JPS6230144B2 - - Google Patents

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JPS6230144B2
JPS6230144B2 JP15496080A JP15496080A JPS6230144B2 JP S6230144 B2 JPS6230144 B2 JP S6230144B2 JP 15496080 A JP15496080 A JP 15496080A JP 15496080 A JP15496080 A JP 15496080A JP S6230144 B2 JPS6230144 B2 JP S6230144B2
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JP
Japan
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silica glass
doped silica
dopant
glass
solid solution
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Shoichi Sudo
Hiroyuki Suda
Fumiaki Hanawa
Motohiro Nakahara
Nobuo Inagaki
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Priority to US06/300,296 priority patent/US4414012A/en
Priority to FR8117174A priority patent/FR2489808B1/fr
Priority to NL8104196A priority patent/NL190841C/xx
Priority to IT8123880A priority patent/IT1139603B/it
Priority to KR1019810003418A priority patent/KR860001248B1/ko
Priority to DE19813136429 priority patent/DE3136429C2/de
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Publication of JPS6230144B2 publication Critical patent/JPS6230144B2/ja
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01413Reactant delivery systems
    • C03B37/0142Reactant deposition burners
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/30Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
    • C03B2201/31Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with germanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2203/22Radial profile of refractive index, composition or softening point
    • C03B2203/26Parabolic or graded index [GRIN] core profile
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はドープトシリカガラスの製造方法に関
するものである。
従来、主としてGeO2を含むドープトシリカガ
ラスは第1図に示す製造工程(いわゆるスートプ
ロセス)により製造されていた。第1図はこの製
造工程を示すブロツク図であり、図中の各ブロツ
クにおいて、Aはガラス形成原料、Bはガラス微
粒子、Cは多孔質ガラス体、Dは透明ガラス体を
示す。a,b,cはそれぞれの工程において旋す
処理を示し、aは火炎加水分解反応、bは焼結、
cは高温溶融の各処理を表わしている。
この第1図より明らかなように、GeO2を含む
ドープトシリカガラスは、SiCl4、GeCl4等のガラ
ス形成原料Aを火炎加水分解aして、SiO2
GeO2のガラス微粒子Bを形成せしめ、これを焼
結bして多孔質ガラス体Cとし、その後、高温溶
融cして透明ガラス体D(ドープトシリカガラ
ス)を形成せしめるものであつた。
このような従来のドープトシリカガラスの製造
方法(スートプロセス)において、単位時間当り
のガラス形成原料供給量を増加し、ドープトシリ
カガラスの製造速度を向上せしめようとした場
合、火炎加水分解反応によるガラス微粒子の合成
効率が低下するという欠点があつた。また、ガラ
ス微粒子の合成、GeO2の添加および焼結とを同
時にかつ同一の熱源によつて行なうため、ガラス
形成原料供給量を増加すると、焼結が不十分とな
り、多孔質ガラス体を形成するのが困難になると
いう欠点があつた。本発明者らの検討によると、
上記のような制限によりスートプロセスによるド
ープトシリカガラスの製造方法では、単位時間当
りの製造量を毎時500g以上にすることは困難で
あり、また製造効率も80%が上限であつた。
また上記のガラス製造速度の向上におけるスー
トプロセスの欠点を回避するために、火炎温度を
高め、ガラス微粒子から直接透明なガラス体を製
