JPS62153133A - 光伝送用ガラス素材の製造方法 - 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】 ｒ産業上の利用分野１ 本発明は石英系の多孔質母材を脱水ならυに透明ガラス
化して光伝送用ガラス素材を製造する方法に関する。

ｒ従来の技術Ｊ 光ファイバで代表される光伝送体の場合、その素材（母
材）の主たる製造方法を大別すると、ＶＡＤ法、ＯＶＤ
法、ＭＣＶＤ法（７）ヨウニナリ、これら各法により光
ファイバが大規模で生産されている。

とりわけ、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法はごく低ロスの光フアイ
バ素材が得やすく、これらに関する研究がわが国、米国
などで盛んである。

」−記二法はガラス微粒子による多孔質層ないし多孔質
母材を形成する点で共通しており、その低ロス化は、ｇ
Ａ後の塩素による脱水技術の確立によるところが大きい
。

最近では、ＳＦ６を用いた脱水方法に関する研究報告が
、昭和５９年度電子通信学会全国大会ｒ　１１４９フツ
素ドープＶＡＤ単一モード光フアイバの製置コのタイト
ルで発表され、これに基づ〈発明も特公昭６０−１１１
０３３号公報に開示されている。

上記ＳＦ６を用いる脱水方法では、例えばクラッドとな
る部分へのフッ素ドープも行なえるので注目されている
。

ｒ発明が解決しようとする問題点」 しかし、Ｌ述したフッ素脱水、フッ素ドープ法の場合、
つぎのような問題点がある。

例えば、ＳＦ６　／ＳＦ６　＋Ｈｅ＝５　Ｘ　１０−２
（７）条件で多孔質母材を処理するとき、その母材中に
Δ−＝０．２％程度ののフッ素がドープできるが、ＯＨ
基が４０ｐｐｂも残留し、脱水不充分となる。

その上、上記処理雰囲気中に０２が添加されないため、
フッ素ドープト石英中に構造欠陥の前駆体が多くなり、
耐放射線特性が著しく劣化する。

本発明はＬ記の問題点に鑑み、ＯＨ基の除去がほぼ完全
に行なえ、良好な耐放射線特性を確保することのできる
光伝送用ガラス素材の製造方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」 本発明は上記の目的を達成するため１石英を主成分とす
るガラス微粒子の堆積物からなる多孔質ｍ材を脱水なら
びに透明ガラス化する光伝送用ガラス素材の製造方法に
おいて、上記多孔質母材を、少なくとも酸素系ガスとフ
ルオロ系シランとを含み、１２００℃以下の脱水処理温
度に保持された雰囲気中で脱水処理し、その後、該母材
を、少なくとも不活性ガスと酸素系ガスとを含み、透明
ガラス化温度に保持された雰囲気中で透明ガラス化する
ことを特徴とする。

１作用Ｊ 本発明方法では、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法などの任意の手段
で作製された石英系の多孔質母材を処理炉内に入れ、こ
れの脱水処理、透明ガラス化処理を行なう。

脱水処理のとき、処理炉内の最高温部を１２００℃以下
に保持し、その炉内に酸素系ガス、フルオロ系シランを
供給する。

多孔質母材は、処理炉内の上記最高温部を所定速度で通
過することにより、脱水処理されるが、かかる脱水処理
で重要なことは、処理温度と処理ガスであり、以下これ
らについて説明する。

フッ素ドープト石英において、これに例えばフッ素がΔ
−＝０．２Ｘ程度ドープされると、そのガラス転位点が
石英のそれよりも約１５０℃低下する。

すなわち、純石英多孔質母材の最低焼結温度は約１４０
０℃であるが、フッ素による脱水、あるいはフッ素ドー
プを意図して当該母材を上記雰囲気中で処理する場合、
この際のフッ素ドープによりその母材の焼結温度が低下
する。

