JPS6317231A - カルコゲナイドガラスフアイバ母材の製造方法及びその装置 - 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、波長が２〜１０ミクロンの赤外領域において
透過性に優れるカルコゲナイドガラスファイバ母材の製
造方法およびその装置に関するものである。

従来の技術 従来の、石英を中心とした酸化物ガラスでは、その構成
原子の格子振動による赤外吸収端は２ミクロン程度に限
られていた。波長がこれ以上になると赤外吸収が大きく
なり、赤外線を通しにくくなる。そこで、波長が２〜１
０ミクロンの赤外光を伝送できる光フアイバ材料として
ハロゲン化物によるガラス質あるいは結晶質、それにカ
ルコゲナイドガラスが検討されている。

例えばハロゲン化物は赤外透過性に優れ、固有損失値が
石英の１／１０〜１／１００になるものと期待されてい
る。しかし、ガラス化、ファイバ化が困難で、耐候性の
著しく悪いものが多い。特に、ハライドガラスとしてよ
く知られているＢ　Ｆ　２やＺｎＣ１ｚは潮解性が激し
い。このため、低損失な光ファイバとしては不適当であ
った。

ハロゲン化物結晶としてはアルカリ金属ハライド等の光
学材料が知られている。これろ材料は塑性加工によりフ
ァイバ化するため長尺化が困難であるという問題がある
。また、ファイバ内の結晶粒界による光の散乱が避けら
れないため伝送損失の低減が困難である。

カルコゲナイドガラスは赤外吸収帯が１０ミクロン以上
にまでのびているものが多数ある。しかも紡糸によりフ
ァイバ加工できるため、赤外光を伝送できる光フアイバ
材料として期待されている。

カルコゲナイドガラスを製造するには、まずカルコゲナ
イドガラス原料を石英ガラス管内のるつぼに封入する。

次いでこの石英ガラス管を揺動させながら加熱して原料
間の反応を行なわせる。その後さらに加熱を行ない原料
を溶融し、次いで急冷する。こうすることによりガラス
化がなされる。

この従来から知られたカルコゲナイドガラス製造法を図
解したものが第３図である。

第３図は、カルコゲナイドガラスを合成する場合の一般
的な温度曲線を示したものである。この曲線には２つの
プラトーがある。低温でのプラトーＡでは原料間の反応
を行なわせる。その後の高温でのプラ）−Ｂでは原料の
溶融による均一化を行なう。均一化が達成された段階で
急冷してガラス化する。

第４図は、いろいろなカルコゲナイドガラス原料および
化合物の温度・蒸気圧曲線である。例えばＡｓとＳｅを
用いてカルコゲナイドガラスを製造する場合について説
明する。第４図から明らかなように、ＡｓとＳｅはどち
らも同じような温度・蒸気圧曲線を描く。従って、第３
図のプラ）−Ａに対応する温度を５００〜６００℃とし
、ブラ）−Ｂに対応する温度を８００℃ぐらいにすれば
蒸気圧の上昇なしに均一なカルコゲナイドガラスを製造
することができる。

しかし、同一蒸気圧になる温度が原料間で非常に大きく
異なる場合には第３図に示した温度曲線で均一なガラス
化を行なうことは難しい。このような原料の組合せとし
てはＡｓ（！：ＳあるいはＧｅとＳ等が考えられる。例
えばＡｓとＳの組合せでプラトーＡの温度を６００℃と
するとＳの蒸気圧は１００００Ｔｏｒｒをはるかに越え
る。その結果として石英ガラスでできた反応管は破損し
てしまうのでガラス合成は不可能となる。もしプラ）−
Ａの温度としてずっと低い４５０℃を考えた場合にはＡ
ｓの蒸気圧が非常に小さくなることからＡｓとＳのガラ
ス合成反応は遅くなる。従って反応に長時間を要するこ
とになる。

発明が解決しようとする問題点 カルコゲナイドガラスの製造方法としては上述のように
、まず原料を秤量して石英ガラス管内のるつぼに封入し
、この石英ガラス管を揺動しながら加熱して原料を溶融
させた後急冷することによりガラス化するという方法が
従来から用いられている。

この方法で低損失の光ファイバを製造するには以下のよ
うな問題点がある。

原料中に含まれる不純物は除去されないままであるうえ
、原料が封入された石英ガラス管に付着している不純物
までもがファイバとなるはずの溶融したカルコゲナイド
に溶は込む。このため、高純度のガラスを得ることが難
しい。

