DE2545273A1

DE2545273A1 - Verfahren zur herstellung einer beschichteten lichtleitervorform

Info

Publication number: DE2545273A1
Application number: DE19752545273
Authority: DE
Inventors: John Philip Dr Dakin; Hans Merk
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-10-09
Filing date: 1975-10-09
Publication date: 1977-04-14

Description

"Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Lichtleiter-
vorform11 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Lichtleitervorform.
Eine Lichtleitervorform ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern, die in naher Zukunft als Übertragungsmedium in breitbandigen optischen Nachrichtenübertragungssystemen angewendet werden sollen.
Eine Lichtleitervorform besteht im allgemeinen aus einem Rohr, dessen Innenmantel oder aus einem kreiszlindrischen Stab, dessen Außenmantel åe nach Art des herzustellenden Lichtleiters mit mindestens einer Schicht oder einer Reihe aufeinander folgender Schichten bedeckt ist.
Rohr bzw. Stab selbst bestehen aus geeigneten Glasarten, insbesondere aus Quarzglas.Die Beschichtung besteht ebenfalls aus vorzugsweise hochreinen Glassubstanzen, die auch bestimmte Anteile an ausgewählten Dotierungssubstanzen enthalten können.
Ein Lichtleiter wird aus einer derartigen Vorform dadurch hergestellt, daß diese erhitzt und zu einem dünnen Faden ausgezogen wird.
Zur Herstellung beschichteter Lichtleitervorformen sind bereits CVD -Verfahren (CVD = Chemical Vapor Deposition) bekannt, bei denen unter Anwendung hoher Temperaturen Beschichtungsmaterial bildende Substanzen auf einen stab- oder rohrförmigen Träger abgeschieden werden. Das CVD-Verfahren ist ein recht langwieriger Prozeß, der zudem nur mit Hilfe einer sehr aufwendingen Apparatur durchgeführt werden kann. In einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitervorform wird die Zusammensetzung vorwiegend oberflächennaher Bereiche eines zunächst homogenen Körpers mittels eines Ionenaustauschverfahrens abgewandelt. Dazu wird beispielsweise der homogene Körper mehrere Stunden lang in ein auf hoher Temperatur befindliches Salzbad getaucht. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Herstellung einer Lichtleitervorform sehr viel Zeit erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Lichtleitervorform anzugeben, das schneller, einfacher und kostensparender durchzuführen ist als herkömmliche Verfahren. Ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Lichtleitervorform ist erfindungsgemaß dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Beschichtungsmaterial enthaltenden Lösung auf der Oberfläche eines Trägerkörpers abgeschieden wird, indem der Trägerkörper zunächst mit einer Beschichtungsmaterial enthaltenden Lösung benetzt und nach vollständiger, gleichmäßiger Bedeckung seiner für die Beschichtung bestimmten Oberflächenbereiche sowie nach Verdunsten der Lösungsmittelanteile mäßig erhitzt wird.
Auf diese Weise kann in wesentlich kürzerer Zeit als bei herkömmlichen Verfahren eine beschichtete Lichtleitervorform hergestellt werden, was eine beachtliche Kostensenkung zur Folge hat.
Ein Trägerkörper zur Herstellung einer Lichtleitervorform ist zweckmäßig rohrförmig oder kreiszylinderförmig ausgebildet.
Auf den einfach gestalteten Oberflächen solcher Trägerkörper kann sich relativ leicht eine gleichmäßig dicke Schicht des Beschichtungsmaterials abscheiden. Dies ist Voraussetzung für gute optische Eigenschaften der aus einer solchen Vorform gezogenen Lichtleitfaser.
Der Trägerkörper selbst besteht zweckmäßig aus einer für Lichtübertragungszwecke geeigneten Glaszusammensetzung. Besonders geeignet ist ein aus im wesentlichen aus reinem Quarzglas bestehender Trägerkörper, weil aus-diesem Material Lichtleitfasern mit besonders guten optischen Eigenschaften herstellbar sind. Die Beschichtungsmaterial enthaltende Lösung in die der Trägerkörper zur Herstellung einer beschichteten Lichtleitervorform eingetaucht wird, besteht zweckmäßig aus einer hydrolisierbaren alkoholischen Lösung eines Metallesters. Bei Verwendung eines gemischten Esters oder durch Hinzufügung von Dotierungssubstanzen zur Lösung können in vorteilhafter Weise auch Dotierungsmittelanteile enthaltende Schichten auf einer Lichtleitervorform erzeugt werden.
