DE3527017A1

DE3527017A1 - Verfahren zur herstellung von glasfaser-lichtwellenleitern mit kollabieren eines rohrfoermigen glaskoerpers zu einer stabfoermigen vorform

Info

Publication number: DE3527017A1
Application number: DE19853527017
Authority: DE
Inventors: Francis Irving Akers; Daniel Gibson Roanoke Va. Fletcher; Philip Edward Foster; Kamran Karbassiyoon
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1985-07-27
Publication date: 1986-02-13
Anticipated expiration: 2005-07-28
Also published as: US4632684A; DE3527017C2

Description

K.Karbassi yoon 1-1-4-1 ι.

Verfahren zur Herstellung von Glasfaser-Lichtwellenleitern mit Kollabieren eines rohrförmigen Glaskörpers zu einer

stabförmigen Vorform

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE-AS 27 41 854. Bei diesem Verfahren der Vorformherstellung werden oder gas- oder dampfförmige Ausgangsstoffe in ein Substratrohr eingeleitet und unter Wärmeeinwirkung lokal erhitzt und so eine oder mehrere Glasschichten mit

meistens unterschiedlicher Zusammensetzung auf der Innenwand des Substrat roh res abgeschieden. Nach der Abscheidung wird der dabei entstandene Glaskörper, der immer noch
rohrförmig ist, in eine stabförmige Vorform kollabiert,
aus der der Glasfaser-Lichtwellenleiter gezogen werden

kann.

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Die Maßnahme, während des Kollabierens einen überdruck im Innern des rohrförmigen Glaskörpers aufrechtzuerhalten dient dazu, die Rundheit, des rohrförmigen Glaskörpers während des KoI labierens, was üblicherweise in mehreren Durchgängen und Kollabierschritten erfolgt, beizubehalten. Bei dem eingangs angegebenen bekannten Verfahren wird dies auf statische Weise erreicht, indem der rohrförmige Glaskörper an einer Stelle verschlossen wird und am offenen Ende ein Gas bei dem gewünschten über dem Umgebungsdruck liegenden Druck eingeleitet wird, so daß dieser erwünschte Druck im gesamten Rohrinnenraum herrscht.

Erfahrungen mit diesem Verfahren haben jedoch gezeigt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Außendruck und dem Innendruck des rohrförmigen Glaskörpers während des Kollabierens Schwankungen unterworfen ist, die Unregelmäßigkeiten in den Kollabierprozess einbringen. Hinzu kommt die bekannte Schwierigkeit, daß bei den relativ hohen Temperaturen, die für das Kollabieren notwendig sind, ein erheblicher Anteil von Dotiermitteln, wie z. B. Germanium aus der innersten Schicht des rohrförmigen Glaskörpers verdampft, so daß die optischen Eigenschaften des Glaskörpers stark verändert werden. Durch diese Verdampfung entsteht im Brechungsindexverlauf des Kerns der Vorform und damit auch in der daraus gezogenen Faser ein sogenannter "Dip" wenn nicht die betroffenen Schichten durch Abätzen unmittelbar vor dem letzten Kollabierschritt entfernt werden. Das Abätzen von Schichten ist ein zeitraubender Verfahrensschritt, so daß er nur bei der Herstellung von Vorformen für Glasfasern mit sehr hoher Qualität angewendet wird.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das hinsichtlich des KoLLabierens die NachteiLe des bekannten Verfahrens nicht mehr aufwei st.

Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben geLöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematisehe Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens des Kollabierens von rohrförmigen Glaskörpern in stabförmige Vorformen. Die Vorrichtung zeigt einen rohrförmigen Glaskörper 2, der in einem Halter oder einem Spannfutter 3 befestigt ist, das in einer feststehenden Haltevorrichtung 4 relativ zu dieser drehbar gelagert ist. Das Ende des rohrförmigen Glaskörpers 2, das vom Spannfutter 3 entfernt ist, mündet in ein Abgasrohr 5, das wiederum drehbar gelagert ist, mit Hilfe einer drehbaren Rohrverbindung 6 bekannter Konstruktion in einer feststehenden Haltevorrichtung 7. Während des KolLabierens dreht das Spannfutter den rohrförmigen Glaskörper 2 zusammen mit dem Abgasrohr 5 um die Achse des rohrförmigen Glaskörpers 2, und die drehbare Rohrverbindung 6 sorgt für eine im wesentlichen leckfreie Verbindung zwischen dem Innenraum des Abgasrohres 5 und dem Innenraum der Haltevor ri c htung 7.

