FR2714371A1 - Coating optical fibre preform by plasma deposition - Google Patents

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Abstract

Deposition of opt. doped silica onto an optical fibre preform, by means of a plasma torch, involves injecting the coating starting materials by means of a gas stream along the symmetry axis of the torch into the centre of the plasma-forming gas stream feeding the torch. Also claimed are (i) a device for carrying out the above process; and (ii) an optical fibre produced from a primary preform coated by the above process.

Description

PROCEDE DE RECHARGE D'UNE PREFORME DE FIBRE OPTIQUE,METHOD FOR RECHARGING AN OPTICAL FIBER PREFORM,

DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE ET FIBRE  DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD AND FIBER

OPTIQUE OBTENUE PAR CE PROCEDEOPTICAL OBTAINED BY THIS METHOD

La présente invention concerne un procédé de recharge d'une préforme de fibre optique dans lequel on dépose de la silice dopée ou non dopée  The present invention relates to a method for charging an optical fiber preform in which doped or undoped silica is deposited.

sur une préforme au moyen d'une torche à plasma.  on a preform using a plasma torch.

Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce  It also concerns a device for the implementation of this

procédé et la fibre optique obtenue selon ce procédé.  process and the optical fiber obtained by this method.

L'utilisation de la fibre optique en silice dans les réseaux de télécom-  The use of silica optical fiber in telecommunication networks

munication à longue distance régionaux, locaux et intercentraux est aujourd'hui largement répandue et la fibre optique est un produit hautement normalisé. Cependant, l'introduction prochaine de la fibre dans les réseaux d'abonnés pousse les fabricants à développer des  Long-distance regional, local and inter-city communication is now widespread and fiber optics is a highly standardized product. However, the forthcoming introduction of fiber into subscriber networks is pushing manufacturers to develop

procédés de fabrication encore plus efficaces car cette nouvelle appli-  manufacturing processes even more efficient because this new application

cation entraînera une augmentation considérable de la demande et le prix de la fibre interviendra de manière encore plus importante qu'aujourd'hui. D'autre part, la demande croissante pour des cables à fibres optiques fortement sollicitées mécaniquement, en particulier en allongement, ainsi que la nécessité, pour des raisons économiques, d'alléger les structures de renforcement des câbles actuels, entraînent une demande pour des fibres plus résistantes au vieillissement. Le dopage au titane de la couche de silice constituant la surface de la fibre permet d'améliorer cette résistance mais requiert un procédé de  This will lead to a considerable increase in demand and the price of fiber will be even greater than today. On the other hand, the increasing demand for mechanically stressed optical fiber cables, in particular for elongation, as well as the need, for economic reasons, to lighten the current cable reinforcement structures, are leading to a demand for fibers more resistant to aging. The titanium doping of the silica layer constituting the surface of the fiber makes it possible to improve this resistance but requires a method of

fabrication particulier.particular manufacture.

Les fibres optiques utilisées en télécommunication sont constituées d'un coeur en silice d'environ 9 lm de diamètre pour une fibre monomode et d'une gaine optique, également en silice de 125 jm de diamètre. Un revêtement acrylique de 250 lm de diamètre protège la surface de la  The optical fibers used in telecommunication consist of a silica core of about 9 μm in diameter for a monomode fiber and an optical cladding, also in silica of 125 μm in diameter. An acrylic coating of 250 lm in diameter protects the surface of the

silice contre les atteintes de nature mécanique et chimique.  silica against attacks of a mechanical and chemical nature.

Une différence d'indice de réfraction optique positive entre la silice du coeur et la silice de la gaine de la fibre, obtenue par dopage, confère à la fibre ses propriétés de guidage de la lumière. Pour que la lumière puisse se propager sans trop de pertes sur de longues distances, il est indispensable de recourir à la silice synthétique ultrasèche pour former le coeur et la partie de la gaine optique qui entoure le coeur de la fibre. Cette exigence n'est en revanche pas nécessaire pour la partie extérieure de la gaine. Dans cette partie de la fibre il faut avant tout éviter la présence de particules étrangères susceptibles de  A positive optical refractive index difference between the core silica and the doped fiber clad silica gives the fiber its light-guiding properties. In order for light to propagate without excessive losses over long distances, it is essential to use ultra-synthetic synthetic silica to form the core and the part of the optical cladding that surrounds the core of the fiber. This requirement is however not necessary for the outer part of the sheath. In this part of the fiber, it is first of all necessary to avoid the presence of foreign particles likely to

fragiliser la fibre.weaken the fiber.

