DK170299B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af en multimode optisk fiber - Google Patents

Description

i DK 170299 B1

Opfindelsen angår en "modified chemical vapor deposition" -metode (MCVD) til fremstilling af en relativt bredbåndet multimode optisk fiber med lave tab.

5 Multimode optiske fibre forekom at være på retur, men interessen for dem er fornylig blevet fornyet især med hensyn til anvendelse i lokalnetværk. Den relativt store kerne muliggør splejsning og tillader en mere effektiv energikobling til en lysenergikilde og en gentagerenhed.

10

Indførelsen af mange modes i eller alternativt genereringen af mange modes inde i den optiske fiber giver på grund af forskellige hastigheder af forskellige modes anledning til en dispersionsbegrænsning i form af en sig-15 naludbredning. Modedispersionseffekter er blevet minimeret ved hjælp af en kontinuert fokuserende struktur. Denne struktur er en fiber, hvis index er gradueret fra en høj værdi ved centret af kernen til en lavere værdi ved beklædningen. Den fundamentale mode er generelt begrænset 20 til det højeste index, hvilket svarer til den laveste hastighedsregion, mens modes af højre orden generelt er begrænset til det relativt lave index, hvilket svarer til .højhastighedsområder.

25 Fra US patentskrift nr. 4 217 027 kendes en teknik til fremstilling af lyslederfibre til anvendelse i kommunikation betegnet "modified chemical vapor deposition" (MCVD). Den omfatter indføring af en konstant bevægelig strøm af reaktantforstadier i gasfase sammen med oxygen 30 gennem et glassubstratrør, der har et almindeligt cirkulært tværsnit. Oxygenstrømmen medfører siliciumtetrachlo-rid og dopemidler til at producere det ønskede brydnings-index i den endelige optiske fiber. Substratglasset opvarmes til en homogen reaktionstemperatur inden for en 35 bevægelig varmezone også kaldet en hed zone, der konstant tilbagelægger rørets længde, og den ledsagende reaktion fremstiller dopet siliciumdioxid. Processen involverer DK 170299 B1 2 homogene reaktioner, der danner partikler et stykke væk fra rørvæggen. Partiklerne falder til hvile på rørvæggen og smeltes til et kontinuert lag på indersiden af røret.

Ved hver passage af den bevægelige hede zone afsættes et 5 lag dannet glas. Det resulterende rør betegnes et præ- » formrør. Homogent producerede glaspartikler samles på rørvæggene og smeltes til et kontinuert lag inden for den bevægelige hede zone. Ved hjælp af de sædvanlige opvarmningsindretninger forekommer der samtidig heterogene 10 reaktioner således, at et glasagtigt lag fremstilles inden for den bevægelige hede zone ved reaktion nær den opvarmede vægoverflade. Substratrøret, hvori reaktionen foregår, roteres kontinuert omkring dens akse for at fremme den ensartede afsætning omkring periferien.

15

Kontinuert smeltning inden for den hede zone og den resulterende ensartede tykkelse af afsætningen muliggør dannelsen af en optisk struktur med et gradueret bryd-ningsindex. Gradienter kan fremstilles ved at variere 20 sammensætningen af reaktanterne med en voksende andel af højindexproducerende dopemidler, i dette tilfælde ved successive gennemløb af den hede zone. Fremstilling af en præform indbefatter ligeledes ændring af temperaturen og/eller strømningshastigheden under bearbejdningen.

25

Efter en afsætningsfase anvendes et kollaps til at omdanne præformrøret til et fast stav-lignende element, som kaldes en præform. Det er fra denne præform, at lyslederfibre trækkes.

30

Tysk. offentliggørelsesskrift nr. DE-A1-3215791 beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af en optisk glasfiber med et gradientindexprofil, hvorved der på indervæggen af et glasrør afsættes flere lag af et kerneglasmateriale 35 med forskellige krydsningsindex således, at de på hinanden følgende lag i den opnåede præform og endelige fiber har tilnærmelsesvis samme tykkelse.

DK 170299 B1 3 I tidligere kendte MCVD-processer afsættes en konstant mængde siliciumdioxid i hver passage af flammen. Dette opnås ved at regulere koncentrationen og strømningshastighederne af reaktantforstadierne i gasfasen. Som en 5 ulempe bliver den resulterende brydningsindexkurve karakteriseret ved et antal forstyrrelser. I en typisk MCVD-produceret præform afsættes omkring 50 lag. 1 modsætning til dette kan en præform, som fremstilles ved en anden kendt teknik, være fremstillet med 200 eller flere passa-10 ger.

