(57)【要約】【課題】ロッド状ターゲットからその上に堆積させた石英多孔質体を引き抜きやすくする石英多孔質体堆積の製造条件等を明らかにする。【解決手段】ロッド状ターゲットに石英多孔質体を堆積する工程、堆積された該石英多孔質体から該ロッド状ターゲットを引き抜く工程、ロッド状ターゲットが引き抜かれた該石英多孔質体をドーパントガス雰囲気内で透明ガラス化する工程からなり、該石英多孔質体の平均密度を０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３となすことを特徴とする。該石英多孔質体を堆積する工程において、堆積条件として初期条件と定常条件とを設定し、初期条件を定常条件よりもＨ２量を１５％以上減じたガス条件で、かつ、原料ガスが定常時の３０％以上のガス条件とすること、堆積の初期条件から定常条件にまで移行するのに少なくとも３ステップ以上のガス条件の変更を伴うことが好ましい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド状ターゲットに石英多孔質体を堆積する工程、堆積された該石英多孔質体から該ロッド状ターゲットを引き抜く工程、ロッド状ターゲットが引き抜かれた該石英多孔質体をドーパントガス雰囲気内で透明ガラス化する工程からなり、該石英多孔質体の平均密度を０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３となすことを特徴とするドープト石英管の製造方法。
【請求項２】
該石英多孔質体を堆積する工程において、堆積条件として初期条件と定常条件とを設定し、初期条件を定常条件よりもＨ２量を１５％以上減じたガス条件で、かつ、原料ガスが定常条件の３０％以上のガス条件とする請求項１に記載のドープト石英管の製造方法。
【請求項３】
前記初期条件から前記定常条件にまで移行するのに少なくとも３ステップ以上のガス条件の変更を伴う請求項２に記載のドープト石英管の製造方法。
【請求項４】
該ドーパントガスがハロゲン系ガスである請求項１〜３のいずれかに記載のドープト石英管の製造方法。
【請求項５】
該石英多孔質体の両端部をカットし、片側端部のテーパー部部分で該ロッド状ターゲットが引き抜かれた孔に保持棒を差し込むことにより吊り下げ構造として、該石英多孔質体をドーパントガス雰囲気内で透明ガラス化することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のドープト石英管の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のドープト石英管の製造方法により製造したドープト石英管。
【請求項７】
請求項６に記載のドープト石英管をピュアシリカコアファイバにオーバージャケットして作製した光ファイバ用石英プリフォームガラス母材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ用石英プリフォームの製造方法に関するものであり、特にハロゲン元素をドープしたドープト石英管の製造方法、ドープト石英管ならびにそのドープト石英管を用いて製造される光ファイバ用石英プリフォーム母材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに、コアロッドをＶＡＤ法やＭＣＶＤ法等で製造し、クラッド部を石英管でオーバージャケットするという方法が広く一般的に行われているが、ここで使われている石英管は純石英管であり、ドープト石英管ではない。近年、ピュアシリカコアファイバが報告されており、このファイバに使われているクラッド部材はフッ素ドープト石英ガラスである。
フッ素ドープト石英ガラスは、石英多孔質体を形成する際にドープする方法および該石英多孔質体を焼結、ガラス化する際にドープする方法の２つが一般的である。しかしながら、これまでの報告で製造方法等についての深く言及されたものはなく、純石英管は市販されているものの、フッ素ドープト石英管については市販されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑み、ロッド状ターゲットからその上に堆積させた石英多孔質体を引き抜きやすくする石英多孔質体堆積の製造条件等を明らかにし、ハロゲン元素をドープしてドープト石英ガラスにするための製造条件等を明らかにし、特に、ドーパントを均一にドープするための石英多孔質体の製造条件等を明らかにし、歩留まりのよいドープト石英ガラス管の製造条件等を明らかにすること、また、ドープト石英管ならびにドープト石英管を用いて製造する光ファイバ用石英プリフォーム母材を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のドープト石英管の製造方法は、ロッド状ターゲットに石英多孔質体を堆積する工程、堆積された該石英多孔質体から該ロッド状ターゲットを引き抜く工程、ロッド状ターゲットが引き抜かれた該石英多孔質体をドーパントガス雰囲気内で透明ガラス化する工程からなり、該石英多孔質体の平均密度を０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３となすことを特徴とする。