JPS63260835A - 光学繊維の製造方法 - Google Patents

光学繊維の製造方法

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JPS63260835A
JPS63260835A JP63087040A JP8704088A JPS63260835A JP S63260835 A JPS63260835 A JP S63260835A JP 63087040 A JP63087040 A JP 63087040A JP 8704088 A JP8704088 A JP 8704088A JP S63260835 A JPS63260835 A JP S63260835A
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rare earth
vapor
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dimethyl
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ロバート ジェイ.マンスフィールド
ビル シー.マッコラム
リチャード ピー.タムミネリ
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Polaroid Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は光学繊維の製造方法に関するもので、そして特
に、高い稀土類含1の芯を有する光学繊維の製造方法に
関する。
Nd”+のような種々の稀土類イオンを含有する芯を有
する光学m維を製造することがこの技術における長年の
関心事であった。多数の先行技術の方法が試みられたが
それらは稀土類の高含有量を有する繊維の製造に限られ
た成功が得られ、その結果これら繊維の性能は限定され
た。軟質ガラスによる「菅−内一棒(rod−in−t
ube ) J法と称される先行技術の一方法では、稀
土類化合物を含む棒が妥当なガラス管の内側に置かれる
。次いでこの組合せ物を延伸して芯が稀土類イオンを含
有する繊維とする。
さらに先行技術の方法では多孔質ガラスを稀土類化合物
の溶液中に浸し、乾燥し、そして次に引張ってmMをつ
くる。この方法は芯の中に稀土類含量およそ1000p
p−を与えたにすぎない。
さらに一つの先行技術の方法においては、化学的蒸着法
における稀土類イオン源として蒸気相中に稀土類塩化物
を使用する。この方法は光学繊維芯中にかなりの稀土類
含量がなお達成されないと云う事実に加えて、稀土類塩
化物をガス相に維持するために要求されるi ooo℃
程度の高温度調節をする付加的問題に苦しむ。さらに、
1700°に一2100°にの筒器の有用な反応温度に
おける稀土類塩化物(そして多分臭化物)から稀土類酸
化物の形成には熱力学的限界があるように思われる。こ
の方法は芯の中におよそ2000 叶−の稀土類含量を
生じた。
その結果として、高稀土類含量の芯を有する光学繊維を
製造する方法について当業界における必要性がある。
発明の概要 本発明の具体化は高稀土類含量を伴なった高シリカ含有
ガラス芯を有するS i O2ガラス被覆光学繊維を製
造するための化学的蒸着を使用する方法を提供する。
本発明の方法では揮発性金属キレートが稀土類イオンの
供給源として役立つ。そのような金属有機キレートには
: 1.1,1,2,2,3.3−ヘプタフルオロ−7,7
−ジメチル−4,6−オクタンジオン;2゜2.6.6
−テトラメチル−3.5−ヘプタンジオン;1.1.1
−トリフルオロ−5,5−ジメチル−2,4−ヘキサン
ジオン:アセチルアセトン;トリフルオaアセチルアセ
トン;ヘキサフルオロアセチルアセトン;およびジビバ
ロイルメタンのようなY 3 ’キレートおよびM3+
IN位子を含む。
これらのうち、最も揮発性でそして最も熱的に安定な蒸
気種は:1,1.1.2.2,3.3−ヘプタフルオロ
−7,7−ジメチル−4.6−オクタンジオンおよび2
