウ素とフッ素との混合
物のような屈折率を低下させる点で等価なドーパントを
用いてもよいことが容易に明らかであろう。気化ドーパ
ントとしてホウ素とフッ素の＆［Ｉ合せが用いられるべ
き場合には、第２のドーパントとしてＩ３Ｆ、を用いる
のが特に好ましい。下記の実施例は本発明による気相注
入ドーパントとしてＢＦ、を用いた場合である。
してフッ素が用いられたが、気化ドーパントとしてはフ
ッ素のかわりに、ホウ素またはホウ素とフッ素との混合
物のような屈折率を低下させる点で等価なドーパントを
用いてもよいことが容易に明らかであろう。気化ドーパ
ントとしてホウ素とフッ素の＆［Ｉ合せが用いられるべ
き場合には、第２のドーパントとしてＩ３Ｆ、を用いる
のが特に好ましい。下記の実施例は本発明による気相注
入ドーパントとしてＢＦ、を用いた場合である。
スー」し工匠−一」−
３ｉＯ２およびそれと一諸に沈積されたＧｅ０ｔよりな
る多孔質ガラス・スート・プリフォームが、上記−諸に
沈積されたＧｅＯ！ ドーパントの濃度がプリフォーム
の中心における約３０％の最大ＧｅＯ□含有量からプリ
フォームの周辺におけるＧｅＯ□を含有していないガラ
スまで徐々に低下される点を除き上記実施例１の場合と
同様にして作成された。
る多孔質ガラス・スート・プリフォームが、上記−諸に
沈積されたＧｅＯ！ ドーパントの濃度がプリフォーム
の中心における約３０％の最大ＧｅＯ□含有量からプリ
フォームの周辺におけるＧｅＯ□を含有していないガラ
スまで徐々に低下される点を除き上記実施例１の場合と
同様にして作成された。
このようにして作成された多孔質ガラス・スート・プリ
フォームは、選択焼結がＣ１ｔ ２％および残部ヘリ
ウムよりなり流量が約３０ｓｌｐｍの雰囲気において１
３３５℃の炉ホット・ゾーン温度で実施される点を除き
上記実施例１の場合と同様にして焼結用炉内で乾燥およ
び選択焼結のために加熱される。この加熱によって、Ｇ
ｅ０ｚを１８重量％以上含有したプリフォーム内の領域
が実質的に完全に焼結される。この場合、プリフォーム
の外側領域に向って焼結の程度が徐々に少なくなるよう
になされる。
フォームは、選択焼結がＣ１ｔ ２％および残部ヘリ
ウムよりなり流量が約３０ｓｌｐｍの雰囲気において１
３３５℃の炉ホット・ゾーン温度で実施される点を除き
上記実施例１の場合と同様にして焼結用炉内で乾燥およ
び選択焼結のために加熱される。この加熱によって、Ｇ
ｅ０ｚを１８重量％以上含有したプリフォーム内の領域
が実質的に完全に焼結される。この場合、プリフォーム
の外側領域に向って焼結の程度が徐々に少なくなるよう
になされる。
選択焼結の後で、焼結用炉のホント・ゾーンの温度が１
４５０℃まで上昇され、そしてＢＦ、気体ドーパントを
含有した流動雰囲気が炉内に導入される。この雰囲気は
容積で約５％ＢＦ２．２％Ｃ１８および残部ヘリウムよ
りなり、約３２ｓｌｐｍの流量で導入される０選択的に
焼結されたプリフォームは焼結用ホット・ゾーン中をゆ
っくりと下降され、そのプリフォームの完全な焼結とプ
リフォームに対するホウ素とフッ素のドーピングとが同
時に行なわれる。焼結された後で、プリフォームは延伸
されて分析のための直径約８０ミクロンの光ファイバと
なされる。
４５０℃まで上昇され、そしてＢＦ、気体ドーパントを
含有した流動雰囲気が炉内に導入される。この雰囲気は
容積で約５％ＢＦ２．２％Ｃ１８および残部ヘリウムよ
りなり、約３２ｓｌｐｍの流量で導入される０選択的に
焼結されたプリフォームは焼結用ホット・ゾーン中をゆ
っくりと下降され、そのプリフォームの完全な焼結とプ
リフォームに対するホウ素とフッ素のドーピングとが同
