DE2908311A1 - Continuous prodn. of blank for mfg. optical waveguide fibres - where gas streams contg. silicon halide(s) and dopants are oxidised in furnace to form blank by chemical vapour deposition - Google Patents

Continuous prodn. of blank for mfg. optical waveguide fibres - where gas streams contg. silicon halide(s) and dopants are oxidised in furnace to form blank by chemical vapour deposition

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Abstract

The blank has a transverse profile of refractive index (RI), and is drawn continuously out of a furnace, in which the concave top surface (PO) of the blank (PF) is located below a nozzle. The nozzle has an outlets spraying in overlapping gas streams onto the growing surface (PO), where the streams are oxidised and form a deposit on the surface (PO); and either the nozzle and/or the blank are rotated. The pref. appts. contains a nozzle with >3 outlets forming concentric ring deposits on surface (PO), which is inside an outer sheath formed by quartz rings. The gas streams are converted by CVD to oxide mixts. contg. different amts. of SiO2, B2O3, Sb2O3, P2O5, GeO2, so the required RI profile is obtd.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung Process and apparatus for continuous production

von Preformen für Nachrichtenfasern mit Gradientenprofil des Brechungsindexes im lichtführenden Kern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Preformen mit einem Brechungsindex-Gradientenprofil im lichtführenden Kern, die nach dem Ausziehen Nachrichtenfasern mit Brechwertgradienten ergeben. of preforms for communication fibers with a gradient profile of the refractive index in the light-guiding core The invention relates to a method and a device for the continuous production of preforms with a refractive index gradient profile in the light-guiding core, which after pulling out communication fibers with refractive index gradients result.

Die bekannten Preform-Herstelltechniken erlauben keinekontinuierliche Fertigung, so daß unverhältnismäßig hohe Produktionskosten sowohl bei der Preformherstellung als auch bei dem späteren Faserziehen anfallen. Diese bekannten Verfahren zur Preform-Herstellung (Innenbeschichtung eines Rohres oder Außenbe -schichtungsverfahren) lassen sich nicht in ein kontinuierliches System umwandeln. Deshalb ist eine Veränderung der bisherigen Technik nicht möglich, und es besteht ein dringendes Bedürfnis nach einer neuen Technologie zur kontinuierlichen Herstellung von Preformen mit Gradientenprofil des Brechungsindex.The known preform manufacturing techniques do not allow continuous Manufacturing, so that disproportionately high production costs both in preform manufacture as well as during the later fiber drawing. These known processes for preform production (Internal coating of a pipe or external coating process) can be do not convert into a continuous system. Therefore a change is the previous Technology is not possible and there is an urgent need Need for a new technology for the continuous production of preforms with gradient profile of the refractive index.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Preform besitzt einzelne Konzentrationsgradientenprofile für die verschiedenen Komponenten, wie z.B. SiO2, B20, GeO2, P205r Sb203 usw., welche sich zonenweise in rotationssymmetrischer Form überlappen. Die Summe aller Konzentrations-Gradientenprofile ergibt ein Summen-Gradientenprofil, welches den Brechungsindex-Verlauf so beeinflußt, daß eine Exponentialkurve mit einheitlichem, variierbarem Exponenten als Brechungsindex-Gradientenverlauf über den rotationssymmetrischen Querschnitt der Preform vorliegt.The preform produced with the device according to the invention has individual concentration gradient profiles for the various components, such as e.g. SiO2, B20, GeO2, P205r Sb203 etc., which are zoned in rotationally symmetrical Overlap shape. The sum of all concentration gradient profiles results in a sum gradient profile, which influences the refractive index curve in such a way that an exponential curve with uniform, variable exponent as a refractive index gradient curve the rotationally symmetrical cross-section of the preform is present.

Bekannt ist die sogenannte lnnenbeschichtungstechnik, bei der ein Rohr, meist ein Kieselglasrohr, von einem Gasgemisch durchströmt wird, welches durch von außen herangeführte Energie, z.B. über nallgasbrenner, Acetylen-Wasserstoffbrenner oder elektromagnetische Schwingungen im Rohr oxidiert wird und zu einem Niederschlag an der Rohrinnenwand führt. Nach genügend dickem Niederschlag, der in seiner Zusammensetzung durch Variation des Gasgemisches kontinuierlich verändert wird, so daß ein Brechungsindexprofil entsteht, wird dieses Rohr zu einem Stab, der sogenannten Preform kollabiert. Die Preform kann anschließend zur Faser ausgezogen werden.The so-called internal coating technique is known, in which a Tube, usually a silica glass tube, is flowed through by a gas mixture, which through Energy brought in from outside, e.g. via a nitrogen gas burner, acetylene-hydrogen burner or electromagnetic vibrations in the pipe is oxidized and precipitated leads to the inner wall of the pipe. After a sufficiently thick precipitate, which in its composition is continuously changed by varying the gas mixture, so that a refractive index profile arises, this tube collapses into a rod, the so-called preform. the The preform can then be drawn into fibers.

Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren, bei dem ein Quarzstab außen schichtweise mit einem Material beschichtet wird, dessen Zusammensetzung schrittweise variiert wird. Anschließend wird nach Aufbringung einer genügenden Zahl von Schichten der Quarzstab entweder herausgezogen oder im Kern belassen, jedenfalls der so erhaltene Stab zu einer Faser ausgezogen.A method is also known in which a quartz rod is layered on the outside is coated with a material the composition of which varies gradually will. Then, after a sufficient number of layers have been applied, the Quartz rod either pulled out or left in the core, at least the one obtained in this way Rod drawn out into a fiber.

