DE2714909C2 - Optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten, bei der sowohl der Kern als der Mantel aus GeO↓2↓-haltigen Gläsern bestehen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung - Google Patents
Optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten, bei der sowohl der Kern als der Mantel aus GeO↓2↓-haltigen Gläsern bestehen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten.
Derartige Fasern, die als Übertragungsmittel in der Fernmeldetechnik Anwendung finden, sind u. a. aus der
DE-OS 19 13 358 bekannt Sie bestehen aus einem Glas, in dem zwei Kationen, die genügend schnell gegeneinander
austauschbar sind, vorhanden sind, und zwar derart, daß die Konzentration des einen Ions von innen
nach außen abnimmt und die des anderen von innen nach außen zunimmt Dieser Aufbau hat zur Folge, daß
in radialer Richtung die Brechungszahl über einen bestimmten Abstand kontinuierlich verläuft. Um dabei
in der Praxis einen brauchbaren optischen Wellenleiter zu erhalten, muß der relative Unterschied in der
Brechungszahl Δη/η der beiden Bestandteile, und zwar
des Bestandteiles mit nur dem einen lon und des Bestandteiles mit nur dem anderen Ion, nicht zu klein,
und zwar >0,5% und vorzugsweise >1%, sein (diese Prozentangabe bezieht sich auf AnIn).
Es sind verschiedene Verfahren möglich, durch welche Fasern mit diesem Aufbau erhalten werden
können. Ein Verfahren arbeitet mit einem doppelten Tiegel, bei dessen Verwendung Fasern mit Kern- und
Mantelglas unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt werden können, die sich lediglich in dem
austauschbaren Ion unterscheiden. Beim Ziehen der Fasern muß es dann in genügendem Maße möglich sein,
daß in diesen Materialien ein gegenseitiger Austausch der beiden Ionen durch Diffusion stattfindet
Eine weitere Möglichkeit ist, eine Faser aus einer Glaskombination zu ziehen, die aus einem konzentrisch
angeordneten Stab und einem Rohr, also aus Kern- und Mantelglas unterschiedlicher Zusammensetzung besteht,
wobei auch in genügendem Maße Diffusion stattfinden können muß. Auch kann noch eine Faser mit
einem radialen Gradienten in der Brechungszahl dadurch erhalten werden, daß ein Stab einer bestimmten
Zusammensetzung der Einwirkung eines geschmolzenen Salzes unterworfen wird, wobei ein Austausch
von Ionen in dem Stab gegen Ionen eines anderen Typs in dom geschmolzenen Salz eintritt; danach wird der in
dieser Weise behandelte Stab zu einer Faser ausgezogen.
Wie oben bemerkt wurde, muß der Austausch genügend schnell vor sich gehen. Dies bedeutet, daß
lediglich einwertige Ionen in Betracht kommen. Aus der Literatur geht hervor, daß bei Gläsern, die gegeneinander
austauschbare einwertige Ionen enthalten, dieser Unterschied nur in genügendem Maße zwischen
einerseits Na, K, Rb und Cs und andererseits Li und Tl
auftritt Lithiumhaltige Gläser sind im allgemeinen durch eine geringe Stabilität in bezug auf Kristallisation
gekennzeichnet, so daß dem Glas auch noch stabilisierende Bestandteile zugesetzt werden müssen. Durch
diesen Zusatz wird ein erheblicher Teil des ursprünglichen Unterschiedes zwischen der Brechungszahl des
lithiumhaltigen Glases und der des entsprechenden Glases mit dem anderen Alkaliion wieder beseitigt Die
gegenseitigen Brechungszahlenunterschiede von Gläsern mit Na bis einschließlich Cs sind in den bisher
bekannten Gläsern zu klein, so daß bisher Thallium erforderlich war. Nun weist die Anwendung von Tl2O
als Glasbestandteil wesentliche Nachteile auf. Thalliumoxid ist flüchtig, wodurch man auf Zusammensetzungen
mit niedriger Schmelztemperatur beschränkt ist; das Thalliumion nimmt leicht andere Wertigkeiten als TI+,
wie Tl0 oder Tl3+, an, wodurch Absorptionsverluste
auftreten. Der optische Verlust Thalliumionen enthaltender Fasern wird erheblich von ionisierender
Strahlung beeinflußt und schließlich ist die Giftigkeit von Thalliumoxid ein wesentlicher Nachteil in der
Praxis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile, die mit der Verwendung von Thalium
verknüpft sind, zu umgehen. GeO2-haltige Gläser sind
bekannt, und sie sind auch bereits in Glasfasern verwendet worden, der Erfindung liegt jedoch die
Erkenntnis zugrunde, daß Glaszusammensetzungen, in denen eine genügende GeO2-Menge vorhanden ist,
einen gut brauchbaren Brechungszahlunterschied zwischen jeweils zwei Gläsern aus der durch das
Na2O-haltige Glas, das entsprechende K2O-haltige Glas
und das entsprechende Li2O-haltige Glas gebildeten
Gruppe aufweist
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sowohl ihr Kern als auch ihr Mantel
aus GeO2-haltigen Gläsern bestehen, und zwar:
mindestens 25 Mol-% GeO2
mindestens 25 Mol-% SiO2 und/oder B2O3
mindestens 15 Mol-% Li2O und/oder Na2O bzw. Na2O und/oder K2O,
mindestens 25 Mol-% GeO2
mindestens 25 Mol-% SiO2 und/oder B2O3
mindestens 15 Mol-% Li2O und/oder Na2O bzw. Na2O und/oder K2O,
sowie gegebenenfalls weiteren kompatiblen Oxiden,
wobei im Kern und Mantel unterschiedliche Alkalioxide vorliegen, und zwar das Aikalioxid mit der jeweils
niedrigsten Ordnungszahl im Kernglas und das Alkalioxid mit der jeweils höchsten Ordnungszahl im
Mantelglas.
