DK167463B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af et forstadium til en optisk fiber - Google Patents

Description

i UK lb/463 K l

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et forstadium til en optisk fiber.

Der kendes fremgangsmåder til fremstilling af et 5 glasfiber-forstadium til single-mode-fibre. Ved disse fremgangsmåder underkastes et glas-råmateriale en flam-mehydrolysereaktion for at danne et porøst glaslegeme, bestående af en kerne og en kappe. Det resulterende porøse glaslegeme dehydreres og sintres, således at der 10 opnås en kollapset midterglasstang. Yderligere porøst kvartsglas dannes ved den ovennævnte fremgangsmåde på ydersiden af midterglasstangen, bestående af kernen og kappen. Det således opnåede sammensatte hele sintres eller dehydreres og sintres for derved at opnå den ønskede 15 tykkelse af kappen.

I de ovennævnte konventionelle fremgangsmåder er dehydreringen ved fremstillingen af midterglasstangen meget vigtig, for at holde transmissionstabet lavt, når glasfiber-forstadiet bruges til fremstilling af optiske 20 fibre. Derfor anvendes en fremgangsmåde, i hvilken en chlorholdig gas er indeholdt i atmosfæren som et dehydrerende middel. Der bliver imidlertid chlor tilbage i midterglasstangen, hvilket bevirker at brydnigsindekset bliver højt, således at der opstår en uønsket forskel i 25 brydningsindeks mellem midterglasstangen og det glaslag, som dannes på ydersiden af den. Det resulterer i, at den effektive afskæringsbølgelængde for ikketransmitterede højereordensmodes (herefter kaldet "afskæringsbølgelængde") øges i de optiske fibres transmissionskarakteri-30 stikker. Derfor bruges en fremgangsmåde, i hvilken der dehydreres ved brug af en chlorholdig gas som dehydrerende middel, når det porøse glas udenpå en midterglasstang kollapses, ligesom i tilfældet med selve midter-glasstsangen (US patentskrift nr. 4.486.212). Ved denne 35 fremgangsmåde, se fig. l, underkastes et porøst glaslegeme 2' varmebehandling i en atmosfære, som omfatter

LSIY ΙΟ/Μ-ΟΟ D I

2 en chlorholdig gas. Et varmelegeme 8 omgiver et centralt ovnrør 9. Denne fremgangsmåde har den ulempe, at det er svært at indarbejde chloren homogent i det porøse glaslegeme 2', fordi det tager lang tid for den chlor-5 holdige gas at diffundere og trænge ind i det indre af det porøse glaslegeme 2' for at reagere med det. Endnu en ulempe er, at hvis koncentrationen af den chlorholdi-ge gas øges for at afkorte behandlingstiden, vil overskud af den chlorholdige gas være tilbøjelig til at bli-10 ve tilbage som bobler i det porøse glaslegeme 2', når dette kollapses.

Som ovenfor beskrevet, er der ved den fremgangsmåde, som anvises i US patentskrift nr. 4.486.212, de problemer, at når et sammensat hele, bestående af et 15 porøst glaslegeme og en midterglasstang, anbringes i en atmosfære, som omfatter en chlorholdig gas, inde i en ovn for at blive underkastet en behandling såsom opvarmning og dehydrering (eller tilførsel af chlor), tager det lang tid at udføre behandlingen homogent inde i det 20 sammensatte hele. Endvidere, hvis koncentrationen af den chlorholdige gas øges for at forkorte behandlingstiden, bliver overskud af chlorgassen tilbage som bobler inde i det kollapsede legeme efter sintringen.

EP offentliggørelsesskrift nr. 0 046 281 beskri-25 ver en fremgangsmåde ved fremstilling af glas med et forud bestemt brydningsindeks-profil, hvor et eller flere flourholdige glaslag aflej res på et legeme, og hvor sammensætningen af glaslagene vælges således, at brydningsindeks-forløbet i lagene samlet svarer til det for-30 ud bestemte brydningsindeks-profil.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise en fremgangsmåde til fremstilling af et forstadium til en optisk fiber, især en single-mode-fiber, ved hvilken chlor homogent og hurtigt kan tilføres et porøst 35 glaslegeme uden tilbageværende bobler, og ved hvilken der kan opnås en optisk fiber med ønskelige transmissionskarakteristikker .