Beide Techniken führen nicht zu endlosen Preformen, sondern zu Preformen, deren Länge durch verschiedene Parameter stark begrenzt sind. Allgemein hat heute eine Preform die Länge von etwa 50 cm, gleichgültig nach welchem Verfahren sie hergestellt wird.Both techniques do not lead to endless preforms, but to preforms, the length of which is severely limited by various parameters. General has today a preform about 50 cm long, regardless of the process used to manufacture it will.

Über Preformlängen von bis zu 1 m wurden berichtet. Im übrigen sind beide Techniken so kompliziert, daß mit zunehmender Länge zusätzliche Fehler in den Preformen auftreten und eine längere Preform damit verbieten.Preform lengths of up to 1 m have been reported. Otherwise are both techniques are so complicated that with increasing length additional errors in occur in the preforms and thus prohibit a longer preform.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Preformen für Nachrichtenfasern.The aim of the present invention is therefore a method and an apparatus for the continuous production of preforms for communication fibers.

Dieses Ziel wird gemäß den Patentansprüchen erreicht.This aim is achieved according to the claims.

Die Erfindung wird im nachfolgenden und unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in welcher beispielhafte Ausführungsformen dargestellt sind.The invention is described below and with reference to the drawing explains in which exemplary embodiments are shown.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß man mit Hilfe eines geeigneten Düsenkopfes D einen rotationsssymmetrisch variierten Gasstrom erzeugen kann, welcher es erlaubt, gleichzeitig unterschiedliche Zusammensetzungen, die kontinuierlich ineinander übergehen, als oxidierbare Gasmischung auf eine Konkavform aufströmen zu lassen. Figur 1 zeigt, wie die einzelnen Gasströme aus diesem (halb dargestellten) Düsenkopf D austreten. Man erkennt 5 Düsen, durch die die Gasströme G1 bis G5 austreten.The invention is based on the idea that with the help of a suitable Nozzle head D can generate a rotationally symmetrically varied gas flow, which it allows simultaneously different compositions that are continuous merge into one another, flow onto a concave shape as an oxidizable gas mixture allow. Figure 1 shows how the individual gas flows from this (half shown) Exit nozzle head D. You can see 5 nozzles through which the gas streams G1 to G5 emerge.

Dieser Düsenkopf D ist im wesentlichen halbkugelförmig, wobei die Austrittsschlitze für G1 bis G5 um die gesamte Halbkugel des Düsenkopfes D mit kurzen Unterbrechungen herumgeführt sind.This nozzle head D is substantially hemispherical, the Exit slots for G1 to G5 around the entire hemisphere of the nozzle head D with short Interruptions are shown around.

Der AustrittswinkelE 1 für den Gasstrom G1 überlappt sich beispielsweise mit dem Austrittswinkel X 2 des Gasstroms G2 und berührt gerade noch den Rand des Austrittswinkels CN 3 des Gasstroms G3 an der Stelle, an der die Austrittsöffnungwinkel auf die Niederschlagsebene (Konkavfläche) auftreffen. Diese Niederschlagsebene wird durch die Preform gebildet.The exit angle E 1 for the gas flow G1 overlaps, for example with the exit angle X 2 of the gas flow G2 and just touches the edge of the Exit angle CN 3 of the gas flow G3 at the point where the The angle of the outlet opening hits the level of precipitation (concave surface). These Precipitation level is formed by the preform.

Durch die überlagerung der verschiedenen Au str ittswinkel 1 bis α, 5 wird eine ausreichende gleichmäßige Gradientenbildung der Gasströme erreicht. Durch Zuführung von Energie erfolgt Oxidation der Gasströme an der konkaven Niederschlagsfläche.By superimposing the various angles 1 to α, 5 a sufficiently uniform gradient formation of the gas flows is achieved. By supplying energy, the gas streams are oxidized on the concave precipitation surface.

Quarzringe Q stützen in Bereichen, in denen noch nicht genügend Niederschlag erzeugt wurde, die Konkavfläche ab.Quartz rings Q support in areas where there is not enough precipitation was generated, the concave surface.

In Figur 2 ist ein Ofen H dargestellt, in dessen Innerem Brennerköpfe B, die mit °2 und H2 beschickt werden, von außen die Halbringe Q aus Kieselglas und das übrige Ofeninnere auf Oxidationstemperatur erhitzen. Die Gas ströme G1 bis G5 werden in den Düsenkopf D aus Kieselglas eingeleitet und treten aus ihm gemäß Fig. 1 aus. Die Abgase der Oxidation unter Temperatureinwirkung werden durch den Abgaskanal V 2 abgeleitet. Der Abgaskanal V 1 dient zur Abführung der Verbrennungsgase der Brenner B. Zur Verbesserung der Oxidationsbedingungen dient ein Kühlmantel K, der eine Wasserkühlung besitzt. Die OxidationsbediqRngen werden temperaturmäßig überwacht mit einem Temperaturmeßgerät T, welches ebenso wie der Laser L, dessen Aufgabe weiter unten beschrieben wird, durch das Fenster F die Konkavfläche der entstehenden Preform PF beobachtet. Die stetige Zuführung der Gasmischungen G1 G G5 in rotationssymmetrischer Form sorgt für einen gradientenförmigen Niederschlag auf der Konkavfläche PF in kontinuierlicher Weise, so daß die Preform PF in ummantelter Form A nach unten hin durch die Rollen R (seitliche Stützung und kontinuierlicher Abzug) abgezogen werden kann.In Figure 2, a furnace H is shown, in the interior of which burner heads B, which are charged with ° 2 and H2, the half rings Q made of silica glass from the outside and heat the rest of the furnace interior to the oxidation temperature. The gas flows G1 to G5 are introduced into the nozzle head D made of silica glass and emerge from it accordingly Fig. 1. The exhaust gases of the oxidation under the influence of temperature are through the Exhaust duct V 2 derived. The exhaust duct V 1 is used to discharge the combustion gases the burner B. A cooling jacket K serves to improve the oxidation conditions, which has a water cooling. The oxidation conditions are temperature-wise monitored with a temperature measuring device T, which like the laser L, its Task is described below, through the window F the concave surface of the resulting preform PF observed. The constant supply of the gas mixtures G1 G G5 in a rotationally symmetrical shape ensures a gradient-shaped precipitation on the concave surface PF in a continuous manner, so that the preform PF in sheathed Form A downwards through the rollers R (lateral support and continuous Deduction) can be deducted.