Für Lichtübertragungszwecke ist es nämlich vorteilhaft, einen Lichtleiter mit einem geringen Brechzahlunterschied zwischen einem Kern- und einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Nantelbereichen herzustellen. Der Brechzahlverlauf kann dabei ausgehend von einem Maximalwert in der Lichtleiterlängsachse entweder stufenförmig nach außen abnehmen oder gleichmäßig, beispielsweise nach einer Parabelfunktion, in radialer Richtung abfallen. Zur Erzielung eines derartigen Brechzahlverlaufs werden der Lösung, mit der der Trägerkörper beschichtet wird, zweckmäßig geeignete Dotierungsmittel zugefügt.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren, mit dem relativ schnell beschichtete Vorformen hergestellt werden können, aus denen hochwertige Lichtleiter herstellbar sind. Der Anwender hat dabei sehr viel Freiheit in der Zusammensetzung der die Beschichtungen bildenden Lösungen, so daß die Möglichkeit gegeben ist, auch Vorformen zu erzeugen, aus denen Lichtleiter mit komplizierten Brechzahlverläufen herstellbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Herstellung einer mit einer hochreinen Quarzglasschicht beschichteten Lichtleitervorform beschrieben. Es werden zunächst zwei Lösungen angesetzt. Die erste Lösung besteht aus einem Volumenanteil eines Netallesters, vorzugsweise Orthokieselsäuretetraäthylester Si (0O S 5)4, der mit zwei Volumenanteilen Alkohol vermischt ist. Die zweite Lösung besteht aus 0,1 N Salpetersäure. 45 ml der ersten Lösung werden mit 10 ml der zweiten Lösung versetzt und gut vermischt. Nach etwa 2 Stunden ist die Lösung gebrauchsfertig. Die Innenwandung eines rohrförmigen, im wesentlichen aus reinem Quarzglas mit geringen Dotierungsmittelanteilen, -wie beispielsweise Bor oder Fluor, bestehenden Trägerkörpers wird mit der vorstehend beschriebenen Lösung beschichtet. Nach Entfernung des Trägerkörpers aus der Beschichtungslösung und nach dem Verdunsten der Lösungsmittelanteile wird der Trägerkörper bei einer Temperatur von etwa 1000C etwa 5 Minuten lang mäßig erhitzt. Auf diese Weise erhält man eine Vorform zur Herstellung eines Lichtleiters, die aus einem Trägerrohr mit einer auf dessen Innenwandung aufgebrachten Beschichtung besteht. Beim Lichtleiterherstellungsprozeß,.bei dem die Vorform auf eine Temperatur von über 1D0C erhitzt wird, fällt das Rohr zu einem stabförmigen Gebilde zusammen, welches dann weiter zu einem faserförmigen Lichtleiter ausgezogen wird. Aus der auf der Rohrinnenwand aufgebrachten Beschichtung entsteht dabei der Kernbereich des Lichtleiters.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Herstellung einer beschichteten Lichtleitervorform beschrieben, bei der die Beschichtung zusätzlich ein Dotierungsmittel enthält. In einem 250 ml Meßkolben werden 8,16g Borsäure, H3BO3, mit 200 ml Alkohol (Äthylalkohol oder Methylalkohol) versetzt. Dazu werden 25 ml 1 N HNO3 hinzugefügt. 90 ml dieser Lösung werden daraufhin mit 10 ml Orthokieselsäureäthylester gut vermischt. Nach etwa 2 Stunden ist diese Lösung gebrauchsfertig. Nach Beschichtung der Mantelfläche eines in Stabform vorliegenden Trägerkörpers und Erhitzung dieses Trägerkörpers in der zuvor beschriebenen Weise liegt eine beschichtete Lichtleitervorform zur Herstellung eines Lichtleiters vor. Beim Ausziehen dieser Vorform entsteht eine Lichtleitfaser mit bordotiertem Mantelbereich.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden 10 ml Silicium-Aluminiumester (C2H50)3 SiOAl (OC4Hs sek.)2, mit 50 ml wasserfreiem Alkohol vermischt. Diese Lösung ist unmittelbar nach Mischung gebrauchsfertig. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, wird mit dieser Lösung wiederum einer ein Trägerkörper beschichtet. Ein aus/derartigen Vorform hergestellter Lichtleiter enthält Bereiche, deren Brechzahl wesentlich durch den vorhandenen Aluminiumanteil bestimmt ist.
Zur Herstellung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Beschichtungen auf einem Trägerkörper können die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnten Verfahrensschritte beliebig oft wiederholt werden. Zur Herstellung eines bestimmten Brechzahlprofils bei einem Lichtleiter, kann auch eine Vorform hergestellt werden, die eine Kombination von lediglich reines Quarglas und Quarzglas mit Dotierungsmittelanteilen enthaltenden Schichten aufweist.

Claims

Patentansprüche 1 Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Lichtleitervorform, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Beschichtungsmaterial enthaltenden Lösung auf der Oberfläche eines Trägerkörpers abgeschieden wird, indem der Trägerkörper zunächst mit einer Beschichtungsmaterial enthaltenden Lö-Lösung benetzt und nach vollständiger und gleichmäßiger Bedeckung seiner für die Beschichtung bestimmten Oberflächenbereiche sowie nach Verdunsten der Lösungsmittelanteile mäßig erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkörper verwendet wird, der rohrförmig oder kreiszylinderförmig ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkörper verwendet wird, der im wesentlichen aus reinem Quarzglas besteht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmaterial enthaltende Lösung aus einer hydrolisierbaren alkoholischen Lösung eines Metallesters besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungslösung zusätzliche Dotierungsmittelanteile enthält.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,daß die Beschichtungslösung einen gemischten Ester enthält.