3 DK 167463 B1

Formålet opfyldes ved hjælp af en fremgangsmåde til fremstilling af et forstadium til en optisk fiber, hvilken fremgangsmåde er særegen ved fremstilling af et udgangsemne i form af en glasstang med en ydre belæg-5 ning, i det mindste delvis bestående af kvartsglas med indhold af chlor, og en kerne, i det mindste delvis bestående af kvartsglas med indhold af en komponent til øgning af brydningsindekset, tilførelse af et kvarts-glas-råmateriale og en chlorholdig tilsætningsgas til en 10 brænder for at danne chlorholdig kvartsglas-sod ved en flammehydrolysereaktion, hvor mængden af tilsætningsgas er således, at der tilvejebringes en chlorkoncentration i kvartsglas-soden, som er af samme størrelsesorden som chlorkoncentrationen i den ydre belægning, påblæsning af 15 kvartsglas-soden på udgangsemnet, så soden sidder fast på glasstangen, og opvarmning og smeltning af dette samlede hele så det kollapser.

Ifølge opfindelsen foretrækkes det at anvende en gas, som omfatter en eller flere af følgende: chlorgas, 20 thionylchlorgas og tetrachlormethangas, eller en gas som omfatter en eller flere af ovenstående og en inert gas.

I det følgende vil opfindelsen blive forklaret nærmere ved hjælp af eksempler på udførelsesformer med henvisning til tegningen, på hvilken 25 fig. 1 er et skematisk billede til forklaring af en konventionel fremgangsmåde, fig. 2 et skematisk billede til forklaring af et apparat til udøvelse af opfindelsen, fig. 3 et diagram, som viser fordelingen af 30 brydnings indeks i en midterglasstang, som er brugt i en udførelsesform for opfindelsen, og fig. 4 et diagram, som viser fordelingen af brydningsindeks i et glasfiber-forstadium, som er fremstillet ifølge opfindelsen.

35 En glasstang 1 (fig. 2) er sammensat af en kap pe af kvartsglas, med indhold af en komponent til øgning

Ul\ IO/WO D I

4 af brydnings indekset. I lighed med den konventionelle fremgangsmåde kan en sådan glasstang fremstilles ved, at et porøst glaslegeme dehydreres og sintres, således at det kollapser, i en chlorholdig atmosfære. Det porøse 5 glaslegeme er fremstillet ved en fremgangsmåde såsom VAD (vapor-phase axial deposition, dvs. aksial dampfa-seaflejring) eller OVD (outside vapor-phase deposition, dvs. udvendig dampf aseaf lej ring), hvor et glas-råmateriale underkastes flammehydrolyse. Alternativt kan det 10 porøse glaslegeme fremstilles ved en fremgangsmåde, ved hvilken sod formes og presses eller ved en anden passende fremgangsmåde.

Når det porøse glas 2 dannes på den ydre omkreds af midterglasstangen 1, fødes en brænder 3 med 15 en chlorholdig gas 6 sammen med en brændbar gas 4 og glas-ramateriale 5, således at chlor bliver indeholdt homogent i det porøse glas 2. Den således fremstillede helhed indsættes i en oven for at blive opvarmet og sammensmeltet .

20 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen omfatter den chlorholdige gas fortrinsvis en eller flere af følgende gasser: chlor, thionylchlorid og tetrachlormethan.

Det er også muligt at bruge en gas, som fås ved at tilføje en inert gas, såsom He eller Ar, til en eller flere 25 af de ovennævnte gasser for derved at fortynde sidstnævnte .

