JPS63310744A - 希土類元素ド−プガラスの製造方法 - 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〉 この発明は、希土類元素を含有するガラスを高品質かつ
再現性よく製造する方法に関する。

〈従来の技術〉 希土類元素、例えばＮｄドープガラスの一種であるＮｄ
ドープＹＡＧガラスは、光学的活性が高く、これを用い
ていわゆるＹＡＧレーデに採用されている。このような
レーザ媒質としての利用は、Ｎｄに限るものではなく、
いわゆる希土類（ランタン系列）の元素に広く見られる
性質である。

これを利用して例えば石英系光ファイバの中にこれらの
元素をドープすることにより導波路型のレーザや光増幅
器などへの応用が検討されている。

その一つの例として第９図に見られるようにいわゆるＭ
’ＣＶＤ法の変形法によりコア内にＥｒ　、　Ｎｄ、Ｙ
などの元素をドープした単一モード光ファイバの製作例
が報告されている。図において、１００は例えば石英ガ
ラス管で、その一端付近は拡径されて希土類元素の塩化
物１０２例えば）ｉ（ｉｃｌ、を収容するドーパント揮
散用のチャンバ１０４を備えている。＋０６はＭＣＶＤ
　　法において通常用いられている酸水素バーナで、石
英ガラス管１００の一端から他端にむけて矢印に示すよ
う（：トラバースされるもので、前記チャンバ１０４　
［１１１１一端から供給される５ｉＣ１，、ＧｅＣｌ４
などのガラス原料ガスと０゜１０８とを熱酸化反応によ
りガラス層として石英ガラス管内壁に堆積させるための
ものである。また１１０はチャンバ１０４内に収容され
たＮｄＣ１゜を揮煕させる外部固定バーナである。以上
の構成においてｆ−’ｒ７バ１０４側一端から５ｉＣ１
４＋　ＧｅＣ１゜＋０．を供給し、チャンバ１０４内に
ＮｄＣ１，を収容しておき固定バーナ１１０でＮｄＣ１
，を揮散させるとともにバーナ１０６をトラバースする
ことにより石英ガラス管１００内壁にＮａを含むＧｅＯ
，−ＳｉＯ□ガラス１１２を堆積させる。なお１１４は
予め石英ガラス管１００の内壁に形成されたクラツディ
ング用としてのガラス層で、例えばＳｉＯ□−Ｐ、　Ｏ
，−Ｆガラスを堆積させておけば前記ガラス１１０をコ
ア材とする光通信用のガラス母材とすることができる。

〈発明が解決しようとしている問題点〉しかしながら以
上のようなＭＣＶＤ法は、光ファイバの製法には適して
いるが光学的活性のあるガラスをその他の光学的機器に
利用するためのガラス塊として得るには適しているとは
云い難い。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の観点から火炎内に主ガラス原料と希
土類元素含有原料とを送シ込み、希土類元素をドーパン
トとして含むガラスを得る方法を提供するものである。

〈実施例〉 第１図は、この発明方法に適用される装置を示したもの
で、まずその構造について説明する。

１はＮ（Ｌ　、　ｌｒ　、　Ｙなどの希土類元素２を粉
末状で収容する石英製のチャンバで、加振器３によシそ
の直下に連通された石英パイプ４内にノズル５を通して
所定量づつ落下させるようになされている０ なお、６は粉末２を搬送するためのＡｒ　キャリアガス
供給パイプである。７は、五重管バーナな示し、その中
心は前記石英パイプ４と連通している。第２層目には主
ガラス原料ガス例えば８１Ｃ１４がＡｒキャリアガスと
ともに供給される。なお必要に応じて他のＧｅＣｌ４な
どのガラス原料ガスを同時に供給し得る。第３Ｒ目には
後述するＨ、、Ｏ。

ガスと前記第２層目に供給される原料ガスとの反応を抑
制するためのＡｒなどのンールガスが供給され、第４、
第５層目には燃焼ガスとしての４，０！ガスが供給され
る。

８は、バーナの直下に適宜間隔をおいて位置された石英
製のターゲツト棒で、火炎１０内において火炎加水分解
法、熱酸化反応によっ工生成されたＮｄを含むＳ１０．
スート（ガラス微粉末）を堆積させてプリフォーム９と
するためのもので、その軸のまわ夛に回転されるととも
に、スートの堆積量に比例して常にバーナ７との間隔が
一定になるように所定速度で降下される。第１表は本実
施例の諸条件を示す。

