ＧＲＩＮ透镜的制造方法技术

一种ＧＲＩＮ透镜的制造方法，用溶胶－凝胶法进行，其课题是，容易进行调和湿凝胶时的操作，防止烧结时母材的开裂和拉丝时的发泡。其解决手段为，由以硅的醇盐、掺杂剂的醇盐和硼的醇盐为主成分的醇溶液制作湿凝胶，在对其进行浸出后，进行干燥制成干凝胶，再进行烧结、拉丝得到ＧＲＩＮ透镜，由此解决了上述课题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用溶胶-凝胶法的GRIN透镜的制造方法。
技术介绍
将GRIN透镜(梯度折射率透镜Graded Index Lens)熔接在光纤顶端的光纤准 直仪，能高效地将半导体激光和光纤结合，又可作为连接损失小的连接器等，作为各种光通 信部件是有用的。作为这种GRIN透镜的制造方法，虽有离子交换法、气相CVD法等，但一般认为以低 温合成法为基板的溶胶-凝胶法较好。利用溶胶-凝胶法的GRIN透镜的制造方法公开在例 如下述的专利文献1、2中。该制造方法如下在以硅的醇盐(Si (OR)4(R:烷基))为主成分 的醇溶液中，通过添加作为溶剂的酸或碱进行水解而制成溶胶，再通过使这种溶胶发生缩 聚反应后进行陈化，进行交联反应，制作成湿凝胶。在制作GRIN透镜时，必须让掺杂剂(赋 予梯度折射率的金属成分)形成浓度梯度。由于掺杂剂浓度大的部分其折射率增大，因此， 要使GRIN透镜的中心部分的浓度大，越往外侧浓度越低。虽然有使用金属醇盐、金属盐作 为掺杂剂的原料的方法，还有分子填料(7夕7 7 4 > 7 )法等，但使用Ti、Ta、Sb或&的 醇盐的方法非常有用。为了形成浓度梯度，一般进行浸出。方法是，将湿凝胶浸渍在酸溶液 中，使外周部的掺杂剂溶出，赋予浓度梯度。然后，对所获得的湿凝胶进行干燥，在除去凝胶 中的溶剂后，通过进行烧结，制作赋予了梯度折射率的致密的圆柱状玻璃母材，将其拉成细 丝，来制作GRIN透镜。以往的溶胶-凝胶法，利用硅和掺杂剂2种成分(例如掺杂剂为Ti的场合，是 SiO2-TiO2)来形成母材，在烧结和拉丝时容易发泡，存在着成品率变差的问题。这种烧结和 拉丝时的发泡，与干凝胶的体积密度有较大关系。即，体积密度大(气孔率小)时，干凝胶 所含有的有机成分和水分在用来制作母材的烧结过程中不能充分地除去，结果因烧结和拉 丝时的受热过程而产生开裂或发泡等不良情况。因此，如何使体积密度降低、且是否能控制 在所需水平是重要的。以往，虽然尝试通过控制浸出时的盐酸浓度、浸出时间、浸出温度等对该体积密度 进行控制，但是不可能同时实现形成所需的梯度折射率并使体积密度下降的双重效果，所 以必然存在为了优先赋予良好的梯度折射率而增大体积密度的问题。在下述专利文献3中提出了如下一种技术为了将母材的体积密度减小，用硅、掺 杂剂和铝3种成分制作湿凝胶，用浸出法使铝从湿凝胶中溶出，将体积密度减小。由此，在浸出法的步骤中，大部分的铝从湿凝胶中溶出，气孔率增加，使其干燥后 的干凝胶的气孔率大。当对这种大气孔率的干凝胶进行烧结时，存在于凝胶内部的气体从 气孔向外部排出，可形成内部几乎不存在气体的玻璃母材。因此，由凝胶内部气体的膨胀所 产生的开裂消失，并且即使对该母材进行拉丝也不会发泡，可大幅度改善烧结、拉丝时的成 品率。专利文献1 日本特开2005-115097号公报专利文献2 日本特开2005-145751号公报专利文献3 日本专利第4084838号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在上述专利文献3所记载的方法中，当从以硅的醇盐、掺杂剂的醇盐和铝的醇盐 为主成分的醇溶液制作湿凝胶时，由于铝醇盐的粘性非常大，且反应性也大，因此，在调和 时的秤量中频频产生费事的现象。此时，若操作时间超过规定时间(例如3分钟)，那么铝 的醇盐之间就结合产生凝胶化，生成部分不均勻的组成(团簇)，往往引起成品率恶化。另 外，成品率受对原料的秤量和混合熟练的操作者和不熟练的操作者很大影响，根据不同情 况，成品率为0%是不稀奇的，因此需要熟练的操作者。本专利技术的目的在于，开发一种GRIN透镜的制造方法，在调和湿凝胶时能容易稳定 地进行操作，而且干凝胶的气孔率大，防止烧结时母材的开裂和拉丝时的发泡。