JP2525584B2 - ガラス物品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は例えば屈折率勾配のような予め定められた屈
折率分布を有する光学装置を作成するための方法に関す
る。さらに詳細には、本発明は、気相沈積されたシリカ
ガラス等よりなる多孔質プリフォームを処理してそれの
選択された領域の屈折率を修正する方法に関する。
折率分布を有する光学装置を作成するための方法に関す
る。さらに詳細には、本発明は、気相沈積されたシリカ
ガラス等よりなる多孔質プリフォームを処理してそれの
選択された領域の屈折率を修正する方法に関する。
ドープされたシリカを気相沈積することは、光導波路
ファイバを形成するために最も一般的に用いられている
方法である。この種のファイバには通常、シリカの屈折
率より大きい屈折率を有するガラスを形成するためには
GeO2またはP2O5をドープされ、あるいはシリカの屈折率
より小さい屈折率を有するガラスを形成するためにはB2
O3またはフッ素をドープされる。フッ素は長い波長での
吸収が少ないから、約1.2μm以上の波長での伝送で
は、B2O3よりも好ましい。
ファイバを形成するために最も一般的に用いられている
方法である。この種のファイバには通常、シリカの屈折
率より大きい屈折率を有するガラスを形成するためには
GeO2またはP2O5をドープされ、あるいはシリカの屈折率
より小さい屈折率を有するガラスを形成するためにはB2
O3またはフッ素をドープされる。フッ素は長い波長での
吸収が少ないから、約1.2μm以上の波長での伝送で
は、B2O3よりも好ましい。
フッ素は、シリカ・コアと、フッ素をドープされたシ
リカ・クラッドを有する単一モード・ファイバにおける
唯一のドーパントとして用いられている。また、フッ素
は、ゼロ分散波長を変更するために他のドーパントと一
緒に単一モード・ファイバのコアに添加されており、さ
らにまた屈折率および粘度のような特性の所望の組合せ
を得るために、他のドーパントと一緒に添加されてい
る。例えば、シリカ基体チューブと同じ屈折率を有する
拡散障壁を形成するために、シリカにフッ素とP2O5が添
加されうる。
リカ・クラッドを有する単一モード・ファイバにおける
唯一のドーパントとして用いられている。また、フッ素
は、ゼロ分散波長を変更するために他のドーパントと一
緒に単一モード・ファイバのコアに添加されており、さ
らにまた屈折率および粘度のような特性の所望の組合せ
を得るために、他のドーパントと一緒に添加されてい
る。例えば、シリカ基体チューブと同じ屈折率を有する
拡散障壁を形成するために、シリカにフッ素とP2O5が添
加されうる。
気相沈積されるガラスにフッ素をドーパントとして直
接沈積させようとする場合には困難を伴なう。米国特許
第4335934号には、フッ素は、基体チューブの内表面上
におけるドープされたシリカガラスの沈積速度を低下さ
せる傾向があることが報告されている。火炎加水分解バ
ーナによって放出された反応物流にフッ素を含有した化
合物を添加すると、マンドレル上に収集されるガラスス
ートの沈積速度が低下することが認められた。また、一
般に、フッ素とゲルマニアがシリカと一緒に沈積される
と、その結果得られる物品にシード(seeds)が形成さ
れた。
接沈積させようとする場合には困難を伴なう。米国特許
第4335934号には、フッ素は、基体チューブの内表面上
におけるドープされたシリカガラスの沈積速度を低下さ
せる傾向があることが報告されている。火炎加水分解バ
ーナによって放出された反応物流にフッ素を含有した化
合物を添加すると、マンドレル上に収集されるガラスス
ートの沈積速度が低下することが認められた。また、一
般に、フッ素とゲルマニアがシリカと一緒に沈積される
と、その結果得られる物品にシード(seeds)が形成さ
れた。
火炎加水分解バーナにC2F6を供給することによってフ
ッ素をドープされたシリカを形成しようとする場合には
他の難点が経験された。C2F6の量が増加されても、得ら
れるガラスにおけるフッ素の量を約0.6重量%以上に多
くすることは困難である。これは、フッ素をドープされ
たシリカ粒子がバーナ炎内で直ちに形成されるわけでは
ないこと、つまりフッ素は、それがバーナからスート・
プリフォームに移行するにつれてシリカ粒子内に拡散し
なればならないことに基因する。この拡散は1秒以下の
時間以内に行なわれなければならない。シリカ粒子の近
傍のフッ素の分圧は、炎に供給されるフッ素が周囲の大
気中に拡散するので、非常に低い。さらに、シリカ粒子
の近傍のフッ素のうちのあるものは炎内に存在するヒド
ロキシル・イオンと反応してHFを形成し、従って、粒子
をドープするためには利用できなくなる。
ッ素をドープされたシリカを形成しようとする場合には
他の難点が経験された。C2F6の量が増加されても、得ら
れるガラスにおけるフッ素の量を約0.6重量%以上に多
くすることは困難である。これは、フッ素をドープされ
たシリカ粒子がバーナ炎内で直ちに形成されるわけでは
ないこと、つまりフッ素は、それがバーナからスート・
プリフォームに移行するにつれてシリカ粒子内に拡散し
なればならないことに基因する。この拡散は1秒以下の
時間以内に行なわれなければならない。シリカ粒子の近
傍のフッ素の分圧は、炎に供給されるフッ素が周囲の大
気中に拡散するので、非常に低い。さらに、シリカ粒子
の近傍のフッ素のうちのあるものは炎内に存在するヒド
ロキシル・イオンと反応してHFを形成し、従って、粒子
をドープするためには利用できなくなる。
気相沈積されたシリカまたはドープされたシリカガラ
スにドープするためのより効果的な方法では、多孔質材
料が沈積された後でかつその材料が焼結(consolidatio
n)されて透明なガラスとなされる前にガラスをフッ素
で処理することが行なわれている。この方法では、多孔
質のプリフォームがガス状のフッ素またはフッ素化合物
に接触され、それらのガス状フッ素またはフッ素化合物
が屈折率修正用ドーパントとしてガラス内に吸収され
る。
スにドープするためのより効果的な方法では、多孔質材
料が沈積された後でかつその材料が焼結(consolidatio
n)されて透明なガラスとなされる前にガラスをフッ素
で処理することが行なわれている。この方法では、多孔
質のプリフォームがガス状のフッ素またはフッ素化合物
に接触され、それらのガス状フッ素またはフッ素化合物
が屈折率修正用ドーパントとしてガラス内に吸収され
る。
公告されたフランス特許出願第2428618号には、出発
部材上に多孔質シリカ層を沈積させ、そよによって得ら
れた多孔質プリフォームを加熱して完全に溶融させるの
ではなく部分的に焼結させ、そしてそのプリフォーム内
にフッ素をゆっくりと拡散させてプリフォーム内に屈折
率勾配を形成することにより、グレーデッド・インデッ
クス型コアとクラッドを有し、フッ素が唯一のドーパン
トである光ファイバを作成することが開示されている。
しかしながら、この方法によって得られるトーピング分
布は拡散勾配に限定され、ステップ型分布および/また
は勾配の傾斜の制御は可能でない。
部材上に多孔質シリカ層を沈積させ、そよによって得ら
れた多孔質プリフォームを加熱して完全に溶融させるの
ではなく部分的に焼結させ、そしてそのプリフォーム内
にフッ素をゆっくりと拡散させてプリフォーム内に屈折
率勾配を形成することにより、グレーデッド・インデッ
クス型コアとクラッドを有し、フッ素が唯一のドーパン
トである光ファイバを作成することが開示されている。
しかしながら、この方法によって得られるトーピング分
布は拡散勾配に限定され、ステップ型分布および/また
は勾配の傾斜の制御は可能でない。
特開昭56−50136号には、ファイバの帯域幅を改善す
るようにコア・プリフォームの周辺屈折率分布を修正す
ることを意図したグレーデッド・インデックス型プリフ
ォームに使用するためのフッ素処理法について記載され
ている。その方法では、プリフォームはフッ素(あるい
はホウ素を含んだ)雰囲気で処理される前には焼結され
ず、その場合のフッ素処理はプリフォームのコアの縁部
屈折率分布だけが調節されるような性質のものである。
るようにコア・プリフォームの周辺屈折率分布を修正す
ることを意図したグレーデッド・インデックス型プリフ
ォームに使用するためのフッ素処理法について記載され
ている。その方法では、プリフォームはフッ素(あるい
はホウ素を含んだ)雰囲気で処理される前には焼結され
ず、その場合のフッ素処理はプリフォームのコアの縁部
屈折率分布だけが調節されるような性質のものである。
公開されたヨーロッパ特許出願第EP0139532号では、
上述のフッ素処理をプリフォームの全横断に適用し、プ
リフォーム直径のほとんどまたは全部にわたって屈折率
の全般的な低下を生じさせている。その方法では、プリ
フォームがまず脱水のために焼結温度より低い温度に加
熱され、そして次にそのプリフォームの屈折率を均一に
低下させるために、迅速な焼結を生ずる温度より低い温
度でかつフッ素の存在下でさらに加熱される。プリフォ
ームのコア材料がガラス・ロッドとしてあるいは高密度
スート層として供給される場合には、フッ素処理は主と
してクラッド材料の屈折率に影響する。
上述のフッ素処理をプリフォームの全横断に適用し、プ
リフォーム直径のほとんどまたは全部にわたって屈折率
の全般的な低下を生じさせている。その方法では、プリ
フォームがまず脱水のために焼結温度より低い温度に加