.2.6.6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン
(以後(tild>3と称する)のM ”f1体である
。ネオジミウムの場合前の配位子に対しては適切な蒸気
圧力を与えるための適切な温度において化合物の著しい
分解を生じることが判明した。その結果、固体および蒸
気種の良好な揮発性および良好な熱的安定性のため我々
はM(thd)3と称される化合物を使用することが望
ましい。揮発性は妥当な低温において蒸気相中に化合物
を与えるので重要でありそして安定性は化学的蒸着装置
中の反応帯域に化合物を移送するために重要である。本
発明の方法に従ってこれらの種は調節した基準で慣用の
化学的蒸着(CVD)反応器中に支持ガス、好ましくは
ヘリウムによって、大最流れ調節器の手段で送付される
本発明の方法を実施するために使用する装置中にカラム
を備えて蒸気の形態でスペシーズ(種)の源泉を与える
。カラムにはスペシーズ(種)を充填しまたはスペシー
ズと高純度の5in2またはAl2O3のような不活性
、不揮発性粒状固体との混合物を充填する。カラムは一
定温度に保ち、支持体ガスが通過するときにスペシーズ
の制御した蒸気圧を生じさせ、温度の値は典型的には使
用した個々の稀土類によって決まる。その結果、ガス状
スペシーズの蒸気圧が形成されこれは与えられる温度に
おける個々の種の特性である。
カラムから下流にある反応体送給系及びCvD反応器の
全表面は蒸気′スペシーズの凝縮を妨げるだけ充分高く
しかし早すぎるそれらの分解を生じる程高くはない温度
に保たれる。
光学繊維の芯は石英ガラス表面の壁土への成分酸化物の
化学的蒸着によって形成され、この場合は石英管の内側
の壁である。5IC14、A12C16、およびM(t
hd>3のような成分の酸素中の反応は、総て例えばヘ
リウムの支持体中で、加熱した回転する石英管内で起こ
り、加熱は横所する酸−水素トーチランプによって与え
られる。芯層が沈積した後に、管を崩壊させて稀土類イ
オンを含有する芯を有する棒ができる。反応帯域中に蒸
気として到達する稀土類キレートは酸素およびその他の
構成材料と反応して稀土類酸化物およびA1□03およ
びS i O2のようなその他の不揮発性ガラス構成成
分およびその他の揮発性化合物を形成する。これらの揮
発性化合物は・それ自身ガラス中に配合されないが、シ
ステムから完全に排出される。不揮発性成分酸化物混合
物ハ次いで溶融して1つまたは1つ以上の稀土類元素を
含有するガラス層を形成する・ 本発明の方法の特殊な利点の1つは多数の異なる稀土類
キレート錯体が良好な構成的制御によってCVD装置の
反応帯域に移送することができる点で同時に光学繊維の
芯の中に配合できる点である。例えば、これは数個の個
別源泉カラムを利用し、それぞれが移送する流れ中に運
ぶために蒸気状稀土類キレートを生じる個々のコラム源
のいくつかを利用することによって達成することができ
る。従って、本発明の方法に従って3個はどの異なる稀
土類イオンを含有する芯を有する光学繊維を我々は組み
立てた。
本発明の方法のさらに別の利点はCVD反応器内に移送
するために蒸気相中に稀土類キレートの適切な温度を保
つために比較的低温度、即ち高くてもおよそ200℃の
第四の温度を使用できることである。この事は稀土類塩
化物を利用する先行技術の方法に関連する調節問題を実
質的に減小させる。
本発明の方法のさらに別の具体化では繊維の8中へのア
ルミニウムイオンの導入である。アルミニウムイオンは
塩化アルミニウム蒸気、即ちAlCl3またはA12C
16、の手段によってCVD反応帯域中に導入される。
アルミニウムはいくつかの目的に役立つ:(1)それは
ガラス8中への稀土類イオンの溶解度を増加させる;(
2)それは芯の屈折率を高めて導波管を与える;および
3+ (3)Nd  と共に使う場合には、それはNd3+が
およそ1.064ミクロンにおいてレーザー光を発しこ
の波長はY A G −N d ”!晶し−ザーの波長
と調和する。
ガラス8中の材料の好ましい濃度は:2−20重置%の
Aオ、03.0.1−4重1%のNd2O3であり:そ
