DE2614631A1 - Verfahren zur herstellung von gradientenfasern - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gradientenfasern.
Derartige Lichtleiterfasern sind bekannt. Sie besitzen einen parabolischen Verlauf des Brechungsindex, d.h. in der Mitte der
Lichtleiterfaser ist der Brechungsindex am höchsten, am Rande der Lichtleiterfaser hat der Brechungsindex seinen niedrigsten
Wert. Die Herstellung dieser Lichtleiterfasern geschieht bislang entweder durch Abscheidung aus einer Gasphase, wie es beispielsweise
in der Druckschrift R.D. Maurer, 10. Int. Congr. on Glass,
Kyoto, Japan (1974) S. 59 - 63 beschrieben ist, oder nach einem Ionenaustauschprozeß, wie es beispielsweise in der Druckschrift
J. Kitano, K. Koizumi, H. Matsumura, T. Uchida, M. Furnkawa, Proc. Int. Conf. Solid State Devices, Tokyo, (1969), S. 63 70
beschrieben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues, besonders einfaches Herstellungsverfahren für derartige Gradientenfasern anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merk male des Kennzeichens des Patentanspruches 1 aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein rotierender beheizter Schmelztiegel vorgesehen, in den nacheinander Glasmassen
mit unterschiedlichen Brechungsindices eingegeben werden. Durch die Rotationsbewegung des Tiegels wird die Glasmasse
an der Vfandung des Tiegels hochgedrückt und bildet dort einen geschichteten Glasfilm, wobei an der Wandung befindliche Glasschicht
durch die zuerst in den Tiegel eingeführten Glasmasse gebildet wird, und wobei die innerste Glasschicht durch die zuletzt
in den Tiegel eingeführte Glasmasse gebildet wird. Es bildet sich also an der Wandung des Schmelztiegels ein Glas-
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22.3.1976 -Rtd 17 Htr
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zylinder, der aus Glasschichten mit unterschiedlichen Brechungsindices
besteht. Aus dem rotierenden Tiegel kann nun eine Glasfaser abgezogen -werden. Dabei entspricht das Verhältnis der
Querschnitte der einzelnen Glasschichten in der Glasfaser dem Verhältnis der Querschnitte der einzelnen Glasschichten in dem
Glaszylinder.
• Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Figuren erläutert.
Gemäß der Fig. 1 ist ein rotierender Schmelztiegel 20, z.B. aus Platin oder Iridium, vorgesehen. Dieser Tiegel ist mit einer
Wärmedämmung 2 umhüllt. Der Schmelztiegel wird beispielsweise induktiv beheizt, dafür ist eine Induktionsspule 5 vorgesehen.
Zuerst wird ein Glasstab, der einen Brechungsindex η aufweist,
in den Tiegel eingeführt und durch die Wärmestrahlung der Tiegelwandung erschmolzen. Statt eines Glasstabes kann auch eine
flüssige Glasschmelze der entsprechenden Zusammensetzung direkt in den rotierenden Tiegel gegossen werden. Durch die schnelle
Rotationsbewegung des Tiegels wird die Glasschmelze an der Tiegelwandung hochgedrückt und bildet dort einen Glasfilm a.
Die Dicke dieses Glasfilmes hängt von der zugeführten Glasmenge ab, die Gleichmäßigkeit der Dicke ist um so größer, je höher
die Rotationsgeschwindigkeit des Tiegels und die Tiegeltemperatur sind.
Danach wird ein neuer Glasstab mit einem Brechungsindex n. eingeschmolzen,
wobei der Brechungsindex n, größer als der Brechungsindex η ist. Aufgrund der Rotationsbewegung des
Tiegels legt sich nun ein neuer Glasfilm b glatt an den bereits vorhandenen Glasfilm a an. Dieser Vorgang läßt sich entsprechend
dem gewünschten Brechungsindexprofil mehrmals wiederholen, so daß schließlich ein rotierender Glashohlzylinder entsteht, dessen
Glasschichten a, b, c, d, u.s.w. Brechungs indices aufweisen, die von der Tiegelwandung zum Zentrum hin zunehmen, so daß
na< nb<nc<
<nN gilt, dabei ist N die Zahl der verschiedenen
Schichten.
In der Fig. 2 ist der Brechungsindexverlauf eines aus fünf Schichten bestehenden Glashohlzylinders durch die Kurve 10
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wiedergegeben. An der Ordinate ist der Brechungsindex η aufge- "
tragen, an der Abszisse die Schichtdicke D.
Durch eine entsprechende Temperaturwahl im Schmelztiegel und eine entsprechende Rotationsgeschwindigkeit kann nach einer gewissen
Zeit erreicht werden, daß durch Diffusion der verschiedenen Glaskomponenten der Glasschichten an den Grenzflächen
zwischen den Glasschichten anstatt einer abrupten Brechungsindexänderung ein kontinuierlicher Verlauf des
Brechungsindex erreicht wird, dies ist in der Kurve 11 in der Fig. 2 dargestellt.
Damit ist innerhalb der Glasschmelze im Tiegel das gewünschte Brechungsindexprofil erreicht.
Jetzt wird der Schmelztiegel auf eine Temperatur gebracht, bei der Glasfasern gezogen werden können. Danach wird direkt aus dem
rotierenden Tiegel mittels eines Ziehdorns eine Glasfaser 1 herausgezogen.