解决课题的手段本专利技术的GRIN透镜的制造方法，其特征在于具有如下步骤由以硅的醇盐、掺杂 剂的醇盐和硼的醇盐为主成分的醇溶液制作湿凝胶的步骤；通过浸出，使掺杂剂和硼从所 述湿凝胶外周面溶出而赋予梯度折射率的步骤；使所述湿凝胶干燥制作干凝胶的步骤；对 所述干凝胶进行烧结形成玻璃母材的步骤；以及对所述母材进行拉丝的步骤。在本专利技术中，由于成为原料的硼的醇盐的粘性与其它原料基本相等，因此可容易 秤量，且凝胶化速度相比于掺杂剂、铝醇盐来说也极其迟缓。因此，完全不必在意使用铝的 醇盐时严格的时间限制，尤其即使不是熟练的操作者也可容易地制作湿凝胶，结果，可稳定 获得高的成品率。在制作湿凝胶的步骤中，硼的醇盐的添加量优选硼单体相对于(硅单体+掺杂剂 单体+硼单体)的浓度成为1 15摩尔％。如果小于1摩尔％，则干凝胶的气孔率不能充分变大，抑制发泡的效果降低。如果大于15摩尔％，则在浸出后，从湿凝胶溶出硼后的细孔径过分变大，通过烧 结将细孔封住的处理变得困难，其结果，细孔就成为不完全封闭的状态。在该状态下，当作 为拉丝前处理所进行的母材与石英棒接合时，在接合部分产生白浊或发泡，成为不能拉丝 的状态。另外，添加多量的硼，会导致以后陈化工序的时间增加，并且会导致凝胶强度下降， 这一点是不希望的。另外，在本专利技术中，硅、掺杂剂或硼所使用的“摩尔％，，的表示，指它们单体相对于 (硅单体+掺杂剂单体+硼单体)的浓度(元素数量的比例)。 在本专利技术中，浸出后干凝胶中所残存的硼相对于(硅单体+掺杂剂单体+硼单体) 的浓度最好小于0.1摩尔％。在由添加了硼的醇盐的湿凝胶制造GRIN透镜的场合，由于在浸出步骤中溶出大 部分的硼，因此气孔率变大，抑制了发泡。此时，残存于GRIN透镜中的硼氧化物的量，用硼 单体换算为小于0. 1摩尔％的程度(平均)。从赋予梯度折射率的观点看，不希望存在硼， 实质上，即使是0摩尔％也完全无问题。在本专利技术中，掺杂剂可从Ti、Ta、Sb及&中选择一种或二种以上。这些金属在提高折射率的性能方面优异，热膨胀系数也接近石英玻璃，醇盐容易溶解在醇中，因此，作为 本专利技术的掺杂剂是优异的。另外，Sb在凝胶烧结时有蒸发的倾向，Zr在湿凝胶制作的过程 中，虽然在作为溶剂的醇中是少量，但有形成沉淀这样的若干工艺上的不稳定性，因此，Ti 和Ta作为掺杂剂最好。在本专利技术中，由以所述硅的醇盐、掺杂剂的醇盐和硼的醇盐为主成分的醇溶液制 作湿凝胶的步骤最好是，在将包含硅的醇盐和硼的醇盐的醇溶液搅拌10 150分钟后，对 其添加包含掺杂剂的醇盐的醇溶液再进行搅拌。硅的醇盐和硼的醇盐的粘性基本相同，且反应性相比于掺杂剂的醇盐来说极其迟 缓。因此，最好是首先对硅的醇盐和硼的醇盐进行搅拌直至均勻为止，然后添加掺杂剂的醇 盐。另外，关于硅的醇盐和硼的醇盐进行搅拌的时间，若在10分钟以下对于达到均勻来说 是不够的，若在150分钟以上，有可能其中2种成分进行反应，所以必须确定在10 150分 钟之间，考虑一般的操作环境(温度和湿度)，最好控制在30 90分钟。在硅的醇盐和硼的醇盐的水解反应稍微进行的阶段，添加掺杂剂的醇盐。这是因 为如前所述，掺杂剂的醇盐富有反应性，若与硅和硼的醇盐同时添加，则仅掺杂剂先选择 性地凝胶化，结果就分离成富含硅和硼的玻璃相和富含掺杂剂的玻璃相。专利技术效果本专利技术的GRIN透镜的制造方法，在其浸出步骤中，大部分的硼从湿凝胶中溶出， 气孔率增加，使其干燥后的干凝胶气孔率也大。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧＲＩＮ透镜的制造方法，该方法具有如下步骤：由以硅的醇盐、掺杂剂的醇盐和硼的醇盐为主成分的醇溶液制作湿凝胶的步骤；通过浸出，使掺杂剂和硼从所述湿凝胶外周面溶出而赋予梯度折射率的步骤；使所述湿凝胶干燥制作干凝胶的步骤；对所述干凝胶进行烧结形成玻璃母材的步骤；以及对所述母材进行拉丝的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：一濑智美，阿知波彻，
申请(专利权)人：东洋玻璃株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]