DE69118997T2

DE69118997T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hermetisch beschichteten optischen Fasern

Info

Publication number: DE69118997T2
Application number: DE69118997T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Aikawa; Yoichi Ishiguro; Yutaka Katsuyama; Katsuya Nagayama; Ichiro Yoshimura; Nobuyuki Yoshizawa
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2011-08-02
Also published as: KR940005068B1; KR920004294A; US5281247A; DE69118997D1; JPH0489333A; AU637517B2; NO912977L; AU8152791A; EP0472944A1; US5194080A; CA2048199A1; NO912977D0; EP0472944B1; JP2798486B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen von Ansprüchen 1 und 4 zum Herstellen einer hermetisch beschichteten optischen Faser. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbesserung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser, in dem eine unbeschichtete optische Faser mit einer hermetischen Beschichtung so wie eine Kohlenstoffbeschichtung (carbon coating) nach dem Ziehen der optischen Faser beschichtet wird.
Eine optische Faser wird hergestellt, indem eine Vorform einer optischen Faser, die beispielsweise aus Quarz hergestellt ist, in einen Faserziehofen von einer oberen Öffnung des Ofens zugeführt wird, um ein unteres Ende der Vorform zu schmelzen und den geschmolzenen Teil von einer unteren Öffnung des Ofens zu ziehen, um einen Durchmesser der Quarzvorform auf einen erwünschten Durchmesser zu reduzieren.
Um eine Oberfläche der gezogenen, unbeschichteten optischen Faser zu schützen, wird eine hermetische Dünnschichtbeschichtung eines Metalls, eines inorganischen Stoffes oder eines organischen Stoffes um die Oberfläche der unbeschichteten optischen Faser vorgesehen. Anschließend wird eine Beschichtungslage aus einem lichthärtenden Harz auf die beschichtete optische Faser angewandt.
Mit der hermetischen Beschichtung wird die optische Faser von Feuchtigkeit in einem hochgradig feuchten Umfeld so wie in Wasser abgeschirmt, so daß eine Zunahme eines Verlustes der Lichtübertragung aufgrund von Absorption von Feuchtigkeit verhindert werden kann. Zusätzlich kann eine durch Wasser (H&sub2;O) auf der Faseroberfläche verursachte Rißausbreitung unterdrückt werden, so daß eine Abnahme der Festigkeit der optischen Faser aufgrund von Ermüdung verhindert wird. Demgemäß erregt die hermetisch beschichtete optische Faser Aufmerksamkeit als eine umweltresistente Faser wie eine optische Faser für ein Unterseekabel und wird praktisch verwendet
Im allgemeinen wird die hermetische Beschichtung durch ein Chemical Vapor Deposition (CVD) - Verfahren unter Verwendung eines Reaktors zum Beschichten mit einer Erhitzungsquelle so wie ein Erhitzer als ein Mittel zum Vorsehen eines dünnen Filmes auf der unbeschichteten optischen Faser gebildet. In diesem Zusammenhang umfaßt das CVD - Verfahren zum hermetischen Beschichten eine thermische CVD unter normalem Druck und eine thermische CVD unter verringertem Druck, schließt aber eine Plasma-CVD aus.
Wahlweise kann die hermetische Beschichtung aus einem Kohlenstoffilm gebildet sein, der durch Pyrolyse eines Gases erzeugt wird, das einen Kohlenwasserstoff enthält.
Bei beiden Verfahren wird, wenn die unbeschichtete optische Faser einer äußeren Atmosphäre in einem Raum zwischen dem Faserziehofen und dem Reaktor, in dem die hermetische Beschichtung angewandt wird, ausgesetzt ist, das von dem Ziehofen und dem Reaktor ausgetretene Gas teilweise eingezogen und wiedergewonnen, wobei ein Luftstrom um die unbeschichtete optische Faser gestört wird, so daß die optische Faser unter Temperaturschwankung, Temperaturabfall oder einem Angriff durch in der äußeren Atmosphäre schwebende Partikel erleidet und nicht durch die hermetische Beschichtung unter stabilen Bedingungen beschichtet werden kann. Des weiteren führt Turbulenz des Gasstromes zu einer Vibration der Faser oder einer Schwankung des Faserdurchmessers
