DE2064408A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung von Lichtleiterglasfasern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung von LichtleiterglasfasernInfo
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Description
Dr. Werner Haßler
PATEN TAN VVALT
588 LDDENSCHEID
Asenberg 36- Postfach 1704
588 LDDENSCHEID
Asenberg 36- Postfach 1704
Lüdenscheid, den 29. Dezember 1970
A 70236
Anmelderin: Firma Nippon Selfoc Kabushiki Kaisha
7-15, 5-Chome, Shiba, Minato-Ku, Tokio, Japan
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Lichtleiterglasfasern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lichtleiterglasfasern,
wonach eine Glasfaser, die Ionen mit hohem ] Beitrag zum Brechungsindex enthält, in eine Schmelze getaucht
wird, die andere Ionen mit kleinem Beitrag zum Brechungsindex enthält und wonach eine wechselweise Wärmediffusion der beiden
Ionen durch die Oberfläche der Glasfaser erfolgt. Außerdem betrifft die Erfindung eine'Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
Neuerdings sind ausgedehnte Forschungen auf die Lichtübertragungstechnik unter Verwendung von Laserlicht, insbesondere auf
die hierfür erforderlichen Lichtübertragungsstrecken gerichtet. Beispielsweise ist in dem Preprint S5-5, 3. 70 'the National
Assembly of the Japan Electronic Communucation Society1, 1969
eine fokussierende Lichtleiterfaser beschrieben, bei der mindestens in einem Zentralbereich eine Verteilung des Brechungsindex
innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zur optischen Achse der Faser in quadratischer Abhängigkeit von dem Abstand
von der optischen Achse vorhanden ist.'Eine solche fokussierende Lichtleiterfaser ist vollkommen frei von äußeren Einflüssen und
läßt sich außerdem biegen, wenn es erforderlich ist.
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Das Grundverfahren zur Herstellung einer solchen fokussierenden
Lichtleiterfaser ist in der deutschen Offenlegungsschrift
1 913 358, offengelegt am 20. November 1969, 'Lichtleitender
Glasaufbau und Verfahren zur Herstellung desselben1 beschrieben. Danach erfolgt zwischen dem Glas und einem Stoff innerhalb
einer Salzschmelze ein Ionenaustausch, nämlich eine wechselseitige Diffusion zwischen zwei Arten von Kationen, damit man
durch Wärmediffusion eine gewünschte Konzentrationsverteilung von Abwandlungsoxiden innerhalb des Glases erhält.
Das in der genannten Offenlegungsschrift beschriebene Verfahren
erfordert eine lange Behandlungsdauer, damit in ausreichendem Maße eine Wärmediffusion auftritt, weil nur eine
vergleichsweise niedrige Diffusionstemperatur angewandt wird. Die Diffusionstemperatur läßt sich deshalb nicht steigern,
weil sonst die Gefahr einer Verformung der Glasfaser besteht.
Aufgabe der Erfindung ist eine wesentliche Verkürzung der erforderlichen
Dauer für die Diffusionsbehandlung. In weiterer Zielsetzung soll das Verfahren nach der Erfindung einen kontinuierlichen
Verfahrensablauf ermöglichen.
Diese Aufgabe wird nach.der Erfindung dadurch gelöst, daß
die Glasfaser zur Beschleunigung der wechselweisen Wärmediffusion der Ionen in eine Schmelze hoher Temperatur und im
wesentlichen gleichen spezifischen Gewichts wie die Glasfaser gejtaucht
wird.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich die Schmelzentemperatur wesentlich anheben, damit eine höhere
Diffusionsgeschwindigkeit ausgenutzt werden kann. Trotzdem ist eine Verformung der Glasfaser ausgeschlossen.
Trotz der Erweichung der Glasfaser bei der hohen Behandlungstemperatur wird dieselbe schwerefrei in der Schmelze getragen,'
so d'aß keine resultierenden Verformungskräfte auf die Glas-
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• faser einwirken.
