DE2645375A1

DE2645375A1 - Herstellung von lichtleitfasern nach einem fluessigphasen-abscheidungsverfahren

Info

Publication number: DE2645375A1
Application number: DE19762645375
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr Aulich; Josef Dr Grabmeier; Hans Dr Pink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1978-04-13

Description

Herstellung von Lichtleitfasern nach einem FlUssigphasen-
Abscheidungsverfahren.
Zusatz zu VPA 74/7040 = P 24 15 052.5 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lichtleitfasern, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.
Für optische Nachrichtenübertragung werden als Ubertragungsmedium dünne Glasfasern verwendet. Sie bestehen im allgemeinen aus einem Faserkern und einem Fasermantel, wobei der Brechungsindex des Kerns größer ist als der des Mantels.
Man kennt Lichtleitfasern mit Stufenindexprofil und Lichtleitfasern mit Gradientenindexprofil. Stufenindexprofil bedeutet dabei, daß der Brechungsindex an der Grenzfläche Kern-Mantel seinen Wert abrupt ändert, dabei hat der Kern einen höheren Brechungsindex als der Mantel. Gradientenindexprofil bedeutet, daß die Lichtleitfaser in der Nähe der Faserachse einen hohen Brechungsindex besitzt, der mit zunehmendem Abstand von der Faserachse kontinuierlich abnimmt. Beide Fasertypen können noch eine zusätzliche Kunststoffumhüllung besitzen, die insbesondere vor mechanischen Schäden schützen soll.
In derartigen Lichtleitfasern kann Licht über sehr weite Strecken geführt werden.
Für die Herstellung derartiger Fasern ist die Technik der chemischen Dampfabescheidung bekannt, z.B. aus der Druckschrift: J.B. Mac Chesney, P.B. O'Connor, F.V. Di Marcello, J.R. Simpson, P.D. Lazay, t'Preparation of low loss optical fibers using simultane-ous vapor phase deposition and fusion, 10th Int. Congress on Glass (1974), S. 6 - 40 bis 6 - 45.
Für Fasern mit Stufenindexprofil ist auch die Doppeldüsenmethode bekannt, z.B. aus H.G. Unger, "Optische Nachrichtentechnik", 1976 Berlin, S. 39 und 40.
Aus der älteren Anmeldung P 24 15 052 (=VPA 74/7040) ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Lichtleitfasern bekannt.
Hier werden Glasfilme auf einem Träger, der ein konisch auslaufendes Ende besitzt, abgeschieden. Der Träger kann z.B. aus einem Edelmetall, wie Platin oder Iridium, oder aus hochreinem Graphit bestehen. Dieser Träger ist beheizbar, vorzugsweise durch eine Induktionsheizung, so daß die auf dem Träger abgeschiedenen Glasfilme aufgeschmolzen und zu einer Lichtleitfaser ausgezogen werden können.
Dieses Verfahren besitzt den folgenden Vorteil: Das Aufschmelzen der Glasfilme auf dem Träger kann induktiv erfolgen, so daß sicher gewährleistet ist, daß die Glasfilme nicht verunreinigt werden.
Es ist zwar auch bekannt, zum Aufschmelzen von Gläsern Laserstrahlen einzusetzen, z.B. aus der US-PS 3 865 564, jedoch sind genügend leistungsfähige Laser verhältnismäßig teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, das aus der älteren Anmeldung bekannte Verfahren dahingehend zu erweitern, daß verschiedenartigste Glas sorten abgeschieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches erfindungsgemäß die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 aufweist.
Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verfahren kosten- günstig, außerdem ist vorteilhaft, daß das erfindungsgemäße Verfahren einfach zu handhaben ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorteilhafterweise Lichtleitfasern mit Stufenindexprofil oder mit Gradientenindexprofil hergestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden glasbildende Schichten aus einer Flüssigphase auf dem Träger abgeschieden, diese Schichten werden dann in einenGlasfilm umgewandelt, diese Umwandlung kann z.B. durch thermische Zersetzung der Schichten erfolgen.
Gemäß der Erfindung wird als Glas aus einer Flüssigphase abgeschieden.
