DE3731345A1

DE3731345A1 - Verfahren zur herstellung einer vorform fuer einen lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE3731345A1
Application number: DE19873731345
Authority: DE
Inventors: Peter Huber; Thomas Dr Rer Nat Ricker
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1987-09-18
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1989-03-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform für einen Lichtwellenleiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Herstellung einer Vorform nach dem sogenannten Innenbeschichtungsverfahren, z. B. dem MCVD-Verfahren ("modified chemical vapor deposition"), wird die Innenfläche eines Quarzglas-Trägerrohres mit einer oder mehreren dotier ten und/oder undotierten glasigen Quarzglasschichten be schichtet, welche dem Kern und/oder dem Mantel des herzu stellenden Quarzglas-Lichtwellenleiters entsprechen. Diese Innenbeschichtung erfolgt dadurch, daß an einer Seite des Trägerrohres ein glasbildendes Gasgemisch, z. B. SiCl₄ sowie O₂, in das Trägerrohr eingeleitet und derart erhitzt wird, z. B. auf eine Temperatur von ungefähr 1100°C, daß auf der Innenfläche die gewünschte Glasschicht abgeschieden wird. Es ist zweckmäßig, dabei die dafür benötigte Wärmequelle, z. B. eine Flamme oder einen elektrisch beheizten Ofen, entlang der Mantellinie des Trägerrohres zu bewegen. Das derart beschichtete Trägerrohr wird anschließend zu einem Stab, der sogenannten Vorform, kollabiert. Diese Vorform kann zu einem Quarzglas-Lichtwellenleiter ausgezogen werden.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die Eigenschaften der abgeschiedenen Quarzglasschichten unter anderem von der Abscheidungstemperatur abhängen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gat tungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß insbe sondere bei einer industriellen Massenfertigung eine zuver lässige sowie kostengünstige Herstellung einer Vorform möglich wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteran sprüchen entnehmbar.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es zweckmäßig ist, ein senkrecht angeordnetes Quarzglas-Trägerrohr, das nicht rotiert, zu verwenden. Denn dadurch entfallen die ansonsten erforderlichen drehbaren Dichtungen bei der Ein leitung der glasbildenden Gase. Diese drehbaren Dichtungen haben den Nachteil, daß bei Undichtigkeiten, die z. B. durch Verschleiß entstehen können, in unkontrollierbarer Weise störender Wasserdampf, z. B. aus der Luftfeuchte, in das Trägerrohr gelangt. Bei einem optisch dämpfungsarmen Quarz glas-Lichtwellenleiter sollte der Wasser(OH^--Ionen)-Gehalt jedoch im ppb-Bereich liegen ("parts per billion"). Derarti ge hochwertige Dichtungen sind in zuverlässiger sowie ko stengünstiger Weise lediglich für ein nichtrotierendes Trägerrohr herstellbar.

Da bei dem Abscheidungsvorgang der Quarzglasschichten hohe Temperaturen, z. B. 1100°C, sehr genau, z. B. ±10°C, eingehalten werden müssen, ist es insbesondere bei einer industriellen Massenproduktion vorteilhaft, für die Wärme quelle einen elektrisch direkt beheizten Ofen zu verwenden. Dieser enthält im wesentlichen ein das Trägerrohr umgebendes Graphitrohr, das durch direkten (Wechsel-)Stromdurchgang erhitzt wird, z. B. auf eine Maximaltemperatur von ungefähr 2000°C. Ein Verbrennen des Graphitrohres wird durch ausrei chendes Spülen mit einem Inertgas, vorzugsweise Argon, vermieden.

