JP2000203856A - 石英ガラス物品及びその製造方法 - Google Patents
石英ガラス物品及びその製造方法Info
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Abstract
とその製法の提供。 【解決手段】 石英ガラス物品を水素雰囲気中に置き、
その後水素雰囲気から取り出し、該ガラス中の水素分子
濃度が一定濃度以上である間に該石英ガラス物品に波長
248nmのエキシマレーザー光を照射して、ガラス中
の欠陥のプリカーサーを欠陥に変換するとともに、水素
と欠陥の間に安定な結合を形成させ、水素抜けがなく長
期に耐紫外線性を有する石英ガラス物品とする。上記の
照射工程後に余分な水素を大気中放置又は加熱により抜
く工程を加えると、水素分子による吸収がなく特性の安
定したガラス物品が得られる。特に光ファイバ(単心及
びバンドル)に適用して有利である。
Description
その製造方法に関し、特に波長が160〜300nmの
紫外線領域の光を伝送し、初期透過特性に優れ、かつ紫
外線照射による伝送損失の増加を抑えることができる光
ファイバを含む石英ガラス物品及びその製造方法に関す
る。波長160〜300nmの紫外線光は、最近、フォ
トリソグラフィ、レーザー加工、殺菌、消毒等の分野で
の工業的利用価値が高まっており、本発明による紫外線
照射劣化を低減した石英ガラス物品を用いれば非常に有
利である。
媒体、各種光学部品等として利用されている。特に光フ
ァイバは低損失、軽量、細径、無誘導といった利点か
ら、通信、画像伝送、エネルギ伝送等各種分野において
近時その使用が増大している。その一つとして紫外光を
伝送して医療や微細加工等の分野に利用することが期待
されているが、紫外線照射環境下ではガラスが劣化して
伝送損失増加が起きる、すなわち紫外線照射劣化という
問題がある。石英ガラスをコアとする石英ガラス光ファ
イバは多成分系ガラス光ファイバに比べると伝送損失増
加が小さいため紫外光用として好適であるが、やはり紫
外線照射劣化の問題は残っている。ところで、200n
m以下の波長帯では空気中よりも石英ガラス中のほうが
光透過性が良い場合があり得る。この理由は空気中では
紫外線照射により酸素ガスの解離吸収が起きるためであ
る。そこで200nm以下の波長域において紫外線照射
劣化を低減させれば石英ガラス中での高い透過性が期待
できる。
欠陥にあると言われている。本発明においてガラスの結
合欠陥とは、ガラスネットワーク構造の一部の結合が完
全に切断された状態、もしくはネットワークの一部に歪
が加わることにより結合距離が大きく引き延びたりして
極めて切断されやすい状態になっていることをいう。図
6に現在報告されている石英ガラスのガラス欠陥のうち
の数例を示す。このうち紫外線領域の光を吸収する代表
的なものとしてE′センター(≡Si・)、酸素欠損型
欠陥(≡Si−Si≡)由来のものが挙げられ、これら
により163nm,215nm,245nmで紫外線を
吸収する。これらはガラスを合成する際に酸素不足気味
の雰囲気であったり、OH基濃度の低いガラス程できや
すいと言われている。
ことにより耐紫外線特性向上を図ることが検討されてい
る。例えばOH基を100ppm以上含有し酸素欠陥が
実質的に存在せず且つ水素ガスを含有させたことにより
耐紫外線性を向上した石英ガラス(特開平3−2323
6号公報:文献1)、石英ガラス中の水素濃度を1.5
×1017分子/cm3 以上として紫外線照射による劣化
を防止し、同時に塩素濃度を100ppm以下とするこ
とにより紫外線照射時のガラス中の水素消費を低減し、
耐紫外線特性を維持すること(特開平5−32432号
公報:文献2)、100ppm以下のOH基,200p
pm以下の塩素及び水素濃度1016分子/cm3 以下、
屈折率変動5×10-6以下、複屈折5nm/cmとする
ことにより耐紫外線性を向上した石英ガラス(特開平6
−16449号公報:文献3)、石英ガラスであってO
H基含有量が50ppm以下であり、水素を少なくとも
1018分子/cm3 含有し、KrFレーザーを出力35