Forstyrrelserne eller ripierne i brydningsindexkurven er en indikation på væsentlige forskelle i brydningsindexet hen over de afsatte lag. Betydelige forstyrrelser i bryd-15 ningsindexkurven resulterer i en optisk fiber med en smallere båndbredde end forventet såvel som med et yderligere tab. Det er kendt, at når antallet af passager og dermed antallet af lag forøges, så forøges båndbredden. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

De førnævnte problemer i den kendte teknik er blevet løst 35 ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen som defineret i krav 1.

Skønt anvendelsen af i det væsentlige flere passager og 2 derfor flere afsatte lag forbedrer båndbredden af den 3 resulterende optiske fiber, er der en ulempe. Det forøge 4 de antal passager bevirker, at bearbejdningen bliver 5 mindre og mindre økonomisk.

6 7

Det der ønskes og det der tilsyneladende ikke er til rå 8 dighed i den kendte teknik, er fremgangsmåder til frem 9 stilling af en præform, hvorfra der kan trækkes relativt 10 bredbåndede multimode optiske fibre med lave tab. Sådanne 11 eftertragtede fremgangsmåder og apparatur skal være i stand til let at blive integreret i konventionelle MCVD fremgangsmåder og apparatur.

DK 170299 Bl 4 I en foretrukken udførelsesform af fremgangsmåde fremstilles en præform, fra hvilken relativt bredbåndede optiske fibre med lave tab kan trækkes, hvilket indbefatter fremstilling af et præformrør, der omfatter 5 en kerne og et beklædningslag, hvori beklædningslaget har < et brydnlngsindex med en lavere værdi end det maksimale index i kernen for energi af den bølgelængde, der skal transmitteres. En bevægelig strøm af en dampblanding indbefattende mindst et glasdannende forbindel-10 sesforstadium sammen med et oxiderende medium strømmes ind i et siliciumdioxidsubstratrør, som understøttes for at muliggøre rotation omkring dets længdeakse. Røret roteres omkring dets længdeakse, mens røret opvarmes således, at blandingen reagerer og producerer en glasagtig 15 afsætning af siliciumdioxid på den indre overflade af rørvæggen. Opvarmningen af røret og dets indhold opnås ved en bevægelig varmezone, der tilvejebringes af en tilsvarende bevægelig varmekilde uden for røret, således at forbrænding inde i røret undgås og således at tem-20 peraturen inden for varmezonen, sammensætning af dampblandingen, og indføringshastigheden af dampblandingen opretholdes på værdier således, at mindst en del af reaktionen foregår inde i gasblandingen på et sted, der er adskilt fra den indre væg af røret. Dette tilvejebringer 25 en suspension af oxiderede reaktionsprodukter som et partikulært materiale, der, når det føres ned ad strømmen, finder hvile på den indre overflade af rørvæggen inden for et område, der udstrækker sig fra et sted inden for varmezonen. Den bevægelige varmezone tjener to funk-30 tioner, idet den frembringer et kimdannelsesområde for homogen reaktion til fremstilling af partikulært materiale og et konsolideringsområde for tidligere produceret partikulært materiale.

35 Reaktantforstadierne i gasfase tilstrømmes ind i røret og gasstrømmen reguleres således, at mængden af siliciumdioxid, som afsættes, varierer på en ønskelig måde blandt DK 170299 Bl 5 lagene for at give en brydningsindexvariation hen over hvert afsat lag ved hver passage, der er relativ lille. I de første passager ifølge den foretrukne udførelsesform afsættes relativt store mængder siliciumdioxid, hvorefter 5 den afsatte mængde formindskes i hver passage således, at nabolagene til den longitudinale centerlinie af præform-røret har i det væsentlige mindre siliciumdioxid end de yderste afsatte lag. Dernæst kollaberes præformrøret til en stav og den optiske fiber trækkes fra staven. For mul-10 timode optiske fibre som fremstilles i overensstemmelse med opfindelsen, er tabet mindre end tabet i en optisk fiber, der er trukket fra et præformrør, i hvilket et si-liciumdioxidlag med i det væsentlige konstant volumen er afsat. Båndbredden af den optiske fiber er ligeledes væ-15 sentligt bredere.

