DE69107866T2 - Verfahren zur Hestellung von Vorformen für optische Fasern mit gleichmässigen Eigenschaften. - Google Patents

Verfahren zur Hestellung von Vorformen für optische Fasern mit gleichmässigen Eigenschaften.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Rohlingen, aus denen die derzeit verwendeten Lichtleitfasern gezogen werden.
  • Diese Herstellung erfordert typischerweise die folgenden Schritte:
  • - Anbringen eines länglichen Ausgangsrohrs aus Siliziumoxid auf einer Glaserdrehbank,
  • - Überstreichen des Innenraums dieses Rohrs mit einer gasförmigen Mischung,
  • - Drehen dieses Rohrs,
  • - Längsverschiebung einer Brennerflamme, die aufeinanderfolgende Zonen der Außenfläche dieses Rohrs erwärmt und eine Ablagerung ausgehend von der Gasmischung in diesen Zonen bewirkt, um auf der Innenfläche des Rohrs eine durchgehende transparente Schicht auszubilden, die einen geeigneten Brechungsindex aufweist, und zwar durch ein- oder mehrmaliges Überstreichen mit der Brennerflamme,
  • - entsprechende Herstellung weiterer Innenschichten, die differenzierte Brechungsindices aufweisen, und zwar durch erneutes Erwärmen,
  • - und Schrumpfen dieses Rohrs während einer Erwärmung auf höhere Temperatur als vorher, um einen massiven zylindrischen Rohling herzustellen.
  • So erhält man mittels unter den Kurzzeichen MCVD, PCVD usw. bekannten Verfahren Rohlinge, deren Lichtleitfasern später durch Warmziehen gezogen werden.
  • Es ist erwünscht, daß die so gebildeten Lichtleitfasern nur geringe Verluste des Lichts erzeugen, das sie führen, insbesondere an Stellen von optischen Verbindungen, die mit diesen Fasern hergestellt werden. Zu diesem Zweck muß der Kern der Faser in Bezug auf ihre Außenoberfläche gut zentriert sein und einen konstanten Durchmesser aufweisen. In beiden Fällen betragen die Toleranzen einige hundert Nanometer.
  • Dies kann ausgehend von massiven Rohlingen erhalten werden, die zwei Kriterien entsprechen, nämlich eine möglichst geringe Exzentrizität ihres Kerns in Bezug auf ihre Außenoberfläche und ein konstantes Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Kerns und dem der Außenoberfläche.
  • Die Fehler, die man derzeit in Bezug auf diese beiden Kriterien beobachten kann, erklären sich im Fall von Rohlingen, die gemäß Verfahren der obengenannten Art hergestellt werden, entweder durch Unregelmäßigkeiten der ursprünglichen Rohre oder des Aufbringens der inneren Schichten, oder durch Verformungen während der verschiedenen Verfahrensschritte.
  • Verfahren zur Kontrolle während der Herstellung wurden bereits vorgeschlagen.
  • Ein in Electronic Letters Vol. 18, Nº 17, August 1982, Seiten 721-722 erschienene Artikel beschreibt ein Kontrollverfahren während der MCVD-Beschichtungsphase im Ausgangsrohr des Rohlings.
  • Die japanischen Patentanmeldungen JP-A-59213637, JP- A-602 60429 und JP-A-60260439 beschreiben Vorrichtungen zur Messung des Durchmessers des Rohlings während der Schrumpfphase, wobei diese Vorrichtungen das Heizorgan dieses Rohlings steuern.
  • Diese bekannten Verfahren ermöglichen es nicht, Rohlinge frei von Fehlern zu erhalten, die zum Beispiel Überdikken von 150 um bis 500 um bei Rohlingen entsprechen, deren Durchmesser von 20 mm bis 60 mm betragen kann. Diese Fehler befinden sich typischerweise entlang von Mantellinien des Rohlings über eine Länge, die von 5 bis 100 cm reichen kann.
  • Die vorliegende Erfindung hat insbesondere zum Ziel, solche Fehler zu beheben.
  • Zu diesem Zweck hat sie insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Lichtleitfasern mit regelmäßigen Eigenschaften zum Gegenstand, bei dem ein zylindrisches Glasteil Heizdurchläufen auf einer Glaserdrehbank unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man eventuelle optogeometrische Fehler des Glasteils erfaßt und mißt, wenn es in Form eines massiven Rohlings am Ende der Herstellung vorliegt, und dann diese Fehler durch Bearbeitung der Außenoberfläche dieses Teils während eines letzten Korrekturdurchlaufs auf der Glaserdrehbank korrigiert.