In weiterer Zielsetzung schlägt die Erfindung eine Vorrichtung der Kennzeichnung vor, daß eine Zieheinrichtung zur Bereitstellung
einer Glasfaser, die erste Ionen mit größerem Beitrag zum Brechungsindex enthält, sowie ein Bad für eine Schmelze, die
Ionen mit kleinerem Beitrag zum Brechungsindex enthält und im wesentlichen gleiches spezifisches Gewicht wie die Glasfaser
hat, vorgesehen sind, daß zur kontinuierlichen Zufuhr der Glasfaser zwecks Tauchung in der Schmelze eine Transporteinrichtung
zwischen der Zieheinrichtung und dem Bad angeordnet ist, daß ein Heizofen das Bad umschließt und auf einer hohen Temperatur
hält und daß am Ausgang des Bades eine Äbzugseinrichtung zum kontinuierlichen Abziehen der Glasfaser aus dem Bad nach Abschluß der wechselweisen Wärmediffusion zwischen den Ionen
höheren Beitrags innerhalb der Glasfaser und den Ionen geringere Beitrags in der Schmelze durch die Oberfläche des Glases ange^-
ordnet ist.
Mit einer solchen Vorrichtung läßt sich eine Lichtleiterglasfaser mit der genannten Querschnittsverteilung des Brechungsindex
kontinuierlich herstellen. Das Ausziehen der Glasfaser und die wechselweise Wärmediffusion erfolgen in einer Behandlung
sstufe.
Die Erfindung wird im folgenden in Einzelheiten unter Bezugnahme
auf die anliegende Zeichnung erläutert, welche eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung zeigt,
Es ist bekannt, daß die wechselweise Diffusionsgeschwidigkeit
von Ionen durch die Außenfläche einer Glasfaser bei Eintauchung in ein Salzbad für einwertige Kationen größer ist. Wenn man
jedoch eine Verteilung des Brechungsindex wünscht, die für die Lichtleitung erforderlich ist, müssen mindestens zwei
Kationenarten, die einen merklichen Unterschied der elektrischen Polarisierbarkeit pro Volumeneinheit aufweisen, durch die Ober-
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fläche der Glasfaser wechselweise diffundieren. Im einzelnen muß in dem Glas ein einwertiges Kation, bspw. Tl mit größerem
Beitrag zum Brechungsindex vorhanden sein. Die Tl-Ionen werden
durch Diffusion durch die Oberfläche der Glasfaser gegen
mindestens eine Kationenart der Salzschmelze ausgetauscht, nämlich Li-, Na-, K-, Rb- und/oder Cs-Ionen mit kleinem Beitrag
zum Brechungsindex. Dieses ist in der Offenlegungsschrift
1 913 358 ausführlich dargelegt. Nach dem dort beschriebenen Verfahren kann man eine parabolische Verteilung des Brechungsindex
nach der Beziehung erhalten
η = n0 ( 1 - ar2)
mit η als Brechungsindex in einem Abstand r von der Mittelachse
der Faser, η als Brechungsindex auf der optischen Achse und a als einer Konstanten. Diese Beziehung gilt innerhalb einer
jeden Querschnittsebene senkrecht zur optischen Achse mindestens in einem Zentralbereich um die optische Achse. Eine solche
Glasfaser ist als Lichtübertragungsstrecke in einem Laser-Nachrichtenübertragungssystem
oder als Linsenkörper für optische oder Datenverarbeitungszwecke brauchbar. Als Glasfaser im Sinne
der vorliegenden Erfindung ist ein Glaskörper verstanden, dessen Länge größer als der Durchmesser im Querschnitt ist.