La fabrication d'une fibre optique comprend toujours deux opérations principales qui sont la fabrication de la préforme et le fibrage de la préforme. Une préforme est un barreau de silice typiquement d'un mètre de longueur et de quelques centimètres de diamètre dont la structure et la composition sont identiques à celles de la fibre qui sera obtenue après fibrage. Dans le cas de la fibre monomode, la fabrication d'une préforme comprend, elle aussi, deux opérations qui sont la fabrication de la préforme coeur, et la recharge de la préforme coeur. Les procédés utilisés pour fabriquer les préformes coeur diffèrent de par le substrat sur lequel est déposée la silice synthétique devant former le coeur de la fibre, mais la réaction de synthèse est toujours la même. Les principaux réactifs utilisés sont des chlorures de silicium et de germanium, qui est l'élément dopant, et l'oxygène qui réagissent à haute température (T > 1000 C) selon le schéma: SiCl. (vapeur) + 02 (gazeux) SiO2 (solide) + 2C12 (vapeur) pour former des suies qui se déposent par thermophorèse sur un substrat plus froid, étant donné que la réaction a lieu en phase vapeur. Un traitement thermique approprié permet par la suite de  The manufacture of an optical fiber always comprises two main operations which are the manufacture of the preform and the fiberization of the preform. A preform is a silica rod typically one meter long and a few centimeters in diameter whose structure and composition are identical to those of the fiber that will be obtained after fiber drawing. In the case of the monomode fiber, the manufacture of a preform also includes two operations that are the manufacture of the heart preform, and the recharge of the core preform. The methods used to manufacture the core preforms differ from the substrate on which the synthetic silica to form the core of the fiber is deposited, but the synthesis reaction is always the same. The main reagents used are chlorides of silicon and germanium, which is the doping element, and oxygen which react at high temperature (T> 1000 C) according to the scheme: SiCl. (vapor) + 02 (gaseous) SiO2 (solid) + 2C12 (steam) to form soot that settles thermophoretically on a colder substrate, since the reaction takes place in the vapor phase. Appropriate heat treatment then allows

vitrifier les suies déposées.vitrify the deposited soot.

Les chlorures utilisés se présentent à température ambiante sous forme liquide. Ils sont en général transportés sur le lieu de réaction sous forme de vapeur saturante par un flux d'oxygène constituant une  The chlorides used are at room temperature in liquid form. They are generally transported to the reaction site in the form of saturated vapor by a flow of oxygen constituting a

partie de l'oxygène nécessaire à la réaction d'oxydation.  part of the oxygen necessary for the oxidation reaction.

La préforme coeur ne constitue qu'une faible partie de la totalité de la silice nécessaire à la fabrication des fibres monomodes. La silice extérieure, qui constitue la recharge, n'a pas besoin d'être de qualité optique. Elle peut être obtenue par un procédé dit "à suies". A cet effet, la préforme coeur est remontée sur un banc de dépôt extérieur et sert d'amorce à une série de passes de chalumeau au cours desquelles une grande quantité de silice est déposée. Cette silice est ensuite consolidée par immersion dans un four sous atmosphère chlorée. Les opérations de dépôt et de consolidation ont des durées  The core preform constitutes only a small part of the totality of the silica necessary for the manufacture of monomode fibers. The outer silica, which constitutes the refill, does not need to be of optical quality. It can be obtained by a so-called soot process. For this purpose, the core preform is raised on an external deposit bench and serves as a primer to a series of torch passes during which a large amount of silica is deposited. This silica is then consolidated by immersion in an oven under a chlorinated atmosphere. Deposit and consolidation transactions have durations

sensiblement égales.substantially equal.

L'intérêt d'une torche à plasma pour recharger les préformes est de permettre, grâce à une température de flamme très élevée (>6000 K), de simultanément synthétiser, déposer et vitrifier une recharge de silice, et cela même si elle contient des dopants comme le titane qui  The advantage of a plasma torch for recharging the preforms is to allow, thanks to a very high flame temperature (> 6000 K), to simultaneously synthesize, deposit and vitrify a silica refill, and this even if it contains dopants like titanium which

élèvent la température de vitrification.  raise the vitrification temperature.

La silice synthétisée et déposée à l'aide d'une torche à plasma possède les propriétés requises pour garantir à la fibre une bonne résistance mécanique: - c'est une silice synthétique à la composition chimique bien contrôlée et exempte d'inclusions accidentelles; - la température de flamme élevée donne par polissage au feu un  Silica synthesized and deposited using a plasma torch has the properties required to guarantee the fiber good mechanical strength: - it is a synthetic silica with a well controlled chemical composition and free of accidental inclusions; - the high flame temperature gives by fire polishing a

excellent état de surface à la couche déposée.  excellent surface condition at the deposited layer.

