JPS6311537A - 光フアイバ用母材の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はゾル−ゲル法による光ファイバ用母材の製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

ガラスの新しい製造方法の一つにゾル−ゲル法と呼ばれ
る低温合成法があり、近年、この製法を応用して光ファ
イバ用母材の製造が行なわれつつある。実際の製造法は
アルキルシリケート及びシリカ微粒子を主原料とするゾ
ル溶液を用い、特にクラッド・コア間で屈折率差を持た
せるため、コア用ゾル溶液には抽々の屈折率制御材を添
加したものを用いる。代表的な製造方法は特開昭６１−
９１０３３号公報に記載されているように、まずクラッ
ド用ゾル溶液を回転ゲル化し管状ゲル体を作製し、次に
そのゲル体の中空部にコア用ゾル溶液を流し込みゲル化
させて、クラッド層とコア層が一体となった多層円筒状
ゲル体（第１図（ｂ））あるいは中空部を持たない多層
円筒状ゲル体（第１図（α））を作製する。このゲル体
を乾燥、焼結することにより径方向中央部で高屈折率、
周辺部で低屈折率である光ファイバ用母材を製造してい
た。

〔発明が解決しようとする間親点〕

ゾルからゲルへの転移は浴液中のアルキルシリケートの
縮重合反応に伴う見Ｉ止は上のもので、ゲル化後におい
てもゲル体中では上記の反応が急速に進行しており、時
間の経過と伴に体積収縮が生じる。したがって、クラッ
ド・コアー体ゲルを作製する場合にはクラッド用ゾル溶
液がゲル化した後に、コア用ゾル溶液を注入し同様にゲ
ル化ぎせるが、その時間的タイミングが問題となる。つ
まり、コア用ゾルの注入の時期が早すぎると、クラッド
ゲルとコア用ゾル間で著しい物質移動が生じ、クラッド
・コア間の界面が不明瞭になるばかりか、コア部分にお
ける屈折率分布が大幅に乱れる。逆に、注入の時期が遅
すぎると、ゲル化後の体積収縮速度がクラッド・コア間
で一致せず、乾燥初期の段階でゲル体に亀裂を生じたり
、コア層が剥離する現象が生ずる。また、この注入の時
期をＭａ化しても、コア層からクラッド層へのドーパン
トの拡散が生じやすく、これは、ゲル化直後のゲル体の
構造が極めて多孔質性に富んだものであるため、反応途
中の重合体の移動が比較的おこりやすい事による。クラ
ッド層からコア層へのドーパントの拡散は、縮重合反応
過程と焼結過程で主に生じていると考えられる。焼結過
程におけるドーパントの拡散は熱拡散であり、拡散距離
は比較的短いのに対して、縮重合反応過程における拡散
は拡散距離も長く、また拡散物質量も多い。したかって
、光ファイバ用母材中の屈折率分布を精密に制御するた
めには、縮重合反応過程における拡散を防止することが
特に重要である。

そこで本発明は以上の問題点を解決するもので、その目
的とするところは従来のクラッド／１とコア層の間に他
の部分よりも高密度のクラッド層を設けることにより、
ゲル化から乾燥終了段階に至る過程でクラッド層からコ
ア層へのドーパントの拡散を防止することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光ファイバ用母材の製造方法は、アルキルシリ
ケートとシリカ微粒子を主原料をするゾル溶液の回転ゲ
ル化により得られるクラッド・コアー体多層ゲル体を焼
結、ガラス化することにより光ファイバ用母材を製造す
る方法において、クラッド層の最内周品分の密度が他の
部分よりも高くなっているゲル体を用いることを特徴と
する。

ゲル体は多孔性に富んだ構造を有しており、特にゲル化
直後は縮重合反応が未完結なため一層上記の特徴が顕著
であり、ドーパントの拡散も容易に生じろ。この縮重合
反応過程におけろドーパントの拡散を防止するためには
、クラッド層の最内部、つまりクラッド層とコア層の境
界付近に比較的多孔性に富んでいない、つまり密度が他
の部分と比較して高くなっている拡散防止層を設ければ
良い。ここで、この拡散防止層は最終的にガラス化した
場合に、コア層よりも屈折率が低くなることが最低必要
条件であるが、クラッド層と屈折率が同じかそれよりも
低い方が望ましい。ところで、シリカ微粒子の混合量を
少なくするとゲル化時から乾燥ゲル段階で、密度が高く
なる性質がある。したがって、シリカ微粒子を用いずに
アルキルシリケートの加水分解溶液のみを用いて拡散防
止層を形成することは、ゲル化時に密度が比較的高くな
ること、及びガラス化時にクラッド層と同一の屈折率、
密度を示し、実際上クラッド層と一体化し区別ができな
くなるなどの理由により極めて有効である。

