DE2850493C3 - Verfahren und Vorrichtung zur stetigen Herstellung von optischen Glasfasern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur stetigen Herstellung von optischen GlasfasernInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach
dem Oberbegriff des Anspruchs ( lind auf eine
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 zur Durchführung des Verfahrens,
Bekanntlich ist die Technik der Herstellung optischer
Fasern zur Verwendung im FerrimeldeWesen so weit
fortgeschritten, daß Fasern niedriger Dämpfung hergestellt werden können, bei deren Verwendung es
beispielsweise möglich ist, einen Zwischenverstärkerabstand in der Größenordnung einiger zehn Kilometer zu
haben, wobei kommerziell erhältliche Bestandteile verwendet werden. Auf diese Weise können Fernleitungen
mit Hilfe optischer Fasern verwirklicht werden.
Hierbei ist es erwünscht, daß die Fernleitung eine geringstmögliche Anzahl von Faserabschnittei umfaßt,
um möglichst wenige Verbindungen zu erfordern. Selbst in den einfachsten Fällen ist nämlich das Verbinden der
Fasern zeitaufwendig und erfordert zusätzliches Personal, wodurch die Installationskosten erheblic.h steigen.
Außerdem erweist sich in vielen Fällen diese Operation
' * als besonders schwierig oder komplex. Ferner führt jede
Verbindung zwischen Fasern unterschiedlicher Charakteristiken, beispielsweise unterschiedlichen Außendurchmessers,
unterschiedlicher Arten und Durchmesser des Kerns usw., zu unvermeidlichen Verlusten an den
einzelnen Verbindungsstellen, unabhängig von der Qualität dieser Verbindungen.
Aus diesen Gründen ergibt sich das Problem, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung ausfindig zu
machen, das es ermöglicht, optische Faserabschnitte zu schaffen, deren Länge mindestens gleich dem maximalen
aufgrund der Fasercharakteristiken zulässigen Zwischenverstärkerabstand ist
In der Literatur sind Verfahren beschrieben worden, die für die stetige Herstellung optsicher Fasern geeignet
oder an sie anpaßbar sind, beispielsweise das Doppeltiegel-Verfahren oder das Verneuil'sche Verfahren. Diese
Verfahren ermöglichen jedoch das Erzielen eines gegebenen Indexprofils nur im Fall von stufigem
Indexprofil und führen gelegentlich zu schwer lösbaren Materialverschmutzungsproblemen.
Es ist auch ein Verfahren bekannt (DE-OS 26 05 483). das ein kontinuierliches Verfahren dadurch ermöglicht,
daß auf die Stirnfläche einer Glas-Vorform, die auf eine hohe Temperatur aufgeheizt ist, mindestens zwei
koaxiale Gasströme geleitet «erden, die dort miteinander
reagieren, und als Reaktionsergebnis Glas entsteht, welches auf der Vorform aufwächst. Dieses Verfahren
ist jedoch hinsichtlich der Einstellung des Brechungsindex beschränkt und ungenau.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vc; !ahren zu ermöglichen, das es erlaubt,
für jeden beliebigen Querschnitt jedes beliebige Brechungsindexprofil einzustellen. Diese Aufgabe wird
gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst, mit dessen Hilfe eine
genaue und beliebige Einstellung des Brechungsindex selbst bei unrundem, beispielsweise bandförmigem
faserquerschnitt möglich ist. da der Ionenbeschuß präzis gesteuert werden kann.
Sofern die Energie des Ionenstrahl zum Aufschmelzen der Oberseite der Vorform zu schwach ist oder eine
zu lange Bestrahlungszelt erfordern würde, kann gemäß Anspruch 2 noch eine zusätzliche Wärmequelle die
ergänzende Energie liefern, nie Ansprüche 3 bis 5 geben Maßnahmen /ur Erleichterung und Vervollkommnung
der Verglasung arh
Das Verfahren wird gemäß der Erfindung vorzugsweise mit 'Hilfe einer Vorrichtung nach Anspruch 6
durchgeführt, wobei der ionengeneralor zWeckmäßigerweise
einer mit hoher föneilmenge und mittlere? Energie ist. Für den Fall einer kreissymmetfischen Faser
ist die Maßnahme nach Anspruch 7 zweckmäßig, da hierbei die Stellen gleicher Brechungsindizes auf
!8 50
konzentrischen Ringen liegen. Hierbei können alternativ der Stab gedreht oder der lonengenerator um den
Stab rotiert werden, außerdem kann auch der Ionenstrahl durch elektrische oder magnetische Felder
mit entsprechender Wirkung zur Bildung einer Kreisbahn abgedeckt werden. Das Ablenkverfahren eignet
sich bei entsprechender Steuerung auch für nicht kreissymmetrische Fasern.