したがって、一般的に採用されている脱水処理温度１３
４０℃は、フッ素ドープト石英の最低焼結温度を上回る
ことになる。

かかる温度１３４０℃では、多孔質母材の脱水が完全に
行なわれないまま焼結によるガラス化が進行し、ＯＨ基
吸収ピークの高さが４．６ｄＢ／に層にもなる。

もちろん、従来例のごとく多孔質母材の脱水と透明ガラ
スとを同時に行なう場合も、完全な脱水が期待できない
。

Ｌ記脱水処理温度を１２７０℃とした場合でも、ゆるや
かに多孔質母材の焼結が進行し、その母材の細孔が表面
から閉塞されのいくので、脱水不充分となる。

本発明方法では、多孔質母材の脱水処理温度を１２００
℃以下としている。

これはフッ素ドープト石英の最低焼結温度（約１２５０
℃）を下回る温度であり、したがって多孔質母材の焼結
はもちろんのこと、前述した表面からの細孔閉塞すら生
ぜず、フッ素が脱水剤としてのａ歳を充分にはたす。

なお、本発明方法の脱水処理において、フルオロ系シラ
ンとして例えばＳ　ｉＦａを用いたとき、つぎの反応が
起きると推定される。

５ｉＦａ：ＳｉＦ２＋Ｆ２　　・・・・・・（１）・・
・・・・・・（２） 本発明方法の脱水処理を受けた光伝送用ガラス素材は、
後述するようにＯＨ基による吸収ピークが全く認められ
ず、かつ、所定量のフッ素がドープされている。

脱水処理ガスとしては、上述した脱水とフッ素ドープの
ためフルオロ系シランが不可欠であるほか、母材中の構
造欠陥の前駆体を減少させるため酸素系ガスが必要とな
る。

なお、酸素系ガスの必要性については、透明ガラス化処
理の場合に併せて説明する。

脱水処理雰囲気を、フルオロ系シラン、酸素系ガス、不
活性ガス（例えばＨｅ）の混合ガスにより形成すること
があり、この場合も前記と同様の脱水が行なえる。

つぎに、脱水処理後の母材を透明ガラス化するとき、処
理炉内の最高温部を透明ガラス化温度以上に保持すると
ともに、その炉内に不活性ガス、酸素系ガスを供給する
。

脱水処理後の母材は、かかる処理炉内の最高温部を所定
速度で通過することにより透明ガラス化される。

透明ガラス化の処理温度は所定値以上であればよいが、
この際の処理ガスとしては不活性ガスだけでなく酸素系
ガスをも供給する。

かかる透明ガラス化雰囲気中に酸素系ガスを存在させる
理由は下記の通りであり、前記脱水処理雰囲気中に酸素
系ガスを存在させる理由もこれと同じである。

すなわち前記（２）式においてＳ　ｉＦ２がガラス中に
導入され、処理雰囲気中の酸素が不足した場合、Ｓｉの
二価構造（Ｓｉｎ）すなわち構造欠陥の前駆体が生じ、
これがガラス中に残留する。

このような前駆体をもつガラスがγ線などの放射線をあ
びると、第４図のごとき構造欠陥が生成され、紫外部に
強い光吸収を生じる。

本発明方法では脱水処理雰囲気中、および透明ガラス化
雰囲気中に酸素系ガスを導入して母材処理を行なうから
、酸素不足に起因した構造欠陥の前駆体が減少され、し
たがって、当該光伝送用ガラス素材の紡糸加工物たるフ
ァイバが放射線をあびたとしても、いわゆる構造欠陥に
起因した伝送ロス増が抑制され、耐放射線特性が向上す
る。

「実　施　例ｊ 以下本発明方法の実施例につき、図面を参照して説明す
る。

第１図において、１はＶＡＤ法を介して作製されたガラ
ス微粒子の堆積物からなる多孔質母材であり、かかる多
孔質母材１は、そのコア部分が直径約２０ｍｍφのＳ　
ｉ０２−Ｇｅ０２　（Δ・＝０　、３％）からなり、ク
ラッド部分が外径１１０鵬馬φの５ｉ０２からなる。

２はその多孔質母材１を脱水ならびに透明ガラス化する
ための処理炉（Ｔｆ、気炉）であり、この処理炉２は石
英炉心管３とその炉心管外周に設けられた電気ヒータ４
とからなり、炉心管３にはガス導入口５、ガス排出口θ
が設けられている。

つぎに、上記処理炉２を用いて上記多孔質母材ｌを脱水
し、透明ガラス化する例につき、表１を参照して説明す
る。

なお表１中、炉温は炉心管３内における最高温部の温度
、移動速度は炉心管３内の上部からその最高温部に向け
て母材を降下させる際の速度、工程での■は脱水処理、
■は透明ガラス化処理をそれぞれあられす。

