FR2474475A1

FR2474475A1 - Fibres de verre optique et procede pour leur obtention

Info

Publication number: FR2474475A1
Application number: FR8101125A
Authority: FR
Inventors: Charles Raymond Bamford; James Robert Mellor; Bernard Parker
Original assignee: Pilkington Brothers Ltd
Current assignee: Pilkington Group Ltd
Priority date: 1980-01-28
Filing date: 1981-01-22
Publication date: 1981-07-31
Also published as: IE810148L; FR2474475B1; CH645325A5; IT8119375A0; US4345036A; DK38581A; IT1135208B; BR8100311A; AU539909B2; BE887270A; SE8100467L; CA1135093A; ZA81161B; JPS56129635A; DE3102639A1; AU6656781A; NL8100368A

Abstract

PROCEDE DE FORMATION DE FIBRE OPTIQUE A PARTIR D'UN VERRE A HAUTE TENEUR EN SILICE (AU MOINS 85MOLES ) ET TEL QUE DES CENTRES DE COULEUR Y APPARAISSENT LORS DE L'ETIRAGE LE TRANSFORMANT EN FIBRE. POUR SUPPRIMER L'AFFAIBLISSEMENT DU A L'APPARITION DE CENTRES DE COULEUR A L'ETIRAGE, ON INCORPORE AU VERRE 1 A 100PARTIES PAR MILLION D'OXYDE DE CERIUM PRESENT DANS LA FIBRE SOIT SOUS FORME D'IONS CERIQUES ET QUE L'AFFAIBLISSEMENT TOTAL DE LA FIBRE NE DEPASSE PAS 20DBKM DANS L'INTERVALLE DE LONGUEURS D'ONDE ALLANT DE 800 A 900NM. SUR LE DIAGRAMME ANNEXE L'AFFAIBLISSEMENT EN FONCTION DE LA LONGUEUR D'ONDE APPARAIT EN B POUR UNE FIBRE SELON L'INVENTION ET EN A POUR UNE FIBRE ANALOGUE MAIS SANS CERIUM. APPLICATION AUX FIBRES OPTIQUES POUR RESEAUX DE COMMUNICATION.

Description

La présente invention concerne les fibres de verre opti-

que et les procédés pour leur obtention.

Les fibres optiques devant servir dans des réseaux de communication doivent présenter un niveau faible d'absorption ou d'affaiblissement des signaux lumineux qu'elles transmet-

tent, ceci afin de maintenir au minimum le nombre de répé-

teurs de signal requis dans une ligne de transmission. Par contrôle du processus de fabrication opéré avec soin de façon

à éliminer les impuretés, il est possible de ramener la cons-

tante d'affaiblissement à 10 dB par kilomètre ou moins, mais on constate alors que l'affaiblissement dû à des centres de couleur engendrés dans la fibre au cours de son étirage peut

devenir important avec certains types de fibre de verre opti-

que à haute teneur en silice. L'apparition de tels centres de

couleur lors de l'étirage de fibres à partir de silice vitreu-

se a été commentée par P. Kaiser dans le Journal of American

Optical Society, 64, 475 (1974). La longueur d'onde principa-

le de la bande d'absorption due aux centres de couleur est de

630 nm. Les fibres optiques sont généralement étirées à par-

tir de préformes, c'est-à-dire de barres de verre comportant une région extérieure, ou gaine, à indice de réfraction plus faible que celui de la région intérieure, ou coeur. En étirant des fibres à partir de préformes réalisées en une composition de verre à haute teneur en silice par le procédé décrit dans

le brevet GB 1 527 436, selon lequel le coeur du verre est mo-

difié par addition d'un oxyde de métal alcalin qui augmente

son indice de réfraction, la demanderesse a constaté la pré-

sence dans les fibres d'une nette bande d'absorption optique

centrée sur une longueur d'onde de 510 nm, que l'on ne cons-

tate pas en soumettant les préformes à des mesures d'affaiblis-

sement optique et qui disparaît lorsqu'on chauffe les fibres à 5000C environ. Ce maximum d'absorption à 510 nm peut aller jusqu'à 250 dB/km et la bande d'absorption peut être assez large pour que l'affaiblissement atteigne, dans l'intervalle de longueurs d'onde normalement adopté dans les réseaux de communication à fibres optiques -allant de 800 à 900 nmune

valeur de 20 dB/km.