時に行なわれる。焼結された後で、プリフォームは延伸
されて分析のための直径約８０ミクロンの光ファイバと
なされる。
第８図は一緒に沈積されたＧｅｍ、 ドーパントと気
相注入されたＢア０３ ドーパントの相対濃度を上述の
ようにして作成された光ファイバの半径に関してプロッ
トしたグラフである。ＧｅＯ２で表示された曲線は、フ
ァイバ軸線の近傍の点からファイバ半径の最外端までの
間で減少するＧｅＯ２含有量を示し、Ｂ２Ｏ３で表示さ
れた曲線は、約１２ミクロンから４０ミクロンまでのフ
ァイバの半径値に対してゼロから８重量％まで増加する
ファイバのＢ ｚ Ｏｚ含有量を示している。この場合
にも、Ｂ２０．ドーピングの程度は選択焼結工程の後で
保持されている多孔質ガラスの表面積に比例することが
わかる。このプリフォームのフッ素含有量は報告されて
いないが、同様に処理された他のＧｅ０ｚグレーデツド
・プリフォームの場合には、フッ素含有量はファイバの
周辺における約０．７重量％の最大値から内部のプリフ
ォーム領域におけるゼロまで、Ｂ２Ｏ３分布にほぼ対応
して減少することが認められた。
相注入されたＢア０３ ドーパントの相対濃度を上述の
ようにして作成された光ファイバの半径に関してプロッ
トしたグラフである。ＧｅＯ２で表示された曲線は、フ
ァイバ軸線の近傍の点からファイバ半径の最外端までの
間で減少するＧｅＯ２含有量を示し、Ｂ２Ｏ３で表示さ
れた曲線は、約１２ミクロンから４０ミクロンまでのフ
ァイバの半径値に対してゼロから８重量％まで増加する
ファイバのＢ ｚ Ｏｚ含有量を示している。この場合
にも、Ｂ２０．ドーピングの程度は選択焼結工程の後で
保持されている多孔質ガラスの表面積に比例することが
わかる。このプリフォームのフッ素含有量は報告されて
いないが、同様に処理された他のＧｅ０ｚグレーデツド
・プリフォームの場合には、フッ素含有量はファイバの
周辺における約０．７重量％の最大値から内部のプリフ
ォーム領域におけるゼロまで、Ｂ２Ｏ３分布にほぼ対応
して減少することが認められた。
勿論、本発明はノリ力の屈折率を低下させる気相注入ド
ーパントを使用することに限定されるものでないことは
上述の説明から明らかであろう。
ーパントを使用することに限定されるものでないことは
上述の説明から明らかであろう。
本発明は、例えばＭｇＯまたはＡｆ、Ｏ，のように？８
融ンリカの屈折率を上界さ−Ｕる気相注入可能なドーパ
ントを用いる場合にも、そのドーパントが、本発明によ
るプリフォームの選択焼結の後で、プリフォームの内部
表面積に比例した程度だけ多孔質溶融シリカ・ガラス内
に拡散しかつそのガラスによって吸収されるのに適した
形態で気化されうるちのであれば、本発明を適用しうる
。
融ンリカの屈折率を上界さ−Ｕる気相注入可能なドーパ
ントを用いる場合にも、そのドーパントが、本発明によ
るプリフォームの選択焼結の後で、プリフォームの内部
表面積に比例した程度だけ多孔質溶融シリカ・ガラス内
に拡散しかつそのガラスによって吸収されるのに適した
形態で気化されうるちのであれば、本発明を適用しうる
。
第１図は炎酸化によって多孔質ガラス・プリフォームを
作成する場合を概略的に示す図、第２図は炎酸化工程に
おいて多孔質ガラスの多数の領域が沈積される状態を概
略的に示す図、第３図は多孔質ガラス・プリフォームに
対する選択焼結工程を概略的に示す図、第４図は選択的
に焼結された多孔質ガラス・プリフォームにフッ素を気
相ドーピングする工程を概略的に示す図、第５図は多孔
質ガラス・プリフォームを透明なガラス・プリフォーム
に変換するための最終焼結工程を概略的に示す図、第６
