JPS6245182B2

JPS6245182B2 -

Info

Publication number: JPS6245182B2
Application number: JP56036475A
Authority: JP
Inventors: Naryuki Mitachi; Shuichi Shibata; Toyotaka Manabe
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1981-03-16
Filing date: 1981-03-16
Publication date: 1987-09-25
Also published as: JPS57156337A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、波長２〜６μｍ帯の赤外線を伝送す
ることができる弗化物ガラス光フアイバ用プリフ
オームの製造方法に関するものである。

従来の光フアイバ用プリフオームは酸化硅素
（SiO₂）系ガラスを主構成素材としているが、こ
のガラス素材はSi−Ｏ結合の振動に起因する赤外
吸収を有するので、レーリー散乱損失と赤外吸収
損失との谷間に存在する低損失の波長域は、可視
域から近赤外域（波長0.6〜1.7μｍ）に限られ、
それより長波長の波長領域においては低損失の光
フアイバを得ることができなかつた。一方、レー
リー散乱は波長の４乗に逆比例して低減するの
で、酸化硅素に比べて赤外吸収端が長波長側に位
置するガラス素材でプリフオームを形成し、それ
を線引きして光フアイバを作製することによりい
つそう低損失化を図ることが考えられ、このよう
な光フアイバ用プリフオームの形成法の出現が要
望されている。

通信用の光フアイバは屈折率の高いコアをより
屈折率の低いクラツドで被覆する導波構造を有し
ているが、現在、導波構造を有する赤外線伝送用
光フアイバとして知られているものは、AgClク
ラツド−Ag（ClBr）コア、Tl（BrI）コア−プラ
スチツククラツド等多結晶質光フアイバである
が、これらの多結晶質光フアイバの場合には、粒
界散乱損失の影響のために極低損失光フアイバの
作製は本質的に不可能である。また、C₂Cl₄液体
コア−SiO₂クラツド光フアイバも知られている
が、長尺光フアイバの作製およびその接続の点で
大きな問題がある。

また、弗化物ガラスは上述した各種のフアイバ
材料がもつ欠点を解消し、２〜６μｍの赤外線波
長領域で極低損失光フアイバを実現できる可能性
が高い材料として注目されているが、導波構造を
有する光フアイバ用プリフオームの製造方法につ
いてはこれまで特に紹介されている例はなく、ま
た酸化硅素系光フアイバ用プリフオームの製造方
法である内付け法あるいは気相軸付け法をそのま
ま適用できないことは明らかである。

本発明は以上のような現状に鑑みてなされたも
ので、その目的は従来技術の欠点を解決して、波
長２〜６μｍの赤外線を伝送し得、かつ極低損失
化の可能な弗化物ガラスを素材とする光フアイバ
用プリフオームを簡易に製造できる方法を提供す
ることにある。

かかる目的を達成するために、本発明の赤外線
伝送光フアイバ用プリフオームの製造方法におい
ては、円柱形等適宜の形状の弗化物ガラスロツド
を、アルミニウム化合物の融液中で弗化物ガラス
ロツドの変形温度以下の温度で加熱し、あるいは
アルミニウム化合物、リチウム化合物、ナトリウ
ム化合物のうちの１種類の化合物を溶質とする溶
液中で弗化物ガラスロツドの変形温度以下で加熱
し、以て、弗化物ガラスロツドの構成陽イオンと
融液中のアルミニウムイオンAl³⁺あるいは溶液中
のアルミニウムイオンAl³⁺、リチウムイオン
Li⁺、ナトリウムイオンNa⁺との間でイオン交換
を行い、それにより弗化物ガラスロツドの周辺部
の屈折率を低下せしめ、以てクラツド構造を形成
してプリフオームを製造する。

本発明で使用される弗化物ガラスとしては、従
来から知られているZrF₄−ThF₄−BaF₂、ZrF₄−
BaF₂−LnF₃（Ｌはランタニド系元素）、ZrF₄−
BaF₂−YF₃等のZrF₄系弗化物ガラス、あるいは
HfF₄系の弗化物ガラスのような屈折率がAlF₃や
LiF、NaFよりも高い弗化物ガラスが望ましい。