Eine mögliche Zwischen-Vorheizkammer zur Vervollständigung der Verglasung vor dem Ausziehen der ι ο
Vorform nach Anspruch 10 kann sich, sofern vorhanden,
an die Kammer nach Anspruch 9 für die Wärmebehandlung der Vorform in kontrollierter Atmosphäre
anschließen oder auch mit ihr zusammenfallen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unt.eransprüchen und aus der
folgenden Beschreibung einer bevorzugten Durchführungsform bzw. Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnung, deren einzige Figur eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt und das
erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt im wesentlichen eine Vakuumkammer Leinen Kanal 2,derein
Lager zunächst für eine Anfangsstange 8 und dann für eine Vorform bildet und mit Vorschubeinrichtungen 3
für die fortschreitende Bewegung der Stange 8 in Axialrichtung ausgestattet ist, eine Wärmekammer 4
und eine Faserziehvorrichtung 5. Die Vakuumkammer 1 ist mit einer Vakuumpumpe 6 ausgestattet und! mit einer
Verteilvorrichtung 7 zum Verteilen von pulverisiertem glasartigem oder verglasbarem Material wie 2. B. reiner
synthetischer Kieselsäure oder Glasmaterial mit niedrigem Erweichungspunkt verbunden. Dieses Material fällt
stetig oder unstetig auf die Oberseite der Stange bzw. Vorform 8 und schlägt auf dieser aufeinanderfolgende
Materialschichten nieder. Den Bereich, innerhalb dessen das Material niederfällt, umgibt eine Randbegrenzungsvorrichtung
9, die diesen Bereich dem Querschnitt der Vorform im wesentlichen gleich macht. Beim Weiterschieben
der Anfangsstange setzt sich diese dann als die Vorform 8 fort. Die Vorform 8 weist schon die
schließliche Materialzusammensetzung auf.
Innerhalb der Kammer 1 befindet sich ein !onengenerator
10 von bekannter Art, der in das niedergeschlagene Material Ionen implantiert, die zum Erzielen einer
Materialdotierung notwendig sind. Diese Dotierung bewirkt bekanntlich die erforderlichen Änderung im
Brechungsindex der aus der Vorform 8 erhaltenen Faser. Die Ionenimplantation bewirkt eine rneht oder
weniger vollständige Verglasung des niedergeschlagenen Materials in Abhängigkeit von der Energie des vom
Generator 10 emittierten Ionenstrahl.
Die Verglasung kann in der Kammer 1 mit Hilfe eines Elektronenbeschusses ergänzt werden, der von einer
innerhalb der Kammer 1 montierten Elektronenquelle 11 ausgeht, welcher eine Einrichtung zur Erzeugung
eines gestrichelt eingezeichneten Magnetfelds 13 zugeordnet ist. das den Elektronenstrahl antreibt und
ihn auf der Oberseite der Vorform 8 konzentriert.
Alternativ kann die Verglasung auch in Schritten vervollständigt werden, die sich an das Material-Abladen
und die Ionenimplantation anschließen, also in Schritten während der fortlaufenden Bewegung öder
auch während des Ziehens zur Fasen Bevor eine völlige Verglasung erhalten wird, kann das Matelfial einer
thermischen Behandlung in einer geeigneten Gasatmosphäre unterworfen Werden, um beispielsweise bestimmte
VerbesserUngehi der Übertragungscharakteri*
stiken der erzeugten optischen Faser zu erzielen, etwa durch einen verringerten Hydroxylgehalt. oder Oxidation
der Reduktion möglicher metallischer Verunreinigungen usw.
Der vom lonengenerator 10 emittierte Strahl ist allgemein in radialer Richtung so abzulenken, daß er
eine gewisse gesteuerte Änderung der Ionenkonzentration in der Vorform 8 und so Brechungsindexvariationen
in der Faser erzeugt Vortei'hafterv, eise kann der Strahl auch innerhalb der Kammer 1 rotierend dargestellt
werden, so daß bei Bedarf eine hinsichtlich der Achse der Vorform 8 gleichmäßig symmetrische Dotierungsverteilung
erhalten wird. Durch Beeinflussen der Steuerungen des Generators 10 kann die Ionenimplantation
auch so verändert werden, daß eine axiale Brechungsindexänderung bewirkt wird, wie es speziellen
Verwendungen der Faser notwendig sein kann.