上記シリカ微粒子を含まないアルキルシリケートの加水
分解溶液のみを用いて拡散防止層を形成しようとする場
合、以下の２つの方法が有効である。第１法は、多分散
性シリカは粒子及びアルキルシリケートの加水分解溶液
から成るゾル溶液を回転ゲル化する際に、回転による遠
心力を利用してシリカ微粒子を回転体の外周付近に集め
、内周付近にはアルキルシリケートのみが存在するよう
な状態でゲル化させることにより、クラッド層の最内周
部に密度が高くなった拡散防止層を形成する方法である
。この方法ではゲル体の径方向に対し連続的に密度が変
化するため、グレーデツトインデックス型の光ファイバ
用母材を作製する場合には特に都合が良い。第２法は、
シリカ微粒子を混合したゾル溶液（第１のゾル溶液）を
用いて回転ゲル化（第一層を形成）させた後、シリカ微
粒子を混合していない、又は、第１のゾル溶液に比べ少
址のシリカ微粒子しか混合していないアルキルシリケー
トの加水分解溶液のみから成るゾル溶液（第２のゾル溶
液）を、回転ゲル化により生じた中空部に回転を停止す
ることなく注入し、初めにゲル化したクラッド層の内側
に密着する形で二層状にゲル化させ、クラッド層の最内
周部分で密度が高くなるようにゲル体を作製する方法で
ある。この方法では第一層を形成した後、速やかに第２
のゾル溶液をゲル化させることにより、第１法と比較し
てクラッド層の内周部分のみで密度が高いのが特徴であ
り、ステップインデックス型の光ファイバ用母材を作製
する場合に適している。

上記いずれの方法においてもクラッド層ゲルを作製した
後、コア用ゾル溶液を注入し回転ゲル化又は静置ゲル化
させることにより、各々中空状又は中実状のクラッド・
コアー体ゲル体が得られる。

このゲル体を乾祿、焼結することにより最終的に光ファ
イバ用母材となる。

〔実施例１〕 （１）　　ゾル溶液の調型 エチルシリケート、無水エタノール、水、アンモニアを
゛モル比で１：５．７：４：Ｑ、０５の割合で混合し約
６時間攪拌した後、室温で一日以上保存してから減圧濃
縮した。この濃縮液のＰＨ値を２規定の塩酸を用いて４
．３に調愁し多分散性のシリカ微粒子溶液（以下溶液（
Ａ）と呼ぶ）とした。

次に、エチルシリケートに重量比で１＝１になるように
０．０２規定の塩酸を加え、氷冷しながら約２時間攪拌
することによりクラッド用酸性加水分解溶液（以下溶液
（Ｂ）と呼ぶ）を調製した。

さらに、エチルシリケートに重量比で１：Ｑ、１３にな
るように０２規定の塩酸を加え、氷冷しながら約２時間
攪拌した後、ガラス化時における二酸化ゲルマニウムの
濃度が５ｍ０１％となるように、所定量のテトラエトキ
シゲルマニウムを加え、さらに約１時間攪拌した。その
後、エチルシリケートに対して重量比で１：α２４に相
当する鑓のＩＩＬ２規定の塩酸を加え約１時間攪拌し、
コア用酸性Ｄ口水分解溶液（以下溶液（Ｃ１と呼ぶ）を
調製した（２）　　クラッド・コアー体ゲルの作製溶液
（Ａ）及び溶液（Ｂ）からクラッド用ゾル溶液を、溶′
に１（Ｎ及び溶液（Ｃ）からコア用ゾル溶液を各々調製
した。ただし、混合溶液中に占める微粒子溶液の割合は
、クラッド用ゾル溶液及びコア用ゾル溶液ともに６０％
とした。

α２規定のアンモニア水及び水を用いて、クラッド用ゾ
ル溶液のＰＨ値及び液琺を規格化した後、回転円筒容器
に所定量を入れ、第２図に示す回転装置を用いて容器の
長手方向を回転軸にとり、回転させながらゲル化させ管
状クラッド用ゲルを得た。その時の回転による遠心力は
、容器内部で最大５０Ｇであった。その後、回転円筒容
器を回転装置からはずし、回転ゲル化により生じた管状
クラッド用ゲル体の中空部に、やはりＰＨ値と体積を規
格化しておいたコア用ゾル溶液を流し込み、静置したま
まゲル化させクラッド・コアー体ゲル体を作製した。