Fig. 1 er en vertikal frontprojektion af et apparatur, som er egnet til udførelse af afsætningsprocessen i overensstemmelse med opfindelsen, 20 fig. 2 er en vertikal frontprojektion af en sektion af et glassubstratrør, der viser de iagttagede betingelser under bearbejdningen, 25 fig. 3 er en forstørret del af en brænderenhed, der viser en temperaturprofil hen over varmezonen, som gennemløber et substratrør, fig. 4 viser en indexprofil af en præform, der er frem-30 stillet ved en konventionel MCVD-proces, fig. 5A-5B og 6A-6B viser simplificerede lagstrukturer af præformrør og præforme, som er blevet fremstillet henholdsvis i overensstemmelse med en konventionel MCVD-pro-35 ces og med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, DK 170299 B1 6 fig. 7 viser brydnings indexpro filet af en præform, som er fremstillet efter fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 8 er en graf, som viser strømningshastigheden af 5 komponenterne, der benyttes til afsætningsprocessen iføl- * ge opfindelsen, plottet mod afsætningslagnummeret, fig. 9 viser et histogram af tabsfordelingen ved en bølgelængde på 1,3 um af den optiske fiber, der er trukket 10 fra en præform, der er fremstillet ifølge opfindelsen, fig. 10 viser brydningsindexprofiler for præforme, hvor bearbejdningsbetingelserne er ændret fra et profil til et andet, 15 fig. 11 viser en kurve, som relaterer Rayleigh-spred-ningstab til rippelamplitude på en brydningsindexkurve, og 20 fig. 12A og 12B viser transmitterede og modtagede impulser med den associerede Fourier-transformerede, ved anvendelse af en optisk fiber, der er fremstillet ifølge opfindelsen.

25 På fig. 1 er vist et apparatur, der generelt er betegnet med tallet 30, til opvarmning og kollaps af et glassub-stratrør 31 til fremstilling af en siliciumdioxidglas-stav, som kaldes en præform, fra hvilken en lyslederfiber trækkes. Under afsætningsfasen opvarmes substratrøret 31 30 for at smelte reaktionsprodukterne af gasserne og/eller dopemidlerne, der fødes ind i røret, til indervæggen af røret for at tilvejebringe et præf ormrør med en optisk egnet profil til brug i kommunikation. Denne proces betegnes "modified chemical vapor deposition" (MCVD) og er 35 beskrevet i US patentskrift nr. 4 217 027. I denne beskrivelse betegner 31 både substratrøret og præformen. Opvarmningen af glasrøret 31 udføres medens gasfasereak- DK 170299 B1 7 tanter føres frem til røret. Et system til denne fremføring er beskrevet i US patentskrift nr. 4 276 243.

Apparaturet 30 omfatter generelt en drejebænk 32, der har 5 en hoveddok 33 og en penoldok 34, som anvendes til at støtte glasudgangsrøret 31 til rotation omkring dets længdeakse 36, se fig. 2. Drejebænken 32 omfatter ligeledes en slæde 40, som er monteret til bevægelse frem og tilbage langs drejebænken. På slæden 40 er monteret en 10 brænderenhed, som generelt betegnes med tallet 41. Brænderenheden 41 kan være den, der er vist i US patentskrift nr. 4 231 777 eller 4 401 267.

Et materiale på gasform indføres i røret 31 gennem et 15 indtagningsrør 42, som yderligere er forbundet til et materialereservoir 43. Materialet på gasform omfatter reaktantforstadier såsom siliciumtetrachlorid, germanium-tetrachlorid, phosphoroxychlorid og dichlordifluormethan, som frastrømmes fra henholdsvis beholderne 44, 45, 46, og 20 47 langs individuelle ledninger til et manifold 50. De afsatte siliciumdioxidlag dopes almindeligvis med germanium, phosphor eller fluor. Sådan et reservoir kan omfatte et oxygenindtag (ikke vist), som er forbundet til manifoldet 50. Beholderne 44, 45 og 46 indeholder normalt 25 reaktantmaterialer på væskeform, som indføres i røret 31 ved hjælp af en bæregas, der indføres gennem indtagene 51, 52 og 53 med et arrangement, der er indrettet således, at bæregassen bobles gennem væskerne. Udadgående materiale udstødes fra røret 31 gennem en udledning 58. Et 30 arrangement med blandingsventiler og lukkeventiler, som kan benyttes til at måle strømninger og udføre nødvendige andre justeringer i sammensætningen, er ikke vist. Apparaturet på fig. 1 er arrangeret således, at længdeaksen af røret 31 generelt set er placeret horisontalt.