熱され、そして次にそのプリフォームの屈折率を均一に
低下させるために、迅速な焼結を生ずる温度より低い温
度でかつフッ素の存在下でさらに加熱される。プリフォ
ームのコア材料がガラス・ロッドとしてあるいは高密度
スート層として供給される場合には、フッ素処理は主と
してクラッド材料の屈折率に影響する。
フッ素またはホウ素のような気化されたドーパントを
多孔質スート・プリフォームにドープするための上述し
た各従来方法では、正確なドーピング分布にわたる制御
が困難であるかあるいは不正確である。ステップ分布と
拡散勾配についてだけしか記載されていないが、ドーピ
ング分布の選択が制限され、かつある場合には、特定の
分布を得るためには、コアおよびクラッド要素に対する
独立の乾燥、ドーピングおよび焼結のような余分な処理
工程を必要としうる。
多孔質スート・プリフォームにドープするための上述し
た各従来方法では、正確なドーピング分布にわたる制御
が困難であるかあるいは不正確である。ステップ分布と
拡散勾配についてだけしか記載されていないが、ドーピ
ング分布の選択が制限され、かつある場合には、特定の
分布を得るためには、コアおよびクラッド要素に対する
独立の乾燥、ドーピングおよび焼結のような余分な処理
工程を必要としうる。
本発明は、フッ素またはホウ素のような気化ドーパン
トを多孔質ガラス・スート・プリフォームにドープする
方法であって、従来技術よりも柔軟性のある屈折率分布
制御を可能にする方法を提供する。本発明の方法は一般
に、ガラス・スート沈積の後でかつ気化されたドーパン
トによる処理に先立って、密度分布のための熱処理を行
ない、その場合、プリフォームは、最終製品に必要とさ
れるドーピング分布に対応した密度分布を発生するよう
に加熱される。
トを多孔質ガラス・スート・プリフォームにドープする
方法であって、従来技術よりも柔軟性のある屈折率分布
制御を可能にする方法を提供する。本発明の方法は一般
に、ガラス・スート沈積の後でかつ気化されたドーパン
トによる処理に先立って、密度分布のための熱処理を行
ない、その場合、プリフォームは、最終製品に必要とさ
れるドーピング分布に対応した密度分布を発生するよう
に加熱される。
本発明は、少なくとも1つの横断面寸法において選択
されたステップおよび/またはグレーデッド・インデッ
クス分布をガラス・プリフォームに与えるために気化さ
れたドーパントを用いる改良された方法を提供とするこ
とを広義の特徴とする。本発明の方法によれば、SiO2お
よび少なくとも一種類のそれと一緒に沈積されたドーパ
ントよりなる多孔質のスート・プリフォームがまず準備
される。上記一緒に沈積されるドーパントは、GeO2、P2
O5、B2O3、TiO2、MgO、Al2O3あるいはガラスを形成する
ためにSiO2と一緒に酸化物として沈積されうる他の公知
のドーパントのうちの任意のものであり得、ガラス内で
SiO2と結合された場合にSiO2の軟化温度を低下させるも
のである。さらに、上記一緒に沈積されるドーパント
は、プリフォーム内に比較的高いドーパント濃度の帯域
と、比較的低いドーパント濃度の帯域を発生させるため
に、プリフォームの横断面寸法を横切る方向に選択され
たステップおよび/またはグレーデッド濃度分布を形成
するように濃度を変化させて導入される。
されたステップおよび/またはグレーデッド・インデッ
クス分布をガラス・プリフォームに与えるために気化さ
れたドーパントを用いる改良された方法を提供とするこ
とを広義の特徴とする。本発明の方法によれば、SiO2お
よび少なくとも一種類のそれと一緒に沈積されたドーパ
ントよりなる多孔質のスート・プリフォームがまず準備
される。上記一緒に沈積されるドーパントは、GeO2、P2
O5、B2O3、TiO2、MgO、Al2O3あるいはガラスを形成する
ためにSiO2と一緒に酸化物として沈積されうる他の公知
のドーパントのうちの任意のものであり得、ガラス内で
SiO2と結合された場合にSiO2の軟化温度を低下させるも
のである。さらに、上記一緒に沈積されるドーパント
は、プリフォーム内に比較的高いドーパント濃度の帯域
と、比較的低いドーパント濃度の帯域を発生させるため
に、プリフォームの横断面寸法を横切る方向に選択され
たステップおよび/またはグレーデッド濃度分布を形成
するように濃度を変化させて導入される。
このようにして準備されたガラス・スート・プリフォ
ームは、次に必要に応じて脱水された後に、ドープされ
ていない溶融SiO2の焼結温度より低く、プリフォーム内
の比較的高いドーパント濃度の帯域の1つまたはそれ以
上を少なくとも部分的に焼結するのに有効な温度より高
い温度に加熱される。この加熱工程による焼結によっ
て、元のドーパント分布に対応したステップおよび/ま
たはグレーデッド密度分布を有する選択的に密度を高く
されたプリフォームが得られ、このプリフォームは、よ
り高いドーパント濃度を有する比較的小さい内表面積の
領域と、一緒に沈積されるドーパントをほとんど含んで
いない比較的大きい内表面積の領域を有している。
ームは、次に必要に応じて脱水された後に、ドープされ
ていない溶融SiO2の焼結温度より低く、プリフォーム内
の比較的高いドーパント濃度の帯域の1つまたはそれ以
上を少なくとも部分的に焼結するのに有効な温度より高
い温度に加熱される。この加熱工程による焼結によっ
て、元のドーパント分布に対応したステップおよび/ま
たはグレーデッド密度分布を有する選択的に密度を高く
されたプリフォームが得られ、このプリフォームは、よ
り高いドーパント濃度を有する比較的小さい内表面積の
領域と、一緒に沈積されるドーパントをほとんど含んで
いない比較的大きい内表面積の領域を有している。
上述の加熱工程によって得られた選択的に密度を高く
されたプリフォームは、フッ素のような気化した第2の
ドーパントよりなる雰囲気に、その第2のドーパントが
プリフォームによって内部的に吸収されうるに十分な時
間のあいだ、露呈される。先行加熱工程によって強く焼
結されなかったプリフォーム内の領域の粘度が高くある
いは表面積が大きいので、ドーパントの吸収がこれらの
領域において部分的にあるいは完全に焼結された領域に
おけるよりもより多く、その結果、第2のドーパントの
濃度分布がプリフォーム内の内部表面積変動に一般的に
対応したものとなる。通常は、その結果として、最初に
一緒に沈積されたドーパントを含まないプリフォーム領
域のドーピングが比較的高いレベルで生じ、最初のドー
パントを高濃度で含む領域のドーピングはほとんど生じ
ない。
されたプリフォームは、フッ素のような気化した第2の
ドーパントよりなる雰囲気に、その第2のドーパントが
プリフォームによって内部的に吸収されうるに十分な時
間のあいだ、露呈される。先行加熱工程によって強く焼
結されなかったプリフォーム内の領域の粘度が高くある
いは表面積が大きいので、ドーパントの吸収がこれらの
領域において部分的にあるいは完全に焼結された領域に
おけるよりもより多く、その結果、第2のドーパントの
濃度分布がプリフォーム内の内部表面積変動に一般的に
対応したものとなる。通常は、その結果として、最初に
一緒に沈積されたドーパントを含まないプリフォーム領
域のドーピングが比較的高いレベルで生じ、最初のドー
パントを高濃度で含む領域のドーピングはほとんど生じ
ない。
最後に、上述のようにドープされたプリフォームがさ
らに加熱されて焼結され、透明なガラスとなされ、その
結果生じたガラスは、最初に一緒に沈積されたドーパン
トと吸収された気化ドーパントの屈折率に対する合成効
果の結果である屈折率分布を有する。これらの効果を用
いれば、ステップ変化、グラジエント変化、およびそれ
らの組合せよりなる屈折率分布(このような屈折率分布
はフッ素またはホウ素のようなドーパントを添加するた
めの他の方法を用いては都合よく得ることができない)
が都合よく実現される。
らに加熱されて焼結され、透明なガラスとなされ、その
結果生じたガラスは、最初に一緒に沈積されたドーパン
トと吸収された気化ドーパントの屈折率に対する合成効
果の結果である屈折率分布を有する。これらの効果を用
いれば、ステップ変化、グラジエント変化、およびそれ
らの組合せよりなる屈折率分布(このような屈折率分布
はフッ素またはホウ素のようなドーパントを添加するた
めの他の方法を用いては都合よく得ることができない)
が都合よく実現される。
以下図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
る。
本発明の方法は、線引きして光導波路ファイバとする
ために用いられる円筒状のガラス・プリフォームを製造
するのに特に有用である。従って、以下の記述はこの種
のプリフォームに関してなされるが、本発明はそれに限
定されるものではない。このようなファイバの情報伝送
容量は、ファイバの半径方向屈折率分布、すなわち、フ
ァイバの中心から外周までの半径方向横断面寸法に沿っ
たファイバの屈折率分布に直接依存する。
ために用いられる円筒状のガラス・プリフォームを製造
するのに特に有用である。従って、以下の記述はこの種
のプリフォームに関してなされるが、本発明はそれに限
定されるものではない。このようなファイバの情報伝送
容量は、ファイバの半径方向屈折率分布、すなわち、フ
ァイバの中心から外周までの半径方向横断面寸法に沿っ
たファイバの屈折率分布に直接依存する。
例えば米国特許第3823995号に記載されている光導波
路ファイバのためのガラス・プリフォームを作成するた