上記各個により得られた光伝送用ガラス素材にそれぞれ
同一サイズの無水合成石英管をジャケットして、カット
オフ波長１．２ｐｍの単一モード型の光フアイバ母材を
作製し、これら各母材を加熱延伸により線引して外径１
２５μ重φ、コア直径１０ＪＬＩｌφ、シリコーン被覆
による被覆外径３８０　ＪＬｍφの光フアイバ素線を得
た。

これら光フアイバ素線のロススペクトルを測定し、波長
１．３９ＪＬ肩における吸収ピークの高さを比較した結
果を第２図に示す。

第２図の結果からして明らかなように、脱水処理温度は
例３のごと＜　１２００℃を上回らないのがよいといえ
、脱水処理温度１３４０℃では例１のごと〈ＯＨ基吸収
ピークが４．［ｌｄＢ／ｋｍにもなってしまった。

これは前記１作用１の項で述べた通り、１２００’Ｃ！
以下での脱水が完全であるのに対し、　１２００”Ｏを
上回る脱水では多孔質母材の焼結や表面細孔閉塞が生じ
、脱水不完全が起きるからである。

脱水処理雰囲気中にフルオロ系シラン（ＳｉＦａ）を導
入する例３と、そうでない例４とのロススペクトルを第
３図に示すが、例３の処理母材にはＯＨ基の吸収ピーク
が全く認められず、Δ〜＝０．２！に相当するフッ素が
ドープされていた。

上記伝送特性の良好な光フアイバ素線（例３）の耐放射
線特性について、これの各母材処理が酸素を含む雰囲気
中で行なわれるので、酸素不足による構造欠陥の前駆体
が生じがたく、したがってフッ素ドープト石英の耐放射
線特性がより向上する。

本発明方法の場合、脱水、透明ガラス化する雰囲気中に
は、通常の０２に代え、反応性の高い発生期の０２とか
、オゾンを導入してもよい。

本発明方法の脱水処理雰囲気中へ導入するフルオロ系シ
ランとして、前述の場合は５ｉＦａを用いる例を述べた
が、これ以外のものとして、Ｓｉ２Ｆ６、ＳｉＨＦ３．
５ｉＨｚＦ２．５ｉｌｈＦ　、　ＣＦ６　すｌ！’を採
用すルコともできる。

脱水処理工程で母材中に導入されたフッ素は、つぎの透
明ガラス化工程の雰囲気中にフルオロ系シランが存在し
ないとき、少し飛散する傾向を示す。

したがって、母材中に多くのフッ素をドープすべく、透
明ガラス化工程の雰囲気中にフルオロ系シランを少量導
入してもよい。

なお、本発明方法での脱水処理において、その脱水処理
雰囲気中へ導入するフルオロ系シランの量により、処理
温度をシフトさせることは当然あり得るが、その処理温
度が１２００℃を上回るかについては以下の通りである
。

すなわち、フルオロ系シランの導入量が多くなる場合は
、母材中へのフッ素ドープ量が増え、その母材の最低焼
結温度が下がるので、脱水処理温度を１２００℃以下に
設定する必要が生じ、逆の場合は脱水処理温度を１２０
０℃以上に設定する必要が生じる。

しかし、脱水処理雰囲気中へ導入するフルオロ系シラン
の量を少なくした場合では、多孔質母材の脱水が不充分
となるため、脱水処理雰囲気中には多孔質母材の脱水が
適切に行なえる量のフルオロ系シランを導入する必要が
生じる。

かかる導入量の保持した上で母材の脱水を行なう場合は
、その脱水処理温度を１２００℃以下に設定しなければ
ならない。

本発明方法において多孔質母材を脱水処理するとき、前
述した例３のごとく、その脱水処理雰囲気中に不活性ガ
ス（Ｈｅ）を導入したが、これを省略した場合でも、す
なわち酸素系ガスとフルオロ系シランとを含む雰囲気（
ただし温度１２００℃以下）中でも所定のフッ素ドープ
と脱水とが行なえる。

その理由は以下の通りである。

ヘリウムは、その原子半径は０．９３ゎづストａ−ムと
きわめて小さく、ゆえに多孔質母材の内奥まで拡散浸透
し、かつ、容易に抜は出ることができ、かかる特性が、
母材中のＯＨ基やその他のガスの除去に役立ち、塩素の
脱水効果を向上させるのに有効であった。

