(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明なガラスチューブ内側にスートを堆積させた後、該堆積したスートにドーパント溶液を含浸させ、次いで、スート中に含浸定着された溶液定着物を、酸素を供給しながら室温から１０００℃まで徐々に加熱することにより酸化させ、該ドーパント溶液を含浸させる工程から溶液定着物を酸化させる工程まで又はドーパント溶液を含浸させる工程から脱水工程までを複数回繰り返し行い、所定量のドーパントを含浸ドープさせ、さらにスートを脱水、ガラス化し、続いてガラスチューブを中実化することを特徴とする光ファイバープリフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバープリフォームの製造方法に関するものであり、特にＭＣＶＤ法によるスート堆積、溶液含浸ドープ、ガラス化、中実化の各工程を行う方法で、Ａｌや希土類元素をドープした光ファイバープリフォームを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＥｒやＮｄ等の希土類元素をドープした光ファイバーは、ドーパントが励起光を吸収して信号光を増幅する作用を有するので光ファイバー増幅器として応用されている。
しかし、このような光ファイバー用の母材を製造する方法として、ＭＣＶＤ法による方法が知られているが、この方法では希土類塩化物原料を高温に加熱して蒸気化してガラス合成反応系に導入するものであるため、導入量の調整が難しく、多量の導入もできない。また、ＶＡＤ法等により多孔質のスート堆積母材を作製し、その多孔質母材に溶液含浸法で希土類元素を含浸させ、乾燥し、続いて脱水・透明ガラス化し、そのガラス母材をコア材としてその外周に外付け法又はジャケット法でクラッド部を形成し、再度ガラス化し母材とする方法が知られている。
【０００３】
さらに、ＭＣＶＤ法においてガラスチューブにスート堆積を行ないその後スート層を透明ガラス化する方法が行われており、光ファイバー増幅器用プリフォームの製造について次のような例がある。図６にその工程図として示すように、ガラスチューブにガラス原料ガスを流して、チューブ外部よりＨ２／Ｏ２火炎により加熱させ、チューブ内のガラス原料を加水分解させチューブの内壁にガラスのスートを堆積させる［Ｐ１］。
次に、希土類元素及びＡｌ（アルミニウム）を溶液含浸法により、前工程で堆積させたスート内に前記物質を定着させる（含浸定着という）［Ｐ２］。
次に、溶液を除き、ドライガスを流して、室温から１００℃程度で乾燥させる［Ｐ３］。
続いて、ガラスチューブ内に堆積したスートを脱水及びガラス化処理する［Ｐ４］。
次に、火炎により加熱し、ガラスチューブを収縮させて、中実化して［Ｐ５］、１本のプリフォームを製造する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したＭＣＶＤ溶液含浸法等によりプリフォームを製造する場合には、以下のような相反する問題がある。すなわち、希土類元素及びＡｌを溶液含浸法によりドープする時に、その前工程で堆積させたスートのかさ密度が高いと、所定量の含浸定着量が得にくく、またドープ量の調整ができない。逆にスートのかさ密度が低いと、溶液含浸時に堆積スートが剥がれてしまい、コア部分の厚さが不均一となったり、コア部分を形成することが不能となったりする。また、溶液中の希土類元素及びＡｌ濃度を高くして含浸ドープ量を増やすことは、コア内部に希土類元素及びＡｌの偏析をまねき、コア部分に均一なドープが行われないこととなる。
これらの問題は、特に、希土類元素及びＡｌドープを高濃度にドープしようとしたときに顕著に現れる。
さらに、従来法では、溶液含浸定着された定着物質（Ａｌや希土類元素の塩化物、硫化物及びそれらの水和物等）が完全に酸化されず、後に続く脱水、ガラス化、中実工程の高温熱処理で前記定着物質が気化してしまい、所定のドープ量が得られ難いものである。
そこで、本願発明では、希土類元素及びアルミニウムの残存率が良好で、ドープ量を所定量に容易に調整でき、スート剥がれも少ない、ドープ量を増加させてもコア部分に偏析することなく均等にドーパントが存在する光ファイバープリフォームの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的は、希土類元素及びＡｌを溶液含浸法により高濃度に含浸定着させ、酸化固定させる手段により達成される。
すなわち、本発明は、
（１）透明なガラスチューブ内側にスートを堆積させた後、該堆積したスートにドーパント溶液を含浸させ、次いで、スート中に含浸定着された溶液定着物を、酸素を供給しながら室温から１０００℃まで徐々に加熱することにより酸化させ、該ドーパント溶液を含浸させる工程から溶液定着物を酸化させる工程まで又はドーパント溶液を含浸させる工程から脱水工程までを複数回繰り返し行い、所定量のドーパントを含浸ドープさせ、さらにスートを脱水、ガラス化し、続いてガラスチューブを中実化することを特徴とする光ファイバープリフォームの製造方法、