用いる原料に含まれる元素間の融点および蒸気圧が大き
く異なる場合には均一に原料を溶融することが難しい。

さらに、均一に溶融を行なおうとして溶融温度を高める
と石英ガラス管内の圧力が高まり破損の危険が出てくる
。

そこで本発明は、上記の問題点を解決する、カルコゲナ
イドガラスファイバ母材の製造方法およびその装置を提
供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、反応容器内でカルコゲナイドガラス原料を溶
融反応させてカルコゲナイドガラスファイバ母材を製造
する方法であって、該カルコゲナイドガラス原料の主成
分より選択した蒸気圧制御物質と該反応容器内のカルコ
ゲナイドガラス原料とで反応系を形成し、該反応室内の
カルコゲナイドガラス原料と該蒸気圧制御物質とを互い
に独立に温度制御することにより反応系の蒸気圧の制御
を行ないながら上記カルコゲナイドガラス原料を溶融反
応させることを特徴とする。

上記カルコゲナイドガラスは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちの
少なくとも１種を含み、さらに、該カルコゲナイドガラ
スに含まれた、上記Ｓ、　５ｅＳＴｅのうちの少なくと
も１種との融点温度差が蒸気圧７６０Ｔｏｒｒで１５０
度以上ある成分を含むという場合に特に有用である。

上記の製造方法を実施するためのカルコゲナイドガラス
ファイバ母材Ｈａ装置は、カルコゲナイドガラス原料を
収容する反応部と、該カルコゲナイドガラス原料の主成
分より選択した蒸気圧制御物質を収容し、該反応部と連
通した蒸気圧制御部とを備える反応容器を備え、さらに
上記反応部の温度制御を行なう温度制御装置と、上記蒸
気圧制御ファイバの温度制御を行なう温度制御装置とを
備えることを特徴とする。

作用 溶融るつぼ内のカルコゲナイドガラス原料が２元化合物
である場合を考える。相律から自由度ｆは、 ｆ＝ｎ＋　２−ｐ（ｎ：成分数、ｐ：相の数）と表わす
ことができる。液相と気相の間の平衡を考えればｎ＝２
、ｐ＝＝２であることから、ｆ＝２となる。従って、温
度と成分元素の分圧の２つの自由度を決めることにより
ガラス合成条件を規定することができる。

例えばＡｓとＳの２元カルコゲナイドガラスではＳの蒸
気圧が高いことから、反応管内の蒸気圧制御部にこのＳ
を収容して低温にする。すなわち、ＡｓＳの反応部を７
００℃の高温にするのに対し、この蒸気圧制御部を４５
０℃以下に制御する。こうすることにより、ＡｓＳ均一
ガラス製造反応を促進するとともに反応管内を低蒸気圧
に保つことができるようになる。

ＧｅＳガラスではＳの蒸気圧制御を、ＡｓＴｅガラスで
はＡｓの蒸気圧制御を行なうことにより均一なガラスが
製造される。

実施例 第１図（ａ）は、本発明の製造装置の一例で横型のもの
、第２図（ａ）は同じく本発明の製造装置の一例で縦型
のものである。第１図（ｂ）、第２図ら）にそれぞれ上
記製造装置内の温度分布を示す。

反応管１内の中間部には小孔を有する隔壁２が設けであ
る。この隔壁２で隔てられた、反応管１の片側が反応部
３である。反応部３には原料を溶融するための溶融るつ
ぼ５が設けである。隔壁２で隔てられた、反応管１の反
対側は蒸気圧制御部４である。蒸気圧制御部４には蒸気
圧制御物質７を収容する。反応部３の周囲には加熱用ヒ
ータ８が、蒸気圧制御部４の周囲には加熱用ヒータ９が
それぞれ設けてあり、各部の温度を独立に制御できるよ
うになっている。第１図ら）、第２図（ｂ）かられかる
ように、反応部３は高温Ｔ１　に、蒸気圧制御部４は低
温Ｔ２に保持する。

第１図（ａ）に示す装置を用いてＡｓおよびＳからなる
ＡＳ２Ｓ３カルコゲナイドガラスを製造した。反応部３
内の溶融るつぼ５にはＡｓとＳを含むガラス原料を所定
量収容する。一方、蒸気圧制御部４には蒸気圧制御物質
７としてＳを収容する。次に、反応管１を減圧して真空
度をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下にする。充分真空度
がよくなった段階で反応部３を加熱ヒータ８でＴ＋　＝
　６５０℃に加熱すると同時に、蒸気圧制御部４を加熱
ヒータ９でＴ２　＝　４００℃に加熱して溶融るつぼ５
内のガラス原料を溶融させるとともに反応管１内の蒸気
圧を所定値に保つ。