0mJ/cm2 で107 パルスで照射して光学的損傷を
受けないもの(特開平8−290935号公報:文献
4)、弗素添加石英ガラスに水素分子を添加することに
より耐紫外線性を向上した石英ガラス〔米国特許第56
79125号明細書:文献5〕等が提案されている。
線を照射し、照射後の該石英ガラス中の水素濃度を5×
1016分子/cm3 以上とすることにより耐紫外線性を
向上する方法〔特開平7−300325号公報:文献
6〕、水素分子を2×1017〜5×1019分子/cm3
含有させたガラスに150〜300nmの紫外光を20
時間以上照射して耐紫外線特性を向上する方法〔特開平
9−124337号公報:文献7〕等が提案されてい
る。
われている水素処理によれば、紫外線照射により生成す
るガラス欠陥は、水素処理によりガラス中に拡散してい
た水素分子と結合するので光吸収の増加が抑制される。
しかし、この抑制効果は水素分子がガラス中に残存して
いる期間に限定される。文献1〜7は主にバルクのガラ
ス部材を対象としているため、ガラス中の水素の拡散の
速さに比べてガラス部材が大きく、部材中に水素分子が
長期間にわたり残留し、耐紫外線性が保たれると考えら
れる。
に比べて石英ガラス物品のサイズが小さいものでは、石
英ガラス中に導入された水素分子は比較的短期間で石英
ガラス物品中から消失してしまう。例えば、ガラス物品
が光ファイバで、そのファイバ外径が125μmの場合
には8〜9週間、外径200μmの場合では約24週間
で抜ける。図6(a)に外径125μmのガラスファイ
バに、20〜80℃で水素をドープするときの、ファイ
バ中心の水素濃度変化を計算から求め、初期濃度を0、
飽和濃度を1として示す。また同図(b)にこのファイ
バから水素が抜けていくときの水素濃度変化を同様に計
算で求め(a)と同様に示す。ガラスファイバ周辺は大
気であり水素分圧は0とする。図7の(a),(b)は
外径200μmのガラスファイバについて図6(a),
(b)と同様に示したものである。
1〜7の従来技術によったファイバについても同様の結
果が見られた。すなわち、文献1〜7の技術を光ファイ
バに適用した場合には、水素が短期間で外部へ拡散して
しまい、耐紫外線性が持続しないという問題があった。
図6に示したように通常室温に放置された光ファイバ
(クラツド外径125μm)中の水素分子は徐々に光フ
ァイバ外に放出され、約2ヶ月で一万分の一程度の濃度
に低下し、約3ヶ月でほぼ完全に放出される。つまり、
前記した抑制効果は水素処理後約3ヶ月のみ有効であ
り、長期的には光吸収の増加を抑制することはできな
い。
送用の光ファイバまたはバンドルファイバとして用い
て、紫外線初期透過特性に優れるとともに、紫外線照射
環境での長時間使用によっても伝送損失増加のない優れ
た耐紫外線特性を有する石英ガラス物品及びその製造方
法を課題とする。また、波長200nm以下の紫外線照
射によっても劣化が少なく、空気中よりも光の透過性の
高い石英物品及びその製造方法を課題とする。さらに、
本発明は光ファイバに適用した場合には、ガラスファイ
バのみならずその被覆についても紫外線による劣化がな
い石英ガラス物品及びその製造方法を課題とする。また
さらに、本発明は製造設備、製造コストの面で十分に実
用的な、紫外線照射劣化特性に優れた石英ガラス物品及
びその製造方法を課題とする。
の手段として本発明は、(1)出発石英ガラス物品を水素
分子を含む雰囲気中に置き、前記出発石英ガラス物品中
に1×1016分子/cm3 以上の水素分子を導入する第
1の工程、前記水素分子を導入された石英ガラス物品を
水素分子を含む雰囲気中から取り出す第2の工程、及び
該石英ガラス物品中に水素分子が1×1016分子/cm
3 以上残留している間に、該石英ガラス物品に1パルス
当たり10mJ以上のエネルギーを持つエキシマレーザ
ー光を106 パルス以上照射する第3の工程からなり、
前記出発石英ガラス物品を紫外線領域での光吸収が実質
的に増加しないものとすることを特徴とする石英ガラス
物品の製造方法、(2)前記第1の工程の水素分圧が0.