（３）乾燥及び焼結 得られたクラッド・コアー体ゲル体を密閉状態で約３日
間熟成させた後、開口率がａ、３％になるように直径１
圏程度の穴が多数個開けられた上ぶたを有する乾燥容器
中に移し入れ、６０°０に保たれた恒温乾燥機を用いて
約４週間かけて乾燥し、空気中に放置しても割れないク
ラッド・コアー体乾燥ゲルを得た。このゲル体のクラッ
ド部分では回転により生じる遠心力の作用によりある程
度の粒子配向が生じており、つまり、クラッド用ゾル溶
液中の大きい粒子は外側に、小さい粒子は内側に集って
ゲル化しているため、クラッド内周部の密度は外周部に
比べ明らかに高くなっている。

この乾燥ゲルを石英製管状焼結炉に入れ最高１０５０℃
まで昇温するとともに、途中２００℃。

３００℃及び７００℃で数時間づつ保持し、脱吸着水、
脱炭素、脱塩化アンモニウム等の処理及び脱水縮合反応
の促進処理を行った。次に一担７００℃まで降温してか
ら再度、最高１２５０℃まで昇温し、その途中に、塩素
ガス、酸素ガス、ヘリウムガス等の雰囲気に保持し、脱
水酸基処理及び閉孔化処理を行った。続いて試料を最高
１４００℃までｈａ熱し、この温度で３０分間保持し、
無孔化を行いｄ明ガラス焼結体を得た。

こうして得られた光ファイバ用母材の品質は極めて良好
であり、この母材を用いて直径約１２５μ扉の光ファイ
バを作製しその特性を調べたところ、光導波作用を有す
ることがＭ［された。尚、本実施例で作製した光ファイ
バ用母材の径方向における屈折率分布を第３図に示す。

〔比較例〕

実施例１と同様のゾル溶液を用いて、従来法に基づいて
作製した光ファイバ用母材の径方向における屈折率分布
を第４図に示す。第３図と比べて明らかに屈折率分布に
広がりが認められ、ドーパントの拡散が顕著であること
がわかる。

〔実施例２〕 実施例１と同様のゾル溶液を用い及び同様の方法により
光ファイバ用母材を作製した。ただし、クラッド用ゾル
溶液の回転ゲル化時における回転速度を変え、容器内部
で最大２５０Ｇの遠心力を作用させつつゲル化させた。

本実施例では、先の実施例１の場合と比較してクラッド
用ゾルのゲル化時に作用する遠心力が大きいため、粒子
配向のＭ合も大きく、シたがって乾燥ゲル体中のクラッ
ド層の内周部と外周部における密度差は、実施例１の場
合よりもさらに大きい。この光ファイバ用母材の径方向
における屈折率分布を第５図に示す。また、この母材か
ら作製した光ファイバにおいても光導波が確認された。

以上の様に大きな遠心力を作用させて、より大きな粒子
配向を生じさせれば、屈折率分布は急峻なものとなるが
、作用する遠心力があまりにも大きすぎるとゲル体の破
壊をまねく。したがって、実用上は５００Ｇ［度が限界
である。

〔実施例３〕 （１）　　ゾル溶液の調製 実施例１と同様の方法で溶液（Ａ）〜（０）を調製した
。ただし、溶液（Ａｌの出発原料比を以下の様に変更し
単分散に近いシリカ微粒子溶液とした。エチルシリケー
ト、無水エタノール、水、アンモニアの混合をモル比で
１：１ｔ４：４：α１５とした。

（２）　　クラッド・コアー体ゲル体の作製溶液（Ａ）
及び溶液（Ｂ）から第１のクラッド用ゾル溶液を、溶液
（Ｅｌから第２のクラッド用ゾル溶液を、溶液（Ｎ及び
溶液（Ｃ）からコア用ゾル溶液を各々調製した。第１の
クラッド用ゾル溶液及びコア用ゾル溶液中に占める微粒
子溶液の割合は、実施例１の場合と同様の６０％とし、
第２のクラッド用ゾル溶液は、溶液中の有効シリカ成分
濃度が第１のクラッド用ゾルのそれと同一になるように
、１１したα２規定のアンモニア水及び水を用いて、第
１のクラッド用ゾル溶液のｐｇ値及び液量を規格化した
後、実施例１と同様の装置、方法により回転ゲル化した
（第１のクラッドゲル）、、その後、やはりＰＨ値及び
液量を規格化した第２のクラッド用ゾル溶液を、回転装
置を止めることなく回転円筒容器内に注入し、第１のク
ラッドゲルの内壁に密着する形でゲル化させ（第２のク
ラッドゲル）、２種類のクラッド用ゾル溶液から成る二
層クララトリＪを有する管状ゲル体を作製した。このゲ
ル体のクラッド部分は、用いたゾル溶液中のシリカ微粒
子の添加の有熱により、第１のクラッドゲル部分で密度
が低く、第２のクラッドゲル部分で密度が高くなってい
る。つまり、この第２のクラッドゲル部分でコア用ゾル
溶液中のドーパントの拡散を防止することができるわけ
である。

