JPS6360121A - ド−プト石英の製造方法 - 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Ｊ 本発明は通信用、光学用などに用いられる合成石英母材
を得るのに適したドープト石英の製造方法に関する。

ｒ従来の技術１ 光フアイバ用、イメージガイド用、ライトガイド用、ロ
ッドレンズ用などの合成石英母材としてドープト石英が
広く用いられている。

上述したドープト石英は、気相化学反応法を介して多孔
質母材をつくり、その多孔質母材を透明ガラス化するこ
とにより得られ、かかるドープト石英の屈折率は、つぎ
の手段により設定される。

その一つは、多孔質母材をつくる際、Ｓ　ｉ０２ととも
にドーパントを合成してこれを５ｉ０２中に添加する方
法であり、他の一つは、純石英製の多孔質母材をドープ
原料含有雰囲気内で透明ガラス化し、その母材中にドー
パントを添加する方法である。

ｒ発明が解決しようとする問題点１ 上述した前者の方法は、フッ素、燐のごとく、ガス、反
応生成物等の蒸気圧が高くなるドーパント、またはネオ
ジムのごとく、原料の蒸気圧が低くなるドーパントの場
合、これを気相化学反応法の火炎中に導入することがで
きない。

上述した後者の方法は、前者において適用できないドー
パントの添加方法として案出されたものであるが、かか
る方法の場合は、種々の実験例で知られている通り、ド
ープ量を増やすことができない。

ちなみに、後者の方法としては、蒸気圧の高いフッ素添
加方法が一般化されており、かかる方法は、フッ素をＳ
ｉＯ２にドープすることにより屈折率をＦげ、ディプ１
／ストクラツド型シングルモード光フアイバを５Ｊ造す
る場合によく使用される。

具体的には、ＨｅとＳ　ｉｈまたはＳＦ６　との混合雰
囲気内で純石英製の多孔質母材を透明ガラス化してその
母材中のフッ素をドープしているが、この場合のドーズ
−１，は、比屈折率差で最大０．４部程度にしかならな
い。

一方、へ気圧の低いドープ原料による］二足後者のドー
パント添加方法として、ネオジムに関する報告（６１年
度電子通信学会総合全国大会）もみられる。

■−記報告例では、ＮｄＣｌ３を１０００℃以１−の高
温で気化させた雰囲気内において、純石英製の多孔質母
材を透明ガラス化しているが、この際のネオジムドープ
針は、最大でも０．３ｗｔ５にとどまる。

かかるネオジムト−プを兼ねた多孔ｌｉＩ材の透明ガラ
ス化は、一般例と同様、ドープ原料蒸気が１０ｏｚの雰
囲気で行なうのでなく、Ｈｅを共存させた雰囲気中で行
なうものであるため、そのドープ量は、に２雰囲気内の
ＮｄＣｌ３の分圧と相関関係があり、この際、ネオジム
がドープされるメカニズムは、高温の５ｃｉｃ＋、＋雰
囲気内においてＮｄＣ１〕が多孔質１”Ｌ材中に拡散し
、その多孔質母材の焼結進行にともない、ＮｄＣｌ３が
当該母材中に封じこめられ０と考えられる。

」二足焼結後のドープト石英について、ＮｄとＣ１との
Ｃ度分布を調べた結果では、ＣＩとＮｄの挙動が類似し
ているように思える。

この点のみをとらえた場合、１−配本囲気内におけるＮ
ｄＣｌ３の分圧を高めることにより、ａＩ封材中のネオ
ジムのドープ針が増えるが、そのドープ針が一定値を越
えた場合に、ヘリウムの分圧がドがり、母材の透明化が
不七分となるので、結論的には、ネオジムの場合もドー
プ量を多くすることができない。

（発明はＬ記の問題点に鑑み、石英製の多孔質母材をド
ープ原料含有雰囲気内で処理してドープト石英を製造す
る方法において、ドープ量を多くすることのできる方法
を提供しようとするものである。

１問題点を解決するための手段Ｊ 本発明に係るドープト石英の製造方法は、所期のＦ１的
を達成するため、ドープ原料を含有し、そのドープ原料
の融点以−１−に温度保持されたドープ雰囲気内におい
て石英製の多孔質母材中にドープ原料を取りこむ工程と
、その後、多孔質母材をドープ原料の融点以下に冷却し
て該多孔質母材中のドープ原料を固化する工程と、その
後、ドープ原料の融点以ドに温度保持された酸化雰囲気
内において多孔質母材中のドープ原料を酸化する工程と
、■：記各工程を繰り返して多孔質母材に所望量のドー
パントを添加した後、該多孔質母材を透明ガラス化雰囲
気内において透明ガラス化するＬ程とを備えていること
を特徴とする。