  • Vorzugsweise erfaßt und mißt man diese Fehler des Glasteils während eines Meßdurchlaufs auf der Glaserdrehbank, korrigiert dann diese Fehler durch Wärmebearbeitung der Oberfläche dieses Teils, ohne es auszubauen, und dies während eines Heizdurchlaufs, der somit den Korrekturdurchlauf darstellt. Selbstverständlich kann diese letzte Korrekturphase entweder ein vom Meßdurchlauf getrennter Korrekturdurchlauf und nach diesem liegend sein, oder mit diesem Meßdurchlauf identisch sein, wobei die Korrekturoperationen hinter den Meßoperationen während dieses Durchlaufs ablaufen.
  • Die vorliegende Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens gemäß Anspruch 5 zum Gegenstand.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figur näher erläutert.
  • Die beschriebenen und gezeigten Elemente schränken die Erfindung nicht ein.
  • Die einzige Figur zeigt eine Glaserdrehbank zur Anwendung der vorliegenden Erfindung.
  • Zuerst wird das Verfahren gemäß dieser Erfindung relativ allgemein beschrieben, wobei verschiedene in diesem Verfahren verwendete Elemente mit Bezugszeichen versehen werden, die sich auf die Figur beziehen.
  • Dieses Verfahren enthält die folgenden bekannten Operationen:
  • - Aufspannen des Glasteils 4 auf der Glaserdrehbank 10, 11, 12, wobei dieses Teil eine Achse A, die sich entlang seiner Länge erstreckt und eine im wesentlichen um diese Achse drehsymmetrische Oberfläche aufweist,
  • - wobei diese Drehbank Drehmittel 10, 11, 13 aufweist, um das Teil um diese Achse zu drehen, einen Wagen 7, der ein Heizorgan 22 tragen kann, um einen elementaren Bereich der Oberfläche des Teils zu erwärmen, und Verschiebemittel 5, 6, 12, um diesen Wagen in Längsrichtung zu bewegen,
  • - und Heizdurchläufe, während denen die Drehbank dem Glasteil eine Drehgeschwindigkeit verleiht und das Heizorgan mit einer Längsgeschwindigkeit über die Länge dieses Teils bewegt, während das Heizorgan das Teil erwärmt, indem es eine Heizleistung aufweist, wobei die Dreh- und Längsgeschwindigkeit und die Heizleistung Heizparameter darstellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist dieses Verfahren außerdem einen optogeometrischer Meßdurchlauf auf, der nach der Operation des Einspannens des Teils mit Hilfe einer Meßeinheit durchgeführt wird, die mindestens eine Meßsonde 2 enthält, um eine Gruppe von Meßsignalen zu liefern, wobei die Signale dieser Gruppe je den elementaren Bereichen einer Gruppe solcher Bereiche zugeordnet sind, die die Oberfläche des Teils abdecken und für eventuelle optische und/oder geometrische Fehler repräsentativ sind, die das Glasteil in diesen elementaren Bereichen aufweist, die ihnen zugeordnet sind. Vorzugsweise enthält mindestens einer dieser Heizdurchläufe Heizoperationen, die nach der Lieferung der Meßsignale während des Durchlaufs der optogeometrischen Meßsonde liegen und die derart durchgeführt werden, daß sie eine oberflächliche Verdampfung des überschüssigen Glases dieses Glasteils hervorrufen. Dieser Heizdurchlauf bildet somit einen Korrekturdurchlauf. Natürlich könnte die Bearbeitung der Oberfläche des Glasteils auf andere Weise als durch Verdunstung durchgeführt werden, zum Beispiel durch mechanischen oder chemischen Abrieb. Während des Korrekturdurchlaufs wird ein Korrekturparameter, der vorzugsweise aus mindestens einem der Heizparameter besteht, zu jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit von den Meßsignalen gesteuert, vorzugsweise in Abhängigkeit von denjenigen Meßsignalen, die denen des elementaren Bereichs zugeordnet sind, der zu diesem Zeitpunkt vom Heizorgan erwärmt wird, um die optischen und/oder geometrischen Fehler zu korrigieren, die dieses Glasteil in diesem Bereich aufweist.