Die Oxidation der Gasmischungen auf der Konkavfläche von PF wird gesteuert über die Messung des niedergeschlagenen Materials mit Hilfe des Lasers L und der Oxidationsbedinugungen mittels Temperaturmessgeräts T, wobei ein Programmgeber P einerseits mittels der Motoren M (über die Rollen R) die Geschwindigkeiten für den Abzug U1 und für die Rotation U2 steuert, andererseits über die Temperaturkontrolle TK die Zufuhr der Brenngasmischung von 02 und H2 über die Regeleinheit BGM zu den Brennern B regelt.The oxidation of the gas mixtures on the concave surface of PF is controlled about the measurement of the deposited material with the help of the laser L and the Oxidation conditions by means of Temperature measuring device T, where a Programmer P on the one hand by means of the motors M (via the rollers R) the speeds controls for the trigger U1 and for the rotation U2, on the other hand via the temperature control TK the supply of the fuel gas mixture of 02 and H2 via the control unit BGM to the Burners B regulates.

Die Erzeugung geeigneter Gasmischungen für den Düsenkopf D ist, wie Fig. 1 zeigt, von besonderer Bedeutung für die Erfindung. In Fig. 3 ist ein schematisches Verfahren beschrieben, um geeignete Gasströme G1 - G5 für einen entsprechenden Düsenkopf herzustellen. Dieses Verfahren und die dieses Verfahren ermöglichende Anlage sind wesentliche Teile der vorliegenden Erfindung.The generation of suitable gas mixtures for the nozzle head D is how Fig. 1 shows of particular importance to the invention. In Fig. 3 is a schematic Method described to generate suitable gas flows G1-G5 for a corresponding nozzle head to manufacture. This process and the facility that enables this process are essential parts of the present invention.

Ausgegangen wird von einem Trägergas, meist Sauerstoff °2 in gereinigter Form.Dieses Trägergas wird mit einem Durchflußregler 0 SO geregelt in ein Gasrohrsystem eingespeist.The starting point is a carrier gas, usually oxygen ° 2 in purified Form. This carrier gas is regulated with a flow regulator 0 SO in a gas pipe system fed in.

Diesem Gasrohrsystem entnehmen verschiedene Bubbelgefäße K1 bis K5 den Sauerstoff als Trägergas und beladen ihn mit unterschiedlichen Gasen, z.B. Siliciumtetrachlorid, Borbromid, Germaniumtetrachlorid, Phosphoroxichlorid, Antimonpentachlorid.Various bubbling vessels K1 to K5 are taken from this gas pipe system the oxygen as a carrier gas and load it with different gases, e.g. silicon tetrachloride, Boron bromide, germanium tetrachloride, phosphorus oxychloride, antimony pentachloride.

Das mit diesen Gasen beladene Trägergas wird in ein anderes Leitungssystem geführt, wobei jeweils ein Leitungssystem für eine Gasmischung aus einer Komponente, wie z.B. Siliciumtetrachlorid + Sauerstoff jeweils existiert. Aus diesen verschiedenen Rohrsystemen entnehmen Durchflußmengenregler S unterschiedliche Mengen an Gas. Wenn beispielsweise fünf Gasgemische G1 bis G5, wie in Fig. 3 beschrieben, zusammengemischt werden sollen unter Verwendung aller 5 Bubbelgefäße mit 5 verschiedenen Gaskomponenten außer dem Trägergas, dann nimmt für jede einzelne Gasmischung G1 oder G2 oder G3 oder G4 oder G5 jeweils ein Durchflußregler S aus dem jeweiligen Rohrsystem eine bestimmte Menge Gas und mischt sie den übrigen Gasmengen bei. So wird: beispielsweise die Gasmischung G1 zusammengesstellt durch den Durchflußregler S1 für die Sauerstoff-Siliciumtetrachlorid-Mischung aus dem Bubbelgefäß K1, den Durchflußregler S1², der seine Gasmenge aus dem vom Bubbelgefäß K2 gespeisten Rohrsystem entnimmt, den 3 Durchflußregler S1, der seine Gasanteile aus dem Rohrsystem entnimmt, welches aus dem Bubbelgefäß K3 gespeist wird usw.. Man erkennt, daß die untere Indexzahl die Ziffer des Gasstromes ist und die obere Indexzahl den Hinweis auf das Bubbelgefäß gibt.The carrier gas loaded with these gases is fed into another pipe system out, with a line system for a gas mixture from one component, such as silicon tetrachloride + oxygen each exists. From these different Pipe systems take the flow regulator S different amounts of gas. if for example five gas mixtures G1 to G5, as described in FIG. 3, mixed together should be made using all 5 bubbling vessels with 5 different gas components except for the carrier gas, then take G1 or G2 or G3 for each individual gas mixture or G4 or G5 each have a flow regulator S from the respective pipe system certain amount of gas and mixes it with the other amounts of gas. So becomes: for example the gas mixture G1 compiled by the flow regulator S1 for the oxygen-silicon tetrachloride mixture from the bubble vessel K1, the flow regulator S1², which takes its gas volume from the pipe system fed by the bubbling vessel K2, the 3 flow controller S1, which takes its gas components from the pipe system, which is fed from the bubbling vessel K3, etc. It can be seen that the lower index number is the number of the gas flow and the upper index number is the reference to the bubbling vessel gives.