Fig. 2 er en vertikal frontprojektion af en sektion af et substratrør 31, således som det betragtes under afsæt- 35 DK 170299 B1 8 ningen. Der er vist en del af brænderenheden 41, som bevæges konstant med slæden 40 for at producere en bevægende varmezone 62, se ligeledes fig. 3, eller en hedezone som den ofte kaldes, der gennemløber røret 31 et antal 5 gange i retningen, der er vist ved pilen 63. Varmezonen ' 62 udgør en længde af røret 31, langs hvilket temperaturprofilet dannes af brænderenheden 41, når denne passerer langs røret. Gasformige materialer indføres i den venstre ende af røret 31 ved hoveddokken af drejebænken og strøm-10 mer ind i sektionen på fig. 2, som er brudt åben af hensyn til klarheden, i retningen, der er vist ved pilen 64.

For typiske MCVD-bearbejdningsbetingelser kan to områder klart iagttages. En zone 65 ned ad strømmen af den bevægende varmezone 62 fyldes med en bevægelig pulversus-15 pension af partikulært oxideret materiale, mens et område 66, der er blottet for sådant partikulært materiale, udgør et område, i den for hvilket smeltning af tidligere afsat materiale foregår. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Brænderenheden 41 er indrettet til at tilvejebringe en 2 strømning af brandbare gasser, der producerer flammer, 3 som rettes mod den ydre overflade af røret 31. Ved at be 4 grænse varmen fra de brændende gasser til et ønsket over 5 fladeområde af røret, etablerer brænderenheden 41 varme- 6 zonen 62, se fig. 3, der har en temperaturprofil 71 ved 7 overfladen af røret. Monteringen af brænderenheden 41 på 8 slæden 40 og dens bevægelse relativt til røret 31 bevæger 9 varmezonen langs længden af røret. Brænderindretningen 41 10 støttes og monteres på slæden 40. Ved justering af en un- 11 derstøtningskonsol kan brænderenheden 41 bevæges inden 12 for et vilkårligt område fra røret 31 eller til et vil 13 kårlig antal positioner omkring og adskilt fra røret. Mu 14 ligheden for at justere brænderen i en tværgående retning 15 hjælper reguleringen af temperaturprofilet langs succes- 16 sive dele af det roterende rør, idet brænderenheden bevæges langs længden af røret under afsætningsfasen.

DK 170299 B1 9

Strømningerne som sendes mod overfladen resulterer i flammer, som tilvejebringer en temperaturprofil, der muliggør afsætningen af dopet siliciumoxid, f. eks. på den indre overflade af røret 31 og efterfølgende kollaps.

5 Flammeenheden 41 producerer en varmezone 62, se fig. 3, med temperaturer fra ca. 1600 °C under afsætningsfasen til ca. 2200 °C under kollapsfasen. Som det ses på fig. 3 udstrækker varmezonen 62 sig foran varmeenheden 41 og bag den. Da varmeenheden 41 bevæges langs røret 31 fremkommer X0 en maksimal temperatur 73 inde i varmezonen og trækker en hale fra en centerlinie 74 af brænderenheden 41. Antages det, at der ikke foretages justering på gasstrømmene, vil jo hurtigere brænderenheden bevæges opstå en desto større afstand mellem den maksimale temperatur 73 af varmezonen 15 og centerlinien 74 af brænderenheden.

Oxygen reagerer med siliciumtetrachlorid og passende dopemidler. Oxider af siliciumtetrachlorid og dopemiddel dannes hovedsagelig idet de kommer ind i hedezonen. Ned 20 ad strømmen i forhold til brænderen er røret relativt koldt og oxidpartikler afsættes der og smeltes senere af den bevægende brænder. De tiloversblivende reaktionsprodukter udstødes ved drejebænkens penoldok.

25 Det er blevet almindeligt at afsætte lag af silicium-dioxid med i det væsentlige ens volumen på indersiden af røret 31. Eftersom diameteren af hvert successivt lag formindskes i forhold til det foregående, forøges tykkelsen af hvert successivt lag i præformrøret en smule.

30

Gentagne passager benyttes til at tilvejebringe et gradueret brydningsindexprofil. Det er kendt, at der er et kompromis mellem afsat lagtykkelse og udglatningen af brydningsindexprofilet. Større afsætningshastigheder re-35 suiterer sædvanligvis i et færre antal tykke lag og et indexprofil 76, der har betydelige forstyrrelser, se fig.

4.

DK 170299 B1 10

Efter afsætningen af et antal siliciumlag på indersiden af substratrøret 31 for at tilvejebringe et præformrør, se fig. 5A, kollaberes præformen. Den bevægelige brænderenhed 41 benyttes til at opvarme røret til en temperatur 5 i området på omkring 2200 °C til et smeltet silicium-dioxidrør. Overfladespænding og/eller ydre tryk får røret til at krympe hurtigt og kollabere til en fast stav 80, se fig. 5B, som kaldes en præform. Dernæst trækkes den optiske fiber fra præformen og optages således, som det 10 f. eks. er vist i US patentskrift nr. 4 370 355.