該石英多孔質体を堆積する工程において、堆積条件として初期条件と定常条件とを設定し、初期条件を定常条件よりもＨ２量を１５％以上減じたガス条件で、かつ、原料ガスが定常時の３０％以上のガス条件とすること、堆積の初期条件から定常条件にまで移行するのに少なくとも３ステップ以上のガス条件の変更を伴うことが好ましく、該ドーパントガスはハロゲン系ガスであり、該石英多孔質体の両端部をカットし、片側端部のテーパー部部分で該ロッド状ターゲットが引き抜かれた孔に保持棒を差し込むことにより吊り下げ構造として、該多孔質体をドーパントガス雰囲気内で透明ガラス化することが好ましい。
このようにして作製したドープト石英管は、ピュアシリカコアファイバ用のクラッド部材として好適である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、石英多孔質体をロッド状ターゲットに堆積し、これを引き抜いた後、ハロゲン系ガス雰囲気下で加熱処理することによって、透明ガラス化することおよびドープさせることを同時に行わせ、均一にドーパントガスをドープすることを可能にする製造方法を提供し、併せてドープト石英管ならびに光ファイバ用石英プリフォームガラス母材を提供するものである。
ロッド状ターゲット上に堆積する際の石英多孔質体の密度は、大きくなると、ロッド状ターゲットへの付着力が強くなり、引き抜く際に引き抜けないという問題が生じる。また、小さくなると、付着力が弱くなるが強度が小さくなり、石英多孔質体が割れやすくなるという問題がある。また、ドープされ易さと石英多孔質体の平均密度との間には相関関係があり、石英多孔質体の平均密度が高くなると均一にドープされ難くなる傾向がある。
【０００６】
本発明は、石英多孔質体堆積の定常時の堆積条件（定常条件）を、石英多孔質体が均一にドープされやすい平均密度となるように設定し、また、堆積初期の水素量および原料ガス量（初期条件）を定常条件と比較して低めに設定することによって、石英多孔質体からロッド状ターゲットを引き抜き易くするものである。このようして、問題点を解決しつつ、石英ドープト管を歩留まり良く製造することを可能とするものである。本発明は、そのための石英多孔質体の堆積条件を明らかにすることを基本としている。
以下に、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
従来の純石英クラッドを合成するような場合は、０．５ｇ／ｃｍ３以上に石英多孔質体の密度を高くすることによって生産性を上げていた。
本発明においては、石英多孔質体本体の平均密度を０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３となるようにする。石英多孔質体の平均密度が０．５ｇ／ｃｍ３を超えるとドーパントを均一にドープしにくくなる傾向が見られる。逆に、石英多孔質体の平均密度が０．３ｇ／ｃｍ３未満であると生産性が悪い上に、石英多孔質体の取り扱いの際に割れ易くなる。
管状石英多孔質体を形成するには、ロッド状ターゲットに付着させた石英多孔質体を該ターゲットから引き抜く必要があるため、石英多孔質体の堆積初期条件が重要になってくる。あまりターゲットと該石英多孔質体との密着性が良いとターゲットを引き抜くことができなくなるし、逆に密着性が悪いと堆積中の割れ等につながる。
【０００８】
ロッド状ターゲット上に堆積させた石英多孔質体の平均密度を、堆積初期から全体として上記の範囲になるように堆積させると、ロッド状ターゲットから堆積させた石英多孔質体を引く抜き難くなる。そのために、石英多孔質体の堆積初期の堆積条件は、石英多孔質体本体の堆積のための定常条件よりも低く設定することが望ましいことが分かった。
また、初期の堆積条件は、その後定常条件に移行させる必要がある。この際に、堆積条件が急激に変化すると堆積される石英多孔質体の密度に段差が生じるため、ガラス化時にその部分で層状の泡のようなものが発生してしまう。また、そのような泡の発生がなかったとしても、該石英多孔質体の密度分布によって、出来上がったガラスの屈折率分布は密度の影響を受けてしまうことになる。
【０００９】
そのために、急激な条件変更が起こらないように、段階的に移行することが望ましい。堆積の初期条件から定常条件にまで移行させるのに、少なくとも３ステップの条件変更で移行させることが必要であることが分かった。