Die Gesamtmenge dieser Gasmischung G1 wird zusätzlich durch weiteren Sauerstoff, der durch den Durchflußregler X1 definiert beigegeben wird, vergrößert.The total amount of this gas mixture G1 is additionally increased by further Oxygen, which is added in a defined manner by the flow controller X1, is increased.

Ebenso wie das Gasgemisch G1 mittels der Durchflußregler X1, S1¹, S1², S1³, S14 und S15 zusammengesetzt wird, wird das Gasgemisch G2 von den Durchflußreglern X2, S2, S2, S2, S24 und S25 zusammengestellt. Die Gasgemische G3, G4 und G 5 werden in der gleichen Art erstellt.Just like the gas mixture G1 by means of the flow controllers X1, S1¹, S1², S1³, S14 and S15 is put together, the gas mixture is G2 from the flow regulators X2, S2, S2, S2, S24 and S25 put together. The gas mixtures G3, G4 and G 5 become created in the same way.

Alle Durchfluß regler X und S werden in ihrem Programm durch ein Steuersystem gesteuert, welches aus einem Rechner PR, einer Bandstation BP und einem Display TE besteht.All flow regulators X and S are in their program by a control system controlled, which consists of a computer PR, a tape station BP and a display TE exists.

Neue Programme werden über die Tastatur des Displays in das System eingegeben; bewährte Programme können in der Bandstation BP gespeichert werden.New programs are entered into the system via the display keyboard entered; Proven programs can be saved in the tape station BP.

Durch die Rotation der Preform PF wird mit Hilfe des Düsenkopfes D ein konzentrisch gleichbleibender Niederschlag in der Konkavfläche PF erzeugt, der in den meisten Fällen glasiger Art ist.The rotation of the preform PF with the aid of the nozzle head D produces a concentrically constant deposit in the concave surface PF, which is glassy in nature in most cases.

Niedrige Betriebstemperaturen, kontrolliert über T, erlauben jedoch auch amorphen Niederschlag aus der Gasphase, ebenso wie die Niederschlageigenschaften durch die Menge an Uberschuß-Sauerstoff beeinflußt werden können.However, low operating temperatures, controlled by T, allow also amorphous precipitate from the gas phase, as well as the precipitation properties can be influenced by the amount of excess oxygen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit aus einem Düsenkopf von bestimmter Gestalt, aus einem Mechanismus zur Erzeugung der verschiedenen Gasströme, sowie aus einer stetig verschiebbaren Umhüllung für die wachsende Preform.The device according to the invention thus consists of a nozzle head of a certain shape, from a mechanism for generating the various gas flows, as well as a continuously movable cover for the growing preform.

In Figur 4 ist ein Düsenkopf D dargestellt, aus dessen ringförmigen Düsen Gasströme G1 bis G7 herausströmen. Diese Gasströme überlappen sich. In Fig. 5 schaut man aus Richtung Preform PF auf den Düsenkopf D mit den ringförmigen Düsenschlitzen K, die von Stabilisierungsrippen unterbrochen sind.In Figure 4, a nozzle head D is shown, from its ring-shaped Nozzles gas streams G1 to G7 flow out. These gas flows overlap. In Fig. 5 one looks from the direction of the preform PF onto the nozzle head D with the annular nozzle slots K, which are interrupted by stabilizing ribs.

Eine bevorzugte Ausführung des Düsenkopfes ist aus Kieselglas.A preferred embodiment of the nozzle head is made of silica glass.

Fig. 6 zeigt das Brechungsindexprofil, das mit einem Düsenkopf gemäß Fig. 4 und Fig. 5 erhalten werden kann.FIG. 6 shows the refractive index profile obtained with a nozzle head according to FIG Figures 4 and 5 can be obtained.

Jeweils ein kreisförmiger Düsenring wird mit einer Gasmischung G1 bis G7 beschickt. Das zentrale Loch läßt dem Gasstrom G7 entweichen. Die ringförmige Überlappung der Gasströme, gekennzeichnet durch die Winkel Ck1 1 bis li7, ist in Fig. 4 gut zu erkennen. X 1 ist dabei der Austrittswinkel des Gasstromes G1, d7 7 ist dabei der Austrittswinkel des Gasstromes G7. Die Konkavfläche PO der Preform PF ist dabei die Niederschlagsfläche für das Material, welches durch die Oxidation des Gasgemisches unter Temperatureinfluß erzeugt wird.In each case a circular nozzle ring is filled with a gas mixture G1 loaded up to G7. The central hole allows the gas flow G7 to escape. The ring-shaped Overlap of the gas flows, characterized by the angles Ck1 1 to li7, is in Fig. 4 can be seen clearly. X 1 is the exit angle of the gas flow G1, d7 7 is the exit angle of the gas flow G7. The concave surface PO of the preform PF is the precipitation area for the material, which is due to the oxidation the gas mixture is generated under the influence of temperature.