Um die Temperatur der unbeschichteten optischen Faser hoch zu halten oder die Temperaturschwankung zu verringern, wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung zu verwenden, umfassend einen Ziehofen für optische Fasern und ein Reaktor zur hermetischen Beschichtung, die miteinander integriert sind (z. B. US-Patent Nr. 4,702,759 und 4,790,625) oder eine Vorrichtung mit einer Abschirmung zwischen einem Ziehofen für optische Fasern und einem Reaktor (z. B. Japanisches Patent Kokai Publikation Nr. 32270/1986). Es wird ebenfalls vorgeschlagen, die unbeschichtete optische Faser wieder zu erhitzen, um einen Temperaturabfall der Faser zu verhindern, bevor die Faser in den Reaktor eingeführt wird. Weiterhin ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 296279/1988 (Kokai Nr. ________) offenbart, das Abkühlen der unbeschichteten optischen Faser durch das Aufheizen eines Inertgases zu verhindern, das in einen Reaktor zur hermetischen Beschichtung mit Wärme des Faserziehofens und ähnlichem eingeführt wird.
Die integrale Vorrichtung der obigen US-Patente oder die Vorrichtung mit der Abschirmung kann vorteilhafterweise den Einfluß der äußeren Atmosphäre verhindern, die Filmbildungstemperatur halten, indem der Abfall der Oberflächentemperatur der optischen Faser vermieden wird und den Einschluß der schwebenden Partikel von der äußeren Atmosphäre in den Reaktor vermeiden. Weil das erhitzte Auslaßgas (purging gas) vom Faserziehofen direkt in den Reaktor geht und die Gase in dem Ofen und dem Reaktor miteinander wechselwirken, ist es jedoch schwierig, eine Temperatur des Gases im Reaktor oder eine Konzentration eines Rohmaterialgases für die hermetische Beschichtung zu regeln.
Durch das einfache Einführen des vorerhitzten Verdünnungsgases in den Reaktor ist es möglich, die Temperatur des Gases oder die Konzentration des Rohmaterials in dem Reaktor zu regeln. Wenn jedoch eine Faserziehrate gering ist oder der Faserdurchmesser klein ist, wird die unbeschichtete optische Faser, die aus dem Faserziehofen austritt, durch die atmosphärische Luft gekühlt, die Oberflächentemperatur der optischen Faser wird verringert und eine Abscheidetemperatur des Films ändert sich, so daß die Kontrolle der Filmeigenschaften schwierig wird.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen von Ansprüchen 1 und 4 zur Herstellung einer optischen Faser mit zwei äußeren hermetischen Beschichtungen ist aus der EPA-0166649 bekannt. Ein thermisches Chemical Deposition - Verfahren mit heterogener Keimbildung wird angewandt mit dem Durchtreten der Faser durch eine Reaktionszone, die ein gasförmiges Medium beinhaltet, das einen Reaktanten einschließt, der sich zersetzt, oder eine Mischung von Reaktanten, die chemisch reagieren, bei einer vorgegebenen Temperatur, um das Material der Beschichtung zu bilden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer hermetisch beschichteten optischen Faser vorzusehen, die selbst mit einer geringen Faserziehrate oder mit einem geringen Faserdurchmesser eine gleichmäßige Beschichtung bilden kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung einer hermetisch beschichteten optischen Faser vorzusehen, die zum Bilden einer gleichmäßigen Beschichtung selbst mit einer geringen Faserziehrate oder mit einem geringen Faserdurchmesser geeignet ist.
Diese Aufgaben werden jeweils durch ein Verfahren, das die Merkmale von Anspruch 1 einschließt, und eine Vorrichtung, das die Merkmale von Anspruch 4 einschließt, gelöst. Weitere Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen einer hermetisch beschichteten optischen Faser nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht im teilweisen Schnitt einer Gaspufferkammer (gas buffering chamber), die als ein Gasabschirmelement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der Gaspufferkammer aus Fig. 2 entlang der Linie III-III.