Hvis der, i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, tilføres en chlorholdig gas sammen med glas-råmaterialet ved dannelse af porøst glas på om-30 kredsen af midterglasstangen, kan chlor blive indeholdt homogent i det porøse glaslegeme. Bobler kan undgås, når det porøse glaslegeme opvarmes i en ovn, så det kollapser.

Som ovenfor beskrevet diffunderer og trænger en 35 atmosfære, som omfatter chlorholdig gas, efter den konventionelle fremgangsmåde ind i det indre af det porøse DK 167463 B1 5 legeme 2, således at den reagerer med glasset. Modsætningsvis har det ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen vist sig, at chlor kan tilføres homogent, fordi det tilføres direkte ved dannelsen af det porøse glas 2, og at 5 dannelsen af bobler kan forhindres, fordi overskud af den chlorholdige gas næppe findes.

Regulering af mængden af chlortilsætning udføres ved at regulere forholdet mellem glas-råmaterialet, den brændbare gas, den inerte gas og den chlorholdige gas.

10 Eksempel 1.

Et sintret legeme, som var fremstillet ved VAD-fremgangsmåden og bestod hovedsagelig af en kerne af Ge02 - Si02 og en belægning af Si02, blev trukket, således at der fremstilledes en midterglasstang 1 med en 15 ydre diameter på 16 mm og en længde på 500 mm. Fordelingen af det differentielle brydningsindeks (herefter kaldet "Δη-fordeling") var således, som vist i fig. 3, at det differentielle brydningsindeks i kernen 10 var 0,3%. Opbygningen var således, at forholdet mellem den 20 ydre diameter af en kappe 11 og kernen 10's diameter var 5. Restlaget 12 af chlor fra dehydreringen havde et differentielt brydningsindeks på 0,015%. Alle de ovennævnte differentielle brydningsindeks er udtrykt i forhold til ren kvarts.

25 Efter en polering med en oxyhydrogen-flamme blev midterglasstangen 1 monteret i et soddannende apparet, til VAD-fremgangsmåden, med arrangement som vist i fig.

2. Gassen 4 omfattende oxygen 44 1/min, hydrogen 40 1/min og en beskyttelsesgas argon 13,8 1/min og blev 30 tilført en oxyhydrogen-brænder 3 for at danne en flamme. Yderligere tilførtes brænderen 3 siliciumtetra-chlorid 5 med 52,3 1/min og thionylchloridgas 6 med 0,13 1/min, således at et porøst glaslegeme 2 dannedes på midterglasstangen l.

35 Derefter blev den samlede helhed af midterglas stangen 1 og det porøse glaslegeme 2 anbragt i en 6 ovn for at blive kollapset. Trækningsovnen havde en atmosfære af helium og en ovntemperatur på 1710°C. Trækningshastigheden i ovnen var 8 mm/min. Det således kollapsede forstadium blev trukket og Δη-fordelingen blev 5 målt. Som vist i fig. 4 blev der ikke fundet nogle spring i brydningsindekset i kappen, men Δη-fordelingen var ensartet, longitudinalt såvel som radialt. Glas-fi-ber-forstadiet blev flammepoleret og blev trukket til fibre. Fibrenes effektive afskæringsbølgelængde blev 10 målt til 1,26 pm, hvilket var en tilfredsstillende værdi sammenlignet med andre størrelser i transmissionskarakteristikken .

Sammenlignende eksempel 1.

15 Et glasfiber-forstadium blev fremstillet under de samme forhold, bortset fra at der ikke blev tilført thionylchlorid 6 ved dannelsen af det porøse glaslegeme 2'. Det resulterede glasfiber-forstadium blev trukket til fibre. Fibrenes effektive afskæringsbølgelængde 20 blev målt til 1,30 pm, hvilket var 0,04 pm højere end i eksempel l. Den effektive afskæringsbølgelængdes værdi i dette sammenlignende eksempel er ikke ønskelig set i lyset af andre karakteristik-værdier.