Mit einem Düsenkopf, welcher z.B. wie in Figur 4, für sieben verschiedene Gasströme geeignet ist, erhält man eine Exponentialkurve des Brechungsindex im auf der Oberfläche der Preform niedergeschlagenen Glas unter Verwendung der nachstehenden Gasgemische, ausgedrückt in Oxidmaterial ohne Trägergasanteil.With a nozzle head, which e.g. as in Figure 4, for seven different Gas flows are suitable, an exponential curve of the refractive index is obtained the surface of the preform deposited glass using the below Gas mixtures, expressed in oxide material without a carrier gas component.

Trägergas ist Sauerstoff, die Temperatur ist 18150C. Gasgemisch Gewichts-% Oxid Brechungs-| in@ SiO2 B2O3 Sb2O3 P2O5 GeO2 nd G1 94,9 5,0 0,1 - - 1,450 G2 89,9 5,0 0,1 1,0 4,0 1,453 G3 83,65 5,0 0,1 2,25 9,0 1,456 G4 79,28 5,0 | 0,1 3,12 12,5 1,460 G5 | 76,15 | 5,0 | 0,1 | 3,75 | 15,0 | 1,462 G6 73,65 5,0 0,1 4,25 17,0 1,464 G7 72,4 5,0 0,1 4,50 0 | 18,0 1,465 Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Abstützung der wachsenden und nach unten abgezogenen Preforin.Carrier gas is oxygen, the temperature is 18150C. Gas mixture% by weight Oxide refractive | in@ SiO2 B2O3 Sb2O3 P2O5 GeO2 nd G1 94.9 5.0 0.1 - - 1.450 G2 89.9 5.0 0.1 1.0 4.0 1.453 G3 83.65 5.0 0.1 2.25 9.0 1.456 G4 79.28 5.0 | 0.1 3.12 12.5 1.460 G5 | 76.15 | 5.0 | 0.1 | 3.75 | 15.0 | 1.462 G6 73.65 5.0 0.1 4.25 17.0 1.464 G7 72.4 5.0 0.1 4.50 0 | 18.0 1.465 An essential feature of the invention is the support of the growing and downwardly withdrawn preforin.

Diese Abstützung wird erfindungsgemäß erreicht mittels halbkreisförmiger Ringe Q, die in geeigneter Höhe um den Düsenkopf D kreisförmig aufeinandergesetzt werden. Diese Ringe Q bestehen vorzugsweise aus Quarzglas. Da derNiederschlag auch an diesen Ringen anwächst, bilden diese Ringe später selbst einen Teil der Preform.This support is achieved according to the invention by means of semicircular Rings Q, which are placed on top of each other in a circle around the nozzle head D at a suitable height will. These rings Q are preferably made of quartz glass. Since the precipitation too grows on these rings, these rings later themselves form part of the preform.

Eine vereinfachte Form des Düsenkopfes D ist in Figur 7 dargestellt mit kreisförmigen Austrittsöffnungen K für vier verschiedene Gasströme G1 bis G4. Mit dieser Anordnung lassen sich vor allem Störungen vermeiden, die durch Verstopfung der feinen Düsenschlitze gemäß Figur 4 auftreten können, jedoch nicht auftreten müssen.A simplified form of the nozzle head D is shown in FIG with circular outlet openings K for four different gas flows G1 to G4. Above all, this arrangement can avoid disturbances caused by clogging of the fine nozzle slots according to FIG. 4 can occur, but do not occur have to.

Besondere Bedeutung hat für einen reibungslosen Ablauf der Preformdarstellung und damit auch für ihre spätere Qualität in Bezug auf die Gleichmäßigkeit des Brechungsindexprofils der relative Abstand des Düsenkopfes D von der Konkavfläche PO. Der Abstand wird dabei bestimmt durch die Abmessungsverhältnisse von PF und D, den Temperaturbedingungen, der Materialbeschaffenheit von D, der Mengenverteilung der Gasströme G1 bis Gx, der Form und Größe und Anordnung der Austrittsöffnungen K. Es wurde gefunden, daß ein Mindestabstand von D zu PO von einem Zehntel des Durchmessers der Preform PF recht gute Preformqualitäten in genügender Ausbeute pro Zeiteinheit ergibt. Geringere Abstände ergeben zwar bessere Profilqualität, wenn mehr Austrittsöffnungen Verwendung finden, doch verlangsamt sich der Brechungsindex beträchtlich, wenn man weniger Abstand als 1/20 vom Durchmesser der Preform PF benutzt. Eine Vergrößerung des Abstandes von D zu PO erlaubt demgegenüber höhere Niederschlagsraten: es kommt jedoch zu stärkerer wechselseitiger Beeinflussung der verschiedenen Gasströme G1 bis Gx, so daß sich die Profilqualität des Brechungsindex verschlechtert. Mit Abständen größer als dem doppelten Preformdurchmesser erhält man Preformen, welche deutliche Störungen des Brechungsindexpxfiles zeigen; das Profil läßt sich nicht mehr durch eine einzige ExponentialkurVe beschreiben. It is of particular importance for the preform presentation to run smoothly and thus also for their later quality in terms of the uniformity of the refractive index profile the relative distance of the nozzle head D from the concave surface PO. The distance will determined by the dimensional relationships of PF and D, the temperature conditions, the material properties of D, the quantity distribution of the gas flows G1 to Gx, the shape and size and arrangement of the outlet openings K. It has been found that a minimum distance from D to PO of one tenth of the diameter of the preform PF results in very good preform qualities in sufficient yield per unit of time. Lesser ones Distances result in better profile quality if more outlet openings are used find, but the refractive index slows down considerably if you do less Distance used as 1/20 of the diameter of the preform PF. An increase in the distance From D to PO, on the other hand, allows higher precipitation rates: however, it comes to stronger mutual influencing of the various gas flows G1 to Gx, so that the profile quality of the refractive index deteriorates. With distances greater than that double With a preform diameter, preforms are obtained which clearly disrupt the refraction index file demonstrate; the profile can no longer be described by a single exponential curve.