Fig. 4 zeigt eine Modifikation der Gaspufferkammer gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines anderen Beispieles einer Vorrichtung zum Herstellen einer hermetisch beschichteten optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Gasabschirmelementes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine Abschirmungstestvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Ein Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung einer hermetischen optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 1 bis 4 beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispieles der Vorrichtung zur Herstellung einer hermetischen optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung umfaßt einen Faserziehofen 2, in dem ein unterer Teil einer Vorform 1 für eine optische Faser geschmolzen und gezogen wird und einen Reaktor 5, in dem eine hermetische Beschichtung um eine unbeschichtete optische Faser 3, die durch den Ofen 2 vorbereitet worden ist, gebildet wird. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin ein Gasabschirmelement, nämlich eine Gaspufferkammer 6 zwischen dem Ofen 2 und dem Reaktor 5.
In dem Faserziehofen 2 ist ein Dämpfungsrohr 7 (muffle tube) eingerichtet, und in dem Dämpfungsrohr 7 wird die Vorform 1 (nicht dargestellt) aufgehängt. In das Dämpfungsrohr 7 wird ein Inertgas wie Stickstoff zugeführt, um die Ziehbedingungen für die Bildung der unbeschichteten optischen Faser 3 zu stabilisieren.
Der Ofen 2 besitzt einen Erhitzer 8 zum Aufheizen und Schmelzen des unteren Endes der Vorform 1 und die unbeschichtete optische Faser 3 wird von dem geschmolzenen unteren Ende der Vorform 1 gezogen. Die gezogene unbeschichtete optische Faser 3 tritt durch eine untere Öffnung des Ofens 2 aus, tritt durch die Gaspufferkammer 6 und geht dann in den Reaktor 5 über eine Einführöffnung 5a. Im Reaktor 5 wird die unbeschichtete optische Faser mit Kohlenstoff und ähnlichem hermetisch beschichtet.
Der Reaktor 5 hat Seitenrohre 5b, 5c und 5d. Vom Rohr 5b wird ein Inertgas so wie ein Stickstoffgas in den Reaktor 5 als ein Abdichtgas eingeführt, und vom Rohr 5c wird ein Rohmaterialgas für die hermetische Beschichtung der optischen Faser in den Reaktor 5 zugeführt. Das Rohmaterialgas wird beispielsweise in dem Reaktor 5 pyrolisiert, um einen dünnen Film von Kohlenstoff und ähnlichen um die unbeschichtete optische Faser 3 zu bilden. Das Abdichtgas und das Rohmaterialgas werden von dem Rohr 5d ausgestoßen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Vorrichtung die Gaspufferkammer 6 zwischen dem Faserziehofen 2 und dem Reaktor 5. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Gaspufferkammer 6 eine Trennwand 10, eine obere Röhre 11, die in dichtem Kontakt mit dem unteren Ende des Faserziehofens 2 steht, und eine untere Röhre 12, die einstückig mit der oberen Röhre gebildet ist und um die obere Röhre herumgreift. In der Mitte der Trennwand 10 ist ein Loch 10a gebohrt, und durch dieses Loch 10a stehen der Faserziehofen 2 und die Gaspufferkammer 6 miteinander in Kontakt und die unbeschichtete optische: Faser wird in die Gaspufferkammer 6 durch das Loch 10a eingeführt. Die Gaspufferkammer 6 steht auch mit dem Inneren des Reaktors 5 durch eine Einführöffnung 5a in Kontakt. Somit quellen jeweils von dem Gas in dem Faserziehofen 2 und dem Gas im Reaktor 5 das Gas durch die Öffnung 10a und die Einführöffnung 5a in die Gaspufferkammer 6.
Fig. 3 zeigt die Querschnittsansicht der Gaspufferkammer 6 aus Fig. 2. Auf den Umfangswänden der oberen und unteren Röhren 11 und 12 sind mehrere Fenster 11a und 12a gebildet. Somit wirkt ein überlappender Teil der Fenster 11a und 12a als ein Auslaß der Gaspufferkammer 6, und die in die Gaspufferkammer 6 vom Faserziehofen 2 und dem Reaktor 5 eingeströmten Gase werden von dem überlappenden Teil der Fenster abgeführt. Eine Fläche des überlappenden Teiles des Fensters, nämlich eine Öffnungsfläche des Auslasses ist durch das Drehen der oberen Röhre 11 im Verhältnis zur unteren Röhre 12 einstellbar, und eingestellt gemäß einer Menge von Gasen, die von dem Faserziehofen 2 und dem Reaktor 5 in die Gaspufferkammer 6 eingeströmt sind. Durch solch eine Einstellung der Fläche des überlappenden Teiles wird ein Druck in der Gaspufferkammer 6 geringer als der Gasdruck in dem Faserziehofen und dem Reaktor und höher als der Außendruck gehalten. Durch die Regelung des Druckes wird die Wechselwirkung des Gases in der Gaspufferkammer unterdrückt, und das Einströmen des äußeren Gases in die Gaspufferkammer wird verhindert. Das aus der Gaspufferkammer ausgeströmte Gas wird durch eine Ausströmleitung 13 (siehe Fig. 1) eingezogen.