〜８図は本発明に従って作成されたガラス・プリフォー
ムまたはファイバに対する一緒に沈積されたドーパント
と気化ドーパントのそれぞれの相対濃度を示すグラフで
ある。 図面において、ＩＯはマンドレル、１２は炎Ｍ化用バー
ナ、１４はシリカを含有したスート、１６は層状の多孔
質スー１−・プリフォーム、１８ａは比較的大きい内部
表面積を有する領域、１８ｂは比較的小さい内部表面積
を有する領域、５０は焼結用炉をそれぞれ示す。
作成する場合を概略的に示す図、第２図は炎酸化工程に
おいて多孔質ガラスの多数の領域が沈積される状態を概
略的に示す図、第３図は多孔質ガラス・プリフォームに
対する選択焼結工程を概略的に示す図、第４図は選択的
に焼結された多孔質ガラス・プリフォームにフッ素を気
相ドーピングする工程を概略的に示す図、第５図は多孔
質ガラス・プリフォームを透明なガラス・プリフォーム
に変換するための最終焼結工程を概略的に示す図、第６
〜８図は本発明に従って作成されたガラス・プリフォー
ムまたはファイバに対する一緒に沈積されたドーパント
と気化ドーパントのそれぞれの相対濃度を示すグラフで
ある。 図面において、ＩＯはマンドレル、１２は炎Ｍ化用バー
ナ、１４はシリカを含有したスート、１６は層状の多孔
質スー１−・プリフォーム、１８ａは比較的大きい内部
表面積を有する領域、１８ｂは比較的小さい内部表面積
を有する領域、５０は焼結用炉をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの内部寸法を横切る方向に不均一な
屈折率分布を有するガラス物品を製造する方法において
、 （ａ）溶融シリカの軟化温度を低下させるように作用し
かつプリフォームの少なくとも１つの内部寸法を横切る
方向に濃度が変化する第１のドーパントを含む組成を有
する前記物品のための多孔質のドープされた溶融シリカ
・ガラス・プリフォームを形成し、 （ｂ）前記多孔質ガラス・プリフォームを加熱してこの
プリフォームの多孔質構造内に選択焼結と内部表面積の
減少を生じさせ、この場合、前記焼結の程度が、プリフ
ォームを横切る方向のドーパント濃度の変化に対応した
態様でプリフォームの内部寸法を横切る方向に変化する
ようになし、（ｃ）前記プリフォームの多孔質構造内に
気化された第２のドーパントを注入させてプリフォーム
に前記第２のドーパントをドープさせ、この場合、前記
第２のドーパントによるドーピングの程度が、前記プリ
フォームを横切る方向における焼結の程度に対応した態
様でプリフォームの内部寸法を横切る方向に変化するよ
うになし、 （ｄ）前記ドープされたプリフォームを焼結させて、前
記内部寸法を横切る方向に前記第１および第２のドーパ
ントの変化する濃度と不均一な屈折率分布を有する透明
なガラス物品とする工程よりなるガラス物品の製造方法
。 ２、直径を横切る方向にステップ型および／またはグレ
ーデッド型の屈折率分布を有する円筒状ガラス・プリフ
ォームの製造方法において、（ａ）ＳｉＯ＿２と、ガラ
ス内でＳｉＯ＿２と結合された場合にＳｉＯ＿２の軟化
温度を低下させる作用をするドーパントのグループから
選択された少なくとも１つの一緒に沈積されたドーパン
トよりなる円筒状の多孔質スート・プリフォームを形成
し、この場合、前記プリフォームの半径を横切る方向に
ステップ型および／またはグレーデッド型ドーパント濃
度を与えるように前記一緒に沈積されたドーパントが導
入されるようになし、それにより前記プリフォームがド
ーパント濃度の比較的高い領域およびドーパント濃度の
比較的低い領域を有するようになし、 （ｂ）ドープされていない溶融シリカの焼結温度より低