本発明によるプリフオームの製造方法は、基本
的には、予め作製されたコア用の円柱形等の適宜
形状の弗化物ガラスロツドを種々のAl化合物融
液中、あるいはAl化合物、Li化合物、Na化合物
を溶質とする加熱溶液中に浸し、ガラスロツドの
周囲のZr⁴⁺、Gd³⁺、Ba²⁺等のカチオンと融液あ
るいは溶液中のAl³⁺、Li⁺、Na⁺等のカチオンと
の間のイオン交換をガラスロツドの変形温度以下
の高温で加熱促進し、以てクラツド型導波構造を
形成するものである。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図に示す加熱促進イオン交換槽を使用して
本発明を実施する場合について説明する。ガラス
製フラスコ１の中に高温で液体となるAl化合物
あるいはAl化合物、Li化合物、Na化合物を溶質
とする溶液を収容し、そのイオン交換用融液ある
いはイオン交換用溶液２の中に円柱形の弗化物ガ
ラスロツド３を白金線４で吊下し、電動モータ５
で駆動される撹拌機６でイオン交換用融液または
溶液２を撹拌しながら、マントルヒータ７でイオ
ン交換用融液あるいはイオン交換用溶液２を、弗
化物ガラスロツド３の変形温度以下の温度、例え
ば250〜300℃に加熱する。フラスコ１には冷却器
８を取付け、この冷却器８には冷却水導入パイプ
９から冷却水を導入し、フラスコ１内の溶液２が
沸騰して生成された蒸気を冷却器８によつて液化
し、フラスコ１内の溶液量を一定に保つようにす
る。１０は冷却水放出パイプである。このように
して、弗化物ガラスロツド３の形成陽イオン
Zr⁴⁺、Gd³⁺、Ba²⁺とAl³⁺、Li⁺、Na⁺とのイオン
交換を行い、以てガラスロツド３の周囲ロツド中
央より屈折率の低いクラツド構造を形成する。

このようにして得られたプリフオームは、従来
技術では不可能であつた導波構造が形成されてお
り、これを線引きして得られる光フアイバは波長
２〜４μｍ領域で低損失な赤外線伝送光フアイバ
として有効である。

次に本発明の実施例について説明するが、本発
明はこれによりなんら限定されるものではない。

実施例１ ZrF₄21ｇ（63モル％）、BaF₂11.55ｇ（33モル
％）、GdF₃17ｇ（４モル％）およびNH₄F・HF5
ｇを秤量し、乳鉢で粉砕混合した。これを金るつ
ぼに導入し、電気炉を用いて400℃30分間加熱
し、原料の完全な弗素化を行い、次に850℃、30
分間加熱溶融した。これを第２図Ａ〜Ｄに示す黄
銅製鋳型にキヤステイングする。

第２図Ａはここで用いた鋳型の組立てられた状
態を示し、１１は黄銅製鋳型外枠であり、第２図
Ｂに示すように３つ割りのさや部材１１Ａ，１１
Ｂよび１１Ｃより成り、これらさや部材１１Ａ〜
１１Ｃの下端を黄銅製底蓋１２に嵌合させてから
さや部材１１Ａ〜１１Ｃの形成した中空同筒の上
部に第２図Ｃに示すような黄銅製リング１３を装
着し、ねじ１４Ａ，１４Ｂおよび１４Ｃによりさ
や部材１１Ａ〜１１Ｃを固定して鋳型を形成す
る。このような鋳型に溶融した上述の材料を流し
込んでキヤステイングを行い、９φ×100mmのガ
ラスロツドを得た。このロツドの外周を光学研磨
し、イオン交換用出発母材とした。

次にこの母材３を第１図のイオン交換槽に導入
し、白金線４で固定した後にアルミニウムベンジ
レートAl（C₇H₇O）₃をフラスコ１内に導入し、温
度70℃で加熱溶融し、出発母材３が溶液中に完全
に沈むように、アルミニウムベンジレートを導入
した。次に、マントルヒータ７により溶液２を温
度283〜284℃に加熱しながら冷却管８で環流し、
24時間後に環流をやめ、母材３をフラスコ１内よ
り取り出した後に、別のアニール用電気炉中でア
ニールし、250℃から室温まで24時間かけて冷却
した。それにより得られた第３図Ａに示すような
プリフオーム１５の断面を干渉顕微鏡で観察し、
点線１６に沿つての屈折率分布を求めると、第３
図Ｂのよに連続的な屈折率変化を有する導波構造
が形成されることがわかつた。ここで、比屈折率
差は、コア中央部の最も高い所と周辺の最も低い
所で0.6％であつた。

実施例２実施例１と同様にZrF₄（63モル％）−BaF₂（33
モル％）−GdF₃（４モル％）のガラスロツド３
（９φ×100mm）を用い、イオン交換槽には臭化ア
ルミ融液を導入し、264℃で環流し、36時間後に
フラスコ１内より取り出し、アニールした。屈折
率分布としては実施例１と同様に第３図Ｂのよう
なものが得られた。

実施例３実施例１と同様にZrF₄（63モル％）−BaF₂（33
モル％）−GdF₃（４モル％）のガラスロツド３
（９φ×100mm）を用い、イオン交換槽にはアルミ
ニウムジエチルマロネートAl（C₇H₁₁O₄）₃融液を
導入し、300℃に加熱撹拌して24時間後にフラス
コ１内より取り出し、アニールした。その結果、
第４図Ａに示すようなプリーフオーム１７の線１
８に沿つての屈折率分布として第４図Ｂのような
特性が得られた。

実施例４実施例１と同様にZrF₄（63モル％）−BaF₂（33
モル％）−GdF₃（４モル％）のガラスロツド（９
φ×100mm）を用い、イオン交換槽にはアルミニ
ウムエトキサイドAl（C₂H₅O）₃融液を導入し、
300℃で加熱撹拌して12時間後にフラスコ１内よ
り取り出し、アニールした。その結果、第３図Ｂ
のような屈折率分布を有するプリフオームが得ら
れた。