して芯の残余は主としてS i 02ガラスである。本
発明者等はまたYb3+およびEr3+イオンを持ち、
全稀土類酸化物濃度が5重層%以上である芯を有する繊
維をつくった。
これらの加工中に我々は固体稀土類化合物をCVD反応
Illの源泉カラム中の源泉として使用酸化物も芯に加
えてその性質を調整できるこトニ留意されるべきである
。本発明の方法の使用の結果として、本発明者等は固体
源カラムによっておよそ0.1から10重量%までの日
の範囲、またはそれより多い稀土類含量を有する光学繊
維が溶解度を考慮して決定される限度をもって達成でき
ると信する。
本発明の完全な理解は以下の詳細な記述を添付図面と共
に考慮することによって得られる。添付の第1図は本発
明の実施に使用される例示的な化学蒸着装置の図解を示
す。
第1図は高稀土類含偕の芯を有する光学m維を形成する
ための本発明の方法の具体化の1つを実施するために用
いられる化学的蒸着装置を図解して示す。第1図の装置
はまた数種の異なる稀土類化合物を含む芯を有するlI
Nを製造することができる。
第1図中に示されるようにここに記載される具体的態様
中の支持ガスヘリウムは源泉(示されていないが)から
流m (mass flow )¥J4節器(MFC)
10.MFC20,MFC30、およびMFC40を通
ってカラム50.60.70および80内にそれぞれ注
入する。MFC11節器は電子装置であってこの技術で
は周知のものである。
カラム50.60,70および80は種の蒸気の源泉と
してはたらく。ここに記載する具体的態様ではカラム5
0はA12C16蒸気の源泉であり:カラム60は稀土
類キレート蒸気、例えば、Nd(thd)3の源泉1あ
って、これは特殊実施例中ではR,E、   (thd
)3と称され:そしてかラム70および80は別の稀土
類キレートの源泉であって、これらは特殊実施例中でそ
れぞれR,E、   (thd)3および R,E、   (thd)3と称される。
本発明の方法を特にキレート配位子 (thd)3によって形成される稀土類化合物の表現で
我々は記載するけれども、本発明の方法は一般に稀土類
有機キレートの使用そして、特に下記の配位子の使用を
含む: 1.1.1.2.2.3.3−ヘプタフルオ〇−7,7
−ジメチル−4.6−オクタンジオン:2゜2.6.6
−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン:1.1.1
−トリフルオロ−5,5−ジメチル−2,4−ヘキサン
ジオン:アセチルアセトン;トリフルオロアセチルアセ
トン;ヘキサフルオロアセチルアセトン:およびジビバ
0イルメタン。
A12C16蒸気を与える方法はこの技術ではよく知ら
れている。カラムからの産出量として稀土類キレート蒸
気を与えるための一方法は次のことを必要とする:粗砕
した固体形状の稀土類キレートを高純度SiOまたはA
l2O3のような不活性、不揮発性粒状化固体と共に混
合し、混合物を一定湿度で加熱しそして調節した量の支
持ガス、例えばヘリウムを混合物に通して稀土類キレー
トの予定した蒸気圧を生じさせる。蒸気の形態で生じた
稀土類キレートの量は活性粒子状固体の表面積および温
度によって決まり一一我々は粒状化した不活性粒状固体
を好む、なぜなら、それは稀土類キレートに対し支持マ
トリックスを与え、流路をつける努力を減じ、露出した
表面積を最高にして蒸気の飽和を与え、そして稀土類キ
レート粒子の融合を妨げそれによってその表面積を最大
にできるからであ−る。使用する温度の個々の値は使用
する個々の稀土類キレートによって決まることに注意し
たい。特殊な1実施例において、稀土類キレート蒸気の
源泉として我々が使用したカラムはおよそ1.5インチ
の直径を有するガラスカラムを含みこれは加熱電線を巻
きつけたシリコーンゴムの相手を有するアルミニウム管
で取り巻かれている。アルミニウム管の高い熱伝導性(
およそ /16−1/8インチ壁)はカラムに沿った熱
傾斜を最小にするのに役立つ。白金RTD検出素子の使
用によって検出素子におけるカラムの温度を確実に±0