得られたクラッド・コアー体ゲルは実施例１と同様の方
法で乾燥及び焼結を行った。こうして得られた光ファイ
バ用母材の品質は極めて良好であり、この母材を用いて
直径約１２５　／Ｊ　ｒＩ％の光ファイバを作製しその
特性を調べたところ、光導波作用を有することが確認さ
れた。尚、本実施例で作製した光ファイバ用母材の径方
向における屈折率分布を第６図に示す。実施例１及び２
の場合に比べ屈折率分布が急峻で、はぼステップ型とな
っていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、アルキルシリケー
トとシリカ微粒子を主原料とするゾル溶液の回転ゲル化
により得られるクラッド・コアー体多層ゲル体を焼結、
ガラス化することにより光ファイバ用母材を製造する方
法において、クラッド層の最内周部分の密度が他の部分
よりも高くなっているゲル体を用いることにより、クラ
ッド・コアー体ゲル作製後のコアゲル部分からクラッド
ゲル部分へのドーパントの拡散を防止し、所定の屈折率
分布を得ることができる。ゾル−ゲル法では中間過程に
おいて多孔質ゲル体を経るため、ドーパントの拡散が顕
著でありたが、本発明の様にゲル体の密度を巧みに制御
することにより、拡散を効果的に防止することができる
。したがって、屈折率分布の作り込みが極めて重要とな
る光ファイバ用母材の作製時に本発明を応用することは
極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（α）は光ファイバ用母材となるゲル体の断面を
表わし、中空部を持たないクラッド・コアー体ゲル体断
面図。 第１図Ｃｂ２）は光ファイバ用母材となるゲル体の断面
を表わし、中空部を有するクラッド・コアー体ゲル体断
面図。 １・・・・・・クラッドとなるゲル部分２・・・・・・
コアとなるゲル部分 第２図は本実施例で使用した回転装置の概略図１・・・
・・・回転中心線 ２・・・・・・ゾル注入部分及び回転軸３・・・・・・
軸受け ４・・・・・・回転円筒容器用固定ホルダー５・・・・
・・回転円筒容器 ６・・・・・・回転用モーター ７・・・・・・支持台 第５図は実施例１で作製した光ファイバ用母材の径方向
における屈折率分布を示す図。 第４図は比較例で作製した光ファイバ用母材の径方向に
おける屈折率分布を示す図。 第５図は実施例２で作製した光ファイバ用母材の径方向
における屈折率分布を示す図。 第６図は実施例３で作製した光ファイバ用母材の径方向
における屈折率分布を示す図。ただし、もとの母材では
中空部が存在するため、中実化した後の屈折率分布を示
しである。 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士最上務（他１名） （と〕、）　　　　　　　　　　　　　　（１）ン第１
　図 第２図 粗旬距Ｍ輛、） ”Ｔ　３図 ／り　　　　　ρ　　　　　１０ Ａす向距紐（− 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルキルシリケートとシリカ微粒子を主原料とす
   るゾル溶液の回転ゲル化により得られるクラッド・コア
   ー体多層ゲル体を焼結、ガラス化することにより光ファ
   イバ用母材を製造する方法において、クラッド層の最内
   周部分の密度が、他の部分よりも高くなつているゲル体
   を用いることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法
   。
2. （２）上記多層ゲル体として、多分散性シリカ微粒子を
   用い且つ回転ゲル化時に５０Ｇ（Ｇは重力加速度、９．
   ８ｍ／Ｓ＾２）以上の遠心力を作用させ、それにより生
   じる粒子配向を利用して、クラッドゲル最内周部分で密
   度が高く、その他のクラッド部分では密度が低くなって
   いるゲル体を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光ファイバ用母材の製造方法。
3. （３）上記多層ゲル体として、シリカ微粒子を含む第１
   のゾル溶液を回転ゲル化して得られる管状ゲル体の内壁
   面に、第１のゾル溶液よりも少量のシリカ微粒子しか含
   まない、又は全くシリカ微粒子を含まない第２のゾル溶
   液を回転ゲル化させた管状ゲル体を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ用母材の製
   造方法。