めの1つの有用な方法では、火炎酸化バーナから回転マ
ンドレルにSiO2を含有したガラス粒子またはスートを沈
積させて一連の多孔質ガラス層を形成することによって
円筒状のプリフォームが堆積される。ガラスが沈積され
ている際にそのガラスに導入するドーパントの量を変化
させることによって、これらのプリフォームにおいて屈
折率の半径方向の変化が容易に発生される。この方法に
よれば、ステップ分布、グレーデッド・インデックス分
布あるいはステップ部分とグレーデッド部分よりなる組
合せ分布のいずれかのドープされたシリカ・ガラスで得
られる本質的に任意所望の屈折率分布が、バーナに供給
されるドーパント原料化合物の供給時間と量を適当に制
御することによって発生されうる。
路ファイバのためのガラス・プリフォームを作成するた
めの1つの有用な方法では、火炎酸化バーナから回転マ
ンドレルにSiO2を含有したガラス粒子またはスートを沈
積させて一連の多孔質ガラス層を形成することによって
円筒状のプリフォームが堆積される。ガラスが沈積され
ている際にそのガラスに導入するドーパントの量を変化
させることによって、これらのプリフォームにおいて屈
折率の半径方向の変化が容易に発生される。この方法に
よれば、ステップ分布、グレーデッド・インデックス分
布あるいはステップ部分とグレーデッド部分よりなる組
合せ分布のいずれかのドープされたシリカ・ガラスで得
られる本質的に任意所望の屈折率分布が、バーナに供給
されるドーパント原料化合物の供給時間と量を適当に制
御することによって発生されうる。
この方法によって円筒状の多孔質シリカ・ガラス・プ
リフォームに導入されうるドーパントとしては、GeO2、
P2O5、TiO2、B2O3、Al2O3、MgOおよび他のガラス修正用
酸化物ならびに少量のフッ素のような元素ドーパント等
がある。これらのドーパントをSiO2と一緒に沈積させる
ためにSiCl4と一緒に炎酸化させるのに適した原料化合
物としては、GeCl4、POCl3、BCl3、AlCl3、TiCl4、およ
びC2F6のような気化したフルオロカーボン等がある。
リフォームに導入されうるドーパントとしては、GeO2、
P2O5、TiO2、B2O3、Al2O3、MgOおよび他のガラス修正用
酸化物ならびに少量のフッ素のような元素ドーパント等
がある。これらのドーパントをSiO2と一緒に沈積させる
ためにSiCl4と一緒に炎酸化させるのに適した原料化合
物としては、GeCl4、POCl3、BCl3、AlCl3、TiCl4、およ
びC2F6のような気化したフルオロカーボン等がある。
本発明を実施する場合には、炎酸化および沈積工程時
にプリフォームに導入されるべきドーパント(同時沈積
ドーパントと呼ぶ)はドープされたシリカ・ガラスの軟
化温度をドープされていない溶融シリカの軟化温度より
も低く低下させるドーパントである。なお、ドープされ
ていない溶融シリカの軟化温度は約1580℃と考えられて
いる。そのドーパントは、ガラスの相分離またはガラス
質化を生じさせることなしに溶融シリカの軟化温度を大
幅に低下させるのに十分な量だけ添加されうるものであ
ることが最も好ましい。この目的のために好ましい一緒
に沈積されるドーパントの例としては、GeO2、P2O5、Ti
O2およびB2O3等がある。これらのドーパントの場合に
は、軟化の程度がドーピングの程度に実質的に比例する
ので、プリフォーム上に沈積されるガラスの各層の軟化
についての良好な制御を得ることができる。このように
して、予め定められた軟化温度を有し明瞭に画定された
領域を有するプリフォームが従来の沈積方法によって容
易に形成されうる。
にプリフォームに導入されるべきドーパント(同時沈積
ドーパントと呼ぶ)はドープされたシリカ・ガラスの軟
化温度をドープされていない溶融シリカの軟化温度より
も低く低下させるドーパントである。なお、ドープされ
ていない溶融シリカの軟化温度は約1580℃と考えられて
いる。そのドーパントは、ガラスの相分離またはガラス
質化を生じさせることなしに溶融シリカの軟化温度を大
幅に低下させるのに十分な量だけ添加されうるものであ
ることが最も好ましい。この目的のために好ましい一緒
に沈積されるドーパントの例としては、GeO2、P2O5、Ti
O2およびB2O3等がある。これらのドーパントの場合に
は、軟化の程度がドーピングの程度に実質的に比例する
ので、プリフォーム上に沈積されるガラスの各層の軟化
についての良好な制御を得ることができる。このように
して、予め定められた軟化温度を有し明瞭に画定された
領域を有するプリフォームが従来の沈積方法によって容
易に形成されうる。
第1図および第2図は、本発明で使用しうるプリフォ
ームを作成するために上述の方法を適用した場合につい
て概略的に示している。第1図において、炎酸化バーナ
12はシリカを含有したスートを発生し、このスートが回
転しかつ軸線方向に往復移動するマンドレル上に沈積さ
れて層状の多孔質スート・プリフォーム16を形成する。
多孔質プリフォーム16の断面を示している第2図では、
ガラス沈積工程時に多数領域18aおよび18bが沈積され、
この場合、領域18aは比較的高濃度にドープされたシリ
カ含有ガラスよりなり、領域18bはドーパントをほとん
ど含有していないシリカ含有ガラスよりなっている。従
って、領域18aにおける多孔質ガラスは領域18bにおける
多孔質ガラスよりも低い軟化点を有している。
ームを作成するために上述の方法を適用した場合につい
て概略的に示している。第1図において、炎酸化バーナ
12はシリカを含有したスートを発生し、このスートが回
転しかつ軸線方向に往復移動するマンドレル上に沈積さ
れて層状の多孔質スート・プリフォーム16を形成する。
多孔質プリフォーム16の断面を示している第2図では、
ガラス沈積工程時に多数領域18aおよび18bが沈積され、
この場合、領域18aは比較的高濃度にドープされたシリ
カ含有ガラスよりなり、領域18bはドーパントをほとん
ど含有していないシリカ含有ガラスよりなっている。従
って、領域18aにおける多孔質ガラスは領域18bにおける
多孔質ガラスよりも低い軟化点を有している。
予め定められたドーピング分布を有する多孔質ガラス
・プリフォームが準備されて後に、そのプリフォームは
次にそれの選択的焼結を生じさせるために熱処理にかけ
られる。公知のように、炎酸化によって生成された多孔
質ガラスの焼結温度は、ガラス組成の軟化温度に直接関
係しているが、一般に多孔質材料の大きい表面エネルギ
ーのために実際の軟化温度よりも実質的に低くなる。例
えば、ドープされていないシリカ・ガラス・プリフォー
ムは約1400℃で急速に焼結されうる。それにもかかわら
ず、本発明で用いられる任意のシリカまたはドープされ
たシリカ・ガラス組成の場合には、有効な焼結温度がル
ーチンな実験によって容易に決定されうる。従って、各
プリフォームにつき、それより低い場合には内部焼結は
生ぜず、それより高い場合にはプリフォーム全体が急速
に焼結して透明なガラスとなる温度範囲が確認されう
る。
・プリフォームが準備されて後に、そのプリフォームは
次にそれの選択的焼結を生じさせるために熱処理にかけ
られる。公知のように、炎酸化によって生成された多孔
質ガラスの焼結温度は、ガラス組成の軟化温度に直接関
係しているが、一般に多孔質材料の大きい表面エネルギ
ーのために実際の軟化温度よりも実質的に低くなる。例
えば、ドープされていないシリカ・ガラス・プリフォー
ムは約1400℃で急速に焼結されうる。それにもかかわら
ず、本発明で用いられる任意のシリカまたはドープされ
たシリカ・ガラス組成の場合には、有効な焼結温度がル
ーチンな実験によって容易に決定されうる。従って、各
プリフォームにつき、それより低い場合には内部焼結は
生ぜず、それより高い場合にはプリフォーム全体が急速
に焼結して透明なガラスとなる温度範囲が確認されう
る。
焼結の開始とプリフォーム全体の急速かつ完全な焼結
によって画定された温度範囲内で、選択的焼結、すなわ
ちプリフォーム内のある帯域のみの焼結または部分的焼
結が適当な速度で進行する温度または温度範囲が選択さ
れうる。適当な速度での焼結はプリフォーム内の軟かい
領域を部分的にのみ焼結させることができるので好まし
いやり方である。このような部分的に焼結されたガラス
は、その後の気相ドーピング工程時に気化ドーパントを
透過させうる状態にあり、従って、気化ドーパントの吸
収が少ないときには、多孔質プリフォーム内のドーパン
トの動きに対して非透過性の障壁として作用しない。
によって画定された温度範囲内で、選択的焼結、すなわ
ちプリフォーム内のある帯域のみの焼結または部分的焼
結が適当な速度で進行する温度または温度範囲が選択さ
れうる。適当な速度での焼結はプリフォーム内の軟かい
領域を部分的にのみ焼結させることができるので好まし
いやり方である。このような部分的に焼結されたガラス
は、その後の気相ドーピング工程時に気化ドーパントを
透過させうる状態にあり、従って、気化ドーパントの吸
収が少ないときには、多孔質プリフォーム内のドーパン
トの動きに対して非透過性の障壁として作用しない。
ある種の場合には、プリフォーム内の1つ以上の選択
された帯域を完全に焼結させるのが望ましいことがあり
うる。このことが所望される場合には、プリフォーム内
の選択された帯域を急速に焼結させ、残部の帯域はほと
んどが焼結させない焼結温度が選択される。この手法
は、例えば多孔質プリフォームの内部コア領域が気化ド