5〜10気圧、温度が室温以上であることを特徴とする
前記(1) 記載の石英ガラス物品の製造方法、(3)前記エ
キシマレーザ光が、波長248nm、1パルス当たりの
エネルギー100mJ以下、パルス数107 以下である
ことを特徴とする前記(1) 又は(2) 記載の石英ガラス物
品の製造方法、(4)前記第3の工程の後に当該石英ガラ
ス物品中の残留水素分子量を1×1016分子/cm3 未
満とする第4の工程を行なうことを特徴とする前記(1)
ないし(3) のいずれかに記載の石英ガラス物品の製造方
法、(5)前記第4の工程として室温から80℃の温度で
加熱して当該石英ガラス物品中の残留水素分子量を1×
1016分子/cm3 未満とすることを特徴とする前記
(4) 記載の石英ガラス物品の製造方法。(6)前記出発石
英ガラス物品が光ファイバであり、前記第1の工程を水
素分圧が0.5〜10気圧、温度が室温から光ファイバ
被覆の耐熱上限温度までの温度で行なうことを特徴とす
る前記(1) ないし(5) のいずれかに記載の石英ガラス物
品の製造方法、(7)前記出発石英ガラス物品が光ファイ
バであり、前記第1の工程を水素分圧が0.5〜10気
圧、80〜200℃の温度で行なうことを特徴とする前
記(1) ないし(6) のいずれかに記載の石英ガラス物品の
製造方法、及び(8)前記出発石英ガラス物品が、光ファ
イバの多数本を集束してなるバンドルファイバ、又は集
束する以前のバンドルファイバ用の光ファイバであるこ
とを特徴とする前記(1) ないし(7) のいずれかに記載の
石英ガラス物品の製造方法、に関する。さらに本願発明
は、(9)出発石英ガラス物品が水素分子を含む雰囲気中
に置かれる第1の工程、前記第1の工程より取り出され
る第2の工程、及び当該石英ガラス物品中に水素分子が
1×1016分子/cm3 以上残留している間に該石英ガ
ラス物品に1パルス当たり10mJ以上のエネルギーを
持つエキシマレーザー光を106 パルス以上照射する第
3の工程を経たことにより、紫外線領域での光吸収の増
加が実質的に発生しないようにされたことを特徴とする
石英ガラス物品、(10) 出発石英ガラス物品が水素分子
を含む雰囲気中に置かれる第1の工程、前記第1の工程
より取り出される第2の工程、前記第2の工程ののち当
該石英ガラス物品中に水素分子が1×1016分子/cm
3 以上残留している間に該石英ガラス物品に1パルス当
たり10mJ以上のエネルギーを持つエキシマレーザー
光を106 パルス以上照射する第3の工程、及び前記第
3の工程の後に大気放置又は温度80℃以下の加熱によ
り該石英ガラス物品中の水素分子を1×1016分子/c
m3 未満とする第4の工程を経たことにより、紫外線領
域での光吸収の増加が実質的に発生しないようにされた
ことを特徴とする石英ガラス物品、(11) コア及び該コ
アより屈折率の低いクラッドを有してなる光ファイバで
あって、水素分子を含む雰囲気中に置かれる第1の工
程、前記第1の工程より取り出される第2の工程、及び
当該光ファイバ中に水素分子が1×1016分子/cm3
以上残留している間に該光ファイバに1パルス当たり1
0mJ以上のエネルギーを持つエキシマレーザー光を1
06 パルス以上照射する第3の工程を経たことにより、
当該光ファイバの長さ1mについて波長248nmのエ
キシマレーザー光を出力10mJ/cm2 /パルスで1
08 パルス照射した後の紫外線透過率が、初期紫外線透
過率の90%以上であることを特徴とする光ファイバ。
(12) コア及び該コアより屈折率の低いクラッドを有し
てなる光ファイバであって、水素分子を含む雰囲気中に
置かれる第1の工程、前記第1の工程より取り出される
第2の工程、当該光ファイバ中に水素分子が1×1016
分子/cm3 以上残留している間に該光ファイバに波長
248nm以下で1パルス当たり10mJ以上のエネル
ギーを持つエキシマレーザー光を106 パルス以上照射
する第3の工程、及び前記第3の工程の後に大気放置又
は80℃以下の加熱により該石英ガラス物品中の水素分
子を1×1016分子/cm3 未満とする第4の工程を経
たことにより、当該光ファイバの長さ1mについて波長
248nmのKrFエキシマレーザー光を出力10mJ
/cm2 /パルスで108 パルス照射した後の紫外線透
過率が、初期紫外線透過率の90%以上であることを特
徴とする光ファイバ、(13) 前記光ファイバは、高純度
石英ガラスからなるコア中にフッ素を含むことを特徴と
する前記(11)又は(12)に記載の光ファイバ、(14) 前記
光ファイバは、コア中にClを1ppm以上は含まない
ものであることを特徴とする前記(11)ないし(13)のいず
れかに記載の光ファイバ、及び(15) 前記光ファイバが
多数本のガラスファイバを集束してなるバンドルファイ