Par contre, les compositions de verre à haute teneur en silice préparées par la technique dite de dépôt de vapeurs chimiques, ainsi que certaines autres compositions de verre à haute teneur en silice servant aussi à l'étirage de fibres

optiques et comportant des additifs tels que GeO2 et P205 des-

tinés à relever l'indice de réfraction du coeur du verre, ne semblent pas sujettes à l'apparition de centres de couleur

due à l'étirage.

On sait que des centres de couleur apparaissent aussi dans le verre par suite de l'action de radiations ionisantes

sur le verre et l'on a incorporé de l'oxyde de cérium, à rai-

son de 1 à 2% en poids, à des verres servant, par exemple à

réaliser des fonds de tube cathodique afin de supprimer l'ap-

parition de centres de couleur sous l'effet de radiations.

De plus, B.D. Evans et G.H. Sigal Jnr. suggèrent, dans

IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol: NS-22, no 6, dé-

cembre 1975, pages 2462 à 2467, qu'il devrait être possible de réduire la sensibilité de fibres optiques à des radiations

ionisantes, et d'améliorer la vitesse à laquelle de la trans-

parence de telles fibres réapparaît à la disparition de la'

radiation, en utilisant des fibres en verres à base de sili-

cates comportant du cérium, bien que les fibres connues, en verre aux silicates additionné de cérium, citées dans leur article, qui comportent 0,2% à 1,2% Ce, se soient révélées

présenter des pertes intrinsèques (affaiblissements) de gran-

deur assez forte. Dans l'intervalle de longueurs d'onde opé-

ratoires de 800 à 900 mn, la demanderesse.a constaté que 1' affaiblissement dû àl'incorporation de cérium à ces doses dépasse celui qui découlerait, en l'absence de cérium, de la

présence de centres de couleur due à l'étirage.

- Le brevet GB 816 412 décrit l'incorporation de cérium en proportion plus faible, en moyenne inférieure à 10 3, à du verre par ailleurs constitué de silice pure, opérée afin que le verre conserve sa transparence initiale dans le spectre visible et soit exempt de radioactivité induite après avoir été soumis à l'action de radiations électromagnétiques ou de particules élémentaires, le verre étant destiné, par exemple, à la fabrication soit d'ampoules pour liquides irradiés, soit de glaces transparentes ou d'ensembles optiques devant servir à l'examen d'articles susceptibles d'émettre des radiations électromagnétiques ou des particules élémentaires. Toutefois,

il est dit que ce verre présente une bande d'absorption d'ul-

traviolets atteignant un maximum à 3 200 A (320 nm). Aux fins citées dans le brevet GB 816 412, il semble improbable qu'un empiètement de cette bande sur le spectre visible soulève des difficultés. Par contre, dans un réseau dé communication à fi- bres optiques, attendu que la longueur de trajet type est d' un kilomètre ou plus, l'affaiblissement résultant risquerait

d'être important.

L'invention ne concerne pas principalement la suppression de centres de couleur dus à des radiations, mais a pour objet

de supprimer l'apparition de centres de couleur lors de l'éti-

rage dans des fibres étirées à partir de verres à haute teneur en silice sujets à cette apparition, c'est-à-dire des verres contenant au moins 85 moles % de SiO2 et notamment ceux qu'on a additionnés d'oxydes de métaux alcalins pour élever l'indice de réfraction du coeur du verre, afin de permettre l'obtention

de fibres de verre optique à niveaux d'affaiblissement intrin-

sèque particulièrement faibles.

Selon la présente invention, dans un procédé de formation d'une fibre optique à partir d'un verre à teneur en silice

élevée, d'au moins 85 moles %, et sujet à l'apparition de cen-

tres de couleur lors de sa transformation par étirage en fi-

bres, on supprime ou l'on réduit l'affaiblissement dû à l'ap-

parition de ces centres de couleur à l'étirage en incorporant

1 à 100 parties par million d'oxyde de cérium au verre à par-

tir duquel la fibre est étirée, dans des conditions oxydantes telles qu'une proportion notable du cérium contenu dans le verre de la fibre soit sous forme d'ions cériques et que la fibre présente un affaiblissement total ne dépassant pas 20

dB/km dans l'intervalle de longueurs d'onde de 800 à 900 nm.

De préférence, la proportion d'oxyde de cérium incorporé au

verre servant à façonner la fibre et les conditions d'incorpo-

ration sont telles que le verre contienne 1 à 50 parties par

million, en poids, d'ions cériques.