実施例５実施例１と同様にZrF₄（63モル％）−BaF₂（33
モル％）−GdF₃（４モル％）のガラスロツド３
（９φ×100mm）を用い、イオン交換槽にはアルミ
ニウムプロポキサイドAl（C₃H₇O）₃30ｇをトリエ
チレングリコール500c.c.中に溶解した溶液を導入
し、288℃で環流加熱して36時間後にフラスコ１
内よりガラスロツド３を取り出し、アニールし
た。その結果、第３図Ｂのような屈折率分布を有
するプリフオームが得られた。

実施例６実施例１と同様にZrF₄（63モル％）−BaF₂（33
モル％）−GdF₃（４モル％）のガラスロツド３
（９φ×100mm）を用い、イオン交換槽にはアルミ
ニウムベンゾエートAl（C₇H₅O₂）₃50ｇをドデシ
ルベンゼン500c.c.中に溶解した溶液を導入し、300
℃で加熱撹拌して24時間後にフラスコ１内よりガ
ラスロツド３を取り出し、アニールした。その結
果、第３図Ｂのような屈折率分布を有するプリフ
オームが得られた。

実施例７実施例１と同様にZrF₄（63モル％）−BaF₂（33
モル％）−GdF₃（４モル％）のガラスロツド３
（９φ×100mm）を用い、イオン交換槽にはリチユ
ームサリチレートLiC₇H₅O₂30ｇをテトラエチレ
ングリコール500c.c.中に溶解した溶液を導入し、
300℃で加熱撹拌して24時間後にフラスコ１内よ
りガラスロツド３を取り出してアニールした。そ
の結果、第３図Ｂに示すような屈折率分布を有す
るプリフオームが得られた。

実施例８実施例１と同様にZrF₄（63モル％）−BaF₂（33
モル％）−GdF₃（４モル％）のガラスロツド３
（９φ×100mm）を用い、イオン交換槽にはナトリ
ユウムアセテートNaC₂H₃O₂10ｇをセバシン酸ジ
ブチルH₉C₄OOC（CH₂）₈COOC₄H₉500c.c.中に溶
解した溶液を導入し、300℃で加熱撹拌して24時
間後にフラスコ１内よりガラスロド３を取り出
し、アニールした。その結果、第４図Ｂに示すよ
うな屈折率分布を有するプリフオームが得られ
た。

以上説明したように、本発明によれば簡単に弗
化物ガラスロツドの外周部にロツド中心より屈折
率の低いクラツド部を形成できる。また、イオン
交換を行う温度および融液あるいは溶液の条件を
変えることにより各部の屈折率分布を有するプリ
フオームを作製することができる。このようなプ
リフオームから作製された弗化物光フアイバは、
従来技術では不可能であつた波長領域２〜６μｍ
における伝送を実現できるという利点がある。

なお、以上では弗化物ガラスロツドが円柱形状
の例について示したが、ロツドは各種の所望形状
とすることができること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いるイオン交
換装置の一例を示す断面図、第２図Ａは弗化物ガ
ラスロツド製造用の黄銅製３つ割れ鋳型の組立状
態を示す側面図、第２図ＢはそのＢ−Ｂ線断面
図、第２図Ｃはその底蓋の平面図、第３図Ａおよ
びＢは本発明により形成されたプリフオームのそ
れぞれ断面図および屈折率分布図、第４図Ａおよ
びＢは本発明の他の例により形成されたプリフオ
ームのそれぞれ断面図および屈折率分布図であ
る。１……ガラス製フラスコ、２……イオン交換用
融液あるいはイオン交換用溶液、３……弗化物ガ
ラスロツド、４……白金線、５…電動モータ、６
……撹拌機、７……マントルヒータ、８……冷却
器、９……冷却水導入パイプ、１０……冷却水放
出パイプ、１１……黄銅製鋳型外枠、１１Ａ〜１
１Ｃ……３つ割りさや部材、１２……黄銅製底
蓋、１３……黄銅製リング、１４Ａ〜１４Ｃ……
ねじ、１５，１７……プリフオー断面、１６，１
８……屈折率分布に対応するプリフオーム上の位
置。

Claims

【特許請求の範囲】

１弗化物ガラスロツドを、アルミニウム化合物
の融液中で当該弗化物ガラスロツドの変形温度以
下の温度で加熱し、あるいはアルミニウム化合
物、リチウム化合物およびナトリウム化合物のう
ちの１種類の化合物を溶質とする溶液中で前記弗
化物ガラスロツドの変形温度以下で加熱し、前記
弗化物ガラスロツドの構成陽イオンと、前記融液
中のアルミニウムイオンAl³⁺あるいは前記溶液中
のアルミニウムイオンAl³⁺、Li⁺、Na⁺との間で
イオン交換を行つて前記弗化物ガラスロツドの周
辺部の屈折率を低下させることによりクラツド構
造を形成してプリフオームを製造することを特徴
とする赤外線伝送光フアイバ用プリフオームの製
造方法。