.1℃以内に調節できる。望ましい具体化において我々
は高純度5i02で稀釈したNd (thd)3粉末を
使用した。
カラム60,70および80は好ましくは200℃の範
囲の最高温度に加熱される。もらろん、前に検討したよ
うに、それぞれの異なる化合物に対する蒸気圧の差異の
結果として異なる稀土類キレートに対しては異なる温度
が使われる。
第1図に示されるように蒸気材料はそれぞれカラム50
.60,70および80を出てそれぞれ三方ストップ 
コック100,110.120および130を通る。キ
レート蒸気流がCVD反応器に通じる輸送ラインに転じ
る前にカラムが希望する平行ガス流および温度状態にも
たらされるときに稀土類キレート蒸気を排気するために
これらコックはHeおよびR,E、  キレート蒸気流
れを反応器システム中に稀土類含有ガラス層の沈積が始
まる時にだけ方向を転換し、そして所望の沈積の終りに
おいてR,E、キレート蒸気の供給を停止するのに役立
つ。第1図中に示されるように、カラムのそれぞれが稀
土類キレート蒸気の源泉として働くカラム60.70お
よび80からの出口は同じ輸送ライン、即ち輸送ライン
150に接続するのに対して、カラム50から出る A12C1,蒸気は輸送ライン160に入る。輸送ライ
ン150および160に入る蒸気材料は支持体ガス、例
えばヘリウムによって運ばれ、これらはそれぞれMFC
l 70およびMFCI 80を通って輸送ラインに入
る(ヘリウム支持体源泉は示されていない)。そのよう
な輸送ラインはこの技術では周知である。例えば、輸送
ライン150および160はテフロン1/4インチ直径
ラインであってこれは1および1/2インチ鋼管によっ
て取り巻かれる。輸送ライン15oおよび160の温度
は輸送中の蒸気材料がライン中で結晶化しないだけ充分
高いaat*に保たれる。例えば、Nd (thd)3
のような化合物では210℃から225℃までの範囲の
温度を我々は使用した。
特殊の一具体化において、この技術では周知の熱雷対温
度感知器を使って輸送ライン150および160中の温
度を2から3℃までの範囲内に我々は調節した。この事
はその中に含まれる蒸気材料の温度および蒸気圧を調節
して安定性を確保するための充分な精度を有する。この
時点ではアルミニウムおよび稀土類化合物は接触してい
ないことに注意する。
輸送ライン150および160は反応装置!220の同
心室190115よび200中にそれぞれ入り、そして
これらの室190および200は相互に分離されている
。源泉(これは示されていない)からの未加熱ガスの混
合物は210の室に入りこの210室は室190および
200と同心であるが分離されている。例えば、本発明
の方法の1つの具体化において、ガスの混合物はHe1
02、CI 、5IC1、GeC1、POCl3および
BBr3を含む。これらのガス類は混合物として室21
0中に挿入することができる、なぜならばそれらはその
温度においては反応しないであろうから。加熱素子23
0は反応装置220内で軸方向に配置される。第1図中
に示されるように加熱素子230は小さい中空アルミニ
ウム管上に巻きつけたニクロム線を含む。室190,2
00および210の配置のため最も内側の室190内の
温度は最も高くそして最外部の室210内の温度は19
0.200および210の室の中で最も低いことに注意
する。
190.200および210の室は2部分、即ち不回転
部分240と回転部分250から成る密封材料中に取り
付けられ、回転部分250はガスを通さない密封材料を
含む。第1図中に示されるように190,200および
210の室は石英管260中に配置された室中にさらに
出て行き、石英!’260は心出し要素280内に保持
されそして旋aiiみ(1athe chuck ) 
270および271中に強くつかまれる。その結果、旋
盤間゛み270および271を取りつけた旋盤(示され
ていない)は反応器M220の一部を回転させこれは第
1図中に不回転部分240の右にあるように示される。
清澄化の主要点として封印の非回転240および回転2