造する方法(いわゆる直接ガラス化法)を採用し
た場合、GeO2が透明ガラス体中に添加できず、
ドープトシリカガラスが得られなかつた。
このような欠点を除去するため、本発明者等は
あらかじめシリカガラス微粒子を合成し、これを
SiCl4;H2Oと反応してSiO2と固溶体を形成しう
るドーパントを生成可能なガス状添加物;水蒸気
を含むドープトシリカガラス形成ガスに500〜
1000℃の温度で曝して、ドーパント(たとえば
GeO2)をSiO2−ドーパント固溶体としてこのガラ
ス微粒子に添加し、しかる後透明ガラス化するド
ープトシリカガラスの製造方法を発明した(改良
スートプロセス法;Improved Soot Process;
ISPと仮称す)。この方法によればシリカガラス
微粒子の合成、ドーパントの添加、透明ガラス化
が別々の工程でなされるため、前述のような種々
の要因により製造速度が制限されないと言う利点
がある。
このような改良スートプロセス法において、シ
リカガラス微粒子へのドーパントの固溶添加後、
ドーパント添加ガラス微粒子を焼結し透明化する
とき、第2図に示すような装置を用いていた。第
2a図は合成装置の概略図、第2b図は合成トー
チの断面図であり、1は合成トーチ、2は火炎用
ガス供給口、3はドープトシリカガラス微粒子供
給口、4は火炎流、5はドープトシリカガラス微
粒子流、6はドープトシリカガラス、7は受台、
Gはドープトシリカガラス微粒子である。
第2図より明かなように、合成トーチ1の中心
にはドープトシリカガラス微粒子供給口3、その
まわりに火炎用ガス供給口2を備えており、ドー
プトシリカガラス微粒子流5はこのドープトシリ
カガラス微粒子供給口3より噴射され、火炎用ガ
ス供給口2よりの火炎流4により焼結、透明化さ
れ、受台上7に丸棒状ドープトシリカガラス6を
形成する。
しかしながら、ドーパント(たとえばGeO2)添
加量の均一なドープトシリカガラス微粒子Gを合
成トーチ1内の1つの供給口3から吹き出し、ド
ープトシリカガラス体6を形成するため、丸棒状
ドープトシリカガラス体6中の半径方向のドーパ
ント(たとえばGeO2)濃度分布(屈折率分布に対
応)は、第3図に示すように均一であつた。この
ため、該丸棒状ドープトシリカガラス体6を光フ
アイバ母材のコア材として使用し、線引きして得
られた、光フアイバの伝送帯域は50MHzKm以下
であるという欠点があつた。
本発明はこのような欠点を除去すること、詳し
くは改良スートプロセス法において、製造される
ドープトシリカガラスの半径方向のドーパントの
濃度分布を所望の分布に制御しえる方法を提供す
ることを目的とする。
したがつて、本発明によるドープトシリカガラ
スの製造方法は水晶粉またはシリカガラス微粒子
粉を500〜1000℃の温度において、SiCl4;H2Oと
反応してSiO2と固溶体を形成しうるドーパント
を生成可能なガス状添加剤;及び水蒸気;を含む
ドープトシリカガラス形成ガスに曝して、SiO2
−ドーパント固溶体を形成せしめてドープトシリ
カガラス微粒子を生成させ、その後、透明ガラス
化するに際し、ドーパント固溶添加量の異なる前
記ドープトシリカガラス微粒子をそれぞれ別異の
供給口より噴出させ、ドーパント濃度分布を制御
して焼結、透明化することを特徴とするものであ
る。
本発明によれば、得られるドープトシリカガラ
ス体に半径方向にドープト濃度分布を形成しえる
ので、これを使用して製造される光フアイバの伝
送帯域および伝送損失の点において、著しく改良
される。
本発明を更に詳しく説明する。
第4a図は、本発明によるドープトシリカガラ
スの製造方法を実施するための装置の一例の概略
図であり、第4b図は合成トーチの断面図であ
る。図中、41は合成トーチ、42は高濃度ドー
プトシリカガラス微粒子供給口、43,43′は
低濃度ドープトシリカガラス微粒子供給口、44
は火炎用ガス供給口、45,46はドープトシリ
カガラス微粒子流、47は火炎流、48はドープ
トシリカガラス体、49は受台である。
第4図より明かなように、合成トーチ41は高
濃度ドープトシリカガラス微粒子供給口42を中
心に備え、その両隣りに低濃度ドープトシリカガ
ラス微粒子供給口43,43′を有している。こ
れらの供給口42及び43,43′の数及び位置
はこれに限定されるものではなく、所望のド−パ
ント濃度分布(屈折率分布)等を考慮し機能的に
定めることができる。
火炎用ガス供給口44はこれらの供給口42及
び43,43′を囲むように設けられており、良
好にガラス微粒子を焼結、透明化できるようにな
つている。
高濃度ドープトシリカガラス微粒子供給口42
よりの高濃度ドープトシリカガラス微粒子流46
及び低濃度ドープトシリカガラス微粒子供給口4
3,43′よりの低濃度ドープトシリカガラス微
粒子流45は火炎用ガス供給口44よりの火炎流
47内及び受台49上のドープトシリカガラス体
48表面で互いに混合、拡散し合いながら、ドー
プトシリカガラス体48を形成する。この結果、
製造されるドープトシリカガラス体48中には半
径方向にドーパント濃度分布が形成される。この
際、火炎温度が高いと透明なドープトシリカガラ
ス体が、また火炎温度が低いと、多孔質なドープ
トシリカガラス体が得られる。
ここで、SiO2−ドーパント固溶体のドープト
シリカガラス微粒子を形成するためのドープトシ
リカガラス形成ガスはH2Oと反応してSiO2と固溶
体を形成しうるドーパントを生成しうるガス状添
加物を含むものであるが、この具体例としては、
GeCl4、POCl3、PCl8、TiCl4、BBr3、BCl8等の
一種以上をあげることができる。
また水晶粉またはシリカガラス微粒子をドープ