Da die Gaspufferkammer 6 zwischen dem Faserziehofen 2 und dem Reaktor 5 vorgesehen ist, wird die unbeschichtete optische Faser 3 in den Reaktor 5 eingeführt, ohne dem Umgebungsgas ausgesetzt zu sein. Obwohl die Gase immer von dem Ofen 2 und dem Reaktor 5 ausströmen, treten sie nicht in Wechselwirkung miteinander, da das in die Gaspufferkammer 6 eingeströmte Gas durch die Auslaßfenster ausgestoßen wird. Demgemäß werden die Mengen der Gase, die dem Ofen 2 und dem Reaktor zugeführt werden, unabhängig geregelt, und es ist möglich, die Änderung der Reaktionsbedingungen zu verhindern, nämlich die hermetischen Beschichtungsbedingungen im Reaktor aufgrund des Einströmens des Gases von dem Ofen 2 in den Reaktor 5 oder die Änderung der Faserziehbedingungen in dem Ofen aufgrund des Einströmens des Gases von dem Reaktor 5 in den Ofen 2. Deshalb werden die Faserziehbedingungen in dem Ofen und die hermetischen Beschichtungsbedingungen in dem Reaktor stabil gehalten.
Unter Verwendung der Vorrichtung aus Fig. 1 oder einer Vorrichtung mit demselben Aufbau außer der Abwesenheit des Gaspufferkammers, wurde eine hermetisch beschichtete optische Faser hergestellt. In jedem Fall war eine elektrische Leistung, die dem Erhitzer des Faserziehofens zugeführt wurde, 10,2 kW, das Abdichtgas (Stickstoff) und das Rohmaterialgas einschließlich einem Trägergas wurden mit Strömungsraten von 4 Liter/Min. und 400 cc/Min. jeweils zugeführt, und das Gas wurde aus dem Reaktor mit einem Volumenstrom von 2 Liter/Min. ausgestoßen.
Die unbeschichtete optische Faser hatte einen Durchmesser von 125 µm und wurde in den Reaktor mit einer Rate von 250 m/Min eingeführt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt Gaspufferkammer Nein Ja Zugfestigkeit (kgf) Filmdicke (Å) Aussonderung (2%) [Male/10 km] Änderung des Faserdurchmessers
Wie aus den obigen Ergebnissen folgt, besitzt, wenn die optische Faser durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit der Gaspufferkammer hermetisch beschichtet wird, die beschichtete Faser die bessere Zugfestigkeit und weniger Brüche in der Aussonderung (screening) als die beschichtete optische Faser, die durch die Vorrichtung ohne Gaspufferkammer hergestellt worden ist, und die Änderung des Faserdurchmessers der ersteren ist nur die Hälfte zu der der letzteren.
Der Aussonderungsversuch wird durch Anwendung einer Verformung von 2 % in der Längsrichtung der beschichteten optischen Faser durchgeführt.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann, anstelle der Trennwand 10, die Gaspufferkammer eine Kreisblende 15 besitzen, wobei eine Fläche einer Verbindungsöffnung 15a derselben frei angepaßt werden kann. Durch die Verbindungsöffnung 15a stehen der Faserziehofen 2 und die Gaspufferkammer 6 in Verbindung. Auf der Ofenseite der oberen Röhre 11 in bezug zur Kreisblende 15 sind Ausströmauslässe 11b gebildet. Durch das Anpassen der Öffnungsfläche der Öffnung 15a wird ein Betrag des Gases, der in die Gaspufferkammer 6 von dem Ofen 2 strömt, angepaßt und ein Teil des Gases aus dem Ofen 2 wird durch die Auslässe 11b ausgestoßen. Somit kann die Änderung des Faserdurchmessers auf ± 0,15 µm verringert werden.
Wenn die Kreisbiende zwischen der Gaspufferkammer und dem Reaktor vorgesehen ist und der Ausströmauslaß auf der Reaktorseite der unteren Röhre gebildet ist, kann die Änderung des Faserdurchmessers unterdrückt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Teil des Gases zum Spülen des Ofens, das in dem Ofen erhitzt worden ist, ausgestoßen, während der Rest des Spülgases als ein Verdünnungsgas in den Reaktor zum hermetischen Beschichten der unbeschichteten optischen Faser eingeführt wird, vorzugsweise zusammen mit einem frischen Inertgas zum Einführen in den Reaktor.