２４時間この状態を続けてガラス化反応を行なった後急
冷してガラス化する。

このようにして得られたカルコゲナイドガラスは直径５
ミリメートノベ長さ５０ミリメートルのロッドに成形し
た後、フッ素樹脂を被覆し紡糸を行ないファイバを作製
した。

このファイバはＡＳ２Ｓ３ガラスによるコア（コア径０
．３ミ！ｊメートルφ）およびフッ素樹脂クラッド（外
径０．４　ミリメートルφ）からなるステップインデッ
クスファイバである。伝送損失の測定では２．５ミクロ
ンで６０ｄＢ　／キロメートルというよい損失値が得ら
れた。

反応部３をＴ、　＝　５５０℃として上記の実施例と同
様に作製したＡＳ２Ｓ３ガラスファイバの伝送損失は１
００ｄＢ／キロメートルであった。

一方、比較例としてＳの蒸気圧制御を行なわない場合も
試みた。この場合反応管１全体を６５０℃に加熱したと
ころ反応管ｌ内の原料蒸気圧の上昇により反応管が破損
したためガラス化はできなかった。

さらに別の比較例として、反応管１全体を５５０℃に加
熱した。この場合はガラス化反応が可能で、２４時間ガ
ラス化反応を行なった後急冷してガラス化した。上記の
例と同様にして紡糸したファイバの伝送損失は１２０ｄ
Ｂ／キロメートルであった。

もうひとつ別の比較例として、反応管１全体を４５０℃
に加熱した。この場合もガラス化反応が可能で、２４時
間ガラス化反応を行なった後急冷してガラス化した。先
に述べたのと同様にして紡糸したファイバの伝送損失は
１０００ｄＢ　／キロメートルという大きな値であった
。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、カルコゲナイドガ
ラスファイバ母材製造の際に、反応管内にカルコゲナイ
ドガラスの主成分より選択した蒸気圧制御物質を所定の
温度に保持して反応系の蒸気圧制御を行ないながらしか
も溶融反応の温度を任意に設定できる。このため、原料
元素間の融点および蒸気圧の差が大きい場合にも均一な
カルコゲナイドガラスファイバ母材が可能となる。この
カルコゲナイドガラスファイバ母材を用いた光ファイバ
は波長域が２〜１０ミクロンの赤外光を低損失で伝送で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明のカルコゲナイドガラスファイ
バ母材製造装置で横型のものであり、第１図（ｂ）は、
第１図（ａ）の製造装置の温度分布であり、 第２図（ａ）は、本発明のカルコゲナイドガラスファイ
バ母材製造装置で縦型のものであり、第２図（５）は第
２図（ａ）の製造装置の温度分布であり、 第３図は、カルコゲナイドガラスを合成する場合の一般
的な温度曲線を示したものであり、第４図は、いろいろ
なカルコゲナイドガラス原料および化合物の温度・蒸気
圧曲線である。 （主な参照番号） １・・反応管、　　２・・隔壁、 ３・・反応部、　　４・・蒸気圧制御部、５・・溶融る
つぼ、 ７・・蒸気圧制御物質、 ８．９・・加熱用ヒータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器内でカルコゲナイドガラス原料を溶融反
   応させてカルコゲナイドガラスファイバ母材を製造する
   方法であって、該カルコゲナイドガラス原料の主成分よ
   り選択した蒸気圧制御物質と該反応容器内のカルコゲナ
   イドガラス原料とで反応系を形成し、該反応室内のカル
   コゲナイドガラス原料と該蒸気圧制御物質とを互いに独
   立に温度制御することにより反応系の蒸気圧の制御を行
   ないながら上記カルコゲナイドガラス原料を溶融反応さ
   せることを特徴とするカルコゲナイドガラスファイバ母
   材の製造方法。
2. （２）上記カルコゲナイドガラスは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅの
   うちの少なくとも１種を含み、さらに、該カルコゲナイ
   ドガラスに含まれた、上記Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうちの少な
   くとも１種との融点温度差が蒸気圧７６０Ｔｏｒｒで１
   ５０度以上ある成分を含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のカルコゲナイドガラスファイバ母材
   製造方法。
3. （３）カルコゲナイドガラス原料を収容する反応部と、
   該カルコゲナイドガラス原料の主成分より選択した蒸気
   圧制御物質を収容し、該反応部と連通した蒸気圧制御部
   とを備える反応容器と、 上記反応部の温度制御を行なう温度制御装置と、上記蒸
   気圧制御ファイバの温度制御を行なう温度制御装置と、 を備えることを特徴とするカルコゲナイドガラスファイ
   バ母材製造装置。