第　　１　　表 ところで実際に堆積するガラス中に取込まれる希土類元
素の収率は定かではないが、５ｉＣ１４のＳ１０．とし
ての収率が約５０チ程度であるのに対してほぼ７０チ以
上の高さと考えられる。これはランタン、ネオジウム、
エルビウム、ホルミウムなどの希土類元素を含む酸化物
の１点が２００ｏ数百度Ｃ以上と高く石英ガラスのそれ
よりも高いからである。かくして得られた多孔質プリフ
ォーム９の寸法は直径４５５ｍ、長さ２００ｍであった
。

この多孔質プリフォームを炉内最高温度約１６５０℃の
加熱炉内に挿入して完全な透明ガラス化を図った。この
とき加熱炉内には９９汗量チのＨａ　　と０゜７容量チ
の塩素ガスと０．３容−ｆ１％の酸素ガスとを流した。

得られたガラス棒は直径２３ｔｍ、長さ１００ｍの透明
ガラスであった。なお幾つかの実験の結果ではネオジウ
ム、エルビウム、２ンタンホルミウムなどを１０　ｐＰ
ｍ〜１５　［）　Ｏｐｐｍの範囲で安定に石英ガラス中
にドーパントとして添加することができた。このように
して得られた希土類元素をドーパントとして含むガラス
棒は、そのまま切出して加工することによシレーザ用ガ
ラス、光増幅器用ガラス等に用いることができる。

なお、この実施例ではバーナ７とターゲット８とを一直
線上に配置したが、必ずしもこれに限定されるものでな
く第２図に示すようにある角度例えば３０度の角度をも
って行うこともできることは云うまでもない。図中、同
一符号は第１図と同一部分を示す。図において、１１は
未反応ガス、余剰のスートを排気するダクトである。

この実施例ではガラス堆積層としてスートを生成して堆
積させたが、バーナの温度を高めること（二より直接ガ
ラス化した透明ガラスｊを得ることもできる。さらにこ
の例では希土類元素を含むガラスとしてＳ１０！ガラス
の例を示したが他のガラスでもよく、また必要に応じて
他のドーパントとしてＧｏ　、　Ｐ　、　Ｔｉ　、　Ｂ
　、　Ｆ等を適亘選択して入れることも可能である。さ
らに希土類元素の化合物としては塩化物の他に臭化物、
ヨウ化物、酸化物、単体などを用いることができる。

さらに、希土類元素の化合物の粉体は、チャンバ１のノ
ズル５から徐々にバーナ中心層に吐出され、供給バイブ
ロからのＡｒ　ガスによつ℃火炎内に導かれるのである
が、第３図に示すようにバーナ全体をヒータ２０によシ
加熱しておけば吐出された希土類元素化合物を昇華もし
くは蒸発して均一性良く火炎内に取シ込むことができる
。なお図中同一符号は第１図と同一物を示す。このバー
ナ７を加熱する加熱体としては例えば、酸化雰囲気では
ＳｉＣ製発熱体や白金線が使用できる。また、不活性も
しくは中性ガス雰囲気ならカーボン発熱体が使用できる
が、いずれにしても８００〜１１００℃程度に加熱すれ
ばよい。さらにはバーナ７全体を８００〜１ｔｏｏｔ程
度に加熱することからバーナ構成材料としては石英ガラ
ス、アルミナ、ジルコニアなどの酸化物からなる耐火物
が好ましい。

第４図は、この発明によるＭ１図の装置を用いて得られ
たＮ（ＬドープＳ１０．ガラスを切り出して円柱状のコ
ア棒３０となし、このまわりに外針法によりクラツディ
ング層となるべきＳ１０．からなるスート層を堆積させ
てプリフォーム３２としてなるもので、その際の条件拡
以下の第２表のとうシである。

第　　２　　表 かくして得られたスートプリフォーム３２を第５図に示
す加熱炉３４内に下記の第５表に示す条件下で脱水、透
明ガラス化を行って服を含むＳ１０゜コア、Ｆドープ５
１０８クラツディングからなる透明ガラスプリフォー、
ムを得た。

なお、図において３６はプリフォーム３２が通される石
英製のマツフルチューブ、３８はガス供給口である。

第　　３　　表 かくして得られたコアークラッド型プリフォームを１２
５−　に紡糸し１フアイバ化したところその伝送特性は
１６図に示す如くであった。この結果かられかるように
最低損失は波長１．０６μｍで０．９４Ｂ／ｌ寥、１．
６μ贋で１．５ｄＢ／ムでちり非常に優れた光ファイバ
が得られた。