本発明では、石英多孔質体の堆積初期条件を、定常条件よりもＨ２量を１５％以上減じ、かつ、原料ガスが定常条件の３０％以上の条件とし、堆積初期条件から定常条件にまで移すのに少なくとも３ステップ以上の堆積条件の変更で移行させるようにした。各ステップ間の堆積条件の差は、均等として差し支えない。
ロッド状ターゲットが引き抜かれた石英多孔質体は、ドーパントガス気流中で焼結し、ドープさせつつ透明ガラス化の処理を行う。ドーパントガスとしては、ハロゲン系ガスを用いることができ、フッ素をドープさせる場合には、例えばＳｉＦ４ガスを用いることができる。
【００１０】
石英多孔質体の焼結・透明ガラス化処理時の形状は、テーパー部に吊り下げ用の加工を施すことが好ましい。このことによって、直胴部を有効に利用することができる。吊り下げ加工については、従来からＶＡＤ法等で一般的に行われている方法で、ガラスもしくはセラミックの保持棒をピンで留める方法がある。本発明では、テーパー部に保持棒を取り付けるに際して、石英多孔質体の両端をカットし、ロッド状ターゲットを引き抜いた後の孔に保持棒を差し込むようにした。石英多孔質体の両端をカットした後にドープさせつつ透明ガラス化を行うことで、両端部に堆積した堆積層の年輪が露出するため、ドーパントガスの拡散が容易になり、石英多孔質体の表面からだけでなく、端面からも拡散が進むため、ドーパントガスの処理時間が少なくて均一にドープすることが可能になる。
【００１１】
ドープト石英管を製造するための石英多孔質体を堆積する堆積条件をチェックするために、以下のような実験を行った後、実施例によって必要な堆積条件を確認した。
原料ガスとしてＳｉＣｌ４、キャリアガスとして酸素ガスを用いて、酸水素火炎中で反応させながら、ロッド状ターゲット上に石英多孔質体を合成・堆積させる。堆積させた石英多孔質体をロッド状ターゲットから引き抜く。引き抜かれた石英多孔質体の両端をカットした後、ドーパントガス気流中でドープさせつつ透明ガラス化を行う。
図１に石英多孔質体の堆積後の模式図を示す。
図１において、１はロッド状ターゲット、２は石英多孔質体であり、ロッド状ターゲット１の径をＴＤ、石英多孔質体２の堆積径をＳＤ、石英多孔質体２の堆積重量をＳＷ、石英多孔質体２の直胴長をＬ、テーパー部堆積を考慮するための係数をｋとし、平均多孔質体密度ρを次式で計算した。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
透明ガラス化処理を施す際の石英多孔質体のセット状態の一例を図２に模式図として示す。
図２において、２は石英多孔質体、３は石英多孔質体からロッド状ターゲットを引き抜いた後の中心孔、４は中心孔の一端に設置された保持棒である。石英多孔質体は、通常、縦型に据えられ、ドーパントガスが下から上へ流される。
［実験１］
原料ガスとしてＳｉＣｌ４、キャリアガスとして酸素ガスを用いて、酸水素火炎中で反応させながら、ロッド状ターゲット上に石英多孔質体を合成した。堆積条件を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
すなわち、堆積初期条件の水素量は定常条件のそれよりも１３％少ない条件でスタートし、かつ、原料ガスであるＳｉＣｌ４は、定常条件の１０％から堆積をスタートさせて石英多孔質体を形成した。初期条件から定常条件に移行させるのに、ステップ数は３とし、各ステップで水素量および原料ガスであるＳｉＣｌ４は同時に均等に変化させた。
石英多孔質体をトータルで９０ｍｍφとなるまで堆積させたところで、堆積を終了した。その時の石英多孔質体の平均密度は０．５５ｇ／ｃｍ３であった。
【００１６】
石英多孔質体からロッド状ターゲットを引き抜こうとしたが、スムーズには引き抜けないものもあった。力ずくで何とかロッド状ターゲットを引き抜くことができるものもあった。引き抜くことができたものに対して、その石英多孔質体をＳｉＦ４雰囲気ガス中でドープさせつつ透明ガラス化を行ったところ、フッ素は石英多孔質体の密度分布に影響を受け、均一にドープすることが出来なかった。フッ素ドープトガラス管のドープの程度を、フッ素ドープト管の屈折率分布のグラフとして、図３に示す。
図３によれば、中心孔と石英多孔質体の外表面からドープされ、ガラス管の肉厚中央部でドープされる程度が低くなっていることが分かる。
【００１７】
［実験２］
実験１の結果を踏まえて、石英多孔質体の密度が低くなる条件を想定して、実験２を行った。堆積条件を表２に示す。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
すなわち、水素量及び酸素量は堆積中一定とし、原料ガスであるＳｉＣｌ４は、堆積初期条件を定常条件の５０％から堆積をスタートさせ、その後定常状態に移行させて石英多孔質体を形成した。初期条件から定常条件に移行させるのに、ステップ数は４とし、各ステップで原料ガスであるＳｉＣｌ４は同時に均等に変化させた。