Den tidligere kendte teknik til afsætning af lag af sili-ciumdioxid med konstant volumen forårsagede, at tykkelsen af de indre lag blev større end tykkelsen af de ydre lag, 15 se fig. 5A. F. eks. er tykkelsen af det allerinderste lag 77 på fig. 5A større end tykkelsen af det alleryderste lag 78. Som det kan ses på fig. 4, er amplituden af forstyrrelserne eller ripierne i brydningsindexprofilet meget udtalte i de lag, der er tættest til længdeaksen af 20 præformen, som er længdeaksen 36 af glasstart- eller substratrøret.

Det må forstås, at tykkelsesforandringerne mellem lagene i præf ormrøret 31 er små, men er overdrevede på fig. 5A 25 af hensyn til forståelsen. Når præformrøret 31 kollaberes til præformen 80, bliver tykkelsesforskellene selvfølgelig mere udtalte, se fig. 5B.

Den teoretiske båndbredde, som kan opnås i multimode op-30 tiske fibre, der er produceret ved MCVD-processen, er af størrelsesordenen ca. 10 GHz-km. Typisk er den opnåede maksimale båndbredde for ved produktion fremstillede optiske fibre af størrelsesordenen ca. 1,5 GHz-km. Som nævnt før forårsager den udtalte amplitude af pertuba-35 tionerne i lagene tæt til længdeaksen af substratrøret, se fig. 4, en reduktion i båndbredden.

DK 170299 B1 11

Dette problem kan overkommes ved at anvende et højere phosphorniveau, men denne løsning fører kun til andre problemer. F. eks. er materialet ved det højere phosphorniveau mere villigt til at reagere med atmosfæren og be-5 virke forekomst af fugt i den resulterende præform. Dette resulterer i en nedbrydning af ydeevnen af optiske fibre, der er trukket deraf, især efter en ibrugtagningsperiode. Ydermere resulterer anvendelse af overskudsmængder af phosphor i optiske fiber med et problem angående strå-10 lingsresistens. Under eksponering til omgivelsernes stråling danner brudte bindinger, der er forbundet med phosphor, farvecentre, som resulterer i forøgede tab. Endvidere påvirker anvendelsen af overskudsphosphormængder formen af den optiske fiber ugunstigt; jo højere phos-15 phorniveauet desto mere oval bliver den trukne fiber. Dette giver problemer ved sammenføjningen.

Disse problemer er overkommet ved at modificere den konventionelle MCVD-proces, i hvilken et konstant volumen af 20 siliciumdioxid afsættes i hver passage af brænderen, hvilket resulterer i lag af siliciumdioxid med lige store volumen. I den konstante volumenproces forøges tykkelsen af hvert lag, der begynder fra det lag, der overgår i beklædningen i retningen henimod længdeaksen af præform-25 røret 31, se fig. 5A. Med processen ifølge opfindelsen varieres det afsatte volumen af siliciumdioxid fra et lag til det næste på en tilsigtet måde for at give en variation i brydningsindexet på tværs af hvert lag, der er relativ lille. Som et resultat reduceres amplituden af for-30 styrrelserne på brydningsindexkurven, hvilket resulterer i en forøget båndbredde. Endvidere medfører det, at det totale tab i den optiske fiber, der trækkes fra præformen 80, bliver signifikant mindre end det tab, der opnås for optiske fiber, der er trukne fra en præform fremstillet 35 med lag af siliciumdioxid med i det væsentlige konstante volumen.

DK 170299 B1 12 I en udførelsesform køres det afsatte volumen af sili-ciumdioxid i hver successiv passage ned på en sådan måde, at tykkelsen af laget 81, se fig. 6A, der overgår i beklædningslaget eller substratrøret, overskrider tykkelsen 5 af det allerinderste lag 82. Det alleryderste lag 81, som <· fremstilles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, har typisk en tykkelse, som er større end tykkelsen af det allerinderste afsatte lag, der er lavet ved den konventionelle MCVD-proces. Ligeledes er tykkelsen af det in-10 derste lag 82, som er afsat i præf ormrøret 31, der er vist på fig. 6A, og afsat ved fremgangsmåder ifølge opfindelsen, omkring en tredjedel af tykkelsen af det inderste lag 77 af et typisk præf ormrør 31 på fig. 5A, der er fremstillet ved en konventionel MCVD-proces. På fig.