Im Sinne der Erfindung werden unter Glas auch glasartige Kunststoffe verstanden. In diesem Fall werden in einem Lösungsmittel niedere Polymere bzw. Monomere gelöst, die beim Verdampfen desLösungsmittels zur Polymerisation gebracht werden, z.B. durch Temperaturerhöhung, W-Bestrahlung oder z -Bestrahlung.
Aufgrund der Erfindung lassen sich also Glas- bzw. Kunststofflichtleitfasern mit Stufenindexprofil bzw. Gradientenindexprofil herstellen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.
Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Fltissigphase aus Lösungen, in denenVerbindungen glasbildender Oxide der Elemente Se, Te, P, As, Si, Ge, Sn, Pb, Ti, B, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb enthalten sind. Aus diesen Lösungen werden die glasbildenden Schichten abgeschieden, die dann durch thermische Zersetzung in Glasfilme umgewandelt werden.
Entsprechend der gewünschten Glaszusammensetzung soll die dabei zu verwendende Lösung entsprechende Mengen der ge- nannten Elementen enthalten, und zwar a) als reine Verbindungen mit niederen Mono- oder Dicarbonsäuren, wobei die Zahl der Kohlenstoffatome in diesen säuren nicht höher als 4 sein soll, oder b) als Metallhalogenide, deren Anionen teilweise durch die unter a) genannten Säurereste substituiert sind, oder c) als Metallhalogenide, deren Anionen teilweise durch die unter a) genannten Säurereste und durch Hydroxyl- und/oder Alkoholatreste niederer Alkohole, d.h. höchstens 4 Kohlenstoffatome pro Molekül, substituiert sind.
Als Lösungsmittels für die Herstellung von Lösungen der unter a) bis c) genannten Verbindungen sollen die Ester niederer Alkohole mit niederen Karbonsäuren, niedere Ketone und niedere Alkohole jeweils allein oder in Mischung miteinander benutzt werden. Unter niedrig wird dabei verstanden, daß in einem Molekül höchstens vier Kohlenstoffatome gebunden sind.
Der Träger wird nun in eine dieser Lösungen eingetaucht, dabei scheidet sich am Träger eine glasbildende Schicht ab, nun wird der Träger aus der Lösung herausgezogen, und die glasbildende Schicht wird durch thermische Zersetzung in einen Glasfilm umgewandelt.
Es ist zweckmäßig nach dem Herausziehen des Trägers aus der Lösung zuerst die Reste des Lösungsmittels aus derasbildenden Schicht zu entfernen.
Dazu kann der Träger in einen Sauerstoffstrom gebracht werden, dadurch wird das Lösungsmittel oxidiert und aus der Schicht entfernt.
Es ist auch möglich, den Träger in ein Vakuumgefäß zu bringen, welches kurzzeitig evakuiert wird, so daß das Lösungsmittel verdampft und ebenfalls aus der Schicht entfernt wird.
Das Eintauchen des Trägers in die Lösung kann mehrmals wiederholt werden, ggf. kann der Träger auch nacheinander in verschiedene Lösungen getaucht werden, bis auf dem Träger ein Glasfilm mit einer vorzugebenden Dicke erzeugt worden ist.
Wird der Träger nacheinander in verschiedenartige Lösungen eingetaucht, so ist ersichtlich, daß eine Schichtenfolge mit von Schicht zu Schicht beliebig verlaufenden Brechungsindex hergestellt werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel wurde die Flüssigphase zur Beschichtung des Trägers wie folgt hergestellt: 0,6 Mol Essigsäure werden in 60 ml Essigester gelöst, zu dieser Lösung werden in einem Rundkolben, der einen Rückflußkühler besitzt, 0,15 Mol SiCl4 gegeben. Diese Mischung wird etwa 6 Stunden lang zum Sieden erhitzt. Nachdem sie abgekühlt ist,wird unter Durchleiten eines trockenen Stromes eines gereinigten Inertgases, z.B. Argon oder Stickstoff, aus der Mischung eine weiße Kristallmasse abgeschieden. Nach dem Abscheiden wird die übrige Reaktionslösung abgegossen. Die Kristallmasse wird in einem Gemisch von 40 ml C2H4OH und 60 ml CH3COOC2H5 gelöst. Diese Lösung kann zum Gebrauch noch verdünnt werden, z.B. mit dem Gemisch aus C2H5OH und CH3COOC2H5, mit reinem C2H5OH, mit reinem CH3COOC2H5 oder mit anderen niederen Alkoholen oder Estern, die höchstens 4 Kohlenstoffatome pro Molekül besitzen.