La demanderesse a découvert qu'en assurant la présence d'une proportion notable du cérium sous forme cérique, on peut supprimer ou réduire l'apparition de centres de couleur à l'étirage moyennant une addition de cérium que l'on rend assez faible, à savoir de 1 à 100 parties par million, pour

éviter d'introduire, aux longueurs d'onde opératoires, un af-

faiblissement inadmissible dû au cérium même. Avec ce taux d'addition de cérium, la fibre demeure sujette à l'apparition de centres de couleur sous l'effet de radiations, bien que la vitesse à laquelle elle reprend alors son état initial soit plus grande que pour une fibre exempte de cérium ayant par

ailleurs la même composition.

Dans le cas préféré, la proportion totale de cérium in-

corporée au verre servant à façonner la fibre est de 3 à 50

parties par million.

Un procédé connu de fabrication de fibres optiques, dé-

crit dans le brevet GB 1 527 436, comprend les opérations con-

sistant à fondre un lot de constituants vitrifiables pour for-

mer un verre aux silicates susceptible de séparation de phase et à étirer ou mouler une barre en ce verre; à provoquer une séparation de phases silicates/non-silicates dans la barre de verre; à éliminer par lessivage la phase non-cilicates pour qu'il subsiste une barre poreuse; à garnir les pores

de la barre d'un additif de nature à élever l'indice de ré-

fraction du verre; à éliminer par dissolution l'additif d' une région extérieure de la barre poreuse; à provoquer par chauffage l'effondrement de la barre poreuse pour obtenir une préforme en verre à haute teneur en silice comportant une région intérieure à indice de réfraction supérieur; et à étirer une fibre optique à partir de la préforme. Ce procédé est particulièrement indiqué pour mettre en oeuvre la présente invention en procédant de façon à introduire un composé de cérium dans le verre avantde provoquer l'effondrement de la barre poreuse, les conditions opératoires étant telles que, dans la préforme et dans la fibre, une proportion notable du cérium, se chiffrant par 1 à 50 parties par million du poids

du verre, soit sous forme d'ions cériques.

Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention par ce procédé, on introduit le composé de cérium dans le lot de

constituants et l'on opère la fusion et l'étirage ou le mou-

lage de la barre dans des conditions oxydantes pour;faire en sorte qu'une proportion notable du cérium présent dans la barre de verre soit sous forme d'ions cériques. Le lessivage de la barre de verre élimine du verre une forte proportion du cérium, mais en laisse subsister une quantité faible dans la préforme, de sorte que la quantité de cérium incorporée au lot de constituants doit être nettement supérieure à celle requise dans la fibre. Par exemple, le composé de cérium peut être introduit dans le lot de constituants de façon que le

verre aux silicates susceptible de séparation de phases con-

tienne 0,1 à 1% et, mieux, 0,1 à 0,5% en poids de CeO2. De telles proportions sont plus faciles à ajuster, ce qui permet de faire plus aisément en sorte d'assurer la présence dans la

fibre des faibles quantités requises.

Selon une variante de mise en oeuvre par le même procédé d'ensemble, on introduit le composé de cérium avec l'additif dans la barre poreuse et l'on provoque l'effondrement de cette barre dans des conditions oxydantes pour faire en sorte qu'une

proportion notable du cérium soit sous forme d'ions cériques.

Selon cette variante, le composé de cérium peut être un sel

céreux qui subit pendant l'effondrement de la barre une oxy-

dation donnant les ions cériques et, dans un cas préféré, l'additif est du nitrate de caesium et le composé de cérium, du nitrate céreux, ces deux composés étant appliqués sur la

barre poreuse dans la même solution aqueuse. Ainsi, la quan-

tité faible souhaitée de cérium peut être introduite dans la barre poreuse d'une manière facile à régler et est mise à 1'

état cérique dans la préforme.

L'invention couvre encore une fibre en verre optique étirée à partir d'un verre contenant au moins 85 moles % de silice et 1 à 50 parties par million en poids d'ions cériques,

les caractéristiques d'affaiblissement de la fibre étant tel-

les que la courbe d'affaiblissement tracée en fonction de la longueur d'onde ne présente pas de crêtes dues à l'apparition de centres de couleur à l'étirage et que l'affaiblissement

dans l'intervalle de longueurs d'onde de 800 à 900 nm ne dé-

passe pas 20 dB/km. De préférence, le total de cérium (ions céreux et ions cériques) présent dans la fibre est de 3 à 50

parties par million (ppm) du poids du verre.