Die für die Wärmediffusion der Ionen zwischen dem Glaskörper
und der Salzschmelze erforderliche Zeitdauer hängt wesentlich von der Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen innerhalb des Glases
ab. Diese Diffusionsgeschwindigkeit ändert sich sehr stark mit der Viskosität des Glases. Da die Viskosität eines Glases
exponentiell mit zunehmender Temperatur abnimmt, kann man eine exponentielle Beschleunigung der wechselweisen Wärmediffusion
von Ionen mit ansteigender Temperatur des Glases erwarten.
Wenn jedoch die Temperatur über diejenige Temperatur gesteigert
10 wird, wo die Viskosität des Glases 10 Poise erreicht, wirkt
eine Sinkkraft oder eine Auftriebskraft auf die Glasfaser, je
nach dem Unterschied zwischen den spezifischen Gewichten von Glasfaser und Salzschmelze. Da die Temperatur dann in der Nähe
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des Erweichungspunktes der Glasfaser liegt, ändert sich der Durchmesser der Gläsfaser in Längsrichtung, es tritt eine
Verjüngung auf, oder die Glasfaser verformt sich im Querschnitt "innerhalb der Salzschmelze. Dadurch werden die Lichtleitereigenschaften
der Glasfaser ungünstig beeinflußt.
! Wenn bspw. eine Glasfaser der Zusammensetzung in Mol-?*» 3,3 %
Tl2O, V7ß% Na2O, 9,4 % PbO, 70,3 % SiO2 in eine Lichtleiterfaser
ohne Verjüngung oder teilweise Durchbiegung umgewandelt werden soll, muß die Behandlungstemperatur bei Verwendung von
ΚΝΟ,-Salz unterhalb 460°C gehalten werden. Wenn die Glasfaser
bei dieser Temperatur von 46O0C behandelt wird, ist eine
Behandlungsdauer von 400 h für eine Glasfaser mit 1 mm Durchmesser erforderlich, bzw. eine Behandlungsdauer von 100 h
für eine Glasfaser mit 0,5 mm Durchmesser, damit man eine parabolische Verteilung des Brechungsindex mindestens in
einem Zentralbereich der Glasfaser erhält.
Wenn andererseits die Behandlungstemperatur zwecks Verkürzung der Behandlungsdauer auf 500°C angehoben wird, wird die notwendige
Behandlungsdauer für eine Glasfaser mit einem Durchmesser von 0,5 mm auf 20 h verkürzt. In diesem Fall muß man jedoch
eine Durchmesseränderung von 0,1 mm oder mehr pro 1 m Länge der Glasfaser in Kauf nehmen, wodurch die Fokussierungseigenschaften
der Lichtleiterfaser stark beeinträchtigt werden. Die Viskosität der Glasfaser beträgt bei einer Temperatur
von 46O0C 1010 Poise oder log η = 10.0 (mit η als Viskosität),
bei einer Temperatur von 50O0C hat man den Went log η = 8,6.
Das spezifische Gewicht der Glasfaser beträgt in diesem Fall 3,5, das spezifische Gewicht der Salzschmelze 1,7, so daß
der Unterschied zwischen diesen beiden Werten 1,8 ausmacht.
Diese Änderung des Durchmessers oder die Durchbiegung der Glasfaser
aufgrund der hohen Temperatur läßt sich vermeiden, indem man eine Salzschmelze im wesentlichen gleichen spezifischen
Gewichts wie die Glasfaser zubereitet, womit man eine fokus-
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sierende Lichtleiterglasfaser mit der genannten Verteilung des Brechungsindex In einer weit kürzeren Behandlungszeit herstellen
kann, als dies mit herkömmlichen Arbeitsweisen möglich wäre. Denn die wechselweise Wärmediffusion von Ionen läßt sich
bei der höheren Behandlungstemperatur wesentlich beschleunigen.
Zur weitgehenden Verkürzung der erforderlichen Behandlungsdauer um einen Faktor 1/1O bis 1/100'oder sogar I/IOOO gegenüber dem
herkömmlichen Verfahren,,wählt man vorzugsweise den Unterschied der spezifischen Gewichte von Glasfaser und Salzschmelze kleiner
als 0,4 oder noch besser kleiner als 0,2.