In dieser Ausführungsform wird eine Vorrichtung aus Fig. 5 vorzugsweise verwendet. Diese Vorrichtung hat ein Gasabschirmelement 120 zwischen dem Faserziehofen 112 und dem Reaktor 114.
Diese Ausführungsform ist besonders nützlich in dem Fall, in dem die Faserziehrate gering gemacht wird, beispielsweise 150 m/min oder geringer wegen eines geringen Durchmessers der Faser, beispielsweise 120 µm oder weniger oder anderen Begrenzungen, da unter solchen Bedingungen die von dem Ofen austretende Faser abgekühlt wird, bevor sie in den Reaktor zur hermetischen Beschichtung eintritt und eine Fasertemperatur, die für die hermetische Beschichtung geeignet ist, kann nicht aufrecht erhalten werden. Wenn das Gasabschirmelement 120 vorgesehen ist, wird die unbeschichtete optische Faser zusammen mit dem von dem Ofen ausgestoßenen Spülgas in den Reaktor eingeführt ohne das äußere Gas zu berühren. Somit wird der Abfall der Fasertemperatur verhindert und die innere Temperatur des Reaktors kann ordnungsgemäß aufrecht erhalten werden, indem das erhitzte Inertgas unter Regelung verwendet wird.
Im Gegensatz dazu wird, wenn die Faserziehrate hoch ist, beispielsweise 400 m/min oder höher, die Fasertemperatur in dem Reaktor hoch, so daß die Temperaturbedingung außerhalb des optimalen Bereiches zum Bilden der hermetischen Beschichtung mit guter Qualität sein kann.
Diese Ausführungsform wird mit Bezug auf Fig. 5 und 6 erklärt.
Die Vorrichtung aus Fig. 5 umfaßt einen Faserziehofen 112, in dem eine Vorform 111 für eine optische Faser eingeführt wird, und die einen Kohlenstofferhitzer (carbon heater) (nicht dargestellt) besitzt. Die eingeführte Vorform wird erhitzt und durch den Kohlenstofferhitzer geschmolzen und gezogen, um eine unbeschichtete optische Faser 113 zu bilden.
Wenn die unbeschichtete optische Faser 113 durch den Reaktor 114 hindurchtritt, wird sie hermetisch beschichtet durch die Reaktion eines Reaktionsgases, das durch eine Einlaßröhre 115 für ein Rohmaterialgas zugeführt und anschließend in einer Zwangskühleinrichtung 116 abgekühlt wird, in der die beschichtete optische Faser 119 mit einem Kühlgas gekühlt wird, das durch eine Kühlgaseinlaßröhre 117 mit einer Temperatur zugeführt wird, bei der ein lichthärtendes Harz auf der hermetisch beschichteten optischen Faser in einer Harzbeschichtungseinrichtung 118 beschichtet werden kann.
In dieser Vorrichtung ist das Gasabschirmelement 120 luftdicht in Kontakt mit dem Faserziehofen 112 und dem Reaktor 114.
Das Gasabschirmelement 120 besitzt Gasauslaßröhren 121 zum Ausstoß des Spülgases, das aus dem Ofen 112 strömt, und Gaseinlaßröhren 122 zum Einführen eines frischen Inertgases. Die Anzahl der Auslaßröhren und Einlaßröhren ist willkürlich und kann Eins oder mehr sein. Eine Länge des Gasabschirmelementes 120 wird gemäß den Faserziehbedingungen eingestellt.
Die stirnseitigen Enden der Auslaßröhren 121 und der Einlaßröhren 122 sind mit einem Durchflußregler (nicht dargestellt) verbunden und wahlweise mit einer Pumpe. Eine Temperatur jeder Einlaßröhre 122 wird geregelt.
Durch den obigen Aufbau werden ein Volumenstrom und eine Temperatur des Inertgases (Verdünnungsgas) zur Zufuhr in den Reaktor 114 eingestellt. Beispiele des Inertgases sind Stickstoff, Argon, Helium, ect..
Durch die Vorrichtung aus Fig. 5 kann der Volumenstrom des aus dem Ofen ausgestoßenen Gases frei eingestellt werden, und die Temperatur des Rests des Spülgases zur Einfuhr in den Reaktor 114 kann auf eine erwünschte Temperatur geregelt werden.
Durch Verwendung der Vorrichtung aus Fig. 5 wurden hermetisch beschichtete optische Fasern in den folgenden Beispielen hergestellt.
In den folgenden Beispielen wurden O&sub2;H&sub4; und CHCl&sub2; als Rohmaterialgase verwendet, und Helium wurde als ein Trägergas verwendet. Diese wurden in den Reaktor 114 durch die Einlaßröhre 115 zugeführt. Als Spülgas des Faserziehofens und des Abkühlabschirmgas (cooling shielding gas) wurde Stickstoff verwendet.