Il semble que l'on puisse appliquer avantageusement la présente invention par incorporation de cérium -à une dose

inférieure à celle susceptible d'aggraver le problème en aug-

mentant l'affaiblissement au lieu de le réduire par suppres-

sion des centres de couleur- à du verre à haute teneur en silice dans tous les cas o les fibres étirées à partir de préformes en ce verre s'avèrent par ailleurs présenter une

crête d'absorption due à l'apparition de centres de couleur.

Les ions cériques ont pour effet de supprimer ou de ramener à un niveau admissible l'affaiblissement qui apparaît à la longueur d'onde opératoire. La demanderesse présume que, dans les verres sujets à l'apparition, à l'étirage, de centres de couleur, le mécanisme d'apparition du-défaut peut être en

rapport avec la présence de certains dopes ou additifs utili-

sés pour relever l'indice de réfraction du coeur du verre, tels qu'oxydes de métaux alcalins et, notamment, oxyde de caesium. L'invention est donc applicable à l'étirage de fibres optiques à partir de verres à haute teneur en silice parmi

lesquels figurent, outre ceux fabriqués par les procédés dé-

crits dans le brevet GB 1 527 436, des verres comportant au

moins 85 moles % de silice et comportant des additions d'oxy-

des de métaux alcalin de l'ordre de 5 à 15 moles % (en poids)

ou plus, destinées à relever l'indice de réfraction. -

La demanderesse a constaté que la mesure de la teneur

totale en cérium des fibres s'avère difficile aux doses utili-

sées, normalement inférieures à 50 ppm, mais que des propor-

tions de cérium qui, apparemment, ne dépassent pas 4 ppm peu-

vent être efficaces pour supprimer complètement ou partielle-

ment la bande d'absorption due à l'apparition de centres de

couleur à l'étirage.

La proportion d'oxydes de cérium présents dans un verre

s'exprime normalement, en analyse chimique, en dioxyde de cé-

rium mais, attendu que dans le cas présent la matière active

est l'ion cérique, cette proportion est ici exprimée en cé-

rium. Dans la plupart des cas, certains ions céreux subsistent, car il est difficile de les faire passer en totalité à l'état cérique. La mesure du rapport ions cériques/ions céreux est aussi difficile et sujette à erreur, en particulier pour les teneurs très faibles. Le rapport ions cériques/ions céreux

de la fibre dépend des pressions partielles effectives d'oxy-

gène appliquées pendant la fabrication de la préforme et pen-

dant l'étirage de la fibre. L'efficacité avec laquelle de-très faibles quantités de cérium suppriment l'absorption due à l'apparition de centres de couleur à l'étirage indique que,

dans les fibres, le cérium est entièrement ou presque entiè-

rement sous forme d'ions cériques. L'analyse indique qu'un

taux de 1 à 50 ppm d'ions cériques est adéquate pour suppri-

mer ou réduire la crête d'absorption due aux centres de cou-

leur apparus à l'étirage.

Au cas ou l'on incorpore le cérium aux constituants de départ servant à former le verre aux silicates (généralement borosilicates) susceptible de séparation de phases à partir duquel on étire ou l'on moule les barres qui sont converties par séparation de phases, lessivage, garnissage des pores et effondrement en les préformes à partir desquelles on étire les

fibres optiques, l'addition de dioxyde de cérium aux consti-

tuants de départ allant jusqu'à 1% en poids, il subsiste tou-

jours quelques parties par million de cérium dans la préforme finie, bien que la majeure partie du cérium soit éliminée par les opérations de séparation de phases et de lessivage. La

concentration en cérium des préformes est typiquement infé-

rieure au centième de la quantité de cérium présente dans le verre borosilicique de départ. En général, on peut obtenir

de bons résultats en ajoutant 0,1 à 0,5% de CeO2 aux consti-

tuants de départ. La proportion de CeO2 peut dépasser 0,5%

et l'on a obtenu des résultats acceptables en incorporant jus-

qu'à 1% de CeO2, sous réserve qu'il faut avoir soin d'éviter

une addition de CeO2 suffisante pour des difficultés apparais-

sant à la fusion ou pour que du fait de la teneur résiduelle

de la fibre finale en cérium, l'affaiblissement vienne à dé-

passer 30 dB/km dans l'intervalle de longueurs d'onde de 800

à 900 nm.

Il s'avère satisfaisant d'ajouter environ 0,5% de dioxyde de cérium car, avec ce taux d'addition, le verre peut être

affiné au point de répondre aux normes très rigoureuses à res-

pecter et les préformes complètement traitées ont une concen-

tration adéquate en ions cériques.