Nach der Erfindung wird die Behandlungstemperatur auf Wert gesteigert, wo die Viskosität des Glases auf 10 Poise /
oder auf eine noch höhere Temperatur gesteigert, damit in einer sehr kurzen Zeitdauer eine Lichtleiterglasfaser ohne Verformung
hergestellt werden kann.
Die im Rahmen der Erfindung benutzte Glasfaser enthält Tl-Ionen
mit einem vergleichsweise großen Beitrag zum Brechungsindex.
Als Verbindungen für die Salzschmelze sieht, man ein Salz oder
ein Oxid aus Alkaliionen wie Li-, Na-, K-, Rb- und/oder Cs-Ionen mit geringerem Beitrag zum Brechungsindex im Vergleich
zu dem in der Glasfaser enthaltenen Ionen vor. Normalerweise verwendet man eine Salzmischung aus einem AlkalimetaTLsalz und
einem anderen Metallsalz mit höherem spezifischem Gewicht als das Alkalimetallsalz. Das spezifische Gewicht ,wird durch Einstellung
des Mischungsverhältnisses der beiden Salze festgelegt. Der Unterschied der spezifischen Gewichte zwischen Glasfaser
und Salzmischung kann dadurch auf einen Kleinstwert eingestellt werden. Für diese Salzmischung werden Chloride, Sulfate, Nitrate
und Carbonate von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, von Blei und Zink gemischt. Bspw. sind folgende Salzmischungen geeignet:
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PbCl2 + KCl, PbCl2 + KCl + ZnCl2, PbCl2 + LiCl, KCl + ZnCl2,
KCl + PbCl2 + K3SO4 + PbSO4, K3SO4 + PbSO4, K3SO4 + ZnSO4,
K3SO4 + Na2SO4 + ZnSO4, Na2SO4 + ZnSO4, KNO5 + BaNO5, KNO5 +
BaNO3 + PbCl.
Die Blei- und Zinkverbindungen tragen sehr viel zu der Vergrößerung
des spezifischen Gewichts der Salzschmelze bei. Bariumsulfat und Calciumcarbonat erhöhen ebenfalls das spezifische
Gewicht. Da jedoch diese Stoffe die Oberfläche der Glasfaser undurchsichtig machen können oder korrodierend wirken
können, zieht man Blei- und Zinkverbindungen vor. Da Bleinitrat und Bleicarbonat bei der Wärmebehandlungstemperatur leicht
zersetzt werden, sind Bleisulfat und Bleichlorid am meisten geeignet. Unter den Zinkverbindungen hat Zinknitrat ein sehr
hohes spezifisches Gewicht; Zinkcarbonat zersetzt sich leicht bei der Wärmebehandlungstemperatur, so daß Zinksulfat und Zinkchlorid
die größte Eignung haben. Kaliumsulfat und Natriumsulfat tragen zur Herabsetzung des Schmelzpunktes der Salzmischung
bei, die als Ionenquelle für die Ionen mit kleinem Beitrag zum Brechungsindex dient.
Andererseits kann auch ein Einzelsalz anstelle der genannten
Salzmischung benutzt werden, wenn dessen spezifisches Gewicht im Vergleich zu der Glasfaser entsprechend ausgewählt ist.
Rubidiumchlorid hat ein spezifisches Gewicht von etwa 2,7 bei Zimmertemperatur und von etwa 2,4 bis 2,5 in der Schmelzphase
bei hoher Temperatur. Eine Glasfaser der Zusammensetzung in Gewichts-% $$$>
SiO2, 20 % Na2O, 10 % Tl2O, 11,96 K3O, 1 % Al3O5,
2 % MgO hat ein spezifisches Gewicht von etwa 2,6 bei Zimmertemperatur
und .etwa 2,4 bei der hohen Temperatur der Wärmebehandlung. Folglich kann man Rubidiumchlorid zur Behandlung
dieser Glasfaser vorsehen.