Une torche à plasma est un dispositif dans lequel une décharge élec-  A plasma torch is a device in which an electric discharge is

trique est maintenue dans un écoulement gazeux. En présence d'une  is kept in a gas flow. In the presence of a

décharge électrique, le gaz est ionisé et devient un plasma, électri-  electric discharge, the gas is ionized and becomes a plasma, electri-

quement conducteur, ce qui lui permet d'absorber l'énergie électro-  driver, which allows him to absorb the electro-

magnétique fournie. L'absorption de cette énergie électromagnétique se  magnetic provided. The absorption of this electromagnetic energy is

traduit par une augmentation de température du gaz plasma.  translated by an increase in temperature of the plasma gas.

Selon une technique déjà utilisée, la silice à déposer est obtenue par injection de granulés à l'avant de la torche à plasma, laquelle provoque alors la fusion, le dépôt et la vitrification de cette silice sur la préforme. Les résultats obtenus par cette technique sont tributaires de la pureté et de la taille des granules de silice utilisées. L'insertion d'impuretés  According to a technique already used, the silica to be deposited is obtained by injection of granules at the front of the plasma torch, which then causes the melting, deposition and vitrification of this silica on the preform. The results obtained by this technique are dependent on the purity and the size of the silica granules used. The insertion of impurities

provenant de ces granules dans la matière déposée n'est pas exclue.  from these granules in the deposited material is not excluded.

La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en offrant un procédé tel que mentionné en préambule et permettant d'obtenir par des moyens simples, efficaces et facilement contrôlables, une recharge des préformes d'excellente qualité et dont la composition  The present invention proposes to overcome these disadvantages by providing a method as mentioned in the preamble and to obtain by simple, effective and easily controllable means, a refill preforms of excellent quality and whose composition

est contrôlée d'une manière très precise.  is controlled in a very precise way.

Ce but est atteint par le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que l'on injecte les matériaux à l'origine de cette recharge au moyen d'un flux gazeux sur l'axe de symétrie de ladite torche, au centre du  This object is achieved by the method according to the invention, characterized in that the materials at the origin of this refill are injected by means of a gas flow on the axis of symmetry of said torch, in the center of the

courant de gaz plasmagène alimentant cette torche.  flow of plasma gas supplying this torch.

Selon un mode de réalisation préféré du procédé, lesdits matériaux peuvent être des granules de silice cristalline ou amorphe, ou des composés volatils de silicium choisis parmi des substances qui réagissent avec l'oxygène pour générer des suies de silice, qui sont transportés sur la préforme et y sont vitrifiés par l'action de la torche à plasma. De préférence, lesdits composés volatils renferment en outre  According to a preferred embodiment of the method, said materials may be crystalline or amorphous silica granules, or volatile silicon compounds chosen from substances that react with oxygen to generate silica soot, which are transported on the preform and are vitrified by the action of the plasma torch. Preferably, said volatile compounds additionally contain

des chlorures, des oxychlorures ou des halogènes d'éléments dopants.  chlorides, oxychlorides or halogens of doping elements.

De façon avantageuse, on injecte lesdits matériaux ou composés à l'origine de la recharge à une vitesse correspondant à un nombre de Mach M compris entre 0,2 et 3, o M est le rapport V/C entre la vitesse V d'injection axiale du courant gazeux et la vitesse C de  Advantageously, said materials or compounds at the origin of the refill are injected at a speed corresponding to a Mach M number between 0.2 and 3, where M is the V / C ratio between the injection speed V axial flow of the gas stream and the speed C of

propagation du son dans ce même gaz.  propagation of sound in this same gas.

Le principe d'injection axiale peut également être utilisé pour injecter des granules de silice dans la torche à plasma. On constitue ainsi un jet de silice de faible divergence angulaire qui permet d'améliorer  The axial injection principle can also be used to inject silica granules into the plasma torch. Thus, a silica jet of low angular divergence is obtained, which makes it possible to improve

l'efficacité de dépôt desdits granules sur la préforme à recharger.  the deposition efficiency of said granules on the preform to be refilled.

Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comportant une torche à plasma est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter les matériaux à l'origine de ladite recharge dans un flux gazeux sur l'axe de symétrie de ladite torche, au centre du courant de gaz plasmagène alimentant la torche. Dans la forme de réalisation préférée, ladite torche à plasma comporte en son centre un injecteur axial agencé pour injecter dans un flux gazeux, soit des granules de silice, soit un courant gazeux de composés volatils du silicium choisis parmi des substances qui  The device for implementing the method according to the invention comprising a plasma torch is characterized in that it comprises means for injecting the materials at the origin of said recharge into a gas flow on the axis of symmetry of said torch, in the center of the plasmagenic gas stream feeding the torch. In the preferred embodiment, said plasma torch comprises at its center an axial injector arranged to inject into a gas flow, either silica granules or a gaseous stream of volatile silicon compounds chosen from substances which

réagissent avec l'oxygène pour générer des suies de silice.  react with oxygen to generate silica soot.