Mit einem Düsenkopf gemäß Figur 1 wurde z.B. bei einem Abstand PO zu D von 26 cm eine Preformdicke von 22 cm erreicht, die noch zusätzlich von 4 mm dicken Quarzring-Halbschalen Q umgeben war Die Aufwachsgeschwindigkeit betrug 8 ßm pro Minute, die Temperatur zwischen PO und D lag zwischen 1800 und 18400C.With a nozzle head according to Figure 1, for example, at a distance PO to a diameter of 26 cm a preform thickness of 22 cm is achieved, which is an additional 4 mm thick quartz ring half-shells Q. The growth rate was 8 ßm per minute, the temperature between PO and D was between 1800 and 18400C.

Das annähernd parabelförmige Brechzahlprofil konnte über mehr als 56 h aufrechterhalten werden.The approximately parabolic refractive index profile could be over more than 56 h can be maintained.

Die Preform wurde direkt im Anschluß daran ausgezogen.The preform was pulled out immediately afterwards.

Die daraus resultierende Faser hatte zu Beginn Verluste von 12 dB/kmE gegen Ende 8 dB/km (bei 860 nm). Erste Prüfungen solcher Fasern zeigen, daß mindestens eine Übertragunshandbreite von 200 NHz zu erreichen ist.The resulting fiber initially had losses of 12 dB / kmE towards the end 8 dB / km (at 860 nm). Initial tests of such fibers show that at least a transmission range of 200 NHz can be achieved.

Zur Gaserzeugung könnten z.B. die bekannten Gasmischungen verwendet werden, die vom Hochtemperaturverfahren zur Herstellung kurzer, dünner Preformen bekannt sind.The known gas mixtures, for example, could be used to generate gas that are used by the high-temperature process to produce short, thin preforms are known.

Die fertigen rotationsrunden Preformen zeichnen sich durch folgenden Aufbau aus: sie besitzen einen relativ dünnen Kieselglasmantel, gebildet aus den vorherigen, zu ganzen Kreisformen zusammengestellten Halbschalen. Das Innere bildet das glasige Abscheidungsprodukt PF mit dem zur Achse ansteigenden Brechungsindex. Dieses Innere ist an jedem Ort ein Mehrkomponentenglas, gebildet aus wahlweise den Oxiden Si02, B203, Ge02, Ti02 , Sb203, P205. Die Länge der Preform ist prinzipiell unbegrenzt.The finished rotationally round preforms are characterized by the following Made up of: they have a relatively thin silica glass cladding, formed from the previous half-shells put together to form complete circular shapes. The interior forms the vitreous deposition product PF with the refractive index increasing towards the axis. This interior is a multi-component glass at each location, optionally formed from the Oxides Si02, B203, Ge02, Ti02, Sb203, P205. The length of the preform is fundamental unlimited.

Die Preform, die kontinuierlich nach unten abgezogen werden kann, wird durch geeignete Vorrichtungen abgebrochen und in einer Faserziehanlage zur Faser ausgezogen. Man kann ebensogut von Zeit zu Zeitz je nach der Aufwachsgeschwindigkeit, auch die nach unten abgezogene Preform mit einem Laserstrahl abtrennen und zum Ziehen weiterverwenden. Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Preform nicht abzutrennen, sondern direkt in den Faserziehofen einmünden zu lassen und die Faserziehgeschwindigkeit der Preformherstellgeschwindigkeit anzupassen.The preform, which can be continuously withdrawn downwards, is broken off by suitable devices and used in a fiber drawing system Fiber drawn out. One can just as well from time to time, depending on the growth rate, also cut off the preform pulled down with a laser beam and for pulling continue to use. A particularly favorable embodiment of the invention consists in not to separate the preform, but to flow directly into the fiber drawing furnace and adjust the fiber drawing speed to the preform manufacturing speed.

In den nachstehenden Ausfürhungsbeispiel wird die Erzeugung von fünf Gas strömen in der in der Zeichnung dargestellten Apparatur erläutert.In the following exemplary embodiment, the generation of five Gas flow explained in the apparatus shown in the drawing.

Ausführungsbeispiel: Es werden als Ausgangsmaterialien in flüssiger Form verwendet: K 1 als SiC14 in Optiput-Qualität (Fa. Merck, Darmstadt); K 2 als GeCl4 in 4 x 9-Qualität (Fa. Preußag, Goslar); K 3 als POS13 in Optipur-Qualität (Fa. Merck, Darmstadt); K 4 als SbC15 in 5 x 9-Qualität (Fa. Preußag, Goslar); K 5 als BBr3 in Optipur-Qualität (Fa. Merck, Darmstadt).Embodiment: There are used as starting materials in liquid Form used: K 1 as SiC14 in Optiput quality (Merck, Darmstadt); K 2 as GeCl4 in 4 × 9 quality (Preussag, Goslar); K 3 as POS13 in Optipur quality (Merck, Darmstadt); K 4 as SbC15 in 5 × 9 quality (Preussag, Goslar); K 5 as BBr3 in Optipur quality (Merck, Darmstadt).