25 Sammenlignende eksempel 2.

Det porøse glaslegeme 2' blev fremstillet under de samme forhold som i sammenlignende eksempel l og blev anbragt i en ovn som vist i fig. 1 for at blive konsolideret i en atmosfære af en blanding af chlorgas 0,3 30 1/min og heliumgas 15 1/min, ved en ovntemperatur på 1710°C og en trækningshastighed på 8 mm/min. Et antal ganske små bobler var tilbage i grænsefladen mellem midter glas s tangen l og det porøse glaslegeme 2'. Yderligere blev chlorindholdet undersøgt ved hælp af EDAX. 35 Resultatet viste, at fordelingen af chlor ikke var homogen hverken radialt eller longitudinalt. Det blev anta- DK 167463 B1 7 get at glasfiber-forstadiet havde uønskede karakteristika for optiske fibre.

Eksempel 2.

5 Et kollapset forstadium blev fremstillet under de samme forhold som i eksempel 1, bortset fra at en gasblanding af helium 0,1 1/min og chlor 0,16 1/min blev brugt i stedet for thionylchloridgassen. Det opnåede massive udgangsmateriale blev trukket, og Δη-fordelingen 10 blev målt. Som vist i fig. 4 blev der ikke fundet nogen spring i brydningsindekset i kappen, men Δη-fordelingen var ensartet, longitudinalt såvel som radialt. Glasfiber-forstadiet blev flammepoleret og blev trukket til fibre. Fiberens effektive afskæringsbølgelængde blev 15 målt til 1,26 ym, hvilket var samme værdi som i eksempel 1 og en tilfredsstillende værdi sammenlignet med andre størrelser i transmissionskarakteristikken.

Som beskrevet ovenfor medfører fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, at chlor kan tilfø-20 res homogent ved dannelse af det porøse legeme, uden renterende bobler, således at der kan opnås gode karakteristika for optiske fibre. Ifølge opfindelsen tilsættes chlor for at forbedre glasfiber-forstadiets karakteristika som optiske fibre, når en ydre kappe dannes på en 25 midterglasstang med en kappe af hovedsagelig ren kvarts, hvortil er tilsat chlor ved dehydrering ved hjælp af en chlorholdig gas, og når den hovedsagelig ren kvarts har et højere brydningsindeks end det oprindelige rene kvartsglas på grund af indholdet af chlor eller af andre 30 grunde. Brugen af selve midterglasstangen er ikke begrænset til VAD-fremgangsmåden, men kan finde sted ved enhver anden fremstillingsmåde.

yderligere er opfindelsen ved dannelsen af den ydre kappe ikke begrænset til den i fig. 2 viste VAD-35 fremgangsmåde, men andre velkendte fremgangsmåder såsom OVD kan bruges ved justering af forholdet mellem brænd-

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et forstadi um til en optisk fiber, kendetegnet ved fremstilling af et udgangsemne i form af en glasstang (1) med en ydre belægning, i det mindste delvis bestående af kvartsglas med indhold af chlor, og en ker-10 ne, i det mindste delvis bestående af kvartsglas med indhold af en komponent til øgning af brydningsindekset, tilførelse af et kvartsglas-råmateriale (5) og en chlorholdig tilsætningsgas (6) til en brænder (3) for at danne chlor-holdig kvartsglas-sod ved en flammehydro-15 lysereaktion, hvor mængden af tilsætningsgas er således, at der tilvejebringes en chlorkoncentration i kvartsglas-soden, som er af samme størrelsesorden som chlor-koncentrationen i den ydre belægning, påblæsning af kvartsglas-soden på udgangsemnet, 20 så soden sidder fast på glasstangen, og opvarmning og smeltning af dette samlede hele så det kollapser.

2. Fremgangsmåde ifølge krav l, kendetegnet ved, at den chlorholdige tilsætningsgas om- 25 fatter en eller flere af følgende: chlorgas, thionyl-chloridgas og tetrachlormethangas.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den chlorholdige tilsætningsgas yderligere omfatter en inert gas.