■
Besitzt der Schmelztiegel am Boden ein zentrisch angeordnetes Loch, welches während des Einfüllens der Glasmassen geschlossen
ist, so ist es möglich, eine Faser durch dieses Loch nach unten abzuziehen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Glasschmelze im Tiegel noch während der Rotation abzukühlen und zum Erstarren zu
bringen, danach wird der Schmelztiegel auf den Kopf gestellt, eine schmale ringförmige Zone wird erhitzt, und bei Erreichen
der Ziehtemperatur wird eine Faser abgezogen. Durch eine kontinuierliche Absenkung des Tiegels bei feststehender Heizzone,
bzw. durch eine kontinuierliche Bewegung der Heizzone, wird nacheinander die gesamte Glasmasse auf Ziehtemperatur gebracht,
so daß sie abgezogen werden kann.
In der Fig. 1 ist dargestellt, wie mittels eines Ziehdorns eine Glasfaser 1 aus der geschichteten Glasschmelze abgezogen wird.
In der Fig. 3 ist dargestellt, wie die bereits im Tiegel erstarrte
Glasmasse mit einer Induktionsspule 40 in einem schmalen VPA 75 E 7195 7O98A1/0397
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Bereich aufgeschmolzen wird, so daß eine Glasfaser 1 ausgezogen
werden kann. Der auf den Kopf gestellte Schmelztiegel . braucht während des Ausziehens keine Rotationsbewegungen auszuführen.
Die Induktionsspule 40 wird langsam, entsprechend der Pfeilrichtung 400 , am Tiegel entlanggeführt, bzw. der Schmelztiegel
wird gegenüber der Induktionsspule entsprechend der Pfeilrichtung 500 bewegt.
Das Ziehen der Glasfasern kann in bekannter Weise mittels einer Ziehtrommel erfolgen.
Die Schmelz- und Ziehtemperaturen für die Glasmassen hängen von der Zusammensetzung der Gläser ab, typische Temperaturbereiche
sind ca. 10000C - 13000C für das Schmelzen der Gläser
und ca. 7000C- 1000°C für das Ziehen der Glasfasern.
Für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden verschiedene Si0p-K20-Nap0-Gläser mit verschiedenen Beimengungen von PbO aus
hochreinen Ausgangsraaterialien erschmdken. Der PbO-Anteil lag
bei 33 %, 36 %, 39 %, 42 % und 45 %. Die verschiedenen homogenen
Glasschmelzen wurden nacheinander direkt in den rotierenden Schmelztiegel gegossen, damit wurde ein Glaszylinder mit einem
Brechungsindexprofil, wie es beispielsweise die Fig. 2 zeigt, hergestellt» Die Größe des Brechungsindex hängt im wesentlichen
von der PbO-Konzentration ab, dabei lag der Brechungsindex außen bei ca. 1,58, innen bei ca. 1,62.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erkennt man, daß sich das erfindungsgemäße
Verfahren besonders vorteilhaft bei solchen Gläsern anwenden läßt, bei denen im wesentlichen nur eine
Komponente, hier PbO, oder nur wenige Komponenten der Glaszusammensetzung den Brechungsindex bestimmen, und bei denen
diese Komponenten über einen größeren Konzentrationsbereich variiert werden können. Bei derartigen Glassorten ist die
Interdiffusion zwischen den Grenzflächen der verschiedenen Schmelzen im Schmelztiegel besonders stark, so daß die von
Schfcht zu Schicht stufenweise ansteigende Kurve der Brechungsindices
besonders schnell geglättet wird, d.h. der Brechungs-
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index, der anfangs einen Verlauf entsprechend der Kurve 10 in Fig. 2 hat, hat nach kurzer Zeit einen Verlauf entsprechend
der Kurve 11 in Fig. 2.
Es können aber auch Gläser verschiedener Glassysteme verwendet werden, jedoch müssen in diesem Fall die chemischen, physikalischen
und thermischen Eigenschaften der Glassysteme entsprechend aufeinander abgestimmt sein.
6 Patentansprüche
3 Figuren
3 Figuren
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Leerseite
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Gradientenfasern, dadurch g e -
y kennzeichnet , daß in einen rotierenden, zylinderförmigen,
geheizten Schmelztiegel (2) nacheinander Glasmassen mit verschiedenen Brechungsindices (n , n, ,...., n_T) eingegeben
a D N
werden, wobei die zuerst eingegebene Glasmasse den kleinsten Brechungsindex aufweist, die zuletzt eingegebene Glasmasse den
größten Brechungsindex, daß der Schmelztiegel so schnell rotiert wird, so daß jede Glasmasse an der Tiegelwandung eine zylinderförmige
Schicht (a, b, c, ...) bildet, und daß die im Schmelztiegel befindliche Masse zu einer Lichtleiterfaser ausgezogen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net , daß Glasmassen verwendet werden, bei denen im wesentlichen der Anteil einer Komponente den Brechungsindex
der Glasmasse bestimmt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet , daß die im Tiegel befindliche geschichtete Glasschmelze während der Tiegelrotation zum Erstarren
gebracht wird, daß dann ein schmaler ringförmiger Bereich der Glasmasse fortlaufend auf die Ziehtemperatur erhitzt
wird* und daß, darauf abgestimmt, die Glasmasse zu einer Faser ausgezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet , daß die im Tiegel befindliche geschichtete Glasschmelze von ihrer Schmelztemperatur auf ihre
Ziehtemperatur abgekühlt wird, und daß dann direkt aus dem rotierenden Tiegel eine Glasfaser abgezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet , daß der Schmelztiegel aus Platin
oder Iridium besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet , daß der Schmelztiegel induktiv beheizt wird. 709841/0397
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ORIGINAL INSPECTED
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