ーパントによる屈折率修正に対して強い耐性を有するよ
うにすることが所望される場合に効果的である。
された帯域を完全に焼結させるのが望ましいことがあり
うる。このことが所望される場合には、プリフォーム内
の選択された帯域を急速に焼結させ、残部の帯域はほと
んどが焼結させない焼結温度が選択される。この手法
は、例えば多孔質プリフォームの内部コア領域が気化ド
ーパントによる屈折率修正に対して強い耐性を有するよ
うにすることが所望される場合に効果的である。
スート・プリフォームの選択的焼結を得るために用い
られる実際の加熱温度は通常の実験によって決定されう
るが、利用される最高温度は、ドープされていない溶融
シリカが急速に焼結する温度である1400℃を一般に超え
ない。用いられる最低焼結温度はプリフォーム内の最も
軟かいガラスの組成と軟化温度に依存する。しかしなが
ら、ほとんどのドープされたシリカ・ガラスの場合に、
通常1200℃以下の温度では相当程度の焼結を生じさせる
のには十分でない。従って、約1200〜1400℃の範囲内の
温度で選択的焼結を行なうのが好ましい。
られる実際の加熱温度は通常の実験によって決定されう
るが、利用される最高温度は、ドープされていない溶融
シリカが急速に焼結する温度である1400℃を一般に超え
ない。用いられる最低焼結温度はプリフォーム内の最も
軟かいガラスの組成と軟化温度に依存する。しかしなが
ら、ほとんどのドープされたシリカ・ガラスの場合に、
通常1200℃以下の温度では相当程度の焼結を生じさせる
のには十分でない。従って、約1200〜1400℃の範囲内の
温度で選択的焼結を行なうのが好ましい。
この選択的焼結の方法が第3図に概略的に示されてお
り、円筒状の多孔質ガラス・スート・プリフォーム16が
焼結用炉50内で選択的に焼結される。加熱コイル52で示
されている炉50のホット・ゾーンを通ってプリフォーム
16が下降されるにつれて、プリフォーム16の領域18aが
選択的に焼結され、比較的小さい内部表面積となり、他
方、領域18bはこの場合に用いられた加熱温度では影響
が少なく、比較的大きい内部表面積を保持する。
り、円筒状の多孔質ガラス・スート・プリフォーム16が
焼結用炉50内で選択的に焼結される。加熱コイル52で示
されている炉50のホット・ゾーンを通ってプリフォーム
16が下降されるにつれて、プリフォーム16の領域18aが
選択的に焼結され、比較的小さい内部表面積となり、他
方、領域18bはこの場合に用いられた加熱温度では影響
が少なく、比較的大きい内部表面積を保持する。
スート・プリフォームの選択的焼結が行なわれて後
に、そのプリフォームは次に第2のドーピング工程にか
けられ、プリフォーム内に気化ドーパントが導入され
る。好ましい気化ドーパントはフッ素であり、これはフ
ッ素ガスとしてあるいは上昇された温度でフッ素を放出
するC2F6のようなガス状のフッ素化合物として導入され
うる。この工程に対しては、フッ素のような気化ドーパ
ントを多孔質スート・プリフォームにドープする手法が
用いられうる。通常は、その手法はスート・プリフォー
ムを適当な炉内で例えば1100〜1400℃のような焼結温度
またはそれ以下の温度に加熱し、そして炉内およびプリ
フォームのまわりに、ドーパントをプリフォームに吸収
させるのに十分な時間のあいだ、フッ素またはフッ素を
含んだガスよりなる雰囲気を流すことよりなる。
に、そのプリフォームは次に第2のドーピング工程にか
けられ、プリフォーム内に気化ドーパントが導入され
る。好ましい気化ドーパントはフッ素であり、これはフ
ッ素ガスとしてあるいは上昇された温度でフッ素を放出
するC2F6のようなガス状のフッ素化合物として導入され
うる。この工程に対しては、フッ素のような気化ドーパ
ントを多孔質スート・プリフォームにドープする手法が
用いられうる。通常は、その手法はスート・プリフォー
ムを適当な炉内で例えば1100〜1400℃のような焼結温度
またはそれ以下の温度に加熱し、そして炉内およびプリ
フォームのまわりに、ドーパントをプリフォームに吸収
させるのに十分な時間のあいだ、フッ素またはフッ素を
含んだガスよりなる雰囲気を流すことよりなる。
本発明において使用するのに好ましいドーパントはフ
ッ素であるが、ホウ素のような他の気化可能なドーパン
トがそれに代えてあるいはそれと一緒に用いられうる。
これらのドーパントの組合せを用いるためには、BF3ガ
スがFおよびB両方の有用な気体供給源となる。
ッ素であるが、ホウ素のような他の気化可能なドーパン
トがそれに代えてあるいはそれと一緒に用いられうる。
これらのドーパントの組合せを用いるためには、BF3ガ
スがFおよびB両方の有用な気体供給源となる。
独立かつ区別された処理工程として選択的に焼結され
たプリフォームを気相ドーピングすることが第4図に概
略的に示されている。この図では、比較的小さい内部表
面積を有する領域18aと、比較的大きい内部表面積を有
する領域18bを有する選択的に焼結されたスート・プリ
フォーム16が加熱炉内に配置される。フッ素の放出およ
びスート・プリフォームによるフッ素の吸収を可能にす
るのに十分な温度に炉が維持されている状態で、取入れ
口からのC2H6ガスが炉50内およびプリフォーム16のまわ
りに流される。2つの領域18aおよび18b間の内部表面積
の差に起因して、プリフォームによるフッ素の吸収は領
域18bの方が比較的多く、領域18aでは比較的少ない。
たプリフォームを気相ドーピングすることが第4図に概
略的に示されている。この図では、比較的小さい内部表
面積を有する領域18aと、比較的大きい内部表面積を有
する領域18bを有する選択的に焼結されたスート・プリ
フォーム16が加熱炉内に配置される。フッ素の放出およ
びスート・プリフォームによるフッ素の吸収を可能にす
るのに十分な温度に炉が維持されている状態で、取入れ
口からのC2H6ガスが炉50内およびプリフォーム16のまわ
りに流される。2つの領域18aおよび18b間の内部表面積
の差に起因して、プリフォームによるフッ素の吸収は領
域18bの方が比較的多く、領域18aでは比較的少ない。
プリフォームが完全に焼結されて透明なガラスとなさ
れる最終的な焼結処理と同時に、選択的に焼結した多孔
質スート・プリフォームを気化ドーパントで処理するこ
とが可能でありかつ好ましい場合が多い。しかしなが
ら、そのドーパントでの処理時には、プリフォーム内の
すべての多孔質領域にドーパントが到達できるようにす
るのに十分な時間が割当てられ、プリフォーム内のすべ
ての多孔質領域内へのドーパントの注入が実質的に均一
となるようにすべきである。これは、気相ドーピング工
程時のドーパント吸収が、ドーパント注入速度、すなわ
ち、ドーパントがプリフォーム内の内部領域に拡散しか
つガラスとの反応に利用しうるようになるのに要する時
間によってではなく、プリフォームの内部表面積によっ
て制限される場合に、屈折率分布についての最良の制御
が得られるからである。拡散制限工程は、グレーディン
グの程度およびグラジエント境界における屈折率分布が
正確に制御できないので回避されることが好ましいグレ
ーデッド・インデックス分布を生ずる傾向がある。
れる最終的な焼結処理と同時に、選択的に焼結した多孔
質スート・プリフォームを気化ドーパントで処理するこ
とが可能でありかつ好ましい場合が多い。しかしなが
ら、そのドーパントでの処理時には、プリフォーム内の
すべての多孔質領域にドーパントが到達できるようにす
るのに十分な時間が割当てられ、プリフォーム内のすべ
ての多孔質領域内へのドーパントの注入が実質的に均一
となるようにすべきである。これは、気相ドーピング工
程時のドーパント吸収が、ドーパント注入速度、すなわ
ち、ドーパントがプリフォーム内の内部領域に拡散しか
つガラスとの反応に利用しうるようになるのに要する時
間によってではなく、プリフォームの内部表面積によっ
て制限される場合に、屈折率分布についての最良の制御
が得られるからである。拡散制限工程は、グレーディン
グの程度およびグラジエント境界における屈折率分布が
正確に制御できないので回避されることが好ましいグレ
ーデッド・インデックス分布を生ずる傾向がある。
選択的に焼結された多孔質ガラス・スート・プリフォ
ームは、気化ドーパントで所望の程度までドープされて
後に、さらに加熱されて焼結され、透明なガラスとなさ
れうる。多孔質スート・プリフォームを透明なガラスに
変換するための公知の焼結手法が利用されうる。
ームは、気化ドーパントで所望の程度までドープされて
後に、さらに加熱されて焼結され、透明なガラスとなさ
れうる。多孔質スート・プリフォームを透明なガラスに
変換するための公知の焼結手法が利用されうる。
独立かつ別個の処理工程としての典型的な焼結方法が
第5図に概略的に示されている。その図では、第4図に
おけるように選択的にドープされた多孔質ガラス・スー
ト・プリフォーム16が、加熱コイル52によって加熱され
た焼結用炉50のホット・ゾーンを通って下降される。こ
の場合に用いられる焼結温度はプリフォームの領域18a
および18bを両方とも完全に焼結させて透明なガラスと
するのに十分な温度である。
第5図に概略的に示されている。その図では、第4図に
おけるように選択的にドープされた多孔質ガラス・スー
ト・プリフォーム16が、加熱コイル52によって加熱され
た焼結用炉50のホット・ゾーンを通って下降される。こ
の場合に用いられる焼結温度はプリフォームの領域18a