Die zum Spülen pro Zeiteinheit verbrauchte Edelgasmenge sollte aus Kostengründen möglichst klein sein. Es liegt nun nahe, das Graphitrohr zumindest an seinem oberen Ende gegen über dem Quarzglas-Trägerrohr abzudichten, z. B. mit Hilfe einer Lochblende, welche das Trägerrohr umgibt. Diese Loch blende sollte das Trägerrohr während des Beschichtungsvor ganges nicht berühren. Es hat sich nun jedoch herausge stellt, daß bei einem Trägerrohr mit einem Außendurchmesser von ungefähr 25 mm und einer Lochblende mit einem Durchmes ser von ungefähr 27 mm bereits Durchmesserschwankungen von 0,1 mm zu Quarzglas-Lichtwellenleitern mit zu stark schwan kenden Eigenschaften führen. Eine Verringerung der Durchmes serschwankungen ist jedoch insbesondere bei einer industri ellen Massenfertigung derzeit unwirtschaftlich. Es liegt nun weiterhin nahe, als Lochblende eine verstellbare Irisblende zu verwenden. Diese müßte dann mit Hilfe einer kosteninten siven Regelungsvorrichtung immer an den Durchmesser des Trägerrohres angepaßt werden, und zwar auch dann, wenn sich dessen Längsachse verbiegt, z. B. infolge von mechanischen Spannungen innerhalb des Trägerrohres. Eine solche Rege lungsvorrichtung ist derzeit unwirtschaftlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schemati sche Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer beispielhaften Beschichtungsvorrichtung.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt an der Stelle A-A′ der Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 befindet sich ein im wesentlichen senkrecht angeordnetes Quarzglas-Trägerrohr 1 mit einem Außendurchmes ser von ungefähr 25 mm sowie einer Wandstärke von ungefähr 3 mm im wesentlichen konzentrisch innerhalb eines Graphit rohres 2, das einen Innendurchmesser von ungefähr 32 mm, eine Länge von ungefähr 280 mm und an seinen Enden eine Wandstärke von ungefähr 20 mm besitzt. An beiden Enden sind ringförmige elektrische Kontakte 3 angebracht, die eine direkte (Widerstands-)Heizung des Graphitrohres auf eine maximale Temperatur von ungefähr 2000°C ermöglichen. Das Graphitrohr 2 besitzt in seinem Mittenbereich eine geänderte Wandstärke, z. B. eine parabolische Verdünnung (Fig. 1), so daß eine genaue Einstellung des gewünschten Temperaturprofi les des Ofens möglich wird. In den Zwischenraum 4 zwischen Trägerrohr 1 und Graphitrohr 2 wird nun ein Schutzgas, vorzugsweise Argon, eingeleitet, z. B. über ein an dem Graphitrohr 2 angebrachten Ansatzstutzen 5.

Das Graphitrohr 2 wird nun an seinen beiden Enden gegenüber dem Trägerrohr 1 abgedichtet durch jeweils eine Kombination aus zwei Lochblenden 6, 6′, vorzugsweise Irisblenden, die in Richtung der Längsachse 7 einen Abstand a von ungefähr 5 mm besitzen und die vorteilhafterweise zusätzlich senk recht zur Längsachse 7 verschiebbar angeordnet sind, z. B. zum Ausgleich von möglichen Exzentrizitäten. Zwischen dem Trägerrohr 1 und den Lochblenden 6, 6′ wird ein möglichst kleiner Abstand, z. B. 1 mm, eingestellt. Zur weiteren Abdichtung wird nun zwischen die Lochblenden 6, 6′ ein Schutzgas, z. B. ebenfalls Argon, geleitet, und zwar derart, daß dieses um das Trägerrohr 1 rotiert. Gemäß Fig. 2 ist dieses z. B. mit Hilfe von Gasdüsen 8 mit tangentialer Komponente möglich, durch welche das Schutzgas (Pfeile) in tangentialer Richtung um das Trägerrohr 1 geblasen wird. Es entsteht eine rotierende Gasdichtung, die einen derart hohen axialen Strömungswiderstand besitzt, daß ein Ausströmen des in dem Zwischenraum 4 befindlichen Schutzgas weitgehend vermieden wird. Durch eine derartige Gasdichtung werden auch ansonsten störende Konvektionsströmungen (Kamineffekt) innerhalb des Graphitrohres 2 vermieden.

Eine derart rotierende Gasdichtung paßt sich vorteilhafter weise an Durchmesserveränderungen, z. B. während des Kolla biervorganges, und/oder Exzentrizitäten des Trägerrohres 1 an. Dieser Anpassungsvorgang kann außerdem durch eine Steue rung und/oder Regelung der Zufuhr des Schutzgases, das durch die Gasdüsen 8 einströmt, unterstützt werden.