Il est essentiel d'opérer la fusion du verre dans des conditions oxydantes pour faire en sorte que le cérium présent

dans le verre soit en proportion notable à l'état cérique.

Autrement dit, il faut choisir les agents d'affinage de façon

que le cérium présent dans le bain ne subisse aucun effet ré-

ducteur. On a en effet constaté que si l'on ajoute, par exem-

ple, comme agent d'affinage As203 qui exerce un effet réduc-

teur sur le cérium, on n'obtient pas la suppression de la crê-

te présente dans la courbe d'absorption du fait des centres de couleur apparus pendant l'étirage, parce que le cérium est

présent surtout sous forme d'ions céreux.

Des analyses comparées de verres fondus, l'un dans des conditions réductrices en présence de 0,8% d'As203 et l'autre, dans des conditions oxydantes ont révélé les distributions

approximatives suivantes d'ions cériques et céreux.

Conditions % Ce3 % Ce4 Réductrices présence d'As203 100 0 Oxydantes 75 25 Ces résultats confirment que, dans des conditions réductrices, on obtient un verre o le cérium est présent surtout à l'état céreux. Avec des conditions oxydantes, la proportion d'ions cériques présents dans les barres peut être d'environ 25%,

mais dans les fibres cette proportion est généralement beau-

coup plus forte, comme indiqué plus haut.

Si l'on procède selon la variante précitée, consistant à

incorporer le composé de cérium avec l'additif à la barre po-

reuse et à provoquer l'effondrement de la barre dans des con-

ditions oxydantes, on ajoute normalement un sel ou des sels de cérium solubles à l'additif ou aux additifs incorporés aux barres poreuses pour provoquer une modification de l'indice de réfraction.dans la préforme en verre solide. Si l'additif est, par exemple, ajouté sous forme de solution de nitrate de caesium, c'est du nitrate céreux que l'on ajoute à la solution

d'additif parce qu'il n'est pas possible d'ajouter un sel cé-

rique; en effet, la demanderesse a constaté que les seuls sels cériques solubles stables sont des sels doubles, tels

qu'ammonionitrate cérique, qui ne sont pas stables en présen-

ce d'un additif tel que nitrate de caesium. On constate qu'en ajoutant un sel de cérium soluble dans la solution d'additif

utilisée et en adoptant des conditions fortement oxydantes pen-

dant l'opération d'effondrement, on assure la présence dans

la fibre, à l'état étiré à partir de la préforme, d'une quan-

tité de cérium à l'état cérique suffisante pour supprimer,

dans la courbe d'affaiblissement, toutes crêtes qui y figure-

raient normalement du fait de la présence de centres de cou-

leur apparus à l'étirage. Il importe de s'assurer que la quan-

tité totale de cérium incorporée à la solution d'additif ne confère pas à la fibre étirée un affaiblissement inadmissible, soit par suite d'absorption par un excès de cérium (plus de

ppm), soit du fait d'une diffusion de la lumière provo-

quée par des particules de CeO2 qui n'ont pu se dissoudre com-

plètement, même pendant l'étirage de la fibre. Il s'avère que l'addition, par exemple, de 10 à 15 g de nitrate céreux à 1 500 ml de solution aqueuse contenant 1 500 g de nitrate de

caesium assure dans la fibre étirée une concentration effec-

tive en cérium à l'état cérique de 1 à 20 ppm. Il est diffici-

le de fixer des limites basses, car les quantités nécessai-

res varient dans une certaine mesure avec la nature de la so-

lution d'additif mise en oeuvre. Par exemple, la concentra-

tion de la solution de nitrate de caesium varie selon la modi-

fication d'indice de réfraction requise, ce qui retentit sur

la concentration en nitrate céreux nécessaire.

On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation graphique comparée de l'affaiblissement en fonction de la longueur d'onde de la lumière transmise pour une fibre optique selon l'invention et pour une autre fibre par ailleurs analogue, mais ne contenant pas de cérium; la figure 2 représente une courbe analogue pour une autre fibre selon l'invention; - la figure 3 est une représentation analogue de courbes

obtenues par extrapolation pour des verres contenant du cé-

rium, avant transformation par étirage en fibres.