Der Kanal 2, der beliebigen Querschnitt haben kann, weist entlang seinen Wänden die Vorschubeinrichtungen
3 auf, Jie die Axialbewegung der Vorform 8 und des oben auf ihr niedergeschlagenen W .'erials zu weiteren
Wärmebehandlungskammern oder -zor cn und weiterhin zur Wärmekammer 4 bewirken. Die Vorschubeinrichtungen
können wie dargestellt aus Rollen oder auch aus Zugsystemen oder anderen geeigneten Systemen
besteh· n. Zu den weiteren möglichen Kammern oder Behandlungsbereichen gehören wenigstens eine Kammer
für eine Wärmebehandlung in kontrollierter Atmosphäre und Vorheizbereich zum Vervollständigen
der Verglasung des Materials der Vorform. Dieser Bereich kann sich an eine Kammer oder an die letzte
Kammer für die Wärmebehandlung in gesteuerter Atmosphäre anschließen oder mit ihr zusammenfallen.
Die Wärmekammer 4, von der nur die Außenwände dargestellt sind, kann von bekanntem Aufbau sein oder
auch eine nicht vorveröffentlichte im Prioritätsland angemeldete Konstruktion aufweisen (italienische Patentanmeldungen
70 005-A/76, 70 006-A/76). In der Wärmekammer 4 wird die Verglasung des nit Jergeschlagenen
Materials, falls erforderlich, verbessert und ist die Temperatur auf eine Höhe justiert, die sich zum
ZL-hen der Stange zu einer Faser eignet, was mit Hilfe
der Faserziehvorrichtung 5 von irgendwelcher bekannten Konstruktion bewirkt wird.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das von der Verteilvorrichtung 7 kommende pulverisierte
Material rieselt oben zunächst auf die Anfangsstange und nach einiger Betriebsdauer auf die Vorform 8 und
wird mit geeigneten Dotierungsionen so bombardiert, daß die geforderte radiale und axiale Verteilung des
Brechungsindex in der entstehenden optischen Faser erzeugt wird. Gegebenenfalls wird es zusätzlich von den
von der Elektronenquelle 11 emittierten Elektronen bombardiert, um so eine mehr oder weniger vollkommene
Verglasung zu erzielen.
Gleichzeitig w:rd die Vorform 8, die aus dem
aufgebrachten und mehr oder weniger verglaster. Material besteht entlang dem Kanal 2 zur Wärmekammer
4 vorgeschoben und durchquert dabei mögliche Zwischenbehandlungszonen. Die in der Wärmekammer
4 geschmolzene Vorform 8 bildet eine Konusform, die
sich zum Ziehen zu einer Faser eignet, und zwar als
Folge des von der Faserziehvorrichtung 5 durchgeführt
ten Strecken, wodurch eine Faser mit den geforderten Eigenschaften entsteht. Derjenige Teil, der Faser, der
der Anfangsstange enispricilt, die zum Ingangsetzen des
Verfahrens verwendet wird, wird vor Gebrauch entfernt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur stetigen Herstellung von optischen Glasfasern, bei dem eine kontinuierlich
hergestellte, stangenförmige Vorform zu einer optischen Faser nach unten gezogen wird, wobei
gleichzeitig auf die Oberseite der Vorform Glasbestandteile und Dotierungsmaterial zur Herstellung
eines Brechungsindexprofils aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Vakuum
pulverförmiges, glasiges oder verglasbares Material mindestens teilweise durch die Energie eines
Ionenstrahls auf der Oberseite der Vorform aufgeschmolzen wird, der aus Ionen des Dotierungsmaterials besteht
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzliche Wärme zum Verglasen des Materials durch einen Elektronenstrahl aufgebracht
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform vor dem Ausziehen
einer thermischen Behandlung in einer Gasatmophäre unterworfen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform durch
eine thermische Nachbehandlung voll verglast wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Materialien
jynthetisches Kieselsäureglas oder Gläser mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einei: der Ansprüche 1 bis 5 mit einer
Vorrichtung zum Erhitzen der Unterseite der
Vorform und einer Faserziehvorrichtung zum Ziehen der Vorform zu einer F^ser, gekennzeichnet
durch eine Vakuumkammer (1) mit einer Zugabevorrichtung (7,9) für das pulverförmige Material an der
Oberseite und mit einem Kanal (2) an der Unterseite zur Aufnahme und Hinausführung der Vorform, und
durch einen Ionengenerator (10).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet,
daß der Strahl des lonengenerators (10) um die Achse der Vorform (8) rotierbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Elektronenquelle (11), deren
Strahl durch ein Magnetfeld (13) auf die Oberfläche der Vorform lenkbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der
Vakuumkammer (1) und der Vorrichtung zum Erhitzen der Unterseite der Vorform eine Kammer
für die Wärmebehandlung der Vorform in kontrollierter Atmosphäre befindet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
dadurch gekennzeichnet, daß sich entlang dem Kanal (2) zwischen der Vakuumkammer (1) und der
Vorrichtung zum Erhitzen der Unterseite der Vorform ein Zwischen-Vorheizbereich befindet.
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