Development of ultra-low loss glass and the process for fiberization

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本研究は、量子暗号通信の普及に向けた超損失の通信経路となる材料の探索研究である。量子暗号や量子状態は信号増幅を行おうとすると情報自体が壊れることから、低損失な通信経路が求められる。しかしこれを担うべき光通信ファイバの散乱損失は30年余下げ止まっていた。これに対して申請者は、光通信ファイバのコア部材であるシリカガラスに圧力を印加すると、光損失が現行の半分以下に低減できることを見出した。また、計算により更に高圧下で光損失をもっと低減できると予測した。本研究ではこの予測に基づき高温高圧凍結ガラスを合成し、究極の透明ガラスを実証することを目的としている。更に、ファイバ化が可能な究極透明ガラスの材料創成に挑んでいる。そこで当該年度には、より高圧で凍結したガラスの合成を目指して10 GPaまで印加できる装置の導入を検討していた。ところ、汎用のラマン測定を使って構造情報を取得したところ、圧力が1 GPaを超えたあたりでシリカガラスの構造がむしろ不安定となることを確認した。これは最適圧力が1 GPa以下にあることを示唆しており、その範囲なら気体媒体を用いた高圧印加装置（ただし、日本に1か所しかない）で対応できるため、試料の散乱も測定しやすい。そこで、自らが装置を購入せず、外注により1 GPa以下の圧力の範囲で複数条件でガラスを合成することとした。得られた試料に対し、屈折率、屈折率分散、ラマン散乱測定、ＦＴＩＲ測定を行ったほか、Spring-8のBL04ビームラインを用いて構造のＸ線プロファイルを測定したところ、1 GPa以下の圧力において、10 A程度の大きな秩序構造が徐々に消滅していくことを突き止めた。圧力の上昇に伴う屈折率の増加と屈折率分散の抑制、ＦＳＤＰと呼ばれるガラス特有の中長距離構造の先鋭化が同時に起こることを観測したことから、レイリー散乱係数が抑制されることが期待された。