を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の光ファイバープリフォームの製造方法の好ましい実施の態様について、図面を参照してさらに詳細に説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
ＭＣＶＤ法においてスート堆積を行い、溶液含浸ドープ、酸化、その後スート層を脱水・透明ガラス化し、中実化する方法に関して、例えば光ファイバー増幅器用プリフォームを製造する場合を例にして説明するが、これに限定されるものではなく特許請求の範囲に記載された範囲内で種々の実施の態様が可能である。
【０００７】
図１はガラスチューブにスートを堆積する工程を示す説明図である。
まず、ヘリウム又はアルゴンなどの不活性ガスと共にガラス原料ガス、例えばＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４が酸素中に気化され、これらの気体は、ガラス旋盤に取り付けられ一定の速度で回転する中空なガラスチューブ（石英ガラスチューブが好ましい）１の中へ供給されて、チューブの外部より移動するバーナ３の酸水素火炎４などにより加熱され、その結果チューブ内のガラス原料は高温場（１０００〜１８００℃）で酸化され、Ｇｅがドープされた薄い石英ガラスのスート２がチューブ内壁面に堆積する。スートのかさ密度が従来例より高くても充分にドープ量を多くすることができるので、かさ密度を高めにするのが好ましい。
【０００８】
次に、図２は前記堆積させたスート内にドーパント溶液を含浸させる工程を示す説明図である。
スートにはその内部にまで希土類元素及びアルミニウムの化合物等のドーパント溶液を均一に含浸させるのであるが、この希土類元素化合物にはＥｒ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｔｍ等の塩化物、硝酸塩、硫酸塩等が好ましい。これらの化合物では、溶剤に対する溶解度や入手の容易さから塩化物がよく、溶剤としては水でも良いが、スートの凝集力の点から、無水メタノール又は無水エタノールが好ましい。
溶液の含浸は、溶液が入れられている容器中に上記スートの堆積した石英ガラスチューブを浸漬する手段でもよいが、大量の溶液を準備する必要があるので、図２に示すような石英ガラスチューブ内にドーパント溶液を注入保持する手段が好ましい。図から明らかなように、垂直に立てた石英ガラスチューブ１の下端をコック付き流出管の有る栓６で封鎖し、上方より約１０℃〜７０℃のドーパント溶液を注入し、約２時間乃至１２時間、好ましくは４時間乃至８時間保持した後、ドーパント溶液を抜き取り、栓６をはずす。スートには溶液定着物が均一に存在している。
【０００９】
続いて、図３に示すような態様で溶液定着物を酸化させる。
ドーパント溶液定着物を含有したスート堆積の石英ガラスチューブ１を再度ガラス旋盤に取り付け、一定速度で回転させながら一方から酸素ガスを供給し、常温から約１０００℃まで徐々に温度を高め熱処理をし、酸化を行う。昇温はバーナ火炎４の温度調節とバーナ３のトラバース速度を変えて低温（室温又は１００〜３００℃程度）から、バーナ火炎で加熱される部分の温度を１０００℃程度まで上げる。所要時間は好ましくは１時間〜４時間、より好ましくは２時間〜３時間である。この酸化処理によりアルミニウムや希土類元素のドーパントは、Ａｌ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＹｂＯ３等の酸化物となり後続の高温熱処理で分解したり気散することが少なくなる。酸化処理時の最高到達温度は、好ましくは４００℃以上、より好ましくは９５０℃〜１２００℃である。
低温から高温まで加熱するためには、バーナに供給するガス（Ｈ２、Ｏ２）の系統を２種類（低温用と高温用）以上とすることが好ましい。また、電熱などの加熱方法により行うことも可能である。
【００１０】
次に、内壁面に堆積したスートの脱水工程は、図３に示す酸素の供給に代えてＨｅ、Ｃｌ２ガスなどを供給し、周知の手段で約１０００℃〜１３００℃で行われる。続く、ガラス化工程は、Ｈｅ、Ｃｌ２ガスに代えてＮ２ガスを供給し、約１５００℃〜１６５０℃で行われる。
スートのガラス化処理をした後に、図４に示すようにガラスチューブを回転させながら１８００〜２５００℃でバーナ火炎により加熱軟化させて、ガラスチューブを徐々に収縮させて、最終的には中実化して１本の光ファイバープリフォームを製造する。あるいは、ガラスチューブを収縮させて中実化した後、更に周知の外付け法又はジャケット法でクラッド部を設け、脱水・ガラス化して光ファイバープリフォームを製造することもできる。