15 6B er præformrøret 31 fra fig. 6A vist, efter at dette er kollaberet til en præform 80. Det må forstås, at tykkelsen af det yderste lag 81 af præformen 31 på fig. 6A ifølge opfindelsen kan være større eller mindre end det yderste lag 78 på fig. 5A. Hvad der er vigtigt er, at i 20 fremgangsmåden ifølge opfindelsen varierer mængden af afsat siliciumdioxid blandt lagene.

På fig. 4 og 7 kan det ses, at brydningsindexprofilet 76 af en præform, som er fremstillet i overensstemmelse med 25 konventionelle MCVD-processer, indbefatter forstyrrelser i nærheden af længdeaksen 36, som er væsentlig større i amplitude end tilsvarende forstyrrelser i en præform, der er fremstillet i overensstemmelse med opfindelsen (se profilet 79 på fig. 7). Karakteristikken af forstyrrel-30 serne i brydningsindexkurven er en funktion af varmemængden, der tilføres under afsætningen, tykkelsen af laget og kemien af bearbejdningsbetingelserne. Da lagene afsættes på indersiden af substratrøret 31 og varmen tilføres på den ydre overflade af røret, er det meget lettere at 35 påføre det tyndere lag, som i den kendte teknik, tæt op til beklædningen end det tykkere lag ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Forøgelsen i tykkelse er imidlertid DK 170299 B1 13 ikke så stor, og da det yderste lag er laget, der ligger tættest til varmekilden, afsættes laget relativt let. På den anden side er det vanskeligt at afsætte det aller-inderste lag med en konstant volumen, fordi det ligger 5 længst væk fra varmekilden. Med fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det inderste lag tyndere end de lag der afsættes med konventionelle MCVD-processer, og da der kræves mindre varme til at sintre det afsatte lag, bliver amplituderne af forstyrrelserne i brydningsindexkurven 10 væsentlige mindre. Det er målt, at amplituderne af de mest betydningsfulde forstyrrelser i brydningsindexkurven tæt til længdeaksen af præformrøret, der fremstilles ved konventionelle MCVD-teknikker, er omkring tre gange amplituderne af det inderste lag, der afsættes i overens-15 stemmelse med fremgangsmåderne ifølge opfindelsen.

På fig. 8 kan det ses, at ved en afsætningsfremgangsmåde der frembringer et lag af siliciumdioxid med et konstant volumen, se linie 84 på fig. 8, forøges germaniumdopemid-20 delkomponenten på en ikke-lineær måde, som vist med linien 85. Som det ligeledes ses på fig. 8, repræsenterer linie 86 en aftagende siliciumdioxidafsætning i overensstemmelse med opfindelsen. En sådan planlagt siliciumdioxidaf sætning er ledsaget af et germaniumtetrachlorid-25 niveau, som er ikke-lineært, se den brudte kurve 87 på fig. 8, men som flader ud efter et lag, der er placeret mellem de første og de sidste lag. Brydningsindexet påvirkes af germaniumkoncentrationen i en opløsning af germanium og siliciumdioxid. Det står frit for at formindske 30 siliciumdioxidmængden, men germaniummængden må være bestemt for at opnå det ønskede brydningsindexprofil.

På fig. 9 er vist en fordeling af tabene ved en bølgelængde på 1,3 um. Sammenlignes brydningsindexprofilkur-35 verne på fig. 4 og 7, kan det ses, at den ydre del af de to kurver har sammenlignelige forstyrrelsesamplitudemønstre. Centerhalvdelene af de to kurver afviger imidlertid DK 170299 B1 14 markant og tabet for fiberen, der er fremstillet ifølge den konventionelle fremgangsmåde, er større end det er for fiberen fremstillet ifølge den nye fremgangsmåde. - 5 Brydningsindexprofilet af en præform påvirkes af behandlingsbetingelserne, der anvendes under enten afsætningen eller kollapset. Profilerne 88, 89, 91 og 92 er vist på fig. 10 og de afviger kun i behandlingsbetingelserne, ikke i kemien. Som tidligere nævnt påvirker phosphorind-10 holdet ligeledes lagstrukturen og ændringerne i lagstrukturen forekommer at være sammenlignelige i størrelse med de, der er fundet for variationer i bearbejdningen. Forskellige præforme, der var produceret ved anvendelse af forskellige bearbejdningsbetingelser under kollaps og af-15 sætning eller med forskellige phosphorindhold, blev trukket til optiske fiber og de spektrale fibertab blev målt. Størrelsen af lagstrukturen kan karakteriseres ud fra præformprofilet med en normaliseret forstyrrelsesamplitude, der er defineret som forskellen i ændringen i bryd-20 ningsindexet på tværs af et lag divideret med den gennemsnitlige ændring i brydningsindexet for laget. Korrelationen mellem Rayleigh-spredningen og lagstrukturen er vist på fig. 11, hvor værdierne af Rayleigh-sprednings-koefficienten er afsat mod værdier af den normaliserede 25 forstyrrelsesamplitude. Punkterne 88, 89, 91 og 92 på grafen i fig. 11 svarer til præformene på fig. 10, der er fremstillet med forskellige bearbejdningsbetingelser, hvorimod punkterne 93, 94, 95 og 96 svarer til optiske fiberprøver, der er trukket fra præforme med forskellige 30 phosphorniveauer. Som det kan ses, er effekten af lagstrukturen på Rayleigh-spredningen stor og den afhænger ikke af hvorledes lagstrukturen ændres.