De préférence, l'injecteur central est entouré d'au moins un tube de gainage qui définit avec lui un canal de gainage principal agencé pour injecter un flux longitudinal laminaire de gaz chimiquement neutre qui  Preferably, the central injector is surrounded by at least one cladding tube which defines with it a main cladding channel arranged to inject a longitudinal laminar flow of chemically neutral gas which

peut comporter de l'argon.may include argon.

D'une façon avantageuse, ledit tube de gainage comporte un circuit de refroidissement par circulation de liquide, la température de refroidissement étant choisie de manière à prévenir la condensation par détente des composés gazeux injectés au centre de la torche. Ledit tube peut être entouré d'un tube intermédiaire qui définit avec lui un canal de gainage auxiliaire agencé pour injecter un flux longitudinal  Advantageously, said cladding tube comprises a cooling circuit by liquid circulation, the cooling temperature being chosen so as to prevent condensation by expansion of gaseous compounds injected at the center of the torch. Said tube may be surrounded by an intermediate tube which defines with it an auxiliary cladding channel arranged to inject a longitudinal flow

laminaire de gaz chimiquement neutre qui peut comporter de l'argon.  laminar chemically neutral gas which may comprise argon.

Le tube intermédiaire est avantageusement entouré d'un tube extérieur et le passage annulaire ménagé entre ces deux tubes permet une injection longitudinale et laminaire de gaz plasmagène qui peut  The intermediate tube is advantageously surrounded by an outer tube and the annular passage formed between these two tubes allows a longitudinal and laminar injection of plasma gas which can

comporter de l'oxygène.have oxygen.

Dans la forme de réalisation préférée du dispositif, la fréquence d'alimentation de la torche plasma est supérieure à 5 MHz et de  In the preferred embodiment of the device, the supply frequency of the plasma torch is greater than 5 MHz and

préférence comprise entre 5 et 64 MHz.  preferably between 5 and 64 MHz.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la descrip-  The present invention will be better understood with reference to the description

tion d'un mode de réalisation préféré donné à titre d'exemple non limitatif et aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une vue en perspective de la torche à plasma du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et la figure 2 représente une vue en coupe axiale de la torche à plasma  embodiment of a preferred embodiment given by way of non-limiting example and to the accompanying drawings in which: FIG. 1 represents a perspective view of the plasma torch of the device for implementing the method according to the invention; and FIG. 2 represents an axial sectional view of the plasma torch

selon la figure 1.according to Figure 1.

En référence à la figure 1, la torche à plasma 10 fonctionne à pression atmosphérique et est alimentée électriquement à une haute fréquence comprise entre 5 et 64 MHz. Le champ électromagnétique est créé par une bobine hélicoïdale 11 qui constitue un inducteur enroulé autour d'un tube extérieur 12 servant d'enceinte de confinement pour le gaz ionisé. Ce tube est monté sur un corps 13 qui contient un injecteur central 14 disposé au centre d'un tube intermédiaire 15. Un courant d'oxygène et d'autres gaz réactifs est injecté dans l'enceinte à travers l'injecteur 14. L'énergie électromagnétique est transférée au gaz ionisé par couplage inductif, c'est-à-dire par l'intermédiaire des courants induits dans le gaz rendu conducteur. Le volume de gaz ionisé joue ainsi le rôle du circuit secondaire d'un transformateur qui ne  With reference to FIG. 1, the plasma torch 10 operates at atmospheric pressure and is electrically powered at a high frequency between 5 and 64 MHz. The electromagnetic field is created by a helical coil 11 which constitutes an inductor wound around an outer tube 12 serving as containment chamber for the ionized gas. This tube is mounted on a body 13 which contains a central injector 14 disposed in the center of an intermediate tube 15. A stream of oxygen and other reactive gases is injected into the chamber through the injector 14. Electromagnetic energy is transferred to the ionized gas by inductive coupling, ie via currents induced in the gas made conductive. The volume of ionized gas thus plays the role of the secondary circuit of a transformer which does not

comporterait qu'une seule spire.would involve only one turn.