Außerdem ist es möglich, mindestens eine der Gasdüsen (Fig. 2) axial in Richtung Ofenmitte zu neigen. Dadurch wird eine fortlaufende Füllung des Zwischenraumes 4 mit Schutzgas erreicht, so daß der in Fig. 1 dargestellte Ansatzstutzen 5 entfallen kann.

Als Irisblenden ausgebildete Lochblenden 6, 6′ haben außer dem den Vorteil, daß deren Lochdurchmesser auch an große Durchmesseränderungen, z. B. während des Kollabiervorganges, anpaßbar sind. Ein Kollabiervorgang unmittelbar nach dem Beschichtungsvorgang hat den Vorteil, daß insbesondere ein Eindringen von Wasserdampf in den Innenraum des Trägerrohres 1 vermieden wird.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbei spiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, dem Schutzgas innerhalb der Lochblenden 6, 6′ einen geringen Anteil, z. B. 10%, an brennbarem Gas, z. B. sogenanntem Stadtgas, zuzumischen, so daß ein Eindringen von Luftsauerstoff in den Zwischenraum 4 durch einen Verbrennungsvorgang vermieden wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Vorform für einen Licht wellenleiter, bei welchem Verfahren

- auf der Innenseite eines Quarzglas-Trägerrohres (1) mehrere dotierte und/oder undotierte Quarzglasschichten abgeschieden werden,
- ein elektrisch beheizter Ofen, der entlang des Träger rohres bewegt wird, verwendet wird,
- der Ofen ein Graphitrohr (2) enthält, das elektrisch direkt beheizt wird,
- in den Zwischenraum (4) zwischen dem Graphitrohr (2) sowie dem Trägerrohr (1) ein Schutzgas eingeleitet wird und
- nach dem Abscheiden der Quarzglasschichten das Träger rohr zu einer stabförmigen Vorform kollabiert wird,

dadurch gekennzeichnet,

- daß das Schutzgas zumindest an einem Ende des Graphit rohres (2) in eine tangential rotierende Bewegung versetzt wird, derart, daß ein möglichst hoher axialer Strömungswiderstand entsteht, durch welchen ein Entwei chen des Schutzgases aus dem Zwischenraum (4) verrin gert wird und daß Konvektionsströme sowie Temperatur schwankungen verringert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Abscheiden der Quarzglasschichten in einem im wesentlichen senkrecht stehenden, nicht rotierenden Trägerrohr (1) erfolgt,
- daß zumindest oberhalb des Graphitrohres (2) mindestens eine mechanische Lochblende (6), welche das Trägerrohr (1) umschließt, angebracht wird und
- daß das Schutzgas unterhalb der Lochblende (6) in eine derartige Rotation versetzt wird, daß zwischen der Lochblende (6) und dem Trägerrohr (1) ein möglichst großer Strömungswiderstand in axialer Richtung ent steht, der auch bei Durchmesserschwankungen und/oder Exzentrizitäten des Trägerrohres (1) erhalten bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Lochblende (6) mindestens eine Gasdüse mit tangentialer Komponente (8), durch welche das Schutzgas in eine Drehbewegung versetzt wird, angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende (6) als verstell bare Irisblende ausgebildet wird, deren Durchmesser und/oder Lage an das Trägerrohr (1) angepaßt wird (werden).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest oberhalb des Graphit rohres (2) mindestens zwei übereinander angeordnete Loch blenden angebracht werden, zwischen denen ein Abstand ent steht und zwischen denen das Schutzgas in eine Drehbewegung versetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Graphitrohres (2) zusätzlich mindestens eine weitere Lochblende vorhanden ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (2) zumindest in seinem mittleren Bereich eine Verringerung der Wandstärke besitzt, derart, daß innerhalb des Graphitrohres (2) ein vorherbestimmbares Temperaturprofil einstellbar wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas ein Inertgas, vorzugsweise Argon, verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Gasdüse (8) in Richtung der Mitte des Ofens axial derart geneigt wird, daß eine Füllung des Zwischenraumes (4) mit Schutzgas erreicht wird.