バであることを特徴とする前記(11)ないし(14)のいずれ
かに記載の光ファイバ、に関するものである。
物品(以下、石英ガラス物品を「ガラス」と略記する場
合もある)を水素を含む雰囲気中に置いて、該ガラス中
に水素分子が1×1016分子/cm3 以上存在するよう
に水素処理する(第1の工程)。水素雰囲気から取り出
し(第2の工程)た後、該ガラス中に水素分子が1×1
016分子/cm3 以上残留している間に、該石英ガラス
物品に特定エネルギー量のエキシマレーザー光を照射す
る第3の工程を付す。これにより、この後の紫外線照射
環境下ではもはや劣化しない石英ガラス物品とすること
ができる。さらに、前記第3の工程を経た本発明の石英
ガラス物品について、ガラス中の水素分子を抜くために
加熱するという第4の工程に付すことも本発明の範囲に
含まれる。
水素の間には緩やかな結合が形成される。この結合によ
り、余剰な水素が抜けてしまった後も石英ガラス物品の
耐紫外線特性はある程度維持される。しかしながら、第
1工程の後長期間放置されると比較的緩やかな結合を形
成する水素もやがては脱離し、耐紫外線特性は低下す
る。そこで、第1工程の水素処理の後、ガラス中に水素
分子が1×1016/cm 3 以上存在している間に、好適
なエネルギー量のエキシマレーザー光を照射することに
より、この水素の抜けを防止し、その後の紫外線照射環
境における劣化のないガラス物品を得ることができる。
本発明において紫外線、紫外線領域とは波長160nm
〜300nmの電磁波とこの波長領域をいう。本発明の
方法が対象とする出発の石英ガラス物品(出発石英ガラ
ス物品)とは、石英ガラス製の光ファイバ、レンズ、ビ
ームスプリッタ等、紫外線を工業的に利用する際に必要
となる光学部品等の石英ガラス製品全般をいう。出発の
石英ガラス物品の石英ガラス材料自体の製法については
特に限定されるところはない。また、本発明者らが特願
平10−86709号明細書で提案しているような、石
英ガラス物品に予め紫外線を照射してガラス中の欠陥プ
リカーサーを欠陥に変換する処理も不要である。具体的
な材料としては、石英(SiO2 )を主成分とし、特に
紫外線が透過する領域はフッ素(F)を1重量%程度含
むと良い。また、光ファイバ等のコアにはClは1pp
m以上は含まない(Clが0ppmの場合も含む)こと
が特に好ましい。一方、光ファイバのクラッドのように
紫外線が透過しない領域の材料は前述の限りではない。
本発明にいう光ファイバの屈折率分布構造については特
に限定されるところはなく、モノコア、マルチコア、シ
ングルモード、マルチモードのいずれでもよく、さらに
は光ファイバの多数本を集束してなるバンドルファイバ
も包含する。バンドルファイバについては、個々の光フ
ァイバの段階で本発明の方法を適用した後に集束しても
よいし、また多数本の光ファイバを集束してバンドルフ
ァイバとした後に本発明の方法を適用してもよい。
品を水素分子を含む雰囲気中に保持してガラス中に水素
分子を添加する水素処理を行う。本発明の「水素分子を
含む雰囲気」とは、水素ガスの分圧が0.1気圧〜10
気圧程度、好ましくは0.5〜10気圧の、純粋な水素
ガス又は水素ガスと窒素ガス及び/又は不活性ガスの混
合雰囲気をいう。気圧範囲の限定の根拠は、0.5〜1
0気圧範囲では、水素のガラス中での拡散速度としてほ
ぼ同等の効果が得られること、またこの程度のガス圧が
実生産の上で用いやすく、10気圧を超えると高圧ガス
の取扱いになり法的規制が厳しくなり、経済的でないか
らである。また0.1気圧程度でも効果として差異はな
いがかえって取扱い易くないという現実的な理由によ
る。なお、水素ガスとして重水素ガスを用いても同様の
効果を得ることができる。水素処理時の温度は特に限定
されるところはないが、例えば石英ガラス物品がガラス
ファイバの場合、1気圧の水素ではファイバ中心に到達
するのに、室温で7日程度、80℃では1日、200℃
で2時間程度であるので、室温以上でよい。被覆光ファ
イバの場合にはファイバ被覆の耐熱性により実質的に上
限温度が決定され、好ましくは80〜200℃程度であ
る。なお、80℃は紫外線硬化型アクリレート樹脂の耐
熱上限温度に近く、200℃はシリコン樹脂の耐熱上限
温度である。処理時間は、処理温度により異なるが、8
0℃以上であれば概ね2〜3日以内でファイバ中に水素
が拡散し、処理が終了する。
を水素分子を含む雰囲気から取り出し(第2の工程)、
ガラス中に水素分子が1×1016分子/cm3 以上残留
している間に第3の工程のエキシマレーザー照射を行な
う。第3の工程に付す際の、より好ましい残留水素分子
濃度としては1×1016〜1020分子/cm3 、とりわ
け好ましくは1×1018〜1020分子/cm3 が挙げら