Um den Brechungsindex der gebildeten Glasschichten variieren zu können, können dieser Lösung Zusatzlösungen zugesetzt werden, die z.B. Blei in einer Verbindung enthalten, die in der Flüssigphase löslich ist und bei der thermischen Zersetzung in Bleioxid (PbO) übergeführt wird.
Mit derhier beschriebenen Lösung können hochreine Glasfilme aus Siliziumdioxid, in denen ggf. Bleioxid enthalten ist, hergestellt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert, diese Figuren zeigen einzelne Verfahrensschritte.
Gemäß der Fig. 1 wird der Träger 1 in einen Behälter mit der Flüssigphase 2 eingetaucht. Wird der Träger aus der Flüssigphase wieder herausgezogen, so haftet auf seiner Oberfläche eine Flüssigkeitsschicht. Aus dieser Schicht wird das Lösungsmittel entfernt, wie oben bereits beschrieben wurde. Die auf dem Träger verbliebene Schicht wird nun durch thermische Zersetzung in einen Glasfilm umgewandelt. Für diese thermische Zersetzung kann der Träger, beispielsweise induktiv, aufgeheizt werden. Dieser Beschichtungsvorgang kann mehrfach wiederholt werden, bis eine gewünschte Schichtenfolge hergestellt ist.
Gemäß Fig. 2 liegen nun auf dem Träger 1 beispielsweise die beiden Glasfilme 3 und 4. Mittels der Induktionsheizung wird nun der Träger erhitzt, damit werden die Glasfilme aufgeschmolzen und lassen sich nunmehr zu einer Faser 34 ausziehen.
Dieser Ziehvorgang kann in an sich bekannter Weise mittels einer Ziehtrommel erfolgen.
Die weitere Verarbeitung der Faser kann in bekannter Weise erfolgen, z.B. ist es zweckmäßig, die Faser noch mit einem zusätzlichen Kunststoffmantel als Schutz vor mechanischen Beschädigungen zu versehen. Vorteilhafterweise kann auch dieser Kunststoffmantel durch Abscheidung aus einer Flüssigphase erfolgen, wie es eingangs für die Glasfaserherstellung beschrieben wurde.
7 Patenasprche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser, bei dem Glasfilme zuerst auf einem aufheizbaren Träger mit einem konisch auslaufenden Ende abgeschieden werden, und bei dem dann diese Glasfilme durch Aufheizen des Trägers aufgeschmolzen und zur Lichtleitfaser ausgezogen werden, nach Patent (P 24 15 052) , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger (1) zur Erzeugung der Glasfilme (3, 4) in eine Flüssigphase (2) eingetaucht wird, wobei am Träger glasbildende Schichten haften bleiben, und daß diese Schichten zu dem Glasfilmen umgewandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß als Flüssigphase eine Lösung vorgesehen wird, in der Verbindungen glasbildender Oxide mindestens eines der Elemente Se, Te, P, As, Si, Ge, Sn, Pb, Ti, B, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb enthalten sind, und daß die aus diesen Lösungen abgeschiedenen glasbildenden Schichten durch thermische Zersetzung in Glasfilme umgewandelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß für die Lösung als Lösungsmftel Ester niederer Alkohole mit niederen Karbonsäuren, niedere Ketone, niedere Alkohole, jeweils allein oder in Mischung miteinander, vorgesehen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in den Lösungsmitteln Verbindungen der Mono-oder Dicarbonsäuren mit mindestens einem der Elemente Se, Te, P, As, Si, Ge, Sn, Pb, B, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb gelöst sind.
5. Verfähren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß in dem Lösungsmittel Metallhalogenide mindestens eines der Elemente Se, Te, P, As, Si, Ge, Sn, Pb, B, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb gelöst sind, wobei die Anionen dieser Halogenide teilweise durch Mono- oder Dicarbonsäurereste substituiert sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Anionen zusätzlich teilweise durch Hydroxyl-und/oder Alkoholatreste niederer Alkohole substituiert sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1bis 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die fertigen Fasern mit einer Kunststoffumhüllung versehen werden und daß diese Kunststoffumhüllung durch Abscheidung aus einer weiteren Flüssigphase erzeugt wird.