Eine WärmequeLle 8, z. 8. ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner, ist so an der Vorrichtung befestigt, daß er in den durch den Doppelpfeil angezeigten Richtungen entlang dem rohrförmigen Glaskörper 2 im wesentlichen

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zwischen dem Spannfutter 3 und der Einmündungsstelle des rohrförmigen Glaskörpers 2 in das Abgasrohr 5 verschiebbar ist.

Durch ein Einlaßrohr 9 wird ein Gas bei einem vorbestimmten über dem Umgebungsdruck liegenden Druck in das Innere des rohrförmigen Glaskörpers 2 eingeleitet, während das Rohr kollabiert, genauer gesagt während wenigstens eines, aber vorzugsweise während aller außer dem letzten, der Kollabierschritte. Das Kollabieren wird wie vielfach bekannt durch Wirkung der von der Wärmequelle 8 erzeugten Hitze verursacht. In bekannter Weise wird die Wärmequelle 8 entlang dem rohrförmigen Glaskörper 2 verschoben während jedes der Kollabierschritte oder Durchgänge, so daß bei jedem Durchgang oder Kollabierschritt der innere und der äußere Durchmesser des rohrförmigen Glaskörpers 2 sich schrittweise verringert, bis die in dem rohrförmigen Glaskörper 2 vorhandene öffnung während des letzten Kollabierschrittes vollständig verschwindet und der rohrförmige Glaskörper 2 in einen massiven Stab, in anderen Worten in eine stabförmige Vorform, überführt ist,

Soweit bisher beschrieben ist die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung eine bekannte und häufig angewendete Vorrichtung, die daher keiner näheren Erläuterung bedarf. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß die Haltevorrichtung 7 hohl ist und ein hohles Anschlußteil 10 aufweist. An dieses Anschlußteil 10 ist mittels eines Verbinders 11 irgendeiner bekannten Bauart ein Rohr 12 angeschlossen, das wie gezeigt, ein flexibler Schlauch sein kann. Der im Innern des hohlen Anschlußteils 10 herrschende Druck wird auf ein Rohr 13 übertragen, das wie gezeigt, zwei Abzweige 14 und 15 hat. Der Abzweig 14 führt zu einem Druckan-

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zeiger 16 bekannter Konstruktion. Auf der andern Seite führt der Abzweig 15 zu einem Drucksensor 17, der auch eine Einlaßöffnung 18 hat, durch die der Umgebungsdruck in das Innere des Drucksensors 17 übertragen wird.

Der Drucksensor 17 ist ebenfalls von bekannter Bauart und wird daher nicht näher erläutert. Er dient dazu, den über den Rohrabzweig 15 zu ihm übertragenen Druck mit dem von der Einlaßöffnung übertragenen Umgebungsdruck zu vergleichen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das das Ergebnis dieses Vergleichs der beiden Drücke, vorzugsweise ihre Differenz, darstellt. Um Wärmeeinflüße auf das elektrische Ausgangssignal auszuschließen, ist der Drucksensor 17 auf einer Grundplatte 19 befestigt.

Das elektrische Ausgangssignal des Drucksensors 17 wird über eine elektrische Verbindungsleitung 20 einem elektronischen Monometer 21 zugeführt. Dieses erzeugt ein Ausgangssignal, das über eine elektrische Leitung 22 einem Sollwertgeber 23 zugeführt wird.

Das vom Verbinder 11 abgewandte Ende des flexiblen Schlauchs 12 ist mit einem Anschluß verbunden, der mit dem Inneren eines DruckausqLeichszyIinders 24 in Verbindung steht. Das Innere dieses Zylinders 24 ist durch eine Wand 25 in zwei Kammern 26 und 27 geteilt.

Die Kammern 26 und 27 sind begrenzt miteinander verbunden über einen Durchgangsbegrenzer 28, dessen Durchgangsöffnung einen vorgegebenen Querschnitt hat. Eine Auslaßöffnung verbindet die Kammern 27 mit einem Auslaßrohr 30, das zu einem Auslaßventil 31 führt. Dieses Ventil steuert den Durchfluß durch das Auslaßrohr und den Auslaß des in dem

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Rohr 30 vorhandenen Gases in die Umgebung. Das Ventil 31 ist vorzugsweise als D rosseLventiL konstruiert. Ein Ein-Laßrohr 32, in das ein einsteLLbares Ventil 33 eingebaut ist, steht mit der Kammer 26 des Druckausgleichszylinders 24 in Verbindung.

Ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, wird in das Einlaßrohr 32 eingeleitet. Eine elektrische Leitung 34 verbindet einen Ausgang des Sollwertgebers 23 mit dem einstellbaren Ventil 33. Das Ventil 33 wird abhängig vom von der Leitung 34 empfangenen Signal eingestellt und dadurch der Fluß des Inertgases durch das Einlaßrohr in die Kammer 26 gesteuert.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung beschrieben. Während des Kollabierens wird ein Gas bei vorgegebenen Druck in das Innere des rohrförmigen Glaskörpers 2 durch das Einlaßrohr 9 eingeleitet. Gleichzeitig wird das Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, in die Kammer 26 des Druckausgleichszylinders 24 eingeleitet. Abhängig davon, wie weit das Ventil 33 offen ist, wird in der Kammer 26 ein Druck aufgebaut, und dieser Druckaufbau breitet sich durch den flexiblen Schlauch 12 und das rohrförmige Anschlußteil 10 der Haltevorrichtung 7 in das Innere des Abgasrohres 5 aus. Selbstverständlich wird ein Teil des Inhalts der Kammer 26 gleichzeitig durch den Druchgangsbegrenzer 28 in die Kammer 27 und von dort durch die Auslaßlüftung 29, das Auslaßrohr 30 und das Auslaßventil 31 in die Umgebung abgelassen. Trotzdem findet der Druckaufbau noch statt.

Der Drucksensor 17 stellt fest, wieweit dieser aufgebaute Druck über dem Umgebungsdruck liegt und gibt ein Ausgangs-

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signal über die Leitung 20 zum eLektronisehen Manometer und von dort über die Leitung 22 zum So LLwertgeber 23. Wenn dann der im rohrförmigen Anschlußteil 10 herrschende Druck von dem gewünschten Druck abweicht, gibt der SoIlwertgeber 23 ein Signal über die Leitung 34 zum Ventil 33, das dieses entweder mehr schließt oder mehr öffnet, abhängig davon, in welcher Richtung der Druck vom gewünschten Druck abweicht. Dabei wird die drosselnde Wirkung des Ventils 33 vergrößert, wenn der Druck nach oben vom gewünschten Druck abweicht. Gleichzeitig gibt der Druckanzeiger 16 eine visuelle Anzeige des im rohrförmigen Teil der Haltevorrichtung 7 vorhandenen Drucks und versetzt so die Bedienungsperson der Vorrichtung in die Lage, falls erforderlich, die am Sollwertgeber 23 voreingestellten Werte zu ände rn.

Es ist erwünscht, daß der Druckausgleichszylinder 24 als ein Pu I sierungsdämpfer wirkt, insofern, als zeitliche Fluktuationen in ihm aufgehoben werden. Andererseits werden Langzeittrends beim Druckaufbau durch den Drucksensor 17 festgestellt und dazu verwendet, die Einstellung des Durchlaßquerschnitts des Ventils 33 zu steuern. Es ist klar, daß der Druck im rohrförmigen Anschlußteil 10 immer geringer ist als der im Einlaßrohr 9 herrschende Druck, so daß ein Gasfluß vom Einlaßrohr 9 zum Abgasrohr 5 und von dort durch das Anschlußteil 10, den flexiblen Schlauch 12, die Kammer 26, den Durchgangsbegrenzer 28, die Kammer 27, die Auslaßöffnung 29, das Auslaßrohr 30 in die Umgebung während des Kollabierens aufrechterhalten wird.

Es wurde festgestellt, daß während des Kollabierens ge-0 wisse 0otie^rungsmittel wie zum Beispiel Germanium, Phosphor oder ähnliches leichter als das Grundmaterial SiIi-

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ziumdioxid aus dem rohrförmigen Glaskörper verdampfen. NormaLerweise ist die vor dem Kollabieren abgeschiedene innerste Schicht des rohrförmigen Glaskörpers 2 die am meisten dotierte Schicht, da sie die größte Abweichung des Brechungsindex vom Brechungsindex des undotierten Siliziumdioxids haben soll. Somit ergibt die Verdampfung eines solchen Dotierungsmittels aus dieser innersten Schicht eine Verschlechterung der gewünschten optischen Eigenschaften dieser Schicht und/oder mehrerer sich daran anschließender Schichten.

Um dieser Verschlechterung entgegenzuwirken, enthält das in den rohrförmigen Glaskörper 2 während des Kollabierens durch das Einlaßrohr 9 eingeleitete Gas Stoffe, die unter Hitzeeinwirkung das jeweilige Dotiermittel oder die jewei-Ligen Dotiermittel freisetzen. Dies bedeutet selbstverständlich, das während des Kollabierens ein Teil des Dotiermateria Is aus der innersten Schicht verdampft und mit dem durch das Innere des rohrförmigen Glaskörpers strömenden Gas abtransportiert wird, daß aber gleichzeitig in der durch die Wärmequelle 8 erzeugten Erhitzungszone im Gasstrom eine Ersatzmenge des Dotiermittels erzeugt wird, die sich auf der inneren Oberfläche des rohrförmigen Glaskörpers stromabwärts von der Erhitzungszone abscheidet. Somit wird die Verarmung der innersten Schicht an Dotiermitteln mindestens zum Teil kompensiert. In jedem Fall wird der Dotiermitte I verLust, der in den in radialer Richtung nach außen sich anschließenden Schichten auftritt und sich daraus ergibt, daß diese Dotiermittel in die innerste Schicht diffundieren und von dort verdampfen, minimal gehalten, wenn nicht sogar vollständig ausgeglichen.