50部分は室210の外側の石英壁および回転する38
mg+O,D、石英管260の外側石英壁それぞれにO
−リング封止の配列によって添付される。CVD反応管
として役立つ石英管290はテフロン心出し要素280
の丁度上の個所であることに注意する。管部分260お
よび290は旋盤によって回転する。反応管290の他
端に結合する旋盤ヂャツクは示されていない。最後に、
総ての蒸気が石英管260中に含まれる室を出てそして
石英管290中の反応帯域に入ると、それらは加熱ラン
プ300を通りすぎる。
石英管290内の反応帯域はリボン バーナー310に
よって加熱される。リボン バーブ°−310はスリッ
トを右する石英管を含有する。H2がその中に注入され
そして燃やされて炎を与えこれは石英管290を320
℃から数百度までの範囲に熱する。本発明の方法の特殊
な具体化の1つにおいて我々は反応帯域中20al+の
外径および16InIRの内径を有する石英管290を
使った。横送りH2102バーナー340を矢印350
によって示される方向に石英管290の反応帯域に沿っ
て、第1図中に示される位置から左方遠くおよそ2イン
チの加熱素子230の右端まで軸方向に進めた。総ての
蒸気は加熱要素230の末端個所で石英管290中で混
合することに注意する。稀土類キレート蒸気は、石英室
190の末端で加熱要素230の先端の前方約114イ
ンチの個所で反応成分に加えられるものの最後である。
さらに、矢印340および350によって示されるよう
にバーナー340は石英管290の反応帯域に沿って軸
方向に移動し、一方石英管290それ自身はその軸のあ
たりを矢印330で示される方向で回転する。
本発明の方法に従って稀土類キレートを我々は使用した
ために、我々はおよそ250℃の温度においてガス成分
を反応帯域に送出する温度を限定することが可能であっ
た。その結果、回転する封を組み立てることが可能であ
った。このように、稀土類キレートの使用はガス状形態
を保つために実質的により高い温度を必要とする稀土類
イオン源としてその他の材料の使用に勝る主要利点を与
える。例えば、稀土類塩化物はi ooo℃から150
0℃までの範囲の移送温度を必要とした。
一度ガス状種が石英管290の反応帯域中で一緒に混合
されると、反応体蒸気が横に移動するH2102バーナ
ーによって与えられる熱帯域を通過するときに化学反応
が起こる。生成物のうちの稀土類酸化物は、他の不揮発
性酸化物と共に横送りバーナーの下流に石英管290の
壁土に形成する油煙層中で混合するようになる。これら
の成分はバーナーがそこを通り過ぎるとき溶融して均質
なガラス層をつくる。キレート配位子は石英管290か
ら排出されるCO2およびH2Oのようなガス状化合物
を都合よく形成する。
本発明の方法で記述した具体的態様におけるアルミニウ
ム化合物の使用はアルミニウムが2つの目的に役立つの
で好ましい具体化を提供する。第1に、それは生じた光
学繊維の芯および被覆の間に屈折率の差を与えて光波の
案内を与えるために使われる。例えば、珪酸塩ガラス中
の1重最%のアルミニウムはおよそ0.1の屈折率の差
を与える。第2に、アルミニウムはガラス中への稀土類
化合物の溶解率を相分離を伴なうことなく高める、即ち
、ガラスが冷却するときにその中に他の化合物の結晶は
生じない。
本発明の方法の上記化学的蒸着部分のその他の部分の特
に仔細は当業者がよく知るところである。
例えば下記のことは限定せずに含まれることはよく知ら
れている:どのようにして光学繊維が石英管290から
つくられるか:光学的繊維の芯の屈折率を被覆の屈折率
との関連において変えるためにアルミニウム以外のドー
パント(dopant )が使えること;蒸気を移送す
るためにヘリウム以外の支持ガスが使えること:反応帯
域に対する適切な範囲の温度;酸素を有する化合物が反
応帯域中での使用において全面的にまたは部分的に酸素
を取り替えるであろうこと;その他。
明らかに、その教示から逸脱することなくそれ以上の具
体化を行ない得ることを業者らは認めるであろう。従っ
て上の記述中に含まれまたは添付した図面中に示される