Beispiel 1

Unter den folgenden Bedingungen wurde die Kohlenstoffbeschichtung um die unbeschichtete optische Faser mit einer Änderung eines Volumenstromes des kühlenden Inertgases gebildet:
Glasfaserdurchmesser: 80 µm
Faserziehrate: 250 m/min
Abschirmlänge des Gasabschirmelementes: 5 cm
Volumenstrom C&sub2;H&sub4;: 100 cc/min.
Volumenstrom CHCl&sub3;: 300 cc/min.
Ausstoßrate des Spülgases des Ofens: 10 l/min.

Vergleichsbeispiel

Unter den folgenden Bedingungen wurde die Kohlenstoffbeschichtung um die unbeschichtete optische Faser gebildet:
Glasfaserdurchmesser: 80 µm
Faserziehrate: 250 m/min
Keine Gasabschirmung.
Volumenstrom C&sub2;H&sub4;: 100 cc/min.
Volumenstrom CHCl&sub3;: 300 cc/min.
Die Eigenschaften der kohlenstoffbeschichteten optischen Fasern, die im Beispiel 1 und die im Vergleichsbeispiel hergestellt wurden, sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Volumenstrom des Spülgases (QN&sub2;/l.min.&supmin;¹) Ausstoßrate des zugeführten Gases (QN&sub2;/1.min.&supmin;¹) Anfangszugspannung ( B/GPa) Ermüdungsindex (n) Wasserstoffwiderstand (Δα&sub1;.&sub2;&sub4;/dB.km&supmin;¹) Example 1 Versuch Vergleichsbeispiel