Pour des raisons d'effet de peau dont l'importance augmente avec la  For reasons of skin effect whose importance increases with the

fréquence du champ électromagnétique, la température du gaz plas-  frequency of the electromagnetic field, the temperature of the plasma gas

magène présente un gradient radial avec un minimum relatif sur l'axe de la torche. La réduction de l'agitation thermique du gaz situé dans la zone axiale de la torche par rapport à celle des couches extérieures est primordiale pour permettre l'injection de gaz réactifs froids sur l'axe de ladite torche. Ces réactifs peuvent ainsi constituer un jet de divergence angulaire minimale pour autant que leur vitesse excède suffisamment celle des gaz de la zone annulaire contiguë. On peut ainsi être amené à injecter lesdits réactifs à des vitesses excédant celle du son dans le même gaz. On définit alors l'écoulement par son nombre de Mach M = V/C, qui peut dans le cas de la présente invention être comprise entre 0,2 et 3, o V est la vitesse d'injection axiale du courant gazeux et C la vitesse de propagation du son dans ce même gaz. Pour le dépôt de silice, les réactifs sont l'oxygène et les chlorures et oxychlorures de silicium, auxquels on peut ajouter les différents chlorures, oxychlorures ou halogènes correspondant aux dopants (Ti,  magene presents a radial gradient with a relative minimum on the axis of the torch. The reduction of the thermal agitation of the gas located in the axial zone of the torch relative to that of the outer layers is essential to allow the injection of cold reactive gases on the axis of said torch. These reagents can thus constitute a jet of minimum angular divergence as long as their velocity sufficiently exceeds that of the gases of the contiguous annular zone. It may thus be necessary to inject said reagents at speeds exceeding that of the sound in the same gas. The flow is then defined by its Mach number M = V / C, which can in the case of the present invention be between 0.2 and 3, where V is the axial injection speed of the gas stream and C la speed of propagation of sound in this same gas. For the deposition of silica, the reagents are oxygen and silicon chlorides and oxychlorides, to which can be added the various chlorides, oxychlorides or halogens corresponding to the dopants (Ti,

P. F,...).P. F, ...).

Pour obtenir un rendement de dépôt élevé, il est nécessaire que la section du flux de suies soit inférieure à la surface de la cible. Toutes les précautions utiles doivent être prises pour réduire la divergence dudit flux de suies et la torche doit être construite de manière à  To obtain a high deposition efficiency, it is necessary that the section of the soot flow be less than the surface of the target. All the necessary precautions must be taken to reduce the divergence of the soot flow and the torch must be constructed in such a way that

éviter les turbulences pouvant entraîner une dispersion du jet central.  avoid turbulence that may cause dispersion of the central jet.

Les nflux de gaz concentriques établis à l'intérieur de la torche doivent être aussi parfaitement longitudinaux que possible, et non hélicoidaux, pour éviter ces turbulences. D'autre part, la chaleur transférée au substrat doit être suffisante pour vitrifier la totalité des suies déposées. Ces exigences donnent des indications sur la puissance électrique  The concentric gas flows within the torch must be as perfectly longitudinal as possible, and not helicoidal, to avoid this turbulence. On the other hand, the heat transferred to the substrate must be sufficient to vitrify all the deposited soot. These requirements give indications on the electrical power

requise et les conditions d'écoulement des gaz réactifs et plasmagènes.  required and the flow conditions of the reactive and plasmagene gases.

Le jet de gaz réactifs 16 se situe au centre d'une flamme 17 et le dépôt sur une préforme 18 servant de cible, s'effectue sur une zone 19 qui est annulaire si la préforme est entrainée en rotation comme le montre la flèche A. La fig.ure 2 représente une vue en coupe axiale de la torche à plasma 10. L'injecteur 14, qui occupe une position centrale, assure l'injection des gaz réactifs qui sont constitués d'un mélange d'oxygène (02) et de tétrachlorure de silicium (SiClG). Pour une pression Po de 1, 5 à 3 bars, le diamètre de l'injecteur à son extrémité, qui constitue une  The jet of reactive gases 16 is located in the center of a flame 17 and the deposit on a preform 18 serving as a target, is performed on an area 19 which is annular if the preform is rotated as shown by the arrow A. FIG. 2 represents an axial sectional view of the plasma torch 10. The injector 14, which occupies a central position, ensures the injection of the reactive gases which consist of a mixture of oxygen (O 2) and of silicon tetrachloride (SiClG). For a pressure Po of 1.5 to 3 bar, the diameter of the injector at its end, which constitutes a

buse d'injection 20, est compris entre 1 et 2 mm.  injection nozzle 20, is between 1 and 2 mm.

L'injecteur 14 est entouré d'un tube de gainage 21 qui définit avec lui un canal de gainage principal 22 et qui comporte un circuit de refroidissement à eau 23. Ce tube de gainage est coaxial au tube intermédiaire 15 et définit avec lui un canal auxiliaire 24. Les canaux de gainage principal 22 et auxiliaire 24 véhiculent un gaz chimiquement  The injector 14 is surrounded by a cladding tube 21 which defines with it a main cladding channel 22 and which comprises a water cooling circuit 23. This cladding tube is coaxial with the intermediate tube 15 and defines with it a channel 24. The main and auxiliary cladding channels 22 and 24 convey a gas chemically

neutre tel que l'argon.neutral such as argon.

