低散射石英玻璃和石英玻璃的熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及瑞利散射系數(shù)小的石英玻璃和用于減小瑞利散射系數(shù)的石英玻璃的 熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖維的傳輸損耗對(duì)光通信網(wǎng)絡(luò)的性能造成重大的影響。作為光纖維用的材料， 廣泛使用了石英玻璃?？梢哉J(rèn)為，通常的光通信網(wǎng)絡(luò)中利用的1550nm左右的波長區(qū)域中，光 纖維的傳輸損耗主要由石英玻璃的瑞利散射所導(dǎo)致。
[0003]已知石英玻璃的假想溫度(fictivetemperature)越高則石英玻璃的瑞利散射系 數(shù)越大。因此，作為光纖維的制造方法，提出了降低石英玻璃的假想溫度來減小瑞利散射系 數(shù)、減少光傳輸損耗的方法(參照專利文獻(xiàn)1)。
[0004]另外，提出了通過在石英玻璃中添加微量的堿金屬等來縮短玻璃的結(jié)構(gòu)松弛時(shí) 間、減少光傳輸損耗的方法(參照專利文獻(xiàn)2)。
[0005]石英玻璃在使用紫外線的光刻用的玻璃基板、透鏡等光學(xué)構(gòu)件中使用。
[0006]已知石英玻璃的透射率在照射高能量的紫外線時(shí)降低。作為防止石英玻璃的由紫 外線導(dǎo)致的透射率降低的方法，已知降低石英玻璃的假想溫度(參照專利文獻(xiàn)3)。
[0007]專利文獻(xiàn)4中記載了：通過將石英玻璃在特定的氣氛中進(jìn)行加熱和加壓，從而能夠 提高硬度。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2002-148466號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2012-229150號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3:日本特愿平10-67526號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)4:日本特開平1-172239號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明要解決的問題
[0015]光纖維通常通過使由石英玻璃形成的預(yù)成型坯在例如2000°C以上的高溫下軟化、 驟冷并進(jìn)行拉絲加工的方法來制造。因此，構(gòu)成光纖維的石英玻璃的假想溫度高，瑞利散射 系數(shù)大。專利文獻(xiàn)1中記載了 ：通過將石英玻璃纖維緩慢冷卻來降低假想溫度，由此減小瑞 利散射系數(shù)。
[0016]為了使石英玻璃的假想溫度為1000°C以下，需要例如在1450°C以上的高溫下得到 透明的石英玻璃，然后在l〇〇〇°C以下的溫度下保持至玻璃結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡狀態(tài)的緩慢冷卻工 序。例如，900°C下的石英玻璃的結(jié)構(gòu)松弛時(shí)間大致為1000小時(shí)，因此為了生產(chǎn)假想溫度為 900°C左右的石英玻璃，需要超過1000小時(shí)的工序。
[0017]然而，將石英玻璃纖維緩慢冷卻時(shí)，制造光纖維所需的時(shí)間變長，為了將石英玻璃 纖維緩慢冷卻，需要復(fù)雜的或巨大的制造設(shè)備。因此，大幅地降低石英玻璃纖維的假想溫度 在事實(shí)上是困難的。因此，難以利用降低石英玻璃纖維的假想溫度的方法充分地減小瑞利 散射系數(shù)。因此，期望即使假想溫度高瑞利散射也小的石英玻璃。
[0018] 對(duì)于在石英玻璃中添加堿金屬等的方法，由于容易產(chǎn)生玻璃組成的波動(dòng)，因此難 以大幅地降低瑞利散射系數(shù)。
[0019] 本發(fā)明的目的在于，提供盡管假想溫度高但是瑞利散射系數(shù)小的低散射石英玻璃 以及提供能夠效率良好地制造低散射石英玻璃的熱處理方法。
[0020]用于解決問題的方案
[0021 ]本發(fā)明人等對(duì)石英玻璃的玻璃結(jié)構(gòu)反復(fù)進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):玻璃結(jié)構(gòu)中的空 隙越小，瑞利散射系數(shù)越小。另外，即使在石英玻璃的假想溫度高的情況下，如果玻璃結(jié)構(gòu) 中的空隙小，則也可以減小瑞利散射系數(shù)。
[0022] 進(jìn)而，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn):玻璃結(jié)構(gòu)中的空隙小的石英玻璃與空隙大的石英玻璃相 比，玻璃結(jié)構(gòu)中的三元環(huán)結(jié)構(gòu)和四元環(huán)結(jié)構(gòu)的量少。
[0023]本發(fā)明具有以下[1]~[11]。
[0024] [ 1 ] 一種石英玻璃，其假想溫度為1000°C以上，且
[0025] 通過正電子湮沒壽命法觀測到的空隙半徑為0.240nm以下。
[0026] [2]-種石英玻璃，其折射率為1.460以上，且
[0027] 正電子被空隙所捕獲而湮沒時(shí)的湮沒壽命τ3為1.56ns以下。