Beispiel 2

Unter den folgenden Bedingungen wurde die Kohlenstoffbeschichtung um die unbeschichtete optische Faser mit einer Änderung eines Volumenstromes des Spülgases im Ofen gebildet:
Glasfaserdurchmesser: 80 µm
Faserziehrate: 250 m/min
Abschirmlänge des Gasabschirmelementes: 5 cm
Volumenstrom C&sub2;H&sub4;: 100 cc/min.
Volumenstrom CHCl&sub3;: 300 cc/min.
Ausstoßrate des zugeführten Gases: 1,0 l/min.
Die Eigenschaften der in Beispiel 2 hergestellten kohlenstoffbeschichteten optischen Faser sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Volumenstrom des Spülgases (QN&sub2;/l.min.&supmin;¹) Ausstoßrate des zugeführten Gases (QN&sub2;/1.min.&supmin;¹) Anfangszugspannung ( B/GPa) Ermüdungsindex (n) Wasserstoffwiderstand (Δα&sub1;.&sub2;&sub4;/dB.km&supmin;¹) Versuch

Beispiel 3

Unter den folgenden Bedingungen wurde die Kohlenstoffbeschichtung um die unbeschichtete optische Faser mit einem geänderten Volumenstrom des kühlenden Inertgases gebildet:
Glasfaserdurchmesser: 125 µm
Faserziehrate: 100 m/min.
Abschirmlänge des Gasabschirmelementes: 5 cm
Volumenstrom C&sub2;H&sub4;: 100 cc/min.
Volumenstrom CHCl&sub3;: 300 cc/min.
Ausstoßrate des zugeführten Gases: 10 l/min.
Die Eigenschaften der in Beispiel 3 hergestellten kohlenstoffbeschichteten optischen Fasern sind in Tabelle 4 gezeigt Tabelle 4 Volumenstrom des Spülgases (QN&sub2;/l.min.&supmin;¹) Anfangszugspannung ( B/GPa) Ermüdungsindex (n) Wasserstoffwiderstand (Δα&sub1;.&sub2;&sub4;/dB.km&supmin;¹) Versuch
Wie in den Ergebnissen in den Tabellen 2, 3 und 4 deutlich wird, ist, wenn die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Filmqualität gleichmäßiger und die Eigenschaften sind besser als im Vergleichsbeispiel, selbst wenn die optische Faser so dünn wie 80 µm hergestellt wird. Bei der geringen Faserziehrate besitzt die optische Faser gute Eigenschaften. Wenn die Faserziehrate auf 50 m/min verringert wird, besitzt die hermetische Beschichtung eine gute Qualität.
Hierin werden der Aussonderungsversuch und Messungen des Ermüdungsindex und des Wasserstoffwiderstandes wie folgt ausgeführt:

Aussondern

Der Aussonderungsversuch wird durch eine Vorrichtung nach Fig. 7 ausgeführt. Die Doppelantriebsrollen mit weichen Gummibändern drücken die optische Faser nieder wobei sie eine ausreichende Reibungskraft (2% Dehnung) vorsehen, so daß der Aussonderungstest durch eine Tänzerrolle gegeben wird. Die Anzahl von Bruchstellen pro 10 km der optischen Fasern wird aufgenommen.

Ermüdungsindex (n)

Die dynamische Ermüdung wird verwendet. Die dynamische Ermüdung wird durch die Änderung einer Schubspannung verursacht, die auf die optische Faser pro Zeiteinheit aufgebracht wird. Wenn ein Zugtest mit einer speziellen Spannungsbelastungsrate δ ausgeführt wird, erfüllen eine Zeit, bis die optische Faser bricht (td) und eine Bruchspannung ( d) die folgende Gleichung:
log td = -n log + log kd
worin d und kd durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:
log d = (1+n)&supmin;¹ log δ + (1+n)&supmin;¹ log kd
log kd = log k&sub5; + log(n+1)
wobei k&sub5; eine Konstante ist, die von einem Material und einer Größe der optischen Faser und der Umgebung (atmosphere) abhängt.