れる。第3の工程におけるエキシマレーザー光として
は、1パルス当たり10mJ以上のエネルギーを持つエ
キシマレーザー光を106 パルス以上照射する。本工程
に好適なエキシマレーザー光としてはKrF又はArF
エキシマレーザー光が挙げられ、特に好ましくは波長2
48nmのKrFエキシマレーザー光が挙げられる。さ
らに具体的には例えばKrFで照射エネルギー1〜20
0mJ/cm2 /パルスで106 〜107 パルス(時間
にすると2〜3時間程度)、ArFでは照射エネルギー
1〜200mJ/cm2 /パルスで104 〜107 パル
スといった条件が挙げられる。 パルス周波数について
は例えば50〜1000Hz程度が挙げられるが、これ
に限定されるものではなく選択し得る範囲で実用的な値
を選べばよい。
あるが、1×106 分子/cm3 以上の水素の存在下で
エキシマレーザー光を照射することにより、ガラス中の
欠陥のプリカーサーを強制的に欠陥に変換し、更に水素
と該欠陥とのより安定な結合を形させる、すなわち水素
が固定化された状態となり、水素の抜けを防止できる、
と本発明者らは考察している。特に、水素処理に先立ち
ガラスに電磁波を照射してプリカーサーを欠陥に変換す
るという前処理なしでも、好適なエネルギー条件のエキ
シマレーザーを照射することで、前記前処理した場合と
同等の効果が得られるので、生産性が向上できる。2〜
3時間程度という短時間のエキシマレーザー光照射で水
素を固定化できた点については、エキシマレーザー光の
場合には瞬間的に強いパルスをファイバの端面に集中し
て照射できるので、エネルギーを無駄なく利用して水素
を固定できたものと考察している。該第3工程の水素固
定化は、サイズの小さい石英ガラス物品、特に光ファイ
バ等に適用した場合とりわけ有利である。
物品は、例えば長さ1mの光ファイバの場合では、波長
248nmのKrFエキシマレーザーを出力10mJ/
cm 2 で108 パルス照射したときに、波長248nm
の紫外線領域において、前記照射前の紫外線透過率と照
射後の紫外線透過率の差が10%以内である(即ち、紫
外線照射による紫外線領域での光吸収増加が実質的に発
生しない)ことを特徴とするものである。
線領域での光吸収の増加が実質的に発生しないこと」を
より具体的に説明すると、紫外線照射による透過率劣
化、すなわち初期の紫外線透過率(初期透過率)が
T0 、紫外線(160〜300nm)照射後の紫外線透
過率がT1 のとき、T0 を100%とする照射後の相対
透過率TR を〔TR =T1 /T0 ×100(%)〕とす
ると、1−TR ≦10%すなわち〔(T0 −T1 )/T
0 〕≦10%であること、言い換えれば照射後の紫外線
透過率が初期透過率の90%以上であることを意味す
る。
で水素を固定した後、ガラス中にまだ水素分子が固定さ
れずに含有されている場合がある。このような水素分子
の存在は、短波長域での使用には何ら差し支えないが、
水素分子の吸収の起きる長波長域では好ましくない。す
なわち、水素分子(H2 )は1.24μmに吸収を持
ち、その強度は1×1018分子/cm3 で3.4dB/
km,1×1016分子/cm3 で0.03dB/kmと
なるからである。ガラス中に固定されていない水素分子
をガラス中から抜くためには、第4の工程として加熱処
理を行えばよい。加熱条件は例えば室温〜80℃の範囲
で加熱し、第4工程の後の石英ガラス物品中に残留する
水素分子濃度を1×1016分子/cm3 以下とすること
が好ましい。また、大気中に放置しておくだけでも水素
分子は抜けてゆく。第4工程に付すことにより、経時的
な屈折率変化を防止し、常に一定の輝度が得られる。ま
た、水素分子そのものによる光の吸収が無くなるので、
伝送光として近赤外域の光を使用することも可能にな
る。
al Pril;adnoi Spektroskopii Vol.46 No.6 pp987-991
June 1987 〔文献8〕に記載の、ラマン分析によりSi
O2の波長800cm-1のラマンバンドの強度と合成石
英ガラス中の水素分子に関する4135cm-1の強度比
から算出する式から求めることができる。
物品は、例えば長さ1mの光ファイバの場合では、波長
248nmのKrFエキシマレーザーを出力10mJ/
cm 2 、パルス周波数100Hzの条件で108 パルス
照射したときに、波長248nmの紫外線領域におい
て、前記照射前の紫外線透過率と照射後の紫外線透過率
の差が10%以内であることを特徴とするものである。
バの場合、その1次被覆には熱硬化性シリコン又は紫外
線硬化性ウレタンアクリレートが用いられ、2次被覆に
はナイロンが使用されることが多い。
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