ｒ実　施　例」 以ド、未発１す］方法実施例につき１図面を参照して説
明する。

第１図は本発明方法において純石英製の多孔質ｐｔ材を
処理するための電気炉を示し、第２図はその電気炉内の
温度分布を示したものである。

第１図の電気炉１は、ガス人［１２、ガス出（１３を有
する石英製の炉心管４と、その炉心管４のＩｒ１部外周
に設けられた電気ヒータ５とからなる。

１−記電気炉１を介して処理される純石英製の多孔質母
材６は、ＶＡＤ法などの気相化学反応法を介して作製さ
れたものであり、かかる多孔質ｆｌｌ材６は石英製の支
持棒７により担持されている。

支持８！Ｓ７には、ドープ原料８を収容するための容器
３が多孔質母材６と近接して取り外しｉ′ＩＴ詣虻こ取
りつけられており、その容器９は、石英などの１耐熱材
からなり、開放型の構造を有する。

第１図の電気炉ｌを介して多孔質ｆＪ材６を処理すると
き、多孔質Ｉｌ材６中にドープ原料を取りこむ工程と、
多孔質母材６中のドープＩ！Ｘ＃４を固化する工程と、
多孔質母材６中のドープ原料を酸化する工程とが必要回
数だけ繰り返され、しかる後、多孔質母材６を透明ガラ
ス化する工程が実施される。

以下、上述した各工程について説明する。

多孔質母材Ｂ中にドープ原料を取りこむ工程では、電気
炉】の炉心管４内に、不活性ガスとしてヘリウムが供給
されるとともに、その炉心管４内が電気ヒータ５により
加熱され、かかる炉心管４内の上部に、多孔質母材６と
ドープ原料８入りの容器９とが支持棒７を介して挿入さ
れる。

その後、炉心管４内の多孔質母材６とドープ原料８入り
の容器９とが回転状態で降下され、当該炉心管４内の高
温域に移行する。

かくて、容器９内のドープ原料８がその融点以上に加熱
されて蒸発し、炉心管４内がドープ雰囲気となり、多孔
質母材６中すなわち多孔質母材６の各気孔中にドープ原
料が取りこまれる。

こうして多孔質母材８中にドープ原料８を取りこんだ後
は、その多孔質母材６中のドープ原料８を固化する工程
を引き続き実施するが、かかる工程に際しては、多孔質
母材６を引き上げて炉心管４内の低温域（ドープ原料８
の融点以下）に急速移行させればよく、これにより多孔
質母材６中のドープ原料８が冷却かつ析出（ｌｉ固）さ
れ、固化状態となる。

多孔質母材８中のドープ原料８が固化されたとき、容器
ａ内のドープ原料８を外気により酸化されない温度まで
冷却した後、その容器３を支持棒７から外して−たん炉
心管４外に取り出す。

ついで、多孔質母材６中のドープ原料８を酸化する工程
を実施するが、これに際しては、炉心管４内に酸素を供
給してその炉心管４内を酸化雰囲気に保持し、かつ、ド
ープ原料８の融点以下の温度域において多孔質母材Ｂ中
のドープ原料８を酸化する。

かかる酸化工程により、多孔質母材６中のドープ原料８
は、酸化物の状態で完全に固定される。

以下は、上述したドープ原料取込工程、ドープ原料固化
工程、ドープ原料酸化工程を必要な回数だけ繰り返して
多孔質母材Ｂ中に所望量のドーパントを添加する。

上記のようにして、多孔質母材６中にドーパントを添加
した後は、多孔質母材６を透明ガラス化する工程を実施
するが、これに際しては、炉心管４内にヘリウムを供給
して１００％ヘリウムの雰囲気に保持するとともに、そ
の炉心管４内を透明ガラス化温度に保持し、かかる透明
ガラス化雰囲気において多孔質母材６を透明ガラス化す
る。

かくて、透明なガラス母材すなわちドープト石英が得ら
れる。

つぎに、本発明方法の具体例とその比較例について説明
する。

具体例 〔多孔質母材〕 ＶＡＤ法による純Ｓ　ｉ０２製 外径３０％鳳φ 長さ１００＋ａ鵬 平均密度０．３５％ 〔ドープ原料〕 ＮｄＣｌ３ 〔ドープ原料取込工程〕 Ｈｅ：５ｆＬ／ｓｉｎの雰囲気とした炉心管内の１００
℃以下の温度域に多孔質母材とＮｄＣｌ５（容器入り）
とを挿入した後、これらを５℃／ｇｉｎの昇温速度で１
２００℃に加熱し、６０分間保持して、　ＮｄＣｌ３蒸
気を多孔質母材の気孔中に取りこむ。