トシリカ形成ガスに曝す濃度は、500〜1000℃で
あるが、500℃未満であると、水晶粉またはシリ
カガラス微粒子に、SiO2と固溶したGeO2等の酸
化物は得られず、結晶酸化物(たとえば結晶
GeO2)が生成される。この結晶酸化物(たとえば
GeO2)は高温、溶融に際して蒸発しやすく、この
場合にはGeO2ドープトシリカガラスは得られな
い。また曝らす温度が1000℃を越えた場合、
GeO2等のドーパントを含むガラス層が形成され
ない。
次に実施例を説明する。
実施例 第4図の装置を用いて下記のようにドープトシ
リカガラスを製造した。
高濃度ドープトシリカガラス微粒子供給口42
より、GeO2を10wt%固溶添加したドープトシリ
カガラス微粒子を10g/分、低濃度ドープトシリ
カガラス微粒子供給口43,43′より、GeO2
含まない単なるシリカガラス微粒子を20g/分及
び火炎用ガス供給口44より、O2を10/分、
H2を10/分流してドープトシリカガラスを製
造した。この結果、透明、丸棒状ドープトシリカ
ガラスが30g/分の割合で製造でき、得られたド
ープトシリカガラスのGeO2濃度分布(屈折率分
布に対応)は第5図に示す如くであつた。第5図
中、n0は空気、n1は中心部、n2は外周部のそれぞ
れの屈折率を示す。この場合、n1は1.473(GeO2
濃度で10wt%)、n2は1.458であり、屈折率分布は
下記の式(1)で近似的に示される曲線であつた。
n(r)=n/2{1−erf(r/2A)} ……(1) ただし、n(r)は半径方向距離rにおける屈
折率、erf( )は誤差関数、Aは定数である。
第5図の屈折率分布で、屈折率n2で均一な部分
は、光フアイバとして使用した場合のクラツド層
であり、光フアイバの伝送損失を低減化する作用
がある。
また合成トーチ41とドープトシリカガラス体
48表面との間隔とを変えて、ドープトシリカガ
ラス微粒子流35および36の混合、拡散度を調
整すると、第6図の曲線A(合成トーチ41とガ
ラス体48表面との間隔が10mmの場合)、および
曲線B(合成トーチ41とガラス体48表面との
間隔が50mmの場合)に示す屈折率分布が得られ
た。
曲線Aで示す屈折率分布は、2乗曲線に近く、
この屈折率分布を有するドープトシリカガラス体
を光フアイバ母材のコア材として使用して光フア
イバを線引きした結果、得られた光フアイバの伝
送帯域は500MHz・Km(波長1.3μm)、また伝送
損失は0.5dB/Km(波長1.3μm)であつた。
本実施例では、ガラス微粒子の焼結、透明ガラ
ス化帯域として火炎を用いたが、高温電気炉、プ
ラズマ炎、等を用いることも可能である。
以上説明したように、本発明によれば、改良ス
ートプロセスにおいて得られる丸棒状ドープトシ
リカガラス体の半径方向にGeO2濃度分布(屈折
率分布)を形成しえ、さらにその形状を制御でき
るから該丸棒状ドープトシリカガラス体を使用し
て作製される光フアイバの伝送帯域および伝送損
失低減を向上できる利点がある。また該丸棒状ド
ープトシリカガラス体をボリユームレンズ(また
はロツドレンズ)として用いれば歪のない像を結
べる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、スートプロセス法によるGeO2ドー
プトシリカガラスの製造工程を示すブロツク図、
第2図は、改良スートプロセス法による典型的な
焼結、透明化装置の概略図、第3図は第2図の装
置によつて得られるドープトシリカガラスの半径
方向屈折率分布、第4図は本発明の方法を実施す
るための装置の一例を示す概略図、第5図、第6
図は本発明の方法によつて得られたドープトシリ
カガラスの半径方向屈折率分布である。 1,41……合成トーチ、2,44……火炎ガ
ス用供給口、3……ドープトシリカガラス微粒子
供給口、42……高濃度ドープトシリカガラス微
粒子供給口、43,43′……低濃度ドープトシ
リカガラス微粒子供給口、6,48……ドープト
シリカガラス体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 水晶粉またはシリカガラス微粒子粉を500〜
    1000℃の温度において、SiCl4;H2Oと反応して
    SiO2と固溶体を形成しうるドーパントを生成可
    能なガス状添加剤;及び水蒸気;を含むドープト
    シリカガラス形成ガスに曝して、SiO2−ドーパ
    ント固溶体を形成せしめてドープトシリカガラス
    微粒子を生成させ、その後、透明ガラス化するに
    際し、ドーパント固溶添加量の異なる前記ドープ
    トシリカガラス微粒子をそれぞれ別異の供給口よ
    り噴出させ、ドーパント濃度分布を制御して、焼
    結、透明化することを特徴とするドープトシリカ
    ガラスの製造方法。
JP15496080A 1980-09-11 1980-11-04 Preparation of doped silica glass Granted JPS5782131A (en)

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DE3240355C1 (de) * 1982-11-02 1983-11-17 Heraeus Quarzschmelze Gmbh, 6450 Hanau Verfahren zur Herstellung eines laenglichen Glaskoerpers mit inhomogener Brechungsindexverteilung

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