Entre le tube extérieur 12 et le tube intermédiaire 15 est ménagé un passage annulaire pour un gaz plasmagène, en l'occurrence de l'oxygène, qui est par exemple injecté avec un débit de l'ordre de l/min pour une puissance de 30 kW, lequel débit doit être augmenté  Between the outer tube 12 and the intermediate tube 15 is formed an annular passage for a plasma gas, in this case oxygen, which is for example injected with a flow rate of the order of 1 / min for a power of 30. kW, which flow must be increased

proportionnellement à la puissance utilisée.  proportionally to the power used.

Les flux d'argon sont utilisés pour ajuster les conditions de fonction-  Argon fluxes are used to adjust the operating conditions

nement de la torche pendant le dépôt de silice.  torch during the deposition of silica.

On réalise autour de l'injecteur central une couronne circulaire par laquelle on envoie de l'argon. Comme le champ électrique au centre de la torche est réduit par rapport à sa valeur maximum, l'argon injecté dans cette couronne de gainage est peu ionisé: sa température reste de ce fait inférieure de quelques milliers de K à celle du plasma. La dilatation thermique de ce flux de gaz est ainsi plus faible que celle du gaz plasmagène, ainsi que sa vitesse. Il protège directement  A circular crown is made around the central injector, through which argon is sent. As the electric field in the center of the torch is reduced compared to its maximum value, the argon injected into this cladding ring is little ionized: its temperature is thus lower by a few thousand K than that of the plasma. The thermal expansion of this gas flow is thus lower than that of the plasma gas, as well as its speed. It protects directly

l'injecteur de la zone à très haute température du plasma.  the injector of the zone at very high temperature of the plasma.

Deux types d'injecteurs peuvent être utilisés: des injecteurs non refroidis en quartz, employés pour les faibles débits de SiCL et ayant une durée de vie limitée lorsque ces débits dépassent 20 g/min, et des injecteurs métalliques refroidis pour le dépôt de silice à fort débit. Les injecteurs métalliques possèdent quatre avantages principaux par rapport aux injecteurs en quartz: - durée de vie: la faible quantité de silice qui se dépose sur l'injecteur ne colle pas au métal refroidi et peut être soit enlevée mécaniquement à l'arrêt, soit enlevée par attaque chimique pendant le fonctionnement de la torche par l'envoi d'un gaz fluoré (fréon, SF6); - précision géométrique, facilité d'usinage et reproductibilité; - réduction du diamètre de la couronne de gainage grâce à l'utilisation de tubes métalliques à paroi mince, auquel cas le diamètre de la tache d'impact des suies se trouve réduit, ce qui contribue à un meilleur rendement du dépôt;  Two types of injectors can be used: uncooled quartz injectors, used for low SiCl flows and having a limited lifetime when these flow rates exceed 20 g / min, and cooled metal injectors for deposition of silica to high flow. Metal injectors have four main advantages over quartz injectors: - service life: the small amount of silica deposited on the injector does not stick to the cooled metal and can either be removed mechanically when stopped or removed by etching during operation of the torch by sending a fluorinated gas (Freon, SF6); - geometric precision, ease of machining and reproducibility; reducing the diameter of the cladding ring by using thin-walled metal tubes, in which case the diameter of the soot impact spot is reduced, which contributes to a better performance of the deposit;

- robustesse et résistance aux chocs thermiques.  - robustness and resistance to thermal shocks.

Le tube plasma et les tubes intérieurs sont obligatoirement réalisés dans un matériau électrique isolant, sans quoi le champ lH.F. y serait absorbé: la tangente de pertes doit être inférieure à 10-' à la température de travail. A l'allumage et à l'extinction du plasma, la température du gaz plasmagène varie en une seconde de plusieurs milliers de degrés. Pour résister à ce violent choc thermique, un matériau doit avoir soit un faible coefficient de dilatation thermique, soit une conductibilité thermique élevée (si possible les deux à la fois, mais rares sont les matériaux possédant simultanément une bonne conductibilité thermique et une très mauvaise conductivité électrique à haute température). La colonne de plasma à 8000 K émettant de l'ultraviolet à l'infrarouge, il est préférable que le diélectrique utilisé soit transparent dans un large domaine spectral pour réduire l'échauffement du tube par absorption de rayonnement. Du point de vue chimique, ces matériaux doivent résister à roxygène, aux chlorures et à leurs produits de décomposition. Si malgré tout il se  The plasma tube and the inner tubes are necessarily made of an insulating electrical material, without which the field lH.F. It would be absorbed there: the tangent of losses must be less than 10 ° to the working temperature. At the start and the extinction of the plasma, the plasma gas temperature varies in one second by several thousand degrees. To resist this violent thermal shock, a material must have either a low coefficient of thermal expansion or a high thermal conductivity (if possible both at the same time, but few materials have simultaneously good thermal conductivity and very poor conductivity high temperature electric). Since the 8000 K plasma column emits ultraviolet to infrared, it is preferable that the dielectric used be transparent in a wide spectral range to reduce the heating of the tube by absorption of radiation. From a chemical point of view, these materials must be resistant to oxygen, chlorides and their decomposition products. If despite everything he