得られたこのプリフォームを適宜の後処理を行った後、電気炉内で加熱、溶融しながら所望の速度で延伸して線引きすることにより均質で優れた増幅特性をもつ光ファイバーが得られる。
【００１１】
本発明では、溶液含浸定着物を室温から約１０００℃まで徐々に加熱して酸素雰囲気で酸化させるといった酸化工程を行うことにより、溶液定着物が完全に酸化された後に脱水し引き続きガラス化、中実化（コラプス）を行うことで溶液含浸ドープを効率良く行える。
従来方法ではスートを堆積、含浸定着、乾燥、脱水・ガラス化、中実化（コラプス）を行い、プリフォーム（ＥＤＦ（Ｅｒドープファイバー）コア母材）を製造している。この場合、含浸工程で希土類元素及びＡｌを溶液含浸法により１回で所定量（Ａｌ濃度で２．０ｗｔ％程度）のドープを行っているため、偏析等の前記問題が発生していた。従って、本発明では、溶液含浸による希土類元素及びＡｌの含浸、酸化を複数回に分け徐々にドープ量を高め所定量の含浸ドープを行うことで、偏析等を回避することができる。
また、溶液含浸工程で希土類元素及びＡｌを含浸させ、酸化させる工程まで、又は溶液含浸工程、酸化工程、脱水工程までの処理を複数回行うことで従来では含浸ドープできなかった以下の領域までドープが可能になることを確認した。
0004676118.tif 000002
【００１２】
この熱処理による酸化で、スート内に入れた溶液含浸定着物が、完全に酸化物になり、スート内に取り込まれる。熱処理後のスートに更に溶液含浸、酸化処理を加えた時のドープ量の増加率は、種々の実験の結果、図５のようになり、複数回含浸、酸化を繰り返すことによリ、ドープ量が増加することがわかる。
また、溶液含浸定着させた後に酸化処理を行うことにより、後に続く脱水・ガラス化、中実化等の高温処理でも定着物が気散することが少なく、残存率［（中実化終了後の定着物／含浸定着物）×１００］が従来の乾燥処理では５０％以下であったものから本発明では７５％程度まで改善された。
【００１３】
【実施例】
さらに、本発明を具体的な実施例について詳細に説明をする。
まず、周知のＭＣＶＤ法によって中空の透明な石英ガラスチューブ内壁面にスートを堆積させた合成ガラスチューブ１を形成する。ただし堆積するスート密度は、従来と同様のドープ量が低いときのスート密度と同程度にした。次に、この合成ガラスチューブ１の下端を栓で塞ぎ、この中へ１０質量％のＡｌＣｌ３水溶液及び０．０５質量％のＥｒＣｌ３水溶液５を１：１（容積で）の比で入れて約５時間保持して、堆積スートに溶液を含浸させた。その後溶液を抜き出し、栓６を取り除いた。
次に、溶液を含浸し、スートを堆積した合成ガラスチューブ管内に酸素ガスを供給しながら、常温から約１０００℃まで徐々に温度を高め加熱処理を行い、含浸ドープされた溶液定着物を酸化した。加熱は低温用と高温用の２種の酸水素バーナを用い、加熱温度とトラバース速度を変えて室温から、バーナ火炎で加熱される部分の温度を１０００℃程度まで約４時間にわたって徐々に上げた。
溶液含浸工程で希土類元素及びアルミニウムをドープするには、溶液含浸、酸化の処理を３回行うことで所定量の含浸ドープ量（Ａｌで３．０質量％）に達した。
またＡｌに関しては、含浸回数と含浸増倍率（含浸１回の時と比べ増えた倍率）を測定した結果を図５に示す。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ドーパント物質の残存率が良好で、ドーパント溶液の含浸工程を含む光ファイバープリフォームを製造する場合に必要である、ドープ量を調整・制御することが容易になり、ドープ量を増加させても偏析することなくドーパントが均等に存在するコア部が得られる。また、コア内に発生するクラック状ひび割れが低く抑えられ、高品質なファイバープリフォームが製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスートを堆積する工程の説明図である。
【図２】本発明の溶液を含浸する工程の説明図である。
【図３】本発明の溶液定着物を酸化する工程の説明図である。
【図４】本発明のガラスチューブを中実化する工程の説明図である。
【図５】Ａｌ溶液を含浸させたときの含浸回数とその含浸増倍率との関係を示すグラフである。
【図６】光ファイバープリフォーム製造の従来例の工程図である。
【符号の説明】
１  ガラスチューブ
２  スート
３  バーナ
４  火炎
５  ドーパント溶液
６  栓
【図１】
0004676118.tif 000003
【図２】
0004676118.tif 000004
【図３】
0004676118.tif 000005
【図４】
0004676118.tif 000006
【図５】
0004676118.tif 000007
【図６】
0004676118.tif 000008