Als Schmelzstoff innerhalb des Salzbades kann man auch eine
Glasschmelze mit wesentlich niedrigerem Schmelzpunkt als die Glasfaser verwenden, die Ionen mit geringerem Beitrag zum
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Brechungsindex inform eines Oxides enthält, bspw. ein Oxidglas
mit niedrigem Schmelzpunkt, das ein Alkalimetall enthält, also ein Bo0--Pb0-Zn0-Nao0-Glas. In diesem Fall kann die Glasschmelze
auf der Oberfläche der behandelten Glasfaser als Schutzschicht verbleiben.
Die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt eine Ausziehvorrichtun zum kontinuierlichen Ausziehen einer Glasfaser mit Ionen höheren
Beitrags zum Brechungsindex. Eine Salzschmelze ist durch einen Heizofen auf eine so hohe Temperatur erhitzt, bei der eine
Verformung der eingetauchten und erweichten Glasfaser auftreten würde, wenn das spezifische. Gewicht der Schmelze von demjenigen
der Glasfaser verschieden wäre. Außerdem sind Förder- und Zufuhreinrichtungen für die Glasfaser zum Transport derselben
durch die Salzschmelze vorhanden. Diese Vorrichtung ermöglicht eine kontinuierliche Behandlung der Glasfaser durch Wärmediffusion
von Ionen mit höherem Beitrag zum Brechungsindex im Austausch mit Ionen von geringerem Beitrag zum Brechungsindex«?
Die Erfindung ermöglicht eine wesentliche Verkürzung der Behandlungsdauer
für die Glasfaser. Außerdem kann man infolge der kontinuierlichen Herstellung eine Lichtleiterglasfaser
sehr großer Länge erzeugen. Das Ausziehen der Glasfaser und die Formierung des Brechungsindex erfolgen in einem Arbeitsgang.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden
Einzelbeispiele. *
109827/U81
''"I';:!!!) 'fl|i:!lll!|:|i"!lll'li I!»1 ■'■ ,"!'Si I1 Spül»1
Eine Glasfaser der Zusammensetzung in MoI-Ji von 3,3 % Tl2O,
17,0 % Na2O, 9,4 % PbO, 70,3 % SiO2 mit einem Durchmesser
von 1 mm wird in einem Bad behandelt, das eine Schmelze eines Salzgemischs der Zusammensetzung in Mol-% von 45 % PbCl2 und
55 % KCl.enthält. Die Wärmebehandlungstemperatur beträgt in
diesem Fall 534°C gegenüber einer Temperatur von 4600C, die
bei alleiniger Verwendung von KNO, nicht überschritten werden kann. Dadurch läßt sich die zur Einstellung der Fokussierungseigenschäften
innerhalb der Lichtleiterglasfaser erforderliche Zeitdauer von 400 h auf 18 h verkürzen. Die Behandlungstemperatur
läßt sich noch weiter auf 6080C steigern, wodurch die Behandlungsdauer
auf nur 2,3 h verkürzt wird. In einem jeden Fall erhält man eine Lichtleiterglasfaser von etwa 30 cm Länge
ohne Durchmesseränderung, oder Verbiegung.-Die Verteilung des
Brechungsindex innerhalb der Glasfaser genügt der oben angegebenen Gleichung mit a = 0,05 mm innerhalb eines Kreises -"-on
etwa 0,25 mm Durchmesser in einer QuerSchnittsebene der Glasfaser.