produisait une attaque chimique à long terme, les produits de décom-  produced a long-term chemical attack, the decomposition products

position ainsi créés ne doivent pas polluer la silice déposée.  position thus created must not pollute the deposited silica.

Les matériaux pouvant répondre à ces critères sont le nitrure de silicium ou la silice. La silice est préférable au nitrure, car c'est un meilleur isolant électrique et sa résistance au choc thermique est très élevée. Elle est de plus transparente entre 0,2 et 4 mm, disponible  Materials that can meet these criteria are silicon nitride or silica. Silica is preferable to nitride because it is a better electrical insulator and its resistance to thermal shock is very high. It is more transparent between 0.2 and 4 mm, available

commercialement à un prix acceptable, et d'une mise en oeuvre facile.  commercially at an acceptable price, and easy implementation.

Elle a été choisie pour la confection des tubes de la torche.  She was chosen for the making of the tubes of the torch.

On trouvera ci-après les caractéristiques constructives et les débits et vitesses de gaz obtenus dans deux exemples de réalisation d'une  The following construction characteristics and gas flow rates and velocities are given in two exemplary embodiments of a

torche à plasma selon l'invention.plasma torch according to the invention.

Exemple 1Example 1

diamètres sections débit stand. nature Température Vitesse sortie Vitesse dépôt débits (ram) (mm') (i/mm) (lu gaz ( C) (m/s) (g/min) entre 12 et 15: plasmagène 34 32 103,67 45,0 O0 60 8,22 entre 15 et 21: auxiliaire 24 20 138,23 7,5 Ar 60 1,03 à travers 22: gainage 3,3 2,3 4,40 5,0 Ar 60 21,53 à travers 14: injection 1,3 1,33 4,0 02 100 129,59 débit chlorures 31,2 4,1 SiCI4 3,7 (g/min) stoechiom. 49% Rendement 34% Puissance électrique mesurée sur l'inducteur: 30 kW Fréquence d'alimentation de l'inducteur de la torche 7 MHz Diamètre de la préforme-cible: 17 mm  diameters sections flow stand. nature Temperature Speed output Speed debit flow (ram) (mm ') (i / mm) (lu gas (C) (m / s) (g / min) between 12 and 15: plasmagene 34 32 103.67 45.0 O0 60 8.22 between 15 and 21: auxiliary 24 20 138.23 7.5 Ar 60 1.03 across 22: sheathing 3.3 2.3 4.40 5.0 Ar 60 21.53 across 14: Injection 1.3 1.33 4.0 02 100 129.59 chloride flow 31.2 4.1 SiCI4 3.7 (g / min) stoichiometric 49% Yield 34% Electrical power measured on the inductor: 30 kW Frequency d supply of the 7 MHz torch inductor Diameter of the target preform: 17 mm

Exemple 2Example 2

diamètres sections débit stand. nature Température Vitesse sortie Vitesse dépôt débits (mm) (mm2) (l/mm) du gaz ( C) (m/s) (g/min) entre 12 et 15: plasmagène 34 32 103,67 45,0 02 60 8,22 entre 15 et 21: auxiliaire 24 20 138,23 7,5 Ar 60 1,03 à travers 22: gainage 3,3 2,3 4,40 5,0 Ar 60 21,53 à travers 14: injection 1,3 1,33 1,0 02 100 75,66 débit chlorures 28,3 3,7 SiCI4 2,7 (g/min) stoechiom. 21% Rendement 27% Puissance électrique mesurée sur l'inducteur: 30 kW Fréquence d'alimentation de l'inducteur de la torche: 7 MHz Diamètre de la préforme-cible: 17 mm  diameters sections flow stand. nature Temperature Speed output Speed debit flow (mm) (mm2) (l / mm) of gas (C) (m / s) (g / min) between 12 and 15: Plasma 34 32 103.67 45.0 02 60 8 , 22 between 15 and 21: auxiliary 24 138,23 7,5 Ar 60 1,03 through 22: cladding 3,3 2,3 4,40 5,0 Ar 60 21,53 through 14: injection 1, 3 1.33 1.0 02 100 75.66 chloride flow rate 28.3 3.7 SiCl4 2.7 (g / min) stoichiometric. 21% Efficiency 27% Electrical power measured on the inductor: 30 kW Supply frequency of the torch inductor: 7 MHz Diameter of the target preform: 17 mm

Les débits sont en l/min à la température standard.  Flow rates are in l / min at standard temperature.