*

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilvejebringer en op-35 tisk fiber, der har en forøget båndbredde. Mens en typisk båndbredde for optiske fiber, der er fremstillet ifølge konventionelle MCVD-processer, er omkring 1,5 GHz-km, er DK 170299 Bl 15 den omkring 2,4 GHz-km for optiske fiber, der er fremstillet efter fremgangsmåden ifølge opfindelsen. I nogle tilfælde har optiske fiber, der er fremstillet ifølge opfindelsen, opnået en båndbredde på over 6,0 GHz-km, hvil-5 ket nærmer sig den teoretiske grænse for optiske multi-mode optiske fibre. Denne fordel kan oversættes til en bevarelse af impulsformen under transmissionen. Ved konventionelle multimode optiske fibre afviger den modtagede impuls fra den transmitterede impuls på grund af for-10 vrængning. Som det kan ses fra tidsdomænekurverne på fig.

12A, er formen af den modtagne impuls 97 for den optiske fiber ifølge opfindelsen i det væsentlige den samme form som den for en transmitteret impuls 98, selv efter til-bagelæggelse af 2,4 km. På fig. 12B er der vist en graf 15 99 for den optiske dæmpning versus frekvensen, hvilket repræsenterer en beregning af båndbredden ud fra informationen i kurverne på fig. 12A.

Det er endvidere en fordel, at båndbredden af en optisk 20 fiber, der er trukket fra en præform, der er fremstillet i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er mindre følsom over for excitationsmetoden af den optiske fiber, end de fiber, der er fremstillet ved kendte MCVD-processer. F. eks. påvirker excitationen med en 25 trunkeret, i modsætning til en ensartet, effektfordeling meget mindre båndbredden af den optiske fiber, der er trukket fra en præform ifølge opfindelsen, end af en fiber, der er trukket fra en præform, der er fremstillet ved en kendt MCVD-proces.

30

Det har vist sig, at afsætningshastigheden kan forøges ved anvendelse af fremgangsmåder ifølge opfindelsen. Hvor f.eks. kendte MCVD-processer forventes at have en afsætningshastighed på ca. 1,0 g/min. for et 19 x 25 mm rør, 35 er afsætningshastigheden for fremgangsmåden ifølge opfindelsen ca. 1,25 til 1,5 g/min.

16 DK 170299 B1

For en given tykkelse af det afsatte lag inde i substratrøret 31 er der en minimal temperatur, som behøves for at sintre det afsatte materiale og en maksimal temperatur, under hvilken uønskede bobler ikke dannes. Ved at reduce-5 re tykkelsen af lagene fra de yderste til de inderste lag > reduceres temperaturen, der behøves til at sintre de inderste lag, og temperaturen reduceres til en værdi godt under den, ved hvilken bobler dannes i præformrøret. Med de relativt tykke inderste lag for kendte MCVD-processer 10 kræves, at mere varmeenergi ledes gennem rørvæggen, de første afsatte lag og tykkelsen af det inderste lag selv, hvorved muligheden for dannelse af bobler forøges.

Det har vist sig, at afsætningshastigheden af de første 15 adskillige yderste lag i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan være omkring to til tre gange afsætningshastigheden for det yderste lag i konventionelle MCVD-processer. På den anden side kan afsætningshastigheden for det inderste lag 82 på fig. 6A være 20 omkring 2/3 af afsætningshastigheden i konventionelle MCVD-processer. Det gennemsnitlige nettoresultat er en højere hastighed for fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Fra det foregående konkluderes det, at fremgangsmåden 25 ifølge opfindelsen ikke kun resulterer i en forøget båndbredde men ligeledes i reducerede tab. Som et resultat giver den optiske fiber, som er trukket fra en præform, der er fremstillet i overensstemmelse med opfindelsen, resultater, der er sammenlignelige med de resultater, der 30 opnås ved afsætning af adskillige flere lag inde i et rør end i en konventionel kendt MCVD-proces, men ved lavere afsætningstider og omkostninger.