EXEMPLE I

Pour déterminer l'effet exercé sur l'affaiblissement de

la fibre finie en ajoutant du cérium aux constituants de dé-

part de manière à provoquer l'apparition d'une proportion no-

table d'ions cériques, on a préparé dans des conditions oxy-

dantes une série de bains de verre aux borosilicates suscep-

tibles de séparation de phases ayant la composition de base suivante, en moles %: SiO2 56%

B2 03 36%

K2O 4%

NaO2 4 % On a ajouté le cérium aux constituants de départ sous forme d'ammonionitrate cérique en faisant varier le taux d'addition de façon à obtenir de 0,1 à 1,0% en poids de CeO2 dans les barres en verre borosilicique coulées à partir des bains. On transforme ces barres en préformes convenant pour l'étirage de fibres optiques par le procédé décrit dans le brevet GB

1 527 436, c'est-à-dire en provoquant une séparation de pha-

ses, en éliminant par lessivage la phase non silicique, en garnissant les pores de la barre avec-un additif (oxyde de

caesium) de nature à relever l'indice de réfraction, en élimi-

nant par dissolution l'additif d'une région extérieure de la barre poreuse et en provoquant par chauffage l'effondrement

de cette barre pour obtenir la préforme.

La manière de procédé concrète a consisté à soumettre les barres moulées, d'un diamètre de 10 mm, à un traitement thermique

à 550'C pendant 2 heures pour provoquer la séparation de pha-

ses, après quoi on fait subir à chaque barre une attaque dans HF à 5% pendant 10 secondes, puis un lavage à l'eau de 30 secondes. On lessive les barres à 950C avec HC1 3N contenant 20% en poids de NH4Cl pendant plus de 30 heures, pour éliminer

la phase borates.

On lave la matière lessivée à l'eau désionisée. On incor-

pore ensuite l'additif comme suit: on plonge les barres poreu-

ses obtenues en procédant comme indiqué ci-dessus, pendant plus de quatre heures et à 950C, dans une solution aqueuse de CsNO3 ayant une concentration en CsNO3 de 1 500 g/ 1 000 ml de

solution. On établit une région extérieure à indice de réfrac-

tion moindre, constituant une gaine optique, en plongeant les barres dans de l'eau à 00C pour éliminer par dissolution

le nitrate de caesium précipité des pores de cette région ex-

térieure. On sèche ensuite les barres sous vide à 00C, puis on les met par consolidation à l'état de préformes en les portant

à une température (d'environ 800'C) provoquant leur effondre-

ment, sous pression d'oxygène (approximativement 20 kPa) afin il d'établir des conditions oxydantes en vue de l'obtention d'

une proportion notable d'ions cériques dans le verre des pré-

formes. On mesure la quantité de cérium, exprimée en cérium, présente dans une partie de chaque préforme. A partir du res-

te de la préforme, on étire une fibre dont on mesure l'affai-

blissement spectral dans l'intervalle de longueurs d'ondes

allant de 400 à 1 050 nm.

Le tableau I résume les résultats d'analyse obtenus tant sur la barre borosilicique initiale que sur la préforme, ainsi que les données sur l'affaiblissement spectral de la fibre associée.

TABLEAU I

Teneur en Teneur en Affaiblissement de la fibre en CeO2 du Ce de la dB/km aux longueurs d'onde Bar- verre boro- préforme spécipiées en nm re silicique (ppm)

N (%)

500 600 700 800 900

1 0,3 8 33 19 14 il 9 2 0,5 4 32 16 il 8 7

3 0,5 5 31 15 10 7 6

4 0,5 8 32 18 il 8 6

0,5 12 27 13 8 6 6

6 0,75 19 31 17 15 16 12

La figure 1 indique une courbe type d'affaiblissement spectral pour des fibres contenant du cérium (courbe B). Le degré de modification assuré par l'addition de cérium ressort

d'une comparaison de la courbe B avec la courbe A, correspon-

dant à une préforme exempte de cérium. Toutefois, il faut -on l'a ditqu'une proportion notable du cérium soit à l'état cérique. Si le cérium est en prédominance à l'état céreux, ce qui est le cas lorsqu'on ajoute, avec le cérium, 0,8% d'oxyde

d'arsenic au verre borosilicique, on n'obtient pas la suppres-

sion des centres de couleur engendrés à l'étirage.

EXEMPLE II

Pour démontrer les résultats obtenus en ajoutant du cé-

rium à l'étape de garnissage des pores, on prépare comme suit une série de barres poreuses, en procédant comme décrit dans l'exemple I. On fond un verre ayant en moles %, la composition de base indiquée dans l'exemple I et on l'agite pour obtenir un bain homogène à partir duquel on étire des barres d'un

diamètre de 10 mm.