Bei der Behandlungstemperatur von 5340C beträgt die Viskosität
7 8
der Glasfaser 10'» Poise (log η = 7,8), be.i einer Behandlungstemperatur von 6080C 10 '^ Poise (log η = 6,5). Das spezifische
ewicht der Glasfaser beträgt 3,5, das spezifische Gewicht der Salzmischung 3,3, also der Unterschied 0,2#
Eine Glasfaser der Zusammensetzung in Gewichts-^ von 58,0 %
iO2, 14,0 % Na2O, 19,0 % Tl2O, 6,0 % K2O, 1,0 % Al3O3, 2,0 %
gO mit einem Durchmesser von 1 mm wird.in einem Bad wärmebehandelt,
das eine aufgeschmolzene Salzmischung der Zusammensetzung in Uol-% von 65 % BaNO, und 35 % KNO3 enthält. Die
Wärmebehandlungstemperatur wird auf 53O0C gesteigert, so daß
man eine Lichtleiterglasfaser von etwa 30 cm Länge ohne Ver-
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formung nach einer Behandlungsdauer von 15h erhält.
Die Verteilung des Brechungsindex innerhalb der Glasfaser folgt der oben angegebenen Gleichung mit einem Wert der Konstanten
—2 ■
a = 0,08 mm innerhalb eines zentralen Kreisbereichs mit einem Radius von 0,3 mm.
Das spezifische Gewicht der Glasfaser beträgt 2,8, dasjenige
der Salzschmelze 2,7, also der Unterschied 0,1.
■ Beispiel 3
Entsprechend der anliegenden Zeichnung wird ein Glasstab 1 der Zusammensetzung in Mol-% von 3,3 % Tl2O, 17 % Na2O, 9,4 %
PbO, 70,3 % SiO2 mit 15 mm Durchmesser einem Heizofen 3 einer
Temperatur von 6500C mittels einer Vorschubeinrichtung 9
mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,90 mm/min zugeführt.
Mithilfe von Ziehwalzen 6 wird eine Glasfaser 2 von 0,5 mm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 77 cm/min ausgezogen.
Diese Glasfaser wird über mehrere Vorschubrollen 10,7 und 11
in einen Heizofen 4 eingeführt. In demselben befindet sich ein Bad aus einer Salzmischung 5 der Zusammensetzung in Mol-%
von 31,0 % PbSO4, 31,0 % Li2SO4, 16,0 % Na3SO4, 22,0 % K2SO4
auf einer Temperatur von etwa 7000C. Die Viskosität der durch
die Salzschmelze 5 laufenden Glasfaser beträgt etwa 10v>>
Poise, das spezifische Gewicht der Glasfaser beträgt etwa 3,5'. Das
spezifische Gewicht der Salzschmelze 5 bei einer Temperatur von 7000C beträgt etwa 3,3, so daß die Differenz der spezifischen
Gewichte von Glasfaser und Salzschmelze etwa 0,2 ausmachen.
Während sich die Glasfaser 2 auf einer Weglänge von etwäi 5 mm
in einer Zeitdauer von 13 min durch die Salzschmelze 5 bewegt, erfolgt eine wechselweise Wärmediffusion zwischen Ionen mit
größerem Beitrag zum Brechungsindex aus dem Inneren der Glasfaser,
bspw. Tl-Ionen und Ionen mit kleinrem Beitrag zum
Brechungsindex aus der Salzschmelze bspw. Li-, Na- und K-Ionen
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ί * -11- ■ 206Α408 durch die Oberfläche der Glasfaser hindurch. Anschließend wird die Glasfaser aus dem Heizofen 4 mithilfe von Leitrollen 12,13,14,15 und 8 herausgeführt sowie schließ lich abgekühlt. Die Glasfaser erleidet innerhalb des Heizofens 4 keine Verformung. Eine Lichtleiterglasfaser mit fokussierenden Eigenschaften aufgrund einer parabolischen Verteilung des Brechungsindex läßt sich damit kontinuierlich herstellen. Die Verteilung des Brechungsindex innerhalb eines Querschnitts der Glasfaser folgt der oben angegebenen Gleichung mit einer 2 Konstanten a = 0,2 mm innerhalb eines zentralen Kreisbereichs mit einem Durchmesser von 25 w. .; Glasfasern der oben angegebenen Zusammensetzung mit ver schiedenen Durchmessern von 0,25 mm, 0,5 mm und 1,0 mm werden in die genannte Salzgemischschmelze bei einer Temperatur von 6600C bzw. 8000C getaucht. Dadurch werden fokussierende Licht leiterfasern hergestellt. Die jeweils erforderliche Behandlungs dauer ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 |
Durchmesser der" Glasfaser (mm) |
erforderliche Behandlungsdauer (min) |
0,25 " 0,5 1,0 1,0 |
4,5 18 72 15 |
|
Temperatur rc) |
||
660 660 660 800 |
||
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Die optimale Ziehgeschwindigkeit für eine Glasfaser des angege«
benen Durchmessers ergibt sich für einen Ausgangsglasstab' mit 15 mm Durchmesser bei einer Ausziehtemperatur von 65O0C mit
'300 cm/min für eine Glasfaser von 0,5 mm Durchmesser und mit
600 cm/min für eine Glasfaser von 0,25 mm Durchmesser.