Als 02 wird 4 x 9-Qualität aus Stahlflaschen benutzt. Aus diesen Grundkomponenten werden mit Hilfe der in BP gespeicherten Rezeptur über den Rechner PR unter Nutzung der Anzeigemöglichkeit TE die Gasströme G 1 bis G 5 wie folgt erzeugt: die Durchflußregeleinheit S1 sorgt für einen kontinuierlichen Gasstrom von 3 Ltr./min 02, von dem jeder Durchflußregler S1 bis 1 5 seinen Anteil entnimmt für die Trägergasmenge, wobei die Durchflußregler X1 bis X5 den jeweiligen Gasstrom G1 bis G5 auf eine Gesamt-02-Menge von 600 ml/min auffüllen.4 x 9 quality from steel bottles is used as 02. For these basic components are used with the help of the recipe stored in BP via the computer PR the display option TE generates the gas flows G 1 to G 5 as follows: the flow control unit S1 ensures a continuous gas flow of 3 l / min 02, of which each flow regulator S1 to 1 5 takes its share for the amount of carrier gas, the flow regulator X1 to X5 the respective gas stream G1 to G5 to a total O2 amount of 600 ml / min fill up.

Der Gasstrom G1 wird so verschnitten, daß er aus 170 ml 02, gesättigt mit SiCl4 via S1¹, 1, aus 14,5 ml O2, gesättigt mit BBr3 via S3¹, aus 3,2 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S41, aus 3,2 ml O2' gesättigt mit POCL3 via 1 und aus 10 ml °2' gesättigt mit GeCl4 via S2¹, sowie 399,1 Exzess-O2 via Durchflußmesser X1 besteht, Der Gasstrom G2 wird so gemischt, daß er aus 170 ml O2, gesättigt mit SiCl4 via S1², aus 10,5 ml O2, gesättigt mit BBr3 via S5², aus 5,7 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S4², aus 6,3 ml O2, gesättigt mit POCl3, aus 42,5 ml O2, gesättigt mit GeCl4 via S2², sowie 365,0 ml Exzess-O2 via X2 besteht.The gas stream G1 is blended so that it is saturated from 170 ml O2 with SiCl4 via S1¹, 1, from 14.5 ml O2, saturated with BBr3 via S3¹, from 3.2 ml O2, saturated with SbCl5 via S41, from 3.2 ml O2 'saturated with POCL3 via 1 and from 10 ml ° 2 'saturated with GeCl4 via S2¹, and 399.1 excess O2 via flow meter X1 The gas stream G2 is mixed in such a way that it consists of 170 ml of O2, saturated with SiCl4 via S1², from 10.5 ml O2, saturated with BBr3 via S5², from 5.7 ml O2, saturated with SbCl5 via S4², from 6.3 ml of O2, saturated with POCl3, from 42.5 ml of O2, saturated with GeCl4 via S2², as well as 365.0 ml excess O2 via X2.

Der Gasstrom G3 wird so gemischt, daß er aus 170 ml 021 ge-3 sättigt mit SiCl4 via S1³, aus 6,5 ml O2, gesättigt mit BBr3 via S5³, aus 9,1 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S4³, aus 10,0 ml O2, gesättigt mit POCl3 via S3³, aus 61,0 ml O, gesättigt mit 3 GeCl4 via S2, sowie 343,4 ml Exzess-02 via X3 besteht.The gas stream G3 is mixed in such a way that it is saturated from 170 ml of 021 with SiCl4 via S1³, from 6.5 ml O2, saturated with BBr3 via S5³, from 9.1 ml O2, saturated with SbCl5 via S4³, from 10.0 ml O2, saturated with POCl3 via S3³, from 61.0 ml O, saturated with 3 GeCl4 via S2 and 343.4 ml excess 02 via X3.

Der Gasstrom G4 wird so gemischt, daß er aus 170 ml O2' gesättigt mit SiCl4 via S14, aus 4,2 ml O2, gesättigt mit BBr3 via S54, aus 12,2 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S44, aus 13,4 ml O2, gesättigt mit POCl3 via S34, aus 93,0 ml O2, gesättigt mit GeCl4 via S24, sowie 307,2 ml Exzess-O2 via X4 besteht.The gas stream G4 is mixed in such a way that it is saturated with 170 ml of O2 ' with SiCl4 via S14, from 4.2 ml O2, saturated with BBr3 via S54, from 12.2 ml O2, saturated with SbCl5 via S44, from 13.4 ml O2, saturated with POCl3 via S34, from 93.0 ml O2, saturated with GeCl4 via S24, as well as 307.2 ml excess O2 via X4.

Der Gasstrom G5 wird so gemischt, daß er aus 170 ml O2, gesättigt mit SiCl4 via S15, aus 2,5 ml O2, gesättigt mit BBr3 via S55, aus 16,0 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S45, aus 15,4 ml O2, gesättigt mit POCl3 via S35, aus 126,0 ml O2, gesättigt mit 5 GeCl4 via S2, sowie 272,1 ml Exzess-02 via X5 besteht.The gas stream G5 is mixed so that it is saturated with 170 ml of O2 with SiCl4 via S15, from 2.5 ml O2, saturated with BBr3 via S55, from 16.0 ml O2 with SbCl5 via S45, from 15.4 ml O2, saturated with POCl3 via S35, from 126.0 ml O2, saturated with 5 GeCl4 via S2, as well as 272.1 ml excess 02 via X5.