[0028] [3]根據(jù)上述[1]或[2]所述的石英玻璃，其中，Si02的含量以質(zhì)量百分率表示為 99%以上。
[0029] [4]根據(jù)上述[1]~[3]中任一項(xiàng)所述的石英玻璃，其中，0H含量小于50ppm。
[0030] [5]-種石英玻璃的熱處理方法，其中，將要進(jìn)行熱處理的石英玻璃保持在1200°C 以上且2000°C以下的溫度、且30MPa以上的壓力的氣氛下，接著，進(jìn)行冷卻時(shí)，對(duì)于1200°C至 900°C的溫度范圍，以55°C/分鐘以上的平均降溫速度進(jìn)行冷卻。
[0031 ] [6]-種石英玻璃的熱處理方法，其中，將要進(jìn)行熱處理的石英玻璃保持在1200°C 以上且2000°C以下的溫度、且140MPa以上的壓力的氣氛下，接著，進(jìn)行冷卻時(shí)，對(duì)于1200°C至900°C的溫度范圍，在140MPa以上的氣氛下進(jìn)行冷卻。
[0032] [7]根據(jù)上述[5]或[6]所述的石英玻璃的熱處理方法，其中，進(jìn)一步對(duì)于900°C至 200°C的溫度范圍，在0.IMPa以上的壓力的氣氛下進(jìn)行冷卻。
[0033] [8]根據(jù)上述[5]~[7]中任一項(xiàng)所述的熱處理方法，其中，在熱處理的前后，石英 玻璃的散射系數(shù)變?yōu)?0%以下。
[0034] [9]根據(jù)上述[5]~[7]中任一項(xiàng)所述的熱處理方法，其中，在熱處理的前后，石英 玻璃的通過正電子湮沒壽命法觀測到的空隙半徑變?yōu)?8%以下。
[0035] [10]-種光通信用光纖維，其使用了通過上述[1]~[4]中任一項(xiàng)所述的熱處理方 法得到的石英玻璃。
[0036] [11]-種光刻用光學(xué)構(gòu)件，其使用了通過上述[1]~[4]中任一項(xiàng)所述的熱處理方 法得到的石英玻璃。
[0037]發(fā)明的效果
[0038]本發(fā)明的石英玻璃的瑞利散射系數(shù)小。因此，使用本發(fā)明的石英玻璃時(shí)，可以得到 光傳輸損耗小的光通信用纖維。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的石英玻璃的熱處理方法，可以得到假想溫度高、且瑞利散射系數(shù)小 的石英玻璃。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的石英玻璃的熱處理方法的一個(gè)方案，由于可以以快的冷卻速度得到 瑞利散射系數(shù)小的石英玻璃，因此可以以高生產(chǎn)效率得到低散射玻璃。
[0041] 本發(fā)明的石英玻璃由于玻璃結(jié)構(gòu)中的三元環(huán)結(jié)構(gòu)和四元環(huán)結(jié)構(gòu)的量少，因此即使 照射紫外線，透射率也難以降低。因此，使用本發(fā)明的石英玻璃時(shí)，可以得到難以產(chǎn)生由紫 外線導(dǎo)致的透射率降低的光刻用玻璃基板和透鏡等光學(xué)構(gòu)件。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的石英玻璃的熱處理方法的一個(gè)方案，由于可以以快的冷卻速度得到 三元環(huán)結(jié)構(gòu)和四元環(huán)結(jié)構(gòu)的量少的石英玻璃，因此可以以高的生產(chǎn)效率得到難以產(chǎn)生由紫 外線導(dǎo)致的著色的石英玻璃。
【附圖說明】
[0043]圖1為示出石英玻璃的玻璃結(jié)構(gòu)中的空隙半徑R與瑞利散射系數(shù)的關(guān)系的圖。
[0044]圖2為示出石英玻璃的假想溫度Tf與瑞利散射系數(shù)的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 本說明書中，玻璃組成以質(zhì)量％或質(zhì)量基準(zhǔn)的ppm來表示。以下，沒有特別說明時(shí)， 將質(zhì)量％簡記作％。
[0046] 本發(fā)明的石英玻璃（以下稱為"本發(fā)明的玻璃"）為以Si〇2作為主要成分的玻璃， Si〇2的含量優(yōu)選為99%以上，更優(yōu)選為99.5%以上。特別優(yōu)選為99.7%以上。
[0047] 本發(fā)明的玻璃也可以為將Si的一部分置換為Ge而成的Ge摻雜石英玻璃、或?qū)i的 一部分置換為Ti而成的Ti摻雜石英玻璃。
[0048] Ti摻雜石英玻璃和Ge摻雜石英玻璃的玻璃結(jié)構(gòu)除了Si的一部分被置換為Ge或Ti 之外，與僅由Si〇2形成的石英玻璃的玻璃結(jié)構(gòu)類似。
[0049] Ge摻雜石英玻璃由于折射率大，因此可以用于通信用光纖維的芯等。
[0050] Ti摻雜石英玻璃由于熱膨脹系數(shù)非常小，因此可以用于構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的鏡子等。
[0051] 本發(fā)明的玻璃為Ge摻雜石英玻璃或Ti摻雜石英玻璃時(shí)，可以含有高達(dá)15%的Ge02 或Ti〇2,特別是可以含有高達(dá)10%的Ge02或Ti02。
[0052] 本發(fā)明的玻璃中，除了Si02、Ti02和Ge02以外的成分的含量的總和優(yōu)選為1 %以下。 作為其他成分，有(》^1、？、？、他、1(等。<