および18bを両方とも完全に焼結させて透明なガラスと
するのに十分な温度である。
炎酸化によって生成されかつ光導波路ファイバを製造
するように意図されたほとんどの多孔質ガラス・スート
・プリフォームにおいて、それを焼結して透明なガラス
にする前に、その多孔質ガラス・プリフォームから吸収
された水および結合されたヒドロキシル基を除去するた
めの乾燥工程が必要とされる。この工程は通常、塩素ガ
ス乾燥剤のような乾燥ガスで多孔質プリフォームを処理
することを含む。
するように意図されたほとんどの多孔質ガラス・スート
・プリフォームにおいて、それを焼結して透明なガラス
にする前に、その多孔質ガラス・プリフォームから吸収
された水および結合されたヒドロキシル基を除去するた
めの乾燥工程が必要とされる。この工程は通常、塩素ガ
ス乾燥剤のような乾燥ガスで多孔質プリフォームを処理
することを含む。
本発明の方法を実施する場合には、この乾燥工程は、
多孔質プリフォームが形成された後であって、そのプリ
フォーム内の任意の領域が完全に焼結される前の任意の
時点で実施されうる。例えば、プリフォームが作成され
た直後に、または選択焼結時に、あるいはプリフォーム
の領域が完全に焼結されていなければ気化ドーパントに
よる処理に乾燥が実施されうる。選択焼結、気相ドーピ
ング、および最終焼結が同じ焼結用炉内で順次実施され
る場合には、選択焼結に先立ってあるいはそれと同時に
乾燥が実施されることが好ましい。しかしながら、必要
に応じ、乾燥が継続され、プリフォームの最終的な焼結
時に完了されるようにしてもよい。
多孔質プリフォームが形成された後であって、そのプリ
フォーム内の任意の領域が完全に焼結される前の任意の
時点で実施されうる。例えば、プリフォームが作成され
た直後に、または選択焼結時に、あるいはプリフォーム
の領域が完全に焼結されていなければ気化ドーパントに
よる処理に乾燥が実施されうる。選択焼結、気相ドーピ
ング、および最終焼結が同じ焼結用炉内で順次実施され
る場合には、選択焼結に先立ってあるいはそれと同時に
乾燥が実施されることが好ましい。しかしながら、必要
に応じ、乾燥が継続され、プリフォームの最終的な焼結
時に完了されるようにしてもよい。
本発明に従って円筒状光導波路プリフォームを作成し
た場合の実施例について次に説明する。
た場合の実施例について次に説明する。
実施例1 液体SiCl4の溜めからのSiCl4蒸気と液体GeCl4の溜め
からのGeCl4蒸気が別々に流れる酸素キャリアガス流に
よって炎酸化バーナに運ばれ、そこで混合されかつ天然
ガス/酸素炎内で酸化され、GeO2(一緒に沈積される)
をドープされたSiO2の微粒子よりなるスートを形成す
る。連続したスート流の形態で、GeO2−SiO2ガラス・ス
ートが回転アルミナ・マンドレル上に沈積され、この場
合、そのマンドレルはスート流内でそれの軸線に平行な
方向に往復移動され、そのマンドレルの長さに沿って均
一なスートの被覆が形成される。スートがマンドレル上
に沈積されるにつれて、GeO2ドーパントの濃度が、最初
の層に対する28重量%の最大初期値からスート・プリフ
ォームの半径の外側の半分に対するGeO2を含まないSiO2
ガラスまで不均一な態様で変化される。この場合、プリ
フォームの全半径は約70mmであり、全長は約80cmであ
る。
からのGeCl4蒸気が別々に流れる酸素キャリアガス流に
よって炎酸化バーナに運ばれ、そこで混合されかつ天然
ガス/酸素炎内で酸化され、GeO2(一緒に沈積される)
をドープされたSiO2の微粒子よりなるスートを形成す
る。連続したスート流の形態で、GeO2−SiO2ガラス・ス
ートが回転アルミナ・マンドレル上に沈積され、この場
合、そのマンドレルはスート流内でそれの軸線に平行な
方向に往復移動され、そのマンドレルの長さに沿って均
一なスートの被覆が形成される。スートがマンドレル上
に沈積されるにつれて、GeO2ドーパントの濃度が、最初
の層に対する28重量%の最大初期値からスート・プリフ
ォームの半径の外側の半分に対するGeO2を含まないSiO2
ガラスまで不均一な態様で変化される。この場合、プリ
フォームの全半径は約70mmであり、全長は約80cmであ
る。
多孔質スート・プリフォームは作成された後にアルミ
ナ・マンドレルから除去されて、従来型の乾燥および焼
結用炉内での選択焼結の準備をなされる。プリフォーム
は塩素供給管から垂直に吊り下げされ、そしてゆっくり
と焼結用炉内に下降され、その間に、本質的にCl22%
および残部のヘリウムよりなる乾燥用ガスが溶融シリカ
・チューブを通じてプリフォームの頂部に供給される。
焼結用炉の加熱帯域は、プリフォームを完全に乾燥させ
るとともに、GeO2を高濃度でドープされたプリフォーム
内の領域を部分的に焼結させるのに十分な1300℃の温度
で動作される。プリフォームは炉のホット・ゾーン中を
ゆっくりと下降され、そのプリフォームの長さに沿って
傾斜したまたは漸進的な態様で部分的焼結が行なわれ
る。
ナ・マンドレルから除去されて、従来型の乾燥および焼
結用炉内での選択焼結の準備をなされる。プリフォーム
は塩素供給管から垂直に吊り下げされ、そしてゆっくり
と焼結用炉内に下降され、その間に、本質的にCl22%
および残部のヘリウムよりなる乾燥用ガスが溶融シリカ
・チューブを通じてプリフォームの頂部に供給される。
焼結用炉の加熱帯域は、プリフォームを完全に乾燥させ
るとともに、GeO2を高濃度でドープされたプリフォーム
内の領域を部分的に焼結させるのに十分な1300℃の温度
で動作される。プリフォームは炉のホット・ゾーン中を
ゆっくりと下降され、そのプリフォームの長さに沿って
傾斜したまたは漸進的な態様で部分的焼結が行なわれ
る。
プリフォームは、前述のように選択的に焼結されて後
に、焼結用炉の頂部まで引き上げられ、そしてプリフォ
ームにフッ素ドーパントを導入するためのドーピング・
ガス混合物が底部取入れ口を通じて炉内に導入される。
ドーピング・ガス混合物は容積でC2F616%、Cl21%お
よびヘリウム83%よりなり、25slpmの流量で導入され
る。
に、焼結用炉の頂部まで引き上げられ、そしてプリフォ
ームにフッ素ドーパントを導入するためのドーピング・
ガス混合物が底部取入れ口を通じて炉内に導入される。
ドーピング・ガス混合物は容積でC2F616%、Cl21%お
よびヘリウム83%よりなり、25slpmの流量で導入され
る。
炉にフッ素ドーピング雰囲気を流した状態で、ホット
・ゾーンの温度が1430℃まで上昇され、そしてプリフォ
ームが炉内でゆっくりと下降され、フッ素をドープされ
るとともに最終的に焼結されて透明なガラスとなされ
る。プリフォームの多孔度および漸進焼結速度は、プリ
フォーム内のドーピングのレベルが孔内へのフッ素の拡
散速度によって制限されるのではなくて、プリフォーム
の各領域の内部表面積によって主として規制されるよう
にするのに十分なだけ低い。プリフォームは、焼結され
て透明なガラスとなされた後に、屈折率分布解析のため
に直径約10mmのガラスロッドとなされる。
・ゾーンの温度が1430℃まで上昇され、そしてプリフォ
ームが炉内でゆっくりと下降され、フッ素をドープされ
るとともに最終的に焼結されて透明なガラスとなされ
る。プリフォームの多孔度および漸進焼結速度は、プリ
フォーム内のドーピングのレベルが孔内へのフッ素の拡
散速度によって制限されるのではなくて、プリフォーム
の各領域の内部表面積によって主として規制されるよう
にするのに十分なだけ低い。プリフォームは、焼結され
て透明なガラスとなされた後に、屈折率分布解析のため
に直径約10mmのガラスロッドとなされる。
第6図は、一緒に沈積されるGeO2ドーパントと、気相
輸送されるフッ素ドーパントの相対濃度を、上述のよう
にして作成された焼結済みガラス・プリフォームの半径
に関して示している。上方の曲線はGeO2の含有量を半径
の関数としてプロットしたものであり、下方の曲線はそ
れに対応した半径におけるフッ素含有量をプロットした
ものである。
輸送されるフッ素ドーパントの相対濃度を、上述のよう
にして作成された焼結済みガラス・プリフォームの半径
に関して示している。上方の曲線はGeO2の含有量を半径
の関数としてプロットしたものであり、下方の曲線はそ
れに対応した半径におけるフッ素含有量をプロットした
ものである。
選択焼結工程は1300℃という比較的適度な焼結温度で
実施されるので、プリフォームの半径全体にわたっては
完全な焼結は生じない。従って、例えば、約17%のGeO2
を含有した0.8〜1.6mmの半径におけるGeO2をドープされ
た大きい領域は大きい内部表面積を保持し、気相ドーピ
ング工程時に約1重量%のFを拾い上げる。
実施されるので、プリフォームの半径全体にわたっては
完全な焼結は生じない。従って、例えば、約17%のGeO2
を含有した0.8〜1.6mmの半径におけるGeO2をドープされ
た大きい領域は大きい内部表面積を保持し、気相ドーピ
ング工程時に約1重量%のFを拾い上げる。
ガラスのフッ素含有量が焼結の程度に追従しうる実質
的な程度が、第6図に示されたプリフォームの中央部分
に対応した分布から明らかである。プリフォームの表示
された中心線(0mm)からはじまって、GeO2含有量は最
初に約28重量パーセントの初期値から10%以下の濃度ま
で減少し、次に0.8mmの半径において約17%まで再び増
加する。従って、中心線および17%GeO2ガラスの領域が
プリフォーム内で最も軟かい領域であり、選択焼結工程