* On soumet les barres étirées à un traitement thermique à 550'C pendant deux heures pour provoquer une séparation de phases, puis on fait subir à chaque-barre une attaque de 10

secondes dans HF à 5%; suivie d'un lavage à l'eau de 30 se-

condes. On lessive les barres, on les lave et on leur incor-

pore de l'additif comme dans l'exemple I, sauf que la solu-

tion de CsNO3 contient aussi du nitrate céreux (Ce(NO3)3) aux doses indiquées dans le tableau II ci-dessous. Pour constituer la gaine, sécher les barres et les consolider afin d'obtenir les préformes, on procède encore comme dans l'exemple I.

On étire alors une fibre à partir de chaque préforme con-

solidée et l'on mesure l'affaiblissement spectral dans l'in-

tervalle de longueurs d'onde de 400 à 1 050 nm. On détermine aussi par analyse chimique la concentration totale de Ce. L' affaiblissement est dans tous les cas inférieur à 20 dB/km dans l'intervalle de 800 à 900 na et la crête d'absorption

se trouve sensiblement supprimée. Le tableau II ci-dessous ré-

sume les données sur l'affaiblissement spectral et donne,

pour les préformes, la teneur en Ce en ppm.

TABLEAU II

Poids de Teneur en nitrate cérium de Bar- céreux la pré- Affaiblissement de la fibre en dB/km re (g) forme aux longueurs d'onde spécifiées en NO (ppm) nm

500 600 700 800 900

7 10 94 78 30 18 13 10

8 15 105 - - 27 18 15

9 15 73 - 52 31 19 16

EXEMPLE III

On procède encore comme dans l'exemple I pour une nouvel-

le série de barres, en incorporant dans tous les cas 0,5% en

poids de CeO2 aux constituants de départ. On mesure les te-

neurs en Ce du coeur et de la gaine de chaque barre, avant

étirage; ces teneurs sont portées dans le tableau III ci-

dessous. Dans tous les cas, il y a suppression de la crête et de la banded'absorption qui devraient apparaître en l'absence

d'ions cériques.

TABLEAU III

Barre Teneur en Ce (ppm) Affaiblissement (dB/km) No Coeur Gaine à 900 nm

10 4 6 8

il 13 5 12

12 16 7 6

13 12 5 6

14 12 27 12

La figure 2 indique la courbe d'affaiblissement obtenue.

Pour démontrer combien il importe de conserver à la fibre

une teneur totale en cérium faible, on prépare une barre boro-

silicique de 1 m de long ayant la même composition de base que les barres en verre susceptible de séparation de phases selon les exemples ci-dessus et comportant 0,5% de CeO2, et l'on mesure l'affaiblissement subi par la lumière transmise à travers la barre pour diverses longueurs d'onde. Selon la loi de Beer, l'absorption de lumière par un verre dépend, pour

une épaisseur donnée de la couche traversée, de la teneur mo-

léculaire en colorant de cette couche. Partant de ce principe, on a exprimé les résultats des mesures opérées sur la barre en dB/km pour des teneurs en cérium de 10 et de 100 ppm. L' affaiblissement intrinsèque dû au cérium est indiqué par les courbes portées sur la figure 3. Pour un total de cérium de 100 ppm (courbe C), l'affaiblissement à 850nm dû au cérium est de 10 dB/km, ce qui montre qu'une teneur totale en cérium de 100 ppm doit être considérée comme une limite haute pour que la fibre ait le faible affaiblissement souhaité. Avec 10 ppm de cérium (courbe D), l'affaiblissement dû au cérium à

850 nm n'est que de 1 dB/km.

Il va sans dire que la composition de la préforme com-

plètement traitée et de la fibre étirée à partir de la pré-

forme diffère complètement de celle de la barre en verre bo-

rosilicique initiale. La préforme comporte au moins 85 moles %

de SiO2. Toutefois, on peut s'attendre à ce que l'affaiblisse-

ment spectral dû au cérium, qui est à raison d'au moins 50% à l'état cérique pour éviter ou limiter l'apparition de centres de couleur pendant l'étirage des fibres, soit du même ordre dans la préforme que dans la barre borosilicique. Il est donc évident qu'il faut éviter des teneurs en cérium dépassant 100 ppm. Bien que l'invention n'ait pas pour but de rendre les fibres moins sujettes à l'apparition de centres de couleur sous l'effet de radiations ionisantes, on constate que les