施例及び比較例を行った。得られた光ファイバを評価す
るために行った耐紫外線テストの照射条件は、光ファイ
バの両端より波長248nm、10mJ/cm2 /パル
スのKrFエキシマレーザー光を108 パルス照射、で
ある。 〔実施例1〕図2に示すように、Cl含有量が1ppm
未満でありフッ素(F)を1重量%含有する石英ガラス
からなるコア1と、Fを3重量%含有する石英ガラスか
らなるクラッド2を有する単心光ファイバで長さ100
0mのものを、80℃、10気圧の水素雰囲気中に1週
間曝した(第1工程)後、水素雰囲気中から取り出し
(第2工程)、1mに分割し、図1に示すようにその両
端から波長248nmのKrFエキシマレーザー光を照
射した(第3工程)。照射時のファイバ中の水素分子濃
度は7×1019分子/cm3 、照射条件は10mJ/c
m2 /パルスのKrF光を107 パルス照射である。以
上で得られた本発明の光ファイバ1mについて、耐紫外
線テストとして前記条件でKrFエキシマレーザー光を
108 パルス照射した。照射後の波長248nmにおけ
る透過率は初期〔本発明の最終工程終了直後で耐紫外線
テスト照射の前の透過率〕の約96%に低下したにすぎ
ず、充分な耐紫外線特性を有していた。
ありフッ素(F)を1重量%含有する石英ガラスコア
と、フッ素(F)を3重量%含有する石英ガラスクラッ
ドからなる単心光ファイバで長さ1mのものを、80
℃、10気圧の水素雰囲気中に1週間曝した後、水素雰
囲気中から取り出し、図1に示すようにその両端から波
長248nmのKrFエキシマレーザー光を照射した。
照射時のファイバ中の水素分子濃度は1×1019分子/
cm3 、照射条件は10mJ/cm2 /パルスのKrF
光を10 7 パルス照射である。得られた光ファイバを4
0℃の大気雰囲気中に3週間曝して水素抜きを行った結
果、光ファイバ中の水素分子濃度は1×1016未満とな
った。以上で得られた本発明の光ファイバ(1m)を実
施例1と同様に耐紫外線テスト照射した結果、照射後の
波長248nmにおける透過率は初期〔本発明の最終工
程終了直後で耐紫外線テスト照射の前の透過率〕の約9
3%に低下したにすぎず、充分な耐紫外線特性を有して
いた。また、この水素抜き処理を加えた結果、屈折率の
経時変化のない光ファイバとなった。
イバを、図3に示すように束ねたバンドルファイバ(長
さ1m)について、実施例2と同様に、本発明の第1〜
第4工程の処理をして本発明のバンドルファイバとし、
該バンドルファイバ(1m)について同様に耐紫外線テ
スト照射により評価したところ、波長248nmでの紫
外線透過率の低下は初期の約96%と同じ好結果が得ら
れた。
におけるKrFエキシマレーザー光照射を光ファイバの
片側のみからとした以外は、すべて実施例1と同様に処
理して本発明の光ファイバを得た。得られた光ファイバ
(1m)について実施例1と同様に耐紫外線テスト照射
により評価したところ、波長248nmでの紫外線透過
率の低下は初期の約93%と、実施例1と同様の好結果
が得られた。
ありフッ素(F)を1重量%含有する石英ガラスコア
と、Fを3重量%含有する石英ガラスクラッドからなる
単心光ファイバで長さ1000mのものを、80℃、1
0気圧の水素雰囲気中に1週間曝した後、水素雰囲気中
から取り出し、1mに分割し、図4に示すようにその両
端から重水素ランプで24時間照射した。照射時のファ
イバ中の水素分子濃度は7×1019分子/cm3 、照射
条件はランプ出力150W、ランプと光ファイバとの距
離15cmで光ファイバの両端より照射、である。以上
で得られた光ファイバ(比較品)1mについて、実施例
1と同様に耐紫外線テスト照射した結果、照射後の波長
248nmにおける透過率は初期〔最終工程終了直後で
耐紫外線テスト照射の前の透過率〕の約30%と大幅に
低下してしまった。
ありフッ素(F)を1重量%含有する石英ガラスコア
と、Fを3重量%含有する石英ガラスクラッドからなる
単心光ファイバで長さ1000mのものを、80℃、1
0気圧の水素雰囲気中に1週間曝した後、水素雰囲気中
から取り出し、1mに分割し、図5に示すように遮蔽材
中で60Coを線源としてγ線を100Gy照射した。照
射時のファイバ中の水素分子濃度は7×1019分子/c
m3 である。この後、実施例2と同様に40℃の大気雰
囲気中に3週間曝して水素抜きを行った結果、光ファイ
バ中の水素分子濃度は1×10 16未満となった。以上で
得られた光ファイバ(比較品)1mについて、実施例1
と同様に耐紫外線テストした結果、照射後の波長248
nmにおける透過率は初期〔最終工程終了直後で耐紫外
線テスト照射の前の透過率〕の約30%と大幅に低下し
てしまった。