石英多孔質体をトータルで９０ｍｍφとなるまで堆積させたところで、堆積を終了した。その時の石英多孔質体の平均密度は０．２９ｇ／ｃｍ３であった。
石英多孔質体の堆積終了後、石英多孔質体からターゲットを引き抜いた。石英多孔質体の密度が低く、いくつかの石英多孔質体にはクラックが発生してしまった。クラックが発生しないものに対して、その石英多孔質体をＳｉＦ４雰囲気ガス中でドープさせつつ透明ガラス化を行った。得られたフッ素ドープトガラス管を調べたところ、均一にフッ素がドープされていた。
【００２０】
［実験３］
実験１、２の結果を踏まえて、石英多孔質体の密度が０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３になるような堆積条件を想定して、実験３を行った。堆積条件を表３に示す。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
すなわち、堆積初期条件の水素量は定常条件のそれよりも２４％少ない条件でスタートし、かつ、原料ガスであるＳｉＣｌ４は、定常条件の５０％から堆積をスタートさせて石英多孔質体を形成した。初期条件から定常条件に移行させるのに、ステップ数は２とし、各ステップで水素量および原料ガスであるＳｉＣｌ４は同時に均等に変化させた。
石英多孔質体をトータルで９０ｍｍφとなるまで堆積させたところで、堆積を終了した。その時の石英多孔質体の平均密度は０．４０ｇ／ｃｍ３であった。
【００２３】
石英多孔質体の堆積終了後、石英多孔質体からターゲットを引き抜いた。石英多孔質体からのターゲットの引き抜きはスムーズに行えた。
ターゲットを引き抜いた石英多孔質体をＳｉＦ４雰囲気ガス中でドープさせつつ透明ガラス化を行った。得られたフッ素ドープトガラス管を調べたところ、フッ素ドープトガラス管の内側から２ｍｍｔの厚さのところに泡が含まれるものがあった。層の一部に泡が含まれる原因として、初期条件から定常条件へ体積条件を急激に変更すると、その部分で石英多孔質体に密度差が生じるため、透明ガラス化時に多孔質体中の泡が抜けきれずに残留してしまうものと考えられる。
【００２４】
［実施例１］
実験１〜３の結果を踏まえて、堆積条件を表４に示す条件に設定して、好適条件であることを確認した。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
すなわち、堆積初期条件の水素量は定常条件のそれよりも２４％少ない条件でスタートし、かつ、原料ガスであるＳｉＣｌ４は、定常条件の５０％から堆積をスタートさせて石英多孔質体を形成した。初期条件から定常条件に移行させるのに、ステップ数は５とし、各ステップで水素量および原料ガスであるＳｉＣｌ４は同時に均等に変化させた。
石英多孔質体をトータルで９０ｍｍφとなるまで堆積させたところで、堆積を終了した。その時の石英多孔質体の平均密度は０．４０ｇ／ｃｍ３であった。
【００２７】
石英多孔質体の堆積終了後、石英多孔質体からターゲットを引き抜いた。石英多孔質体からのターゲットの引き抜きはスムーズに行えた。
ターゲットを引き抜いた石英多孔質体をＳｉＦ４雰囲気ガス中でドープさせつつ透明ガラス化を行った。得られたフッ素ドープトガラス管を調べたところ、図４に示すとおり、径方向に均一な屈折率分布を有するフッ素ドープト石英管が得られた。得られたフッ素ドープト石英管をオーバージャケットして光ファイバ用母材を作製した。得られた母材を線引きして光ファイバを作製したところ、特性は良好であった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、石英多孔質体からロッド状ターゲットをスムーズに引き抜くことが可能で、かつ、ドープトガラス管に均一にドープすることが効率よく確実に実施できる。そして、得られたドープトガラス管は、ピュアシリカコアファイバを作製するための光ファイバ用石英プリフォームガラス母材として好適であり、十分な性能を有するピュアシリカコアファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】石英多孔質体の堆積後の模式図である。
【図２】石英多孔質体の両端をカットして透明ガラス化を行う際の石英多孔質体の形状を説明する模式図である。
【図３】実験１で得られたフッ素ドープト管の屈折率分布のグラフである。
【図４】実施例で得られたフッ素ドープト管の屈折率分布のグラフである。
【符号の説明】
１：ロッド状ターゲット
２：石英多孔質体
３：中心孔
４：保持棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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