さらに第７図は、第４〜５図の方法によって得られた光
ファイバに０．８μｍの波長を発振している半導体レー
ザ光を入射させたときに生じる螢光の波長特性を示す。

このファイバではＮａ　の添加量は約５００　ｐｐｍで
あって、その結果は、波長１．０７μｍ付近に、　ファ
イバレーザとしての動作に適した強い螢光が観測され、
このような目的に浸れていることを示している。

箒８図は、第７１〜５図によって得られたファイバをレ
ーザ発振用として用いた一例を示したものである。図に
おいて、４０は、この発明による長さ３０ｍのＮｄドー
グシリカコアーＦドープシリ°ケフラツドファイバで、
その両端には１００％反射体４２（ミラー、選択的反射
膜等ンがとシつけられている。

４４は、ボンピング用の半導体レーザ、４６は、一般の
光ファイバで、半導体レーザ４４からのレーザ光を受け
るもので、他端は、マツチングオイル液中に浸漬するな
どして無反射終端４８を構成している。

一方５０はもう１つの一般の光ファイバで、一端はフィ
ルタ５２を介して通信用の光ファイバ５４と接続され、
他端は無反射終端４８を構成している。そしてこの発明
（二よるＮｄ　　ドープファイバ４０と両ファイバ４６
．５０とは１００：１カプラー５４．５６を介して結合
されている。

以上の構成において、ボンピング用半導体レーザ４４か
らのレーザ光はファイバ４６、カプラ５４を介してこの
発明のＮｄ　　ドープファイバ４０に結合され、ここで
励起されて所定のエネルギレベルに達するとカブ２５６
を介してファイバ５０に結合され、フィルタ５２を経て
所定の波長の光が通信用ファイバ５４にレーザ、出力光
として伝播される。

く効果〉 この発明によると、極めて簡単な方法で希土類元素を含
むガラス塊を得ることができるため光学的活性の高いレ
ーザ用ガラス、光増幅器用ガラスを再現性よく得ること
ができる。

また、この希土類元素を含むガラス塊を切り出して加工
し、その上に他のガラス層を形成するととによシファイ
バ型レーザとすることもできる等多大の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明方法に用いられる装置を示す断面図
、＠２図は、この発明の他の実施列を示す一部拡大図、
第３図は、この発明のバーナ部の他の例を示す概略図、
第４．５図は、この発明の応用例を示す説明図、第６図
は、第４．５図によって得られたファイバの損失波長特
性を示すグラフ、第７図は、同ファイバの螢光波長特性
を示すグラフ、第８図は、この発明のＮｄ　　ドープフ
ァイバをレーザ発振器に応用した例を示す説明図、第９
図は従来法を示す説明図である。 図において、２・・・希土類元素含有粉体７・・・多重
管バーナ ９・・・希土類元素含有 Ｓ１０．ガラススート プリフォーム 代理人　弁理士　竹　内　　　守 党１　図 第２図 第３図 第６区 第７図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）火炎内に主ガラス原料と希土類元素含有原料とを
   送りこみ、希土類元素を含むガラスを生成させることを
   特徴とする希土類元素ドープガラスの製造方法。
2. （２）主ガラス原料がガス状のハロゲン化ケイ素である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の希土類元
   素ドープガラスの製造方法。
3. （３）希土類元素含有原料が粉末状の塩化物であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の希土類元素ド
   ープガラスの製造方法。
4. （４）希土類元素ドープガラスがスートガラスであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の希土類元素
   ドープガラスの製造方法。
5. （５）希土類元素ドープガラスを回転する棒状基体の軸
   方向に堆積させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第４項記載の希土類元素ドープガラスの製造方法
   。
6. （６）火炎を発生させるバーナが多重管構造であつて、
   各層ごとに主ガラス原料ガス、粉末状希土類原料、Ｈ＿
   ２、Ｏ＿２が供給されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第４項又は第５項記載の希土類元素ドープガ
   ラスの製造方法。
7. （７）多重管バーナが粉末状の希土類元素の昇華温度も
   しくは気化温度に近い温度に加熱されてなることを特徴
   とする特許請求の範囲第６項記載の希土類元素ドープガ
   ラスの製造方法。
8. （８）希土類元素を含むガラスが光通信用ガラス材であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の希土類
   元素ドープガラスの製造方法。