ありフッ素(F)を1重量%含有する石英ガラスコア
と、フッ素(F)を3重量%含有する石英ガラスクラッ
ドからなる単心光ファイバで長さ1mのものを、80
℃、10気圧の水素雰囲気中に1週間曝した後、水素雰
囲気中から取り出し、図1に示すようにその両端から波
長248nmのKrFエキシマレーザー光を照射した。
照射時のファイバ中の水素分子濃度は1×1019分子/
cm3 、照射条件は10mJ/cm2 /パルスのKrF
光を10 5 パルス照射である。得られた光ファイバを4
0℃の大気雰囲気中に3週間曝して水素抜きを行った結
果、光ファイバ中の水素分子濃度は1×1016未満とな
った。以上で得られた光ファイバ(比較品)1mを実施
例1と同様に耐紫外線テスト照射した結果、照射後の波
長248nmにおける透過率は初期〔最終工程終了直後
で耐紫外線テスト照射の前の透過率〕の約30%と大幅
に低下してしまった。
ガラス物品に水素分子を導入し、水素分子が1016分子
/cm3 以上の濃度で存在する間に波長248nmのエ
キシマレーザー光を好適なエネルギー量で照射すること
により、ガラス中の欠陥のプリカーサーを強制的に欠陥
に変換すると共に、この欠陥と水素分子の間に安定な結
合を形成させて、水素を固定化できるので、その後の紫
外線照射による波長160nm〜300nmの紫外線領
域での光吸収の増加を実質的に発生しないようにでき
る。特に水素の固定化により、光ファイバのように水素
の拡散の速さに比べて直径が小さく水素抜けを起こしや
すいものにおいても、耐紫外線特性を長期にわたり安定
に維持することができる。また、プリカーサーを欠陥に
変換させるために予め電磁波照射する必要なく、エキシ
マレーザー光照射でこの変換と水素固定化を一段で行え
るので、生産性を向上できた。さらに、水素抜きのため
の工程を加える本発明によれば、ガラス中に固定されず
に存在する余分な水素原子を除去することにより、水素
分子そのものによる光の吸収を低減できる、特性を安定
化させる、経時的な屈折率変化を防止して常に一定の輝
度が得られる、水素分子による吸収が無くなり近赤外域
の光の使用を可能とする等の効果が得られる。従来の紫
外領域用ファイバは波長160nm〜200nmでは真
空条件で光を伝送する必要があった(このためにこの領
域を真空紫外域という)上に、紫外線照射劣化が大き
く、実用は困難であったが、本発明によれば、300〜
200nmの紫外域は勿論のこと、真空紫外線域でも真
空にせずに使用できる。さらに、真空紫外域では本発明
による石英ガラス物品は大気中よりも光の透過性が良い
という利点があり、可撓性を有するので、エキシマレー
ザー光、重水素ランプ、ハロゲンランプ等の紫外光源を
利用した装置、特に加工装置等、例えばレーザー加工、
フォトレジスト、ファイバ硬化線源、接着硬化線源、各
種マイクロ部品加工、SR(シンクロトロン)光発生線
源の光伝送媒体に用いて非常に有利である。
である。
略断面図である。
構造を示す概略説明図である。
模式的に示した説明図である。
示した説明図である。
る。
変えて水素をドープするときの、該光ファイバ中心の水
素濃度変化を示すグラフ図(a)及び該光ファイバから
水素が抜けてゆくときの水素濃度変化を示すグラフ図
(b)である。
水素ドープのときの光ファイバ中心の水素濃度変化を示
すグラフ図(a)及び該光ファイバから水素が抜けてゆ
くときの水素濃度変化を示すグラフ図(b)である。
Claims (15)
- 【請求項1】 出発石英ガラス物品を水素分子を含む雰
囲気中に置き、前記出発石英ガラス物品中に1×1016
分子/cm3 以上の水素分子を導入する第1の工程、前
記水素分子を導入された石英ガラス物品を水素分子を含
む雰囲気中から取り出す第2の工程、及び該石英ガラス
物品中に水素分子が1×1016分子/cm3 以上残留し
ている間に、該石英ガラス物品に1パルス当たり10m
J以上のエネルギーを持つエキシマレーザー光を106
パルス以上照射する第3の工程からなり、前記出発石英
ガラス物品を紫外線領域での光吸収が実質的に増加しな
いものとすることを特徴とする石英ガラス物品の製造方
法。 - 【請求項2】 前記第1の工程の水素分圧が0.5〜1
0気圧、温度が室温以上であることを特徴とする請求項
1記載の石英ガラス物品の製造方法。 - 【請求項3】 前記エキシマレーザ光が、波長248n
m、1パルス当たりのエネルギー100mJ以下、パル
ス数107 以下であることを特徴とする請求項1又は請
求項2に記載の石英ガラス物品の製造方法。 - 【請求項4】 前記第3の工程の後に当該石英ガラス物
品中の残留水素分子量を1×1016分子/cm3 未満と
する第4の工程を行なうことを特徴とする請求項1ない
し請求項3のいずれかに記載の石英ガラス物品の製造方