時に最も強く焼結された。この状況を反映して、図示さ
れた領域のフッ素含有量は、中心線および外側の17%Ge
O2領域では比較的少ないが、中央領域に隣接した10%Ge
O2領域では実質的に増加する。
的な程度が、第6図に示されたプリフォームの中央部分
に対応した分布から明らかである。プリフォームの表示
された中心線(0mm)からはじまって、GeO2含有量は最
初に約28重量パーセントの初期値から10%以下の濃度ま
で減少し、次に0.8mmの半径において約17%まで再び増
加する。従って、中心線および17%GeO2ガラスの領域が
プリフォーム内で最も軟かい領域であり、選択焼結工程
時に最も強く焼結された。この状況を反映して、図示さ
れた領域のフッ素含有量は、中心線および外側の17%Ge
O2領域では比較的少ないが、中央領域に隣接した10%Ge
O2領域では実質的に増加する。
実施例2 SiO2およびそれと一緒に沈積されたGeO2よりなる多孔
質ガラス・スート・プリフォームが、一緒に沈積された
GeO2ドーパントの濃度が最初に沈積されたスート層にお
ける最大値18重量%からプリフォーム直径の外側10%の
部分に対するGeO2を含有していないSiO2まで変化される
点を除いて上記実施例1の場合と実質的に同様にして作
成された。
質ガラス・スート・プリフォームが、一緒に沈積された
GeO2ドーパントの濃度が最初に沈積されたスート層にお
ける最大値18重量%からプリフォーム直径の外側10%の
部分に対するGeO2を含有していないSiO2まで変化される
点を除いて上記実施例1の場合と実質的に同様にして作
成された。
このようにして作成された多孔質ガラス・スート・プ
リフォームは、選択焼結が1300℃ではなくて1340℃の炉
ホット・ゾーン温度で実施される点を除いて上記実施例
1の場合と同様にして焼結用炉内で乾燥および選択焼結
のために加熱される。この加熱により、約18重量%より
も多くGeO2を含有したプリフォーム内の領域が実質的に
完全に焼結されるが、5%以下のGeO2を含有したプリフ
ォーム領域には大きい内部表面積が依然として残されて
いる。
リフォームは、選択焼結が1300℃ではなくて1340℃の炉
ホット・ゾーン温度で実施される点を除いて上記実施例
1の場合と同様にして焼結用炉内で乾燥および選択焼結
のために加熱される。この加熱により、約18重量%より
も多くGeO2を含有したプリフォーム内の領域が実質的に
完全に焼結されるが、5%以下のGeO2を含有したプリフ
ォーム領域には大きい内部表面積が依然として残されて
いる。
選択焼結の後で、プリフォームは再び炉の頂部まで引
き上げられ、その炉のホット・ゾーンの温度が1430℃ま
で上昇され、そしてC2F6として導入されるフッ素ドーパ
ントを含有した流動雰囲気が上記実施例1の場合と同様
に底部開口を通じて炉内に導入される。ドーピング雰囲
気は容積でC2F616%および残部のヘリウムよりなり、25
SLPMの流量で導入される。選択的に焼結されたプリフォ
ームが次に焼結領域を通ってゆっくりと下降され、プリ
フォームに対するフッ素のドーピングとそのプリフォー
ムが完全に焼結されて透明なガラスとなされることが同
時に行なわれる。焼結の後で、ガラス・プリフォームは
延伸されて分析用の直径約10mmのガラス・ロッドとなさ
れる。
き上げられ、その炉のホット・ゾーンの温度が1430℃ま
で上昇され、そしてC2F6として導入されるフッ素ドーパ
ントを含有した流動雰囲気が上記実施例1の場合と同様
に底部開口を通じて炉内に導入される。ドーピング雰囲
気は容積でC2F616%および残部のヘリウムよりなり、25
SLPMの流量で導入される。選択的に焼結されたプリフォ
ームが次に焼結領域を通ってゆっくりと下降され、プリ
フォームに対するフッ素のドーピングとそのプリフォー
ムが完全に焼結されて透明なガラスとなされることが同
時に行なわれる。焼結の後で、ガラス・プリフォームは
延伸されて分析用の直径約10mmのガラス・ロッドとなさ
れる。
第7図は、一緒に沈積されるGeO2ドーパントと気相輸
送されるフッ素ドーパントの相対濃度を、上述のように
して作成された焼結済みガラス・ロッド・プリフォーム
の半径に関して示したグラフである。GeO2と表示された
曲線は、このグラフの左側の縦軸に示されたスケール
で、GeO2含有量を半径の関数としてプロットしたもので
ある。Fと表示された曲線はグラフの右側の縦軸に示さ
れたスケールで、GeO2の場合に対応した半径におけるフ
ッ素含有量をプロットしたものである。
送されるフッ素ドーパントの相対濃度を、上述のように
して作成された焼結済みガラス・ロッド・プリフォーム
の半径に関して示したグラフである。GeO2と表示された
曲線は、このグラフの左側の縦軸に示されたスケール
で、GeO2含有量を半径の関数としてプロットしたもので
ある。Fと表示された曲線はグラフの右側の縦軸に示さ
れたスケールで、GeO2の場合に対応した半径におけるフ
ッ素含有量をプロットしたものである。
第6図の場合と同様に、第7図に示されたフッ素分布
はGeO2含有量に対して良好な逆関係を呈している。しか
しながら、より高い焼結温度を用いたことにより、プリ
フォームのGeO2含有量の多い中間部分からフッ素が実質
的に排除されており、周辺の領域またはGeO2含有量の少
ないコア領域ではフッ素含有量の良好なグレーディング
が得られた。
はGeO2含有量に対して良好な逆関係を呈している。しか
しながら、より高い焼結温度を用いたことにより、プリ
フォームのGeO2含有量の多い中間部分からフッ素が実質
的に排除されており、周辺の領域またはGeO2含有量の少
ないコア領域ではフッ素含有量の良好なグレーディング
が得られた。
上述した実施例では第2のまたは気相注入ドーパント
としてフッ素が用いられたが、気化ドーパントとしては
フッ素のかわりに、ホウ素またはホウ素とフッ素との混
合物のような屈折率を低下させる点で等価なドーパント
を用いてもよいことが容易に明らかであろう。気化ドー
パントとしてホウ素とフッ素の組合せが用いられるべき
場合には、第2のドーパントとしてBF3を用いるのが特
に好ましい。下記の実施例は本発明による気相注入ドー
パントとしてBF3を用いた場合である。
としてフッ素が用いられたが、気化ドーパントとしては
フッ素のかわりに、ホウ素またはホウ素とフッ素との混
合物のような屈折率を低下させる点で等価なドーパント
を用いてもよいことが容易に明らかであろう。気化ドー
パントとしてホウ素とフッ素の組合せが用いられるべき
場合には、第2のドーパントとしてBF3を用いるのが特
に好ましい。下記の実施例は本発明による気相注入ドー
パントとしてBF3を用いた場合である。
実施例3 SiO2およびそれと一緒に沈積されたGeO2よりなる多孔
質ガラス・スート・プリフォームが、上記一緒に沈積さ
れたGeO2ドーパントの濃度がプリフォームの中心におけ
る約30%の最大GeO2含有量からプリフォームの周辺にお
けるGeO2を含有していないガラスまで徐々に低下される
点を除き上記実施例1の場合と同様にして作成された。
質ガラス・スート・プリフォームが、上記一緒に沈積さ
れたGeO2ドーパントの濃度がプリフォームの中心におけ
る約30%の最大GeO2含有量からプリフォームの周辺にお
けるGeO2を含有していないガラスまで徐々に低下される
点を除き上記実施例1の場合と同様にして作成された。
このようにして作成された多孔質ガラス・スート・プ
リフォームは、選択焼結がCl22%および残部ヘリウム
よりなり流量が約30slpmの雰囲気において1335℃の炉ホ
ット・ゾーン温度で実施される点を除き上記実施例1の
場合と同様にして焼結用炉内で乾燥および選択焼結のた
めに加熱される。この加熱によって、GeO2を18重量%以
上含有したプリフォーム内の領域が実質的に完全に焼結
される。この場合、プリフォームの外側領域に向って焼
結の程度が徐々に少なくなるようになされる。
リフォームは、選択焼結がCl22%および残部ヘリウム
よりなり流量が約30slpmの雰囲気において1335℃の炉ホ
ット・ゾーン温度で実施される点を除き上記実施例1の
場合と同様にして焼結用炉内で乾燥および選択焼結のた
めに加熱される。この加熱によって、GeO2を18重量%以
上含有したプリフォーム内の領域が実質的に完全に焼結
される。この場合、プリフォームの外側領域に向って焼
結の程度が徐々に少なくなるようになされる。
選択焼結の後で、焼結用炉のホット・ゾーンの温度が
1450℃まで上昇され、そしてBF3気相ドーパントを含有
した流動雰囲気が炉内に導入される。この雰囲気は容積
で約5%BF3、2%Cl2および残部ヘリウムよりなり、約
32slpmの流量で導入される。選択的に焼結されたプリフ
ォームは焼結用ホット・ゾーン中をゆっくりと下降さ
れ、そのプリフォームの完全な焼結とプリフォームに対
するホウ素とフッ素のドーピングとが同時に行なわれ
る。焼結された後で、プリフォームは延伸されて分析の
ための直径約80ミクロンの光ファイバとなされる。
1450℃まで上昇され、そしてBF3気相ドーパントを含有
した流動雰囲気が炉内に導入される。この雰囲気は容積
で約5%BF3、2%Cl2および残部ヘリウムよりなり、約
32slpmの流量で導入される。選択的に焼結されたプリフ
ォームは焼結用ホット・ゾーン中をゆっくりと下降さ
れ、そのプリフォームの完全な焼結とプリフォームに対
するホウ素とフッ素のドーピングとが同時に行なわれ