総ての事柄は説明のためでありそして限定するものでな
いと解すべきことが意図される。
【図面の簡単な説明】
添付した図面は本発明完全な理解に資するためのもので
あって、本発明の実施に際して使用する化学的蒸着装置
の一例を図解して示したものである。なお図面中に記入
した数字はそれぞれ下記のものを表わす: 10.20.30.40:MFC 50,60,70,80:カラム 100.110,120.130 一三方ストップコック 101.111,121.131 :排出口150.1
60:移送ライン 190:W 2O0;室 21o:室 22o:反応装置 230:加熱素子 240:非回転部分 250:回転部分 260:石英管 270.271 :レースチュツク 280:中心部分 290:石英管 310:バーナー 320:石英管 31o:矢印 33o:矢印 340:バーナー

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも1つの稀土類有機キレート・スペシー
    ズを含む蒸気をつくり;そして 少なくとも1つの稀土類イオンを沈積させるために化学
    的蒸着装置の反応帯域に前記蒸気を移送する工程を含む
    稀土類イオンを含有する芯を有する光学繊維の製造方法
  2. (2)キレート配位子が下記: 1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロ−7,7
    −ジメチル−4,6−オクタンジオン;2,2,6,6
    −テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン;1,1,1
    −トリフルオロ−5,5−ジメチル−2,4−ヘキサン
    ジオン;アセチルアセトン;トリフルオロアセチルアセ
    トン;ヘキサフルオロアセチルアセトン;およびジビバ
    ロイルメタン; から選ばれる特許請求の範囲第(1)項に記載する方法
  3. (3)その方法が: アルミニウム化合物を含有する蒸気をさらに形成し;そ
    して さらに形成した蒸気をアルミニウムイオンの沈積のため
    反応帯域に移送する 段階をさらに含む特許請求の範囲第(2)項に記載する
    方法。
  4. (4)蒸気を形成する工程が少なくとも一つの稀土類キ
    レートの固体とSiO_2との混合物を加熱し、そして
    加熱した混合物をキャリヤーガスにさらす工程を含む特
    許請求の範囲第(2)項に記載する方法。
  5. (5)キャリヤーガスがヘリウムである特許請求の範囲
    第(4)項に記載する方法。
  6. (6)反応帯域が石英管の内壁によつて区画され、そし
    て方法がO_2と、SiO_2と、Cl_2、GeCl
    _4、POCl_3、SF_6およびSiF_4から成
    る群から選ばれる少なくとも一つの他の化合物とを含む
    蒸気を、芯の沈積のための反応帯域に移送する工程をさ
    らに含む特許請求の範囲第(1)項に記載する方法。
  7. (7)キレート配位子が下記: 1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロ−7,7
    −ジメチル−4,6−オクタンジオン;2,2,6,6
    −テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン;1,1,1
    −トリフルオロ−5,5−ジメチル−2,4−ヘキサン
    ジオン;アセチルアセトン;トリフルオロアセチルアセ
    トン;ヘキサフルオロアセチルアセトン;およびジビバ
    ロイルメタン から選ばれる特許請求の範囲第(6)項に記載する方法
  8. (8)方法が: アルミニウム化合物を含む蒸気をさらに形成し;そして アルミニウムイオンの沈積のためにさらに付加された蒸
    気を反応帯域に移送する工程をさらに含む特許請求の範
    囲第(7)項に記載する方法。
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