法。 - 【請求項5】 前記第4の工程として室温から80℃の
温度で加熱して当該石英ガラス物品中の残留水素分子量
を1×1016分子/cm3 未満とすることを特徴とする
請求項4記載の石英ガラス物品の製造方法。 - 【請求項6】 前記出発石英ガラス物品が光ファイバで
あり、前記第1の工程を水素分圧が0.5〜10気圧、
温度が室温から光ファイバ被覆の耐熱上限温度までの温
度で行なうことを特徴とする請求項1ないし請求項5の
いずれかに記載の石英ガラス物品の製造方法。 - 【請求項7】 前記出発石英ガラス物品が光ファイバで
あり、前記第1の工程を水素分圧が0.5〜10気圧、
80〜200℃の温度で行なうことを特徴とする請求項
1ないし請求項6のいずれかに記載の石英ガラス物品の
製造方法。 - 【請求項8】 前記出発石英ガラス物品が、光ファイバ
の多数本を集束してなるバンドルファイバ、又は集束す
る以前のバンドルファイバ用の光ファイバであることを
特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の
石英ガラス物品の製造方法。 - 【請求項9】 出発石英ガラス物品が水素分子を含む雰
囲気中に置かれる第1の工程、前記第1の工程より取り
出される第2の工程、及び当該石英ガラス物品中に水素
分子が1×1016分子/cm3 以上残留している間に該
石英ガラス物品に1パルス当たり10mJ以上のエネル
ギーを持つエキシマレーザー光を10 6 パルス以上照射
する第3の工程を経たことにより、紫外線領域での光吸
収の増加が実質的に発生しないようにされたことを特徴
とする石英ガラス物品。 - 【請求項10】 出発石英ガラス物品が水素分子を含む
雰囲気中に置かれる第1の工程、前記第1の工程より取
り出される第2の工程、前記第2の工程ののち当該石英
ガラス物品中に水素分子が1×1016分子/cm3 以上
残留している間に該石英ガラス物品に1パルス当たり1
0mJ以上のエネルギーを持つエキシマレーザー光を1
06 パルス以上照射する第3の工程、及び前記第3の工
程の後に大気放置又は温度80℃以下の加熱により該石
英ガラス物品中の水素分子を1×1016分子/cm3 未
満とする第4の工程を経たことにより、紫外線領域での
光吸収の増加が実質的に発生しないようにされたことを
特徴とする石英ガラス物品。 - 【請求項11】 コア及び該コアより屈折率の低いクラ
ッドを有してなる光ファイバであって、水素分子を含む
雰囲気中に置かれる第1の工程、前記第1の工程より取
り出される第2の工程、及び当該光ファイバ中に水素分
子が1×10 16分子/cm3 以上残留している間に該光
ファイバに1パルス当たり10mJ以上のエネルギーを
持つエキシマレーザー光を106 パルス以上照射する第
3の工程を経たことにより、当該光ファイバの長さ1m
について波長248nmのエキシマレーザー光を出力1
0mJ/cm2 /パルスで108 パルス照射した後の紫
外線透過率が、初期紫外線透過率の90%以上であるこ
とを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項12】 コア及び該コアより屈折率の低いクラ
ッドを有してなる光ファイバであって、水素分子を含む
雰囲気中に置かれる第1の工程、前記第1の工程より取
り出される第2の工程、当該光ファイバ中に水素分子が
1×1016分子/cm3 以上残留している間に該光ファ
イバに波長248nm以下で1パルス当たり10mJ以
上のエネルギーを持つエキシマレーザー光を106 パル
ス以上照射する第3の工程、及び前記第3の工程の後に
大気放置又は80℃以下の加熱により該石英ガラス物品
中の水素分子を1×1016分子/cm3 未満とする第4
の工程を経たことにより、当該光ファイバの長さ1mに
ついて波長248nmのKrFエキシマレーザー光を出
力10mJ/cm2 /パルスで108 パルス照射した後
の紫外線透過率が、初期紫外線透過率の90%以上であ
ることを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項13】 前記光ファイバは、高純度石英ガラス
からなるコア中にフッ素を含むことを特徴とする請求項
11又は請求項12に記載の光ファイバ。 - 【請求項14】 前記光ファイバは、コア中にClを1
ppm以上は含まないものであることを特徴とする請求
項11ないし請求項13のいずれかに記載の光ファイ
バ。 - 【請求項15】 前記光ファイバが多数本のガラスファ
イバを集束してなるバンドルファイバであることを特徴
とする請求項11ないし請求項14のいずれかに記載の
光ファイバ。
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