Wasserstoffwiderstand

Δα&sub1;,&sub2;&sub4; = α&sub1;,&sub2;&sub4; - αº&sub1;,&sub2;&sub4; (dB/km)
worin αº&sub1;,&sub2;&sub4; ein anfänglicher Übertragungsverlust bei einer Wellenlänge von 1,24 µm und α&sub1;,&sub2;&sub4; ein Übertragungsverlust bei einer Wellenlänge von 1,24 µm nach der Behandlung der optischen Faser in der reinen Wasserstoffatmosphäre von 1 Atm. bei 80ºC über 20 Stunden ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer hermetisch beschichteten optischen Faser umfassend die Schritte:

- Vorbereiten einer unbeschichteten optischen Faser (3) durch Schmelzen und Ziehen einer optischen Faservorform (1) in einem Faserziehofen (2; 112) und Einführen der unbeschichteten optischen Faser (3) in einen Reaktor (5; 114), in den ein Rohmaterialgas eingeführt wird, und

- Bilden eines hermetischen Beschichtungsfilmes um eine Oberfläche der unbeschichteten optischen Faser durch Chemical Vapor Deposition oder Pyrolyse in dem Reaktor,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die unbeschichtete optische Faser (3) in eine Pufferkammer (6; 120) mit zumindest einer Öffnung (11a) auf ihrer Seitenwand vor dem Einführen der unbeschichteten optischen Faser (3) in den Reaktor geführt wird, ein Teil eines Inertgases zum Spülen des Faserziehofens (2; 112), das durch einen Erhitzer (8), der in dem Ofen (12; 112) vorgesehen ist, erhitzt worden ist, wird von dem Ofen (2; 112) ausgestoßen und in die Glaspufferkammer (6; 120) eingeführt und eine Menge des in den Reaktor (5; 114) zum Verdünnen des Rohmaterialgases einzuführenden Inertgases wird durch Ausstoßen des Spülgases teilweise durch die Öffnung (11a) auf der Seitenwand der Gaspufferkammer (6; 120) angepaßt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Rest des Inertgases mit einem frischen Inertgas gemischt wird und dann in den Reaktor (5) eingeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das frische Inertgas Stickstoff ist.

4. Vorrichtung zur Herstellung einer hermetisch beschichteten optischen Faser umfassend einen Faserziehofen (2; 112), einen Reaktor (5; 114) zur hermetischen Beschichtung einer optischen Faser, und ein Gasabschirmelement, das zwischen dem Faserziehofen (2; 112) und dem Reaktor (5; 114) vorgesehen ist und zumindest einen Gasauslaß besitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Gaspufferkammer (6; 120) zwischen dem Faserziehofen (2; 112) und dem Reaktor (5; 114) als das

Gasabschirmelement angeordnet ist zum Aufnehmen eines Teiles eines Inertgases zum Spülen des Faserziehofens (2; 112), daß von dem Ofen (2; 112) ausgestoßen wird, wobei die Pufferkammer (6; 120) mit einer Öffnung (11a; 12a) an ihrer Seitenwand zum teilweisen Ausstoß des Spülgases versehen ist, und der Gasauslaß (5a) in der Pufferkammer (6; 120) vorgesehen ist, um das verbleibende Inertgas in der Pufferkammer (6; 120) in den Reaktor (5; 114) einzuführen.

5. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin eine Öffnungsfläche der Öffnung (11a; 12a) frei einstellbar ist.

6. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin das Gasabschirmelement zumindest einen Gaseinlaß (10a) hat.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin eine Verbindungsöffnung (15a), wobei eine Fläche derselben einstellbar ist, zwischen dem Faserziehofen (2) und dem Reaktor (5) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin eine Verbindungsöffnung (15a), wobei eine Fläche derselben einstellbar ist, zwischen der Gasabschirmkammer und dem Reaktor (5) vorgesehen ist.