Beispielsweise werden nun einige Glaszusammensetzungen nach der Erfindung jeweils paarweise gegeben,
wobei der einzige wichtige Unterschied der Unterschied in bezug auf das vorhandene Alkaliion zu sehen ist.
Diese Paare können dann als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Fasern verwendet werden, wobei
der Bestandteil mit der höchsten Brechungszahl als Kern, und der mit der niedrigsten Brechungszahl als
Mantel verwendet wird, und wobei dann außerdem der
Zusammensetzungsgradient, von dem oben die Rede ist,
und damit der Brechungszahlgradient erhalten werden. Die Glaszusammensetzungen wurden auf eine in der
Glastechnik für diese Anwendung übliche Weise erhalten, ausgehend von einem reinen Gemenge, das
sehr reine, vorzugsweise synthetische Ausgangsstoffe, namentlich S1O2 und/oder Bortrioxid, Germaniumdioxid,
Natriumcarbonat bzw. Kaliumcarbonat und gegebenenfalls Calciumcarbonat enthielt und in einem
elektrischen Ofen in reinem Tiegelmaterial, wie Platin oder Quarzglas, an der Luft geschmolzen wurde.
Probe | Zusammensetzung | Na2O | (Mol-%) | GeO2 | SiO2 | B2O3 | Al2O3 | CaO | "D |
Li2O | 22,5 | K2O | 35 | 37,5 | 3 | 2 | |||
la | - | _ | 35 | 37,5 | - | 3 | 2 | 1,577 | |
b | - | 20 | 22,5 | 40 | 20 | 20 | - | - | 1,557 |
2a | - | - | - | 40 | 20 | 20 | - | - | 1,597 |
b | - | 20 | 20 | 40 | - | 40 | - | - | 1,574 |
3a | - | - | - | 40 | - | 40 | - | - | 1,576 |
b | - | 11,25 | 20 | 30 | 37,5 | 5 | 3 | 2 | 1,558 |
4a | 11,25 | - | - | 30 | 37,5 | 5 | 3 | 2 | 1,581 |
b | - | 25 | 22,5 | 30 | 40 | - | 3 | 2 | 1,554 |
5a | - | _ | - | 30 | 40 | _ | 3 | 2 | 1,560 |
b | _ | 25 | 1,549 | ||||||
Von diesen Zusammensetzungen wurden paarweise mit Hilfe des sogenannten Doppeltiegelverfahrens, das
z. B. in der bereits genannten DE-OS beschrieben ist, Fasern gezogen. Von jedem Paar wurde die Zusammensetzung
a) als Kern und die Zusammensetzung b) als Mantel verwendet.
Dazu wurden direkt aus dem Tiegel Stäbe gezogen, und es wurden die Stäbe in ein Doppeltiegelsystem aus
Platintiegeln eingeführt. Daraus wurden bei einer Temperatur von 800 bis 10000C und mit einer
Geschwindigkeit von 1 km/Stunde Fasern gezogen, wobei ein nahezu parabolisches Profil erhalten wurde.
Die Stäbe wiesen Dämpfungsverluste von weniger als
Die Stäbe wiesen Dämpfungsverluste von weniger als
jo lOdB.'km und die Fasern Dämpfungsverluste von
weniger als 30 dB/km auf.
Aus den Fasern wurden Kabel hergestellt, wobei jede Faser mit einem Kunststoffmantel versehen wurde. In
einem einzelnen Kabel befinden sich mehrere Glasfa-
ii sern zusammen mit für die Speisung von Verstärkerstationen
erforderlichen Metalleitern.
Claims (3)
1. Optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ihr Kern als auch ihr Mantel aus GeO^haltigen
Gläsern bestehen, und zwar:
mindestens 25 MoI-1Vb GeO2
mindestens 25 Mol-% SiO2 und/oder B2O3
mindestens 15 Mol-% Li2O und/oder Na2O
bzw. Na2O und/oder K2O,
sowie gegebenenfalls weiteren kompatiblen Oxiden,
wobei im Kern und Mantel unterschiedliche Alkalioxide vorliegen, und zwar das Alkalioxid mit
der jeweils niedrigsten Ordnungszahl im Kernglas und das Alkalioxid mit der jeweils höchsten
Ordnungszahl im Mantelglas.
2. Verfahren zur Herstellung der optischen Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Faser aus einem, die Schmelzen für das Kern- und das Mantelglas enthaltenden Doppeltiegel im
Temperaturbereich zwischen 800 und 1000° C gezogen werden.
3. Verwendung der optischen Faser gemäß Anspruch 1 in einem optischen Mehrfaserkabel.
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