Die Länge des Eintauchweges innerhalb des Salzbades in den Heizofen , die für eine ausreichende wechselweise Wärmediffusion
der Ionen notwendig ist, errechnet sich aus den angegebenen Ausziehgeschwindigkeiten unter Berücksichtigung
der Tabelle 1 gemäß der folgenden Tabelle 2.
Auszieh-
ge schwindigkeit
der Glasfaser
cm/min
Länge des Salzbades für 0,5 mm Faserdurchmesser (m)
Länge des Salzbades für 0,25 mm Faserdurchmesser (m)
Beha^dl
Behänd!·,
temp.
800°G
Behandl.
temp.
6600C
Behandl,
temp.
800°C
300·
600
600
12
27
Nach den Werten der Tabelle 2 kann man durch entsprechende
Auswahl der Ausziehgeschwindigkeit und der Wärmebehandlungstemperatur eine kontinuierliche Herstellung der Glasfaser
mithilfe eines Salzbades einer Längenausdehnung von 12m . .
für eine Glasfaser mit 0,5 mm Außendurchmesser und in einer
Längenausdehnung von 6 m für eine Glasfaser mit 0,5 mm Außendurchmesser erreichen. ... ■ <
: '
Die Erfindung ist für eine Glasfaser erläutert, die aus einem
1098277U81
Glässtab ausgezogen ist. Selbstverständlich läßt sich die
Erfindung auch in dem Fall anwenden, wo eine Glasschmelze in einem Ausziehgefäß enthalten und über eine Düse am Unterende
des Ausziehgefässes ausgezogen wird. Eine Glasfaser-kann nach
dem Ausziehen auch zunächst aufgewickelt werden und erst dann von einer Vorratstrommel in das Salzbad mit.einer Vorschubgeschwindigkeit
abgespult werden, wie von den Werten der Tabelle verschieden ist.
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Claims (16)
- Patentansprücherl J Verfahren zur Herstellung von Lichtleiterglasfasern, wonach eine Glasfaser, die Ionen mit hohem Beitrag zum Brechungsindex enthält, in eine Schmelze getaucht wird,^die andere Ionen mit kleinem Beitrag zum Brechungsindex enthält und wonach eine wechselweise Wärmediffusion der beiden Ionen durch die Oberfläche der Glasfaser erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser zur Beschleunigung der wechselweisen Wärmediffusion der Ionen in eine. Schmelze hoher Temperatur und im wesentlichen gleichen spezifischen Gewichts wie die Glasfaser getaucht wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionen mit hohem Beitrag zum Brechungsindex Thalliumionen benutzt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionen mit niedrigem Beitrag zum Brechungsindex Alkaliionen, nämlich Li-, Na-,, K-, Rb- und/oder Cs-Ionen benutzt werden.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelze eine Salzmischung verwendet wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß .als Salzmischung ein Alkalisalz und mindestens ein Erdalkalisalz Bleisalz und/oder Zinksalz verwendet wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Salzmischung Chloride, Nitrate und Carbonate von Metallen verwendet werden.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Salzmischung PbCIg +KCl, PbCl2 + KCl + ZnCV21 FbCl2 + LiCl, KCl H- ZnCl2, KCl + PbCl2 + K2SO4 + PbSC^ odor KNO5 + BaNO3 verwendet werden® .109 8-2 77 148
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterschied der spezifischen.Gewichte von Glasfaser und Salzschmelze kleiner als 0,4 bei der Wärmebehandlung st emperatur gewählt wird.