  • Etwas genauer gesagt dreht die Glaserdrehbank 10, 11, 12 das Glasteil 4 vorzugsweise um die Längsachse A während des Meßdurchlaufs, wobei diese Drehbank aufweist:
  • - einen Wagen 7, der mindestens eine Meßsonde 2 trägt und diese Sonde in Längsrichtung über das Teil während des Meßdurchlaufs verschiebt, so daß diese Meßsonde vor einer Folge der elementaren Bereiche der Außenoberfläche vorbei läuft und mindestens eine Folge von diesen Bereichen zugeordneten primären Meßsignalen liefert,
  • - einen Winkelgeber 20 und einen Geber 21 für die Längsposition der Meßsonde, um zu jedem Zeitpunkt eines Meßdurchlaufs Koordinaten zu liefern, die dem gleichen elementaren Bereich zugeordnet sind wie die zu diesem Zeitpunkt gelieferten primären Meßsignale und die die Winkel- und Längskoordinaten dieses Bereichs sind,
  • - erste Speichermittel 23, um die primären Meßsignale und die zugeordneten Koordinaten zu speichern,
  • - Rechenmittel 24, um die primären Meßsignale und die zugeordneten Koordinaten zu lesen und als Antwort sekundäre Meßsignale zu liefern, die den Koordinaten zugeordnet und repräsentativ für eine an diesem Glasteil in diesen zugeordneten elementaren Bereichen anzubringende Korrektur sind,
  • - zweite Speichermittel 25, um die sekundären Meßsignale und die zugeordneten Koordinaten zu speichern,
  • - einen Winkelgeber 20 und einen Geber 21 für die Längsposition der Heizmittel, um zu jedem Zeitpunkt während des Korrekturdurchlaufs Koordinaten zu liefern, die dem von dem Heizorgan zu diesem Zeitpunkt erwärmten elementaren Bereich zugeordnet sind und die die Winkelkoordinate und die Längskoordinate dieses Bereichs sind,
  • - und Steuermittel 25, 26, die an die Geber 20, 21 für den Heizdurchlauf angeschlossen sind, um zu jedem Zeitpunkt während der Korrekturoperation diese Koordinaten zu empfangen, wobei diese Steuermittel außerdem mit den zweiten Speichermitteln 25 verbunden sind, um zu jedem Zeitpunkt diejenigen sekundären Meßsignale zu lesen, die den zu diesem Zeitpunkt von diesen Steuermitteln empfangenen Koordinaten zugeordnet sind, wobei diese Steuermittel zu jedem Zeitpunkt diesen Korrekturparameter in Abhängigkeit von denen der sekundären Meßsignale steuern, die sie zu diesem Zeitpunkt lesen. Diese Steuermittel liefern zu diesem Zweck Signale, die direkt aus den sekundären Meßsignalen bestehen können oder die aus diesen abgeleitet werden können.
  • Aus Gründen der Einfachheit trägt der gleiche Wagen 7 das Heizorgan 22 während des Korrekturdurchlaufs und die Meßsonde 2 während des Meßdurchlaufs, wobei ein einziger Geber 20 die Winkelposition für den Meß- wie den Korrekturdurchlauf und ein einziger Geber 21 die Längsposition für den Meß- wie den Korrekturdurchlauf bildet.
  • Die ersten und zweiten Speicher 23 und 25 und die Rechenmittel 24 bestehen aus einem digitalen Rechner.
  • Der Korrekturparameter wird während des Korrekturdurchlaufs so gesteuert, daß die zu korrigierenden Bereiche ausreichend erwärmt werden, die einige der elementaren Bereiche sind, um durch Verdampfung einen äußeren Teil des Glases des Glasteils zu entfernen.
  • Noch genauer enthält diese Glaserdrehbank 10 in einem als Beispiel gezeigten Fall einen vorderen Kopf 10 und einen hinteren Kopf 11, die von einem Motor 13 angetrieben werden und vordere und hintere Klemmbacken 10A und 11A aufweisen, um ein Ausgangsrohr 4 zu halten und um eine Achse A in Drehung zu versetzen. Dieses Rohr besteht aus Siliziumoxid und stellt das Glasteil dar. Es wird von diesen Klemmbacken über Anschlußstutzen aus Siliziumoxid gehalten, die an sein vorderes und hinteres Ende 14, 16 angeschweißt sind. Eine Drehdichtung 8 erlaubt es, reaktive Gasmischungen durch den vorderen Kopf 10 einzuführen.
  • Der Einlaß und der Auslaß der reaktiven Gasmischungen sind durch Pfeile 1 und 9 dargestellt.
  • Die Glaserdrehbank enthält weiter einen Tisch 12 mit einem Wagen 7, der sich in Längsrichtung bewegt, d.h. parallel zur Achse A, und zwar unter der Wirkung einer Antriebsspindel 6, die von einem Motor 5 in Drehung versetzt wird, dem der Geber für die Längsposition 21 zugeordnet ist.