〔ドープ原料固化工程〕

上記工程後の多孔質母材を炉心管内の７００℃以下の温
度域に急速移行させ、多孔質母材に拡散したＮｄＣｌ３
蒸気を凝固させる。

〔ドープ原料酸化工程〕

ＮｄＣｌ３容器を取り出した後の炉心管において、その
炉心管内の６５０〜７５０℃の温度域に多孔質母材を位
置せしめ、該炉心管内に１０立／ｍｉｎの酸素を供給す
るとともに、その酸化雰囲気内に多孔質母材を３０分間
保持して、該母材中のＮｄＣｌ３　をＮｄ２Ｏ３として
酸化する。

以下、上記ドープ原料取込工程、ドープ原料固化工程、
ドープ原料酸化工程を２０回繰り返す。

〔透明ガラス化工程〕

上記各り程を繰り返したドーパント（Ｎｄ２０：＋）を
添加した後の多孔質母材を、１５５０℃、１００＄Ｈｅ
とした炉心管内に入れ、その透明ガラス化雰囲気内で所
定時間加熱して、当該多孔質母材を透明ガラス化する。

Ｌ記具体例により得られた透明ガラス母材、すなわちド
ープト石英の組成濃度、組成分布を測定したところ、平
均ドーパント濃度（Ｎｄ２０：Ｊ：度）が１．０２％で
あり、　Ｎｄ２Ｏ３が径方向に均一に分布しており、塩
素は検出されなかった。

この具体例の場合、透明ガラス化前の母材中に繰り返し
ドーパントを添加するので、そのドーパントの添加にが
多くなるといえ、しかもその後、１００ｔＨｅの雰囲気
内で多孔質母材を透明ガラス化するので、当該透明ガラ
ス化が十分に行なわれるとえる。

上記具体例では、Ｎｄ２０３をドーパントとする例を述
べたが、例えばＣｅＣｌ３．　ＡＩＣｂ　７ｐの低蒸気
圧のドープ原料を用いて金属酸化物をドープする他の具
体例にも適用できる。

比較例 具体例と同様、Ｈ８雰囲気とした炉心管内に既述の多孔
質母材とＮｄＣｌ３　とを入れ、これらを１２００℃に
て６０分間保持した後、直ちに１５５０℃に昇温しで当
該多孔質母材を透明ガラス化した。

この比較例により得られた透明ガラス母材、すなわちド
ープト石英には、Ｎｄ２Ｏ３が２ｏｏｐｐ鶴添加される
にとどまった。

この比較例の場合、多孔質母材の気孔中に取りこまれた
ＮｄＣ１３の分圧と、ドープ雰囲気内にあるＮｄＣｌ３
の分圧とが同じになった時点で直ちに焼結しているため
、ドーパントの添加量が少ないといえる。

１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、所定のド
ープ原料取込工程、ドープ原料固化工程、ドープ原料酸
化工程を繰り返して多孔質母材中にドーパントを添加す
るようにしたから、蒸気圧の低いドープ原料であっても
、その母材中にドーパントを十分に添加することができ
るとともに、その後の透明ガラス化工程において上記母
材奢七分に透明ガラス化することができ、ゆえに、高濃
度のドープト石英が得らる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るドープト石英の製造方法を略示し
た説明図、第２図は本発明方法に用いる電気炉内の温度
分布を示した説明図である。 ｌ・・・・・・電気炉 ４・・・・・・電気炉の炉心管 ５・・・・・・電気ヒータ ６・・・・・・多孔質母材 ７・・・・・・多孔質母材の支持枝 ８・・・・・・ドープ原料 ８・・・・・・ドープ原料の容器 代理人　弁理士　斉　藤　ａ　雄 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ドープ原料を含有し、そのドープ原料の融点以上に温度
   保持されたドープ雰囲気内において石英製の多孔質母材
   中にドープ原料を取りこむ工程と、その後、多孔質母材
   をドープ原料の融点以下に冷却して該多孔質母材中のド
   ープ原料を固化する工程と、その後、ドープ原料の融点
   以下に温度保持された酸化雰囲気内において多孔質母材
   中のドープ原料を酸化する工程と、上記各工程を繰り返
   して多孔質母材に所望量のドーパントを添加した後、該
   多孔質母材を透明ガラス化雰囲気内において透明ガラス
   化する工程とを備えていることを特徴とするドープト石
   英の製造方法。