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Gemäß der Erfindung wird die oben beschriebene Druckregelung vorzugsweise wahrend sämtlicher Durchgänge der Wärmequelle 8 angewendet, d. h. während aller Kollabierschritte, die den rohrförmigen Glaskörper 2 in eine Vo rform mit massivem Querschnitt überführen, außer beim letzten Kollabierschritt, bei dem die öffnung im ursprünglich rohrförmigen Glaskörper 2 verschwindet. Wegen des Verschwindens der öffnung im rohrförmigen Glaskörper mindestens an einer Stelle, beim letzten KoIlabierschritt, kann das Gas nicht mehr durch das Innere des rohrförmigen Glaskörpers 2 hindurchströmen, und daher würde die oben erwähnte Druckregelung keinen Sinn ergeben.

Der DruckausqleichszyIinder 24 regelt Kurzzeitfluktuationen des Drucks aus. Jedoch hat die Erfahrung gezeigt, daß dieser Druckausgleichszylinder 24 und die damit verbundenen Elemente in vielen Fällen auch weggelassen werden können, ohne daß der erwünschte Druckaufbau des Gegendrucks im Abgasrohr 5 sich verschlechtert. Das Einlaßrohr würde dann direkt in das Innere des rohrförmigen Anschlußteils 10 der Haltevorrichtung 7 führen und dort enden und an dieser Stelle einen Gegendruck aufbauen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß auch unter diesen Umständen eine ausreichende Regelung des Gegendrucks möglich ist.

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Claims

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK K.Karbassiyoon 1-1-4-1 Patentansp ruche

1. Verfahren zur Herstellung eines Glasfaser-Lichtwellenleiters, bei dem eine stabförmige Vorform hergestellt und der Glasfaser-Lichtwellenleiter aus dieser Vorform gezogen wird, wobei zur VorformhersteI lung ein rohrförmiger Glaskörper mit den gewünschten optischen Eigenschaften in mehreren Kollabierschritten zur stabförmigen Vorform kollabiert wird und während des Kollabierens ein Überdruck im rohrförmigen Glaskörper aufrechterhalten wird, dadurch gekennzei c h η e t, daß der rohrförmiger Glaskörper während mindestens eines der dem letzten, das Rohr verschließenden, Kollabierschritt vorausgehenden Kollabierschritte von einem Gas durchströmt wird, das auf einem vorbestimmten über dem Umgebungsdruck liegenden Druck gehalten wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während aller Kollabierschritte außer dem letzten, das Rohr verschließenden Kollabierschritt der rohrförmige Glaskörper von dem Gas durchströmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom so geregelt wird, daß die Differenz zwischen seinem vorgegebenen Druck und dem Umgebungsdruck während und zwischen den Kollabierschritten im wesentlichen konstant ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom so geregelt wird, daß die Differenz zwischen seinem vorgegebenen Druck und dem Umgebungsdruck im wesentlichen konstant ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom bei vorgegebenem, über dem Umgebungsdruck liegenden Druck an einem Ende des rohrförmigen Körpers in die Rohröffnung eingeleitet und vom anderen Ende in einen Gasbehälter eingeleitet wird und daß die Differenz zwischen dem an einer vorbestimmten Stelle des Gasbehälters herrschenden Druck und dem Umgebungsdruck festgestellt wird und zur Druckregelung ein Gas bei einem über dem atmosphärischen Druck liegenden Druck in einen Bereich eingeleitet wird, der stromabwärts von der vorgegebenen Stelle liegt, und die Einleitung dieses Gases in Abhängigkeit von der festgestellten Druckdifferenz gesteuert wird.

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6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch den rohrförmigen Glaskörper strömenden Gas ein gas- oder dampfförmiger Stoff zugesetzt wird, der unter Wärmeeinwirkung ein oder mehrere DotiermitteL abscheidet, derart, daß die während des Kollabi e rvorgangs stattfindende Verdampfung von DotiermitteLn aus der Innenwand des rohrförmigen Glaskörpers im wesentlichen kompensiert wird.

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