Diese fünf Gas ströme strömen durch den Düsenkopf D aus Quarz (Fig. 1) und treten aus den Austrittsöffnungen K in den Raum zwischen PO und D, der 1830 + 50C heiß ist, aus. Dort und/oder spätestens auf der konkaven Fläche PO oxidieren die Halogenide und werden kontinuierlich auf der Fläche PO mit einer Aufwachsgeschwindigkeit von 60 ßm/min glasig niedergeschlagen. Der Durchmesser von PF betrug bei diesem Versuch 22,5 cm, der Abstand PO nach D auf der Achse betrug 26,0 cm . Die Quarzringe (Halbringe) hatten einen Innendurchmesser von 22,5 cm, eine Wandstärke von 4 mm und eine Höhe von 20 mm. A rotierte mit 40 Upm. Der Versuch lief über eine Gesamtdauer von 480 h und ergab eine 170 cm lange Preform.These five gas streams flow through the nozzle head D made of quartz (Fig. 1) and emerge from the outlet openings K into the space between PO and D, the 1830 + 50C is hot. There and / or at the latest on the concave Surface PO oxidize the halides and are continuously on the surface PO with A growth rate of 60 μm / min was deposited glassy. The diameter from PF in this experiment was 22.5 cm, the distance PO to D on the axis 26.0 cm. The quartz rings (half rings) had an inner diameter of 22.5 cm, a wall thickness of 4 mm and a height of 20 mm. A rotated at 40 rpm. The attempt ran for a total of 480 hours and resulted in a 170 cm long preform.

Nach Ausziehen der Preform zu Fasern mit 100 ßm Dicke lagen die optischen Verluste im Durchschnitt bei 4,5 dB/km bei einer Meßwellenlänge von 853 nm; der höchste Verlust lag bei 6,7 dB/km, der niedrigste bei 2,7 dB/km; die Impulsverbreiterung lag zwischen 0,9 ns/km und 2,7 ns/km.After the preform had been pulled out into fibers with a thickness of 100 μm, the optical fibers were in place Losses on average at 4.5 dB / km at a measurement wavelength of 853 nm; the the highest loss was 6.7 dB / km, the lowest 2.7 dB / km; the momentum broadening was between 0.9 ns / km and 2.7 ns / km.

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Claims (8)

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Preformen für Nachrichtenfasern mit Gradientenprofil des Brechungsindexes im lichtführenden Kern Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen einer Preform mit Brechwertgradienten, die nacht Ausziehen zur Faser für Nachrichtenübertragung geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine endlose Preform kontinuierlich hergestellt wird, indem aus einem Düsenkopf mit n Austrittsöffnungen n Gas ströme auf ein wachsendes Preformende mit konkaver Oberfläche derart aufgesprüht werden, daß sich die Sprühkegel mindestens teilweise überlappen, wobei die Gasströme oxidiert werden und konzentrisch zur Achse der Preform auf deren konkaven Preformende aufwachsen, und wobei die Preform und/oder der Düsenkopf rotiert werden und die Preform kontinuierlich nach unten abgezogen wird. Method and device for the continuous production of preforms for communication fibers with a gradient profile of the refractive index in the light-guiding Core claims: 1. Method for producing a preform with a refractive index gradient, the night taking off to the fiber is suitable for message transmission, characterized that an endless preform is continuously produced by coming out of a nozzle head with n outlet openings n gas flows onto a growing preform end with a concave Surface are sprayed on in such a way that the spray cone is at least partially overlap, the gas streams being oxidized and concentric to the axis of the preform grow on the concave end of the preform, and the preform and / or the nozzle head are rotated and the preform is continuously withdrawn downwards. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sprühkegel derart überlappen, daß auf der Niederschlagsfläche der (zur Preformachse liegende) Innenrand des äußersten Kegels gerade noch den von der Preformachse abgewandten Außentand des übernächsten Kegels berührt usf..2. The method according to claim 1, characterized in that the The spray cones overlap in such a way that the (to the preform axis lying) inner edge of the outermost cone just facing away from the preform axis The outer edge of the next but one cone touches, etc. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf in einem Abstand zu der Preformoberfläche gehalten wird, die etwa 1 bis 10 des Preformdurchmessers be-20 10 trägt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the The nozzle head is kept at a distance from the preform surface that is about 1 to 10 of the preform diameter be-20 10 carries. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als drei Gasströme verwendet werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that more than three gas streams are used. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus a) einer Anlage zur Erzeugung von n unterschiedlichen Gasströmen, die sich untereinander in ihrem Gehalt an oxidierbaren Metallverbindungen unterscheiden, b) einem Düsenkopf, aus welchem diese n Gasströme in zur Preformachse zueinander konzentrischen Strömen austreten, c) einem Preformende mit konkaver Endoberfläche, auf welchem sich die in den Gas strömen oxidierten Metallverbindungen in Form konzentrischer Ringe abscheiden, und d) einer Umhüllung für diese Preform, welche aus einer Vielzahl von übereinandergesetzten Ringen besteht.5. Device for performing the method according to the claims 1 to 4, consisting of a) a system for generating n different gas streams, which differ from one another in their content of oxidizable metal compounds, b) a nozzle head, from which these n gas flows in relation to the preform axis concentric streams emerge, c) a preform end with a concave end surface, on which the oxidized metal compounds flow in the gas in the form of concentric Separate rings, and d) a casing for this preform, which consists of a large number consists of superimposed rings. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen an dem Düsenkopf konzentrisch um die Düsenkopfachse angeordnete Schlitze sind.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the gas outlet openings slots are arranged on the nozzle head concentrically around the nozzle head axis. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen kreisrunde Öffnungen und symmetrisch auf der Düsenkopfoberfläche angeordnet sind.7. Apparatus according to claim 5, characterized in that the gas outlet openings circular openings and are arranged symmetrically on the nozzle head surface. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese übereinandergesetzten Ringe aus Quarzglas bestehen.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that that these superimposed rings are made of quartz glass.
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