fibres selon l'invention ayant subi l'effet de telles radia-

tions reviennent en fait à l'état initial beaucoup plus vite

que des fibres analogues exemptes de cérium.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de formation de fibre optique à partir d'un verre à haute teneur en silice, contenant au moins 85 moles % de SiO2, et sujet à l'apparition de centres de couleur lors de sa transformation en fibres par étirage, caractérisé en ce qu'un supprime ou réduit l'affaiblissement dû à l'apparition de ces centres de couleur à l'étirage en incorporant 1 à 100 parties par million d'oxyde de cérium au verre à partir duquel la fibre est étirée, en opérant dans des conditions oxydantes telles qu'une proportion notable du cérium présent dans le verre de la fibre soit sous forme d'ions cériques et que la fibre ait un affaiblissement total ne dépassant pas 20 dB/km

dans l'intervalle de longueurs d'onde allant de 800 à 900 nm.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que la proportion d'oxyde de cérium incorporée au verre ser-

vant à façonner la fibre, et les conditions d'incorporation, sont telles que le verre contienne 1 à 50 parties par million

en poids d'ions cériques.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la proportion totale de cérium incorporé au verre

servant à former la fibre est de 3 à 50 parties par million.

4. Procédé de formation de fibre optique selon l'une

quelconque des revendications précédentes, comprenant les opé-

rations consistant à fondre un lot de constituants vitrifia-

bles pour obtenir un verre aux silicates susceptible de sépa-

ration de phases et à étirer ou mouler une barre en ce verre

à provoquer la séparation des phases silicates et non-silica-

tes dans la barre de verre; à éliminer par lessivage la phase

non-silicates pour qu'il subsiste une barre poreuse; à gar-

nir les pores de la barre d'un additif de nature à augmenter l'indice de réfraction du verre; à éliminer par dissolution

l'additif d'une région extérieure de la barre poreuse; à pro-

voquer par chauffage l'effondrement de la barre poreuse pour

obtenir une préforme en verre à haute teneur en silice compor-

tant une région intérieure à indice de réfraction plus élevé;

et à étirer une fibre optique à partir de la préforme; carac-

térisé en ce qu'on introduit un composé de cérium dans le ver-

re avant de provoquer l'effondrement de la barre poreuse, les conditions opératoires étant telles que, dans la préforme et dans la fibre, une proportion notable du cérium, se chiffrant par 1 à 50 parties par million du poids du verre, soit sous

forme d'ions cériques.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on introduit le composé de cérium dans le lot de consti- tuants et l'on opère la fusion et l!étirage ou le moulage de la barre dans des conditions oxydantes pour faire en sorte qu'une proportion notable du cérium présent dans la barre de

verre soit sous forme d'ions cériques.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce

que l'on introduit le composé de cérium dans le lot de consti-

tuants de façon que le verre aux silicates susceptible de sé-

paration de phases contienne 0,1 à 1% en poids de CeO2.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce

q'on introduit le composé de cérium dans le lot de consti-

tuants de façon que le verre aux silicates susceptible de sé- -

paration de phases contienne 0,1 à 0,5% de CeO2.

8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on introduit le composé de cérium avec l'additif dans la

barre poreuse et l'on provoque l'effondrement de la barre po-

reuse dans des conditions oxydantes pour faire en sorte qu'une

proportion notable du cérium soit sous forme d'ions cériques.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce

que le composé de cérium est un sel céreux qui est oxydé pen-

dant l'effondrement de la barre pour donner les ions cériques.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce

que l'additif-est du nitrate de caesium et le composé de cé-

rium, du nitrate céreux, l'un et l'autre étant appliqués sur

la barre poreuse dans la même solution aqueuse.

11. Fibre en verre optique étirée à partir d'un verre contenant au moins 85 moles % de silice, caractérisée en ce qu'elle contient aussi 1 à 50 parties par million en poids d'ions cériques, les caractéristiques d'affaiblissement de la fibre étant telles que la courbe d'affaiblissement en fonction

de la longueur d'onde ne présente pas de crêtes dûe à l'appa-

rition de centres de couleur à l'étirage et que l'affaiblisse-

ment dans l'intervalle de longueurs d'onde allant de 800 à 900

nm ne dépasse pas 20 dB/km.

12. Fibre en verre optique selon la revendication 11, ca-

ractérisée en ce que sa teneur totale en cérium (ions céreux et ions cériques) est de 3 à 50 parties par million du poids

du verre.

13. Fibre en verre optique caractérisée en ce qu'elle a été formée par un procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 10.