一方、フッ素の場合、その原子半径は０．７１ゎゲスト
ロームであり、その気体分子の結合長さは１．４２ゎゲ
ストａ−ムである。

さらにフルオロ系シラン（フー７化物ガス）はハロゲン
ガスの一種である。

かかるフルオロ系シランを含む雰囲気中で多孔質母材を
脱水し、透明ガラス化した際、フッ素が均−に存在する
事実は、フッ素がヘリウムと同様な作用のあることを意
味する。

しかもフッ素は、前記（１）（２）式のごとく母材中の
水素と反応する。

すなわちフッ素は、ヘリウムよりも小さい原子半径を有
するので、多孔質母材中のガスの除去など、ヘリウムと
同等の役割をはたし、かつ、脱水剤としても作用する二
つの機能を有する。

以下その具体例を、表２に示す例５により説明する。

なお表２は、表１の場合と同様、前記処理炉２を用いて
前記多孔質母材ｌを工程！で脱水し、工程■で透明ガラ
ス化したものである。

上記例５により得られた光伝送用ガラス素材を用い、前
記各個と同様にして光フアイバ素線を得た。

かかる例５の光フアイバ素線につき、そのロススペクト
ルを第３図に示したが、これは前記例３の特性と殆ど同
じであり、したがって、脱水処理に際し、その雰囲気ガ
スの一つである不活性ガス（Ｈｅ）を省略した場合でも
、所定のフッ素ドープ、脱水の行なえることが例証され
ている。

このように、高価な不活性ガス（Ｈｅ）を省略する場合
、目的とする光伝送用ガラス素材が安価に製造できる。

その他、本発明方法の脱水処理工程、透明ガラス化処理
工程において不活性ガスを用いるとき、Ｈｅ以外の不活
性ガスを用いてもよく、Ｈｅとそれ以外の不活性ガスと
を混合して用いてもよい。

ｒ発明の効果Ｊ 以上説明した通り、本発明方法によるときは、多孔質母
材を、少なくとも酸素系ガスとフルオロ系シランとを含
み、１２００℃以下の脱水処理温度に保持された雰囲気
中で脱水処理し、その後、該母材を、少なくとも不活性
ガスと酸素系ガスとを含み、透明ガラス化温度に保持さ
れた雰囲気中で透明ガラス化するから、伝送特性、耐放
射線特性の優れた光伝送用のフッ素ドープト石英ガラス
素材が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を略示した説明図、第２
図は脱水処理温度とＯＨ基による吸収ピークとの関係を
示した図、第３図は各種光ファイノく素線のロススペク
トルを示した図、第４図はガラスの構造欠陥を示した説
明図である。 ｌ・・−多孔質母材 ２・φ・処理炉 ３・・・炉心管 ４　・・・ヒータ 代理人　弁理士　斎　藤　義　雄 Ｉｆ　　図 １２　　図 ハ茫水処！ｔｉＡ／ｌ　’Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）石英を主成分とするガラス微粒子の堆積物からな
   る多孔質母材を脱水ならびに透明ガラス化する光伝送用
   ガラス素材の製造方法において、上記多孔質母材を、少
   なくとも酸素系ガスとフルオロ系シランとを含み、１２
   ００℃以下の脱水処理温度に保持された雰囲気中で脱水
   処理し、その後、該母材を、少なくとも不活性ガスと酸
   素系ガスとを含み、透明ガラス化温度に保持された雰囲
   気中で透明ガラス化することを特徴とする光伝送用ガラ
   ス素材の製造方法。
2. （２）多孔質母材を、不活性ガスと酸素系ガスとフルオ
   ロ系シランとを含み、１２００℃以下の脱水処理温度に
   保持された雰囲気中で脱水処理する特許請求の範囲第１
   項記載の光伝送用ガラス素材の製造方法。
3. （３）フルオロ系シランがＳｉＦ＿４、Ｓｉ＿２Ｆ＿６
   、ＳｉＨＦ＿３、ＳｉＨ＿２Ｆ＿２、ＳｉＨ＿３Ｆのい
   ずれかからなる特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の光伝送用ガラス素材の製造方法。
4. （４）不活性ガスがＨｅからなる特許請求の範囲第２項
   記載の光伝送用ガラス素材の製造方法。