く、前記プリフォームにおける比較的高いドーパント濃
度を有する少なくとも１つの領域を少なくとも部分的に
焼結させる温度よりも高い温度で選択焼結を生じさせる
ように前記多孔質スート・プリフォームを加熱し、この
場合、そのプリフォームがそれの半径を横切る方向にス
テップ型および／またはグレーデッド型密度分布を有し
、かつ内部表面積の比較的小さい領域と内部表面積の比
較的大きい領域を有するようになし、 （ｃ）前記円筒状プリフォームを第２の気化ドーパント
よりなる雰囲気に露呈させ、この場合、その露呈をプリ
フォームによる前記第２のドーパントの内部吸収を可能
にするのに十分な時間のあいだ行ない、かつ前記吸収が
前記プリフォーム内の内部表面積が比較的小さい領域に
おけるよりも内部表面積の比較的大きい領域において多
くなるようにし、 （ｄ）前記円筒状の多孔質スート・プリフォームを加熱
して焼結させ、それの直径を横切る方向にステップ型お
よび／またはグレーデッド型の屈折率分布を有する透明
なガラス・プリフォームとする工程よりなる円筒状ガラ
ス・プリフォームの製造方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の方法において、ＳｉＯ
＿２の軟化温度を低下させる作用をする前記一緒に沈積
されたドーパントが、ＧｅＯ＿２、Ｐ＿２Ｏ＿５、Ｂ＿
２Ｏ＿３、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＭｇＯおよびＴｉＯ＿２よ
りなるグループから選択される前記方法。 ４、特許請求の範囲第３項記載の方法において、前記一
緒に沈積されたドーパントがＧｅＯ＿２、Ｐ＿２Ｏ＿５
、ＴｉＯ＿２またはＢ＿２Ｏ＿３である前記方法。 ５、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記円
筒状の多孔質スート・プリフォームがＳｉＣｌ＿４、Ｐ
ＯＣｌ＿３、ＴｉＣｌ＿４およびＢＣｌ＿３よりなるグ
ループから選択された化合物を炎酸化することによって
形成される前記方法。 ６、特許請求の範囲第３項記載の方法において、前記多
孔質スート・プリフォームが１２００〜１４００℃の範
囲の温度で加熱されて選択焼結されるようになされた前
記方法。 ７、特許請求の範囲第６項記載の方法において、前記多
孔質スート・プリフォームが乾燥用ガスで処理されなが
ら加熱されて選択焼結されるようになされた前記方法。 ８、特許請求の範囲第７項記載の方法において、前記乾
燥用ガスが塩素とヘリウムの混合物よりなる前記方法。 ９、特許請求の範囲第３項記載の方法において、前記第
２の気化ドーパントが溶融シリカの屈折率を低下させる
化合物である前記方法。 １０、特許請求の範囲第３項記載の方法において、前記
第２の気化ドーパントが溶融シリカの屈折率を上昇させ
る化合物である前記方法。 １１、特許請求の範囲第９項記載の方法において、前記
第２の気化ドーパントがフッ素またはＢ＿２Ｏ＿３であ
る前記方法。 １２、特許請求の範囲第１１項記載の方法において、前
記第２の気化ドーパントがフッ素である前記方法。 １３、特許請求の範囲第１１項記載の方法において、前
記円筒状プリフォームが、焼結されて透明なガラスとな
される場合に前記第２の気化ドーパントよりなる雰囲気
に露呈される前記方法。 １４、特許請求の範囲第１３項記載の方法において、前
記第２の気化ドーパントよりなる前記雰囲気が塩素を含
有した乾燥用ガスをさらに含んでいる前記方法。
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