  • Das Aufbringen einer Schicht im Inneren des Rohrs 4 geschieht beispielsweise, indem eine geeignete reaktive Gasmischung über die Drehdichtung 8 ankommt und indem ein Durchlauf des Heizorgans 22 erfolgt. Dieses Organ besteht aus einem Sauerstoff- und Wasserstoff-Brenner, der auf dem Wagen 7 befestigt ist. In gewissen Fällen kann die reaktive Gasmischung vorteilhafterweise flüssige Tropfen in Suspension enthalten und so einen Nebel bilden.
  • Mehrere Operationen des Aufbringens von Glasschichten werden in gleicher Weise im Rahmen eines bekannten Aufbringungsverfahrens "MCVD" durchgeführt, um die üblichen Rohlinge herzustellen.
  • Zur Anwendung der vorliegenden Erfindung in diesem Rahmen wird ein Winkelgeber 20 auf dem vorderen Kopf 10 angeordnet.
  • Die von den Gebern 20 und 21 gelieferten Signale werden zum Rechner 23, 24, 25 übertragen, der eine Gruppe von Ventilen 26 steuert, welche die Sauerstoff- und Wasserstoffdurchsätze steuern, die durch biegsame Rohre 27 und 28 beim Brenner ankommen.
  • Dieser Brenner ist vorzugsweise während der Korrekturphase ein Eindüsen-Schweißbrenner, und er muß dann als Reaktion auf die vom Rechner 23, 24 25 empfangenen Signale eine geringe Zeitkonstante der Größenordnung von einer Sekunde haben. Dagegen verwendet man vorzugsweise einen Brenner mit mehreren Düsen während des Aufbringens einer Schicht im Inneren des Rohrs.
  • Die Figur entspricht dem Fall, daß es nur einen Korrekturparameter gibt, der aus der Heizleistung besteht. Die Steuermittel bestehen dann aus den zweiten Speichern 25 und der Ventileinheit 26. Ein weiterer solcher Parameter oder mehrere kombinierte Parameter könnten aus der Drehgeschwindigkeit und/oder der Längsgeschwindigkeit bestehen, wobei die Speichermittel 25 dann außerdem oder nur mit den Motoren 13 und/oder 5 verbunden sind.
  • Außerdem könnte das Heizorgan aus etwas anderem als einem Brenner bestehen, zum Beispiel einem Kohlenstofflaser.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Lichtleitfasern mit regelmäßigen Eigenschaften, bei dem ein zylindrisches Glasteil (4) Heizdurchläufen auf einer Glaserdrehbank (10, 11, 12) unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man eventuelle optogeometrische Fehler des Glasteils erfaßt und mißt, wenn es in Form eines massiven Rohlings am Ende der Herstellung vorliegt, und dann diese Fehler durch Bearbeitung der Außenoberfläche dieses Teils während eines letzten Korrekturdurchlaufs auf der Glaserdrehbank korrigiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Fehler des Glasteils (4) während eines Meßdurchlaufs auf der Glaserdrehbank (10, 11, 12) erfaßt und gemessen werden und dann durch Wärmebearbeitung der Außenoberfläche dieses Teils, ohne es auszubauen, korrigiert werden, und zwar während eines Heizdurchlaufs, der somit den Korrekturdurchlauf darstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei dieses Verfahren die folgende Operationen aufweist:
- Einspannen des Glasteils (4) auf der Glaserdrehbank (10, 11, 12), wobei dieses Teil eine Achse (A), die sich entlang seiner Länge erstreckt und eine im wesentlichen um diese Achse drehsymmetrische Oberfläche aufweist, wobei diese Drehbank Drehmittel (10, 11, 13), um das Teil um die Achse zu drehen, einen Wagen (7), der ein Heizorgan (22) tragen kann, um einen elementaren Bereich der Oberfläche des Teils zu erwärmen, und Verschiebemittel (5, 6, 12) aufweist, um den Wagen in Längsrichtung zu bewegen,
- und Heizdurchläufe, während denen die Drehbank dem Glasteil eine Drehgeschwindigkeit verleiht und das Heizorgan mit einer Längsgeschwindigkeit über die Länge dieses Teils bewegt wird, wobei dieses Heizorgan dieses Teil erwärmt, indem es eine Heizleistung aufbringt, wobei die Dreh- und die Längsgeschwindigkeit und die Heizleistung Heizparameter darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen Durchlauf zur optogeometrischen Messung aufweist, der nach der Operation des Einspannens mit Hilfe einer Meßeinheit erfolgt, die mindestens eine Meßsonde (2) enthält, um eine Gruppe von Meßsignalen zu liefern, wobei die Signale dieser Gruppe je den elementaren Bereichen einer Gruppe solcher Bereiche zugeordnet sind, die die Außenoberfläche bedecken und für eventuelle optische und/oder geometrische Fehler repräsentativ sind, die das Glasteil in diesen elementaren Bereichen aufweist, die ihnen zugeordnet sind,
- wobei mindestens einer der Heizdurchläufe nach der Lieferung der Meßsignale während des optogeometrischen Meßdurchlaufs derart durchgeführt wird, daß eine oberflächliche Verdampfung des überschüssigen Glases dieses Glasteils hergevorrufen wird, so daß dieser Heizdurchlauf einen letzten Korrekturdurchlauf bildet,
- wobei mindestens einer der Heizparameter einen Korrekturparameter bildet, der zu jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit von den Meßsignalen gesteuert wird, die denen desjenigen elementaren Bereichs zugeordnet sind, der zu diesem Zeitpunkt vom Heizorgan erwärmt wird, um die optischen und/oder geometrischen Fehler zu korrigieren, die dieses Glasteil in diesem Bereich aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturparameter während des Korrekturdurchlaufs derart gesteuert wird, daß die zu korrigierenden Bereiche ausreichend erwärmt werden, um durch Verdampfung einen äußeren Teil des Glases des Glasteils (4) zu entfernen.
5. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaserdrehbank (10, 11, 12), die das Glasteil (4) um die Längsachse (A) während des Meßdurchlaufs dreht, aufweist:
- einen Wagen (7), der mindestens eine Meßsonde (2) trägt und diese Sonde in Längsrichtung über die Länge des Teils während des Meßdurchlaufs verschiebt, so daß diese Meßsonde vor einer Folge der elementaren Bereiche der Oberfläche des Teils vorbeiläuft und mindestens eine Folge von diesen Bereichen zugeordneten primären Meßsignalen liefert,
- einen Winkelpositionsgeber (20) und einen Längspositionsgeber (21) für den Meßdurchlauf, um zu jedem Zeitpunkt Koordinaten zu liefern, die dem gleichen elementaren Bereich zugeordnet sind wie die zu diesem Zeitpunkt gelieferten primären Meßsignale und die die Winkel- und Längskoordinaten dieses Bereichs sind,
- erste Speichermittel (23), um die primären Meßsignale und die zugeordneten Koordinaten zu speichern,
- Rechenmittel (24), um die primären Meßsignale und die zugeordneten Koordinaten zu lesen und als Antwort sekundäre Meßsignale zu liefern, die den Koordinaten zugeordnet und repräsentativ für eine an diesem Glasteil in diesen zugeordneten elementaren Bereichen anzubringende Korrektur sind,
- zweite Speichermittel (25), um die sekundären Meßsignale und die zugeordneten Koordinaten zu speichern,
- einen Winkelpositionsgeber (20) für den Heizdurchlauf und einen Längspositionsgeber (21) für den Heizdurchlauf, um zu jedem Zeitpunkt während des Korrekturdurchlaufs Koordinaten zu liefern, die dem von dem Heizorgan (22) zu diesem Zeitpunkt erwärmten elementaren Bereich zugeordnet sind und die die Winkelkoordinate und die Längskoordinate dieses Bereichs sind,
- und Steuermittel (25, 26), die an diese Geber (20, 21) angeschlossen sind, um zu jedem Zeitpunkt während der Korrekturoperation diese Koordinaten zu empfangen, wobei diese Steuermittel außerdem mit dem zweiten Speichermitteln (25) verbunden sind, um zu jedem Zeitpunkt diejenigen sekundären Meßsignale zu lesen, die den zu diesem Zeitpunkt von diesen Steuermitteln empfangenen Koordinaten zugeordnet sind, wobei diese Steuermittel zu jedem Zeitpunkt diesen Korrekturparameter in Abhängigkeit von denen der sekundären Meßsignale steuern, die sie zu diesem Zeitpunkt lesen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gleiche Wagen (7) das Heizorgan (22) während des Korrekturdurchlaufs und die Meßsonde (2) während des Meßdurchlaufs trägt, wobei die gleichen Geber für die Winkelposition und die Längsposition (20, 21) während des Meßdurchlaufs und des Korrekturdurchlaufs verwendet werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Glasteil (4) aus Siliziumoxid besteht und das Heizorgan ein Brenner (22) für Sauerstoff- und Wasserstoff ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die ersten (23) und zweiten Speichermittel (25) und die Rechenmittel (24) ein digitaler Rechner sind.
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