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze auf eine Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur erhitzt wird, bei der die Viskosität1Ωder Glasfaser 10 Poise beträgt.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wärmediffusion eine Verteilung des Brechungsindex innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zur optischen Achse unter fortschreitender quadratischer Abnähme mit dem Abstand von der optischen Achse mindestens in einem; .Zentralteil der Glasfaser erzeugt wird.
- 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchung der Glasfaser in der Schmelze bei einer Temperatur und während einer Zeitdauer durchgeführt werden, daß sich in einer Querschnittsebene: senkrecht zur optischen Achse innerhalb der Glasfaser zumindest in der Nähe der optischen Achse eine im wesentlichen quadratische Abnahme des Brechungsindex mit dem Abstand von der optischen Achse einstellt.
- 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser kontinuierlich ausgezogen wird.
- 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausziehen der Glasfaser ein Glasstab mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in eine Heizvorrichtung eingeführt und am Austrittsende mit größerer Geschwindigkeit als die genannte Vorschubgeschwindigkeit abgezogen wird. ■1 0 9 8 2 7 / U 8 12 Q 6 4 A O Β
- 14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet> daß; zum Ausziehen der Glasfaser eine Glasschmelze in ein Vorratsgefäß eingefüllt und durch eine Düse am Unterende des Vorratsgefässes ausgezogen wird.
- 15. Vorrichtung, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zieheinrichtung zur Bereitstellung einer Glasfaser, die erste Ionen mit größerem Beitrag zum Brechungsindex enthält, sowie ein Bad für eine Schmelze,· die Ionen mit kleinerem Beitrag zum Brechungsindex enthält und im wesentlichen gleiches spezifisches Gewicht wie die Glasfaser hat, vorgesehen sind, daß zur kontinuierlichen Zufuhr der Glasfaser zwecks Tauchung in der Schmelze eine Transporteinrichtung zwischen der Zieheinrichtung und dem Bad angeordnet ist, daß ein Heizofen das Bad umschließt und auf einer hohen Temperatur hält und daß am Ausgang des Bades eine Äbzugseinrichtung zum kontinuierlichen Abziehen der Glasfaser aus dem Bad nach Abschluß der wechselweisen Wärmediffusion zwischen den Ionen höheren Beitrags innerhalb der Glasfaser und den Ionen geringeren Beitrags in der Schmelze durch die Oberfläche des Glases angeordnet ist. · .
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 1*5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der spezifischen Gewichte von Glasfaser und Salzmischung bei der hohen Wäraebehandlungstemperatur kleiner al 0,4 ist. /.S17· Vorrichtung nach Anspruch 1^ oder 16, dadurch gekennzeichnet daß das Bad eine ausreichende Länge in Durchlaufrichtung der eingetauchten Glasfaser- hat, damit man mindestens" in einem Zentralbereioh; eine Quersc'luaittsverteilung des Brechungsindex r senkrecht '-zur* -'-öptieoiien Äehs® mit quadratischer Abnahme ent-j ' sprechend einem zm@lim©ja<teAbstand- von/der ©pti@eh#n Achse",-. ■--"-erhält« -- ;. " --'.' \:^ " .'" -"■ * .. V '.- " /:; . ' :■ .- ■■': · ■109827/1481
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