る。焼結された後で、プリフォームは延伸されて分析の
ための直径約80ミクロンの光ファイバとなされる。
第8図は一緒に沈積されたGeO2ドーパントと気相注入
されたB2O3ドーパントの相対濃度を上述のようにして作
成された光ファイバの半径に関してプロットしたグラフ
である。GeO2で表示された曲線は、ファイバ軸線の近傍
の点からファイバ半径の最外端までの間で減少するGeO2
含有量を示し、B2O3で表示された曲線は、約12ミクロン
から40ミクロンまでのファイバの半径値に対してゼロか
ら8重量%まで増加するファイバのB2O3含有量を示して
いる。この場合にも、B2O3ドーピングの程度は選択焼結
工程の後で保持されている多孔質ガラスの表面積に比例
することがわかる。このプリフォームのフッ素含有量は
報告されていないが、同様に処理された他のGeO2グレー
デッド・プリフォームの場合には、フッ素含有量はファ
イバの周辺における約0.7重量%の最大値から内部のプ
リフォーム領域におけるゼロまで、B2O3分布にほぼ対応
して減少することが認められた。
されたB2O3ドーパントの相対濃度を上述のようにして作
成された光ファイバの半径に関してプロットしたグラフ
である。GeO2で表示された曲線は、ファイバ軸線の近傍
の点からファイバ半径の最外端までの間で減少するGeO2
含有量を示し、B2O3で表示された曲線は、約12ミクロン
から40ミクロンまでのファイバの半径値に対してゼロか
ら8重量%まで増加するファイバのB2O3含有量を示して
いる。この場合にも、B2O3ドーピングの程度は選択焼結
工程の後で保持されている多孔質ガラスの表面積に比例
することがわかる。このプリフォームのフッ素含有量は
報告されていないが、同様に処理された他のGeO2グレー
デッド・プリフォームの場合には、フッ素含有量はファ
イバの周辺における約0.7重量%の最大値から内部のプ
リフォーム領域におけるゼロまで、B2O3分布にほぼ対応
して減少することが認められた。
勿論、本発明はシリカの屈折率を低下させる気相注入
ドーパントを使用することに限定されるものでないこと
は上述の説明から明らかであろう。本発明は、例えばMg
OまたはAl2O3のように溶融シリカの屈折率を上昇させる
気相注入可能なドーパントを用いる場合にも、そのドー
パントが、本発明によるプリフォームの選択焼結の後
で、プリフォームの内部表面積に比例した程度だけ多孔
質溶融シリカ・ガラス内に拡散しかつそのガラスによっ
て吸収されるのに適した形態で気化されうるものであれ
ば、本発明を適用しうる。
ドーパントを使用することに限定されるものでないこと
は上述の説明から明らかであろう。本発明は、例えばMg
OまたはAl2O3のように溶融シリカの屈折率を上昇させる
気相注入可能なドーパントを用いる場合にも、そのドー
パントが、本発明によるプリフォームの選択焼結の後
で、プリフォームの内部表面積に比例した程度だけ多孔
質溶融シリカ・ガラス内に拡散しかつそのガラスによっ
て吸収されるのに適した形態で気化されうるものであれ
ば、本発明を適用しうる。
第1図は炎酸化によって多孔質ガラス・プリフォームを
作成する場合を概略的に示す図、第2図は炎酸化工程に
おいて多孔質ガラスの多数の領域が沈積される状態を概
略的に示す図、第3図は多孔質ガラス・プリフォームに
対する選択焼結工程を概略的に示す図、第4図は選択的
に焼結された多孔質ガラス・プリフォームにフッ素を気
相ドーピングする工程を概略的に示す図、第5図は多孔
質ガラス・プリフォームを透明なガラス・プリフォーム
に変換するための最終焼結工程を概略的に示す図、第6
〜8図は本発明に従って作成されたガラス・プリフォー
ムまたはファイバに対する一緒に沈積されたドーパント
と気化ドーパントのそれぞれの相対濃度を示すグラフで
ある。 図面において、10はマンドレル、12は炎酸化用バーナ、
14はシリカを含有したスート、16は層状の多孔質スート
・プリフォーム、18aは比較的大きい内部表面積を有す
る領域、18bは比較的小さい内部表面積を有する領域、5
0は焼結用炉をそれぞれ示す。
作成する場合を概略的に示す図、第2図は炎酸化工程に
おいて多孔質ガラスの多数の領域が沈積される状態を概
略的に示す図、第3図は多孔質ガラス・プリフォームに
対する選択焼結工程を概略的に示す図、第4図は選択的
に焼結された多孔質ガラス・プリフォームにフッ素を気
相ドーピングする工程を概略的に示す図、第5図は多孔
質ガラス・プリフォームを透明なガラス・プリフォーム
に変換するための最終焼結工程を概略的に示す図、第6
〜8図は本発明に従って作成されたガラス・プリフォー
ムまたはファイバに対する一緒に沈積されたドーパント
と気化ドーパントのそれぞれの相対濃度を示すグラフで
ある。 図面において、10はマンドレル、12は炎酸化用バーナ、
14はシリカを含有したスート、16は層状の多孔質スート
・プリフォーム、18aは比較的大きい内部表面積を有す
る領域、18bは比較的小さい内部表面積を有する領域、5
0は焼結用炉をそれぞれ示す。
Claims (14)
- 【請求項1】半径の少なくとも一部分を横切る方向にグ
レーデッド型の屈折率分布を有するガラス物品を製造す
る方法であって、 (a)前記物品のための多孔質のドープされた溶融シリ
カ・ガラス・プリフォームを形成し、前記ドープされた
溶融シリカ・ガラス・プリフォームの組成は少なくとも
第1のドーパントを含んでおり、前記第1のドーパント
の濃度は前記プリフォームの半径の所定の部分内で半径
方向に減少して、前記プリフォームの半径の前記所定の
部分を横切って半径方向に増加するプリフォーム軟化温
度を生ずるようになされており、 (b)前記多孔質ガラス・プリフォームを加熱してこの
プリフォームの多孔質構造内に選択焼結と内部表面積の
減少を生じさせ、この場合、前記焼結の程度が、プリフ
ォームを横切る方向のドーパント濃度の変化に対応した
態様でプリフォームの内部寸法を横切る方向に変化し、
それによって、前記プリフォームの前記内部表面積が、
前記第1のドーパントが半径方向に減少する前記プリフ
ォームの部分の半径の増加に伴って増加するようにな
し、 (c)前記プリフォームの多孔質構造内に気化された第
2のドーパントを注入させて、前記プリフォームの内部
寸法を横切る方向ににおける焼結の程度に対応した態様
で前記プリフォームの内部寸法の横切る方向に変化する
ように前記プリフォームに前記第2のドーパントをドー
プさせ、この場合、前記内部表面積が半径方向に増加し
ている前記プリフォームの領域において半径方向に前記
第2のドーパントの濃度が増加するようになし、 (d)前記ドープされたプリフォームを焼結させて、前
記物品の半径の少なくとも一部分を横切る方向に前記第
1および第2のドーパントの変化する濃度と、半径方向
に減少するグレーデッド型の屈折率分布を有する透明な
ガラス物品とする工程よりなるガラス物品の製造方法。 - 【請求項2】半径の少なくとも一部分を横切る方向にグ
レーデッド型の屈折率分布を有する円筒状ガラス・プリ
フォームを製造する方法であって、 (a)SiO2と、ガラス内でSiO2と結合された場合にSiO2
の軟化温度を低下させる作用をするドーパントのグルー
プから選択された少なくとも1つの一緒に沈積されたド
ーパントよりなる円筒状の多孔質スート・プリフォーム
を形成し、この場合、前記プリフォームの半径の所定の
部分を横切る方向にグレーデッド型ドーパント濃度を与
えるように、前記一緒に沈積されたドーパントが半径方
向に変化する濃度で導入されるようになし、 (b)ドープされていない溶融シリカの焼結温度より低
く、前記プリフォームにおける比較的高いドーパント濃
度を有する少なくとも1つの領域を少なくとも部分的に
焼結させる温度よりも高い温度で選択焼結を生じさせる
ように前記多孔質スート・プリフォームを加熱し、この
場合、そのプリフォームがそれの半径の前記所定の部分
を横切る方向にグレーデッド型密度分布を有するように
なし、 (c)前記円筒状プリフォームを第2の気化ドーパント
よりなる雰囲気に露呈させ、この場合、その露呈をプリ
フォームによる前記第2のドーパントの内部吸収を可能
にするのに十分な時間のあいだ行ない、かつ前記吸収が
前記プリフォーム内の内部表面積が比較的小さい領域に
おけるよりも内部表面積の比較的大きい領域において多
くなるようにし、 (d)前記円筒状の多孔質スート・プリフォームを加熱
して焼結させ、それの半径の少なくとも一部分を横切る
方向にグレーデッド型の屈折率分布を有する透明なガラ
ス・プリフォームとする工程よりなる円筒状ガラス・プ
リフォームの製造方法。 - 【請求項3】特許請求の範囲第2項に記載された方法に
おいて、SiO2の軟化温度を低下させる作用をする前記一
緒に沈積されたドーパントがGeO2、P2O5、B2O3、Al
2O3、MgO、およびTiO2よりなるグループから選択される
前記方法。 - 【請求項4】特許請求の範囲第3項に記載された方法に
おいて、前記一緒に沈積されたドーパントがGeO2、P
2O5、TiO2またはB2O3である前記方法。 - 【請求項5】特許請求の範囲第4項に記載された方法に
おいて、前記円筒状の多孔質スート・プリフォームがSi
Cl4、POCl3、TiCl4およびBCl3よりなるグループから選
択された化合物を炎酸化することによって形成される前
記方法。 - 【請求項6】特許請求の範囲第3項に記載された方法に
おいて、前記多孔質スート・プリフォームが1200〜1400