35

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en multimode optisk 5 fiber, der har et relativt udglattet brydningsindexpro- fil, hvilken metode indbefatter tilvejebringelse af en præform, hvorfra den optiske fiber skal trækkes, og som indbefatter understøttelse af et substratrør (31) til rotation omkring dets længdeakse, strømning af reaktant-10 forstadier i gasfase (44-47) ind i røret, rotation af røret omkring dets længdeakse, bevægelse af en varmekilde langs røret i et antal passager, idet der under hver enkel passage afsættes et lag af et glasagtigt materiale, og idet temperaturen reguleres således, at reaktionspro-15 dukterne afsættes som lag af det glasagtige materiale på indersiden af røret, og kollabering af substratrøret med de deri afsatte lag til dannelse af præformen, og trækning af den optiske fiber fra præformen, kendetegnet ved, at tykkelsen af de afsatte lag formindskes 20 henimod centret af røret således, at de trinvise ændringer i brydningsindexet i præformen kan blive mindre hen imod centret af kernen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 25 ved, at tykkelsen af de afsatte lag reguleres ved regulering af reaktantforstadiernes strømningshastighed.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tykkelsen af de afsatte lag reguleres ved regule- 30 ring af reaktantforstadiernes koncentrationsniveauer.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tykkelsen af de afsatte lag reguleres ved regulering af strømningshastigheden og koncentrationsniveauerne 35 af reaktantforstadierne. DK 170299 B1 18

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i substratrøret afsættes et ydre lag af glas-agtigt materiale, som har en tykkelse, som er væsentlig større end tykkelsen af et yderste lag i et substratrør, 5 der har afsætninger af glasagtigt materiale deri med i * det væsentlige konstant volumen.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den optiske fiber indbefatter en kerne og en be- 10 klædning, hvilken beklædning har et brydningsindex med en lavere værdi end det maksimale brydningsindex af kernen for energi af den bølgelængde, der skal transmitteres, og at gasfasereaktanterne tilvejebringes ved at føre en be-15 vægelig strøm (via 42) af en dampblanding (via 50) indbefattende mindst et glasdannende forbindelsesforstadium (44-47) sammen med et oxiderende medium (51-53) ind i røret (31), 20 samtidigt med at successive længdeinkrementer af røret udsættes for en varmezone (62) i hver af et antal passager af varmekilden langs længden af røret for at reagere blandingen og afsætte antallet af siliciumdioxidlag inden i røret, 25 idet det inderste af lagene er forenet med den indre overflade af røret, idet temperaturen inde i varmezonen, sammensætningen af 30 dampblandingen og indførelseshastigheden af dampblandingen holdes på værdier således, at mindst en del af reaktionen foregår inden i gasblandingen på et sted, der er adskilt fra den indre væg af røret, hvorved en suspension af partikulært oxidationsreaktionsproduktmateriale, me-35 dens det strømmer ned ad strømmen, bringes til hvile på den indre overflade af røret inden for et område, der strækker sig fra et sted inden i varmezonen, og idet den 19 DK 170299 B1 bevægelige varmezone tilvejebringer kimdannelsesområder for tidligere fremstillet partikulært materiale; og at afsætningen af lag inde i røret reguleres for at til-5 vejebringe den formindskede tykkelse af lagene hen imod rørets center, hvorved lagene af siliciumdioxid, som dannes på indersiden af røret, varierer på en forudbestemt måde og amplituden af variationen i brydningsindex inde i hvert lag er relativ lille. 10

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at germaniumtetrachlorid og siliciumtetrachlorid tilstrømmes ind i røret og germaniumtetrachloridet reageres med siliciumchloridet og strømningshastigheden af 15 germanium formindskes for hvert lag i en retning mod længdeaksen af røret og siliciumtetrachlorid tilstrømmes i successivt aftagende mængder.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet 20 ved, at formindskelsen i volumet af siliciumdioxid mellem lagene reguleres for at formindske volumet på en i det væsentlige konstant måde, og at den optiske fiber som trækkes fra den optiske præform har en båndbredde på mindst ca. 2,4 GHz-km. 25 30 35