℃の範囲の温度で加熱されて選択焼結されるようになさ
れた前記方法。 - 【請求項7】特許請求の範囲第6項に記載された方法に
おいて、前記多孔質スート・プリフォームが乾燥用ガス
で処理されながら加熱されて選択焼結されるようになさ
れた前記方法。 - 【請求項8】特許請求の範囲第7項に記載された方法に
おいて、前記乾燥用ガスが塩素とヘリウムの混合物より
なる前記方法。 - 【請求項9】特許請求の範囲第3項に記載された方法に
おいて、前記第2の気化ドーパントが溶融シリカの屈折
率を低下させる化合物である前記方法。 - 【請求項10】特許請求の範囲第3項に記載された方法
において、前記第2の気化ドーパントが溶融シリカの屈
折率を上昇させる化合物である前記方法。 - 【請求項11】特許請求の範囲第9項に記載された方法
において、前記第2の気化ドーパントがフッ素またはB2
O3である前記方法。 - 【請求項12】特許請求の範囲第11項に記載された方法
において、前記第2の気化ドーパントがフッ素である前
記方法。 - 【請求項13】特許請求の範囲第11項に記載された方法
において、前記円筒状プリフォームが、焼結されて透明
なガラスとなされる場合に、前記第2の気化ドーパント
よりなる雰囲気に露呈される前記方法。 - 【請求項14】特許請求の範囲第13項に記載された方法
において、前記第2の気化ドーパントよりなる前記雰囲
気が塩素を含有した乾燥用ガスをさらに含んでいる前記
方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US794833 | 1985-11-04 | ||
US06/794,833 US4620861A (en) | 1985-11-04 | 1985-11-04 | Method for making index-profiled optical device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62108746A JPS62108746A (ja) | 1987-05-20 |
JP2525584B2 true JP2525584B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=25163815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61258682A Expired - Fee Related JP2525584B2 (ja) | 1985-11-04 | 1986-10-31 | ガラス物品の製造方法 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4620861A (ja) |
EP (1) | EP0222501B1 (ja) |
JP (1) | JP2525584B2 (ja) |
KR (1) | KR940002059B1 (ja) |
AT (1) | ATE44944T1 (ja) |
AU (1) | AU579498B2 (ja) |
CA (1) | CA1284442C (ja) |
DE (1) | DE3664624D1 (ja) |
ES (1) | ES2010664B3 (ja) |
Families Citing this family (45)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU586058B2 (en) * | 1985-12-27 | 1989-06-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of making optical glass article |
US5217516A (en) * | 1985-12-27 | 1993-06-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of making optical glass article |
KR900003449B1 (ko) * | 1986-06-11 | 1990-05-19 | 스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤 | 분산 시프트싱글모우드 광파이버 및 그 제조방법 |
JPH0791081B2 (ja) * | 1986-07-03 | 1995-10-04 | 住友電気工業株式会社 | シングルモ−ドフアイバ用ガラス母材の製造方法 |
EP0542724B1 (en) * | 1987-02-16 | 1996-06-12 | Sumitomo Electric Industries Limited | Furnace for heating glass preform for optical fiber and method for producing glass preform |
DE3820217A1 (de) * | 1988-06-14 | 1989-12-21 | Rheydt Kabelwerk Ag | Lichtwellenleiter, insbesondere einmodenfaser |
US4950606A (en) * | 1989-06-22 | 1990-08-21 | Celgene Corporation | Enantiomeric enrichment and stereoselective synthesis of chiral amines |
CA2042593C (en) * | 1989-10-31 | 1998-04-14 | Kouji Okamura | Process for fabricating an optical fiber preform |
CA2030748C (en) * | 1989-12-22 | 2000-08-15 | Marcella Rose Backer | Optical waveguide fiber with titania-silica outer cladding and method of manufacturing |
US5180411A (en) * | 1989-12-22 | 1993-01-19 | Corning Incorporated | Optical waveguide fiber with titania-silica outer cladding and method of manufacturing |
US5067975A (en) * | 1989-12-22 | 1991-11-26 | Corning Incorporated | Method of manufacturing optical waveguide fiber with titania-silica outer cladding |
US4968339A (en) * | 1990-01-02 | 1990-11-06 | At&T Bell Laboratories | Method of fluorine doped modified chemical vapor deposition |
US5152818A (en) * | 1990-11-09 | 1992-10-06 | Corning Incorporated | Method of making polarization retaining fiber |
JPH04260630A (ja) * | 1991-02-08 | 1992-09-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光ファイバ用母材の製造方法 |
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DE4225654A1 (de) * | 1992-08-03 | 1994-02-10 | Heraeus Quarzglas | Verfahren zur Herstellung von dotiertem Glas |
EP0738689B1 (en) * | 1995-04-19 | 2003-07-02 | Corning Incorporated | Device and method for shaping molten glassy material into rods |
EP0738690B1 (en) * | 1995-04-19 | 2001-06-13 | Corning Incorporated | Method and device for manufacturing a rod of a material having a cross-sectional composition gradient |
CA2295490A1 (en) | 1997-07-15 | 1999-01-28 | William A. Whedon | Decreased h2 sensitivity in optical fiber |
US6274697B1 (en) | 1998-10-02 | 2001-08-14 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process and product for making polyamides |
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