Les volumes sont à convertir en fonction de la température de la ligne.  The volumes are to be converted according to the temperature of the line.

Le procédé utilisé et mis en oeuvre au moyen d'une torche à plasma décrite permet d'obtenir d'excellents résultats dans des conditions d'utilisation faciles à maîtriser et remplit de ce fait pleinement les  The method used and implemented by means of a plasma torch described makes it possible to obtain excellent results under conditions of use which are easy to control and thereby fully satisfies the

objectifs fixés.objectives set.

La présente invention n'est toutefois pas limitée aux exemples de  The present invention is however not limited to the examples of

réalisation et d'application décrits ci-dessus, et s'étend à toute modi-  implementation and application described above, and extends to any

fication ou variante évidente pour un homme du métier.  or an obvious alternative for a person skilled in the art.

Claims (16)

REVENDICATIONS 1. Procédé de recharge d'une préforme de fibre optique dans lequel on dépose de la silice dopée ou non dopée sur une préforme au moyen d'une torche à plasma, caractérisé en ce que l'on injecte les matériaux à l'origine de cette recharge au moyen d'un flux gazeux sur l'axe de symétrie de ladite torche, au centre du courant de gaz plasmagène  1. A method for recharging an optical fiber preform in which doped or undoped silica is deposited on a preform by means of a plasma torch, characterized in that the materials at the origin of the this recharging by means of a gas flow on the axis of symmetry of said torch, in the center of the plasmagenic gas stream alimentant cette torche.feeding this torch. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits matériaux sont des granules de silice cristalline ou amorphe qui sont transportés sur la préforme et y sont vitrifiés par l'action de la torche  2. Method according to claim 1, characterized in that said materials are granules of crystalline or amorphous silica which are transported on the preform and are vitrified by the action of the torch à plasma.with plasma. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits matériaux sont des composés volatils de silicium choisis parmi des substances qui réagissent avec l'oxygène pour générer des suies de silice qui sont transportées sur la préforme au moyen d'un flux gazeux  3. Method according to claim 1, characterized in that said materials are volatile silicon compounds chosen from substances that react with oxygen to generate silica soot which are transported on the preform by means of a gas stream central et y sont vitrifiés par l'action de la torche à plasma.  central and are vitrified by the action of the plasma torch. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits composés volatils renfermant en outre des chlorures, des oxychlorures  4. Method according to claim 3, characterized in that said volatile compounds additionally containing chlorides, oxychlorides ou des halogènes d'éléments dopants.  or halogens of doping elements. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte lesdits matériaux ou composés à l'origine de la recharge à une vitesse correspondant à un nombre de Mach M compris entre 0,2 et 3, o M est le rapport V/C entre la vitesse V d'injection axiale du courant  5. Method according to claim 1, characterized in that one injects said materials or compounds at the origin of the recharge at a speed corresponding to a Mach M number between 0.2 and 3, where M is the ratio V / C between the speed V of the axial injection of the current gazeux et la vitesse C de propagation du son dans ce même gaz.  gas and the speed C of sound propagation in the same gas. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de recharge d'une préforme de fibre optique pour déposer de la silice synthétique dopée ou non sur cette préforme, ce dispositif comportant une torche à plasma (10), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (14) pour injecter les matériaux à l'origine de ladite recharge dans un flux gazeux sur l'axe de symétrie de ladite torche, au centre du courant de  6. Device for implementing the method for recharging an optical fiber preform for depositing doped or non-doped synthetic silica on this preform, this device comprising a plasma torch (10), characterized in that it comprises means (14) for injecting the materials at the origin of said refill into a gas flow on the axis of symmetry of said torch, at the center of the current of gaz plasmagène alimentant la torche.  plasma gas supplying the torch. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite torche à plasma comporte en son centre un injecteur axial (14) agencé pour injecter, dans un flux gazeux, soit des granules de silice, soit un courant gazeux de composés volatils qui réagissent avec l'oxygène  7. Device according to claim 6, characterized in that said plasma torch comprises at its center an axial injector (14) arranged to inject, in a gas flow, either silica granules or a gaseous stream of volatile compounds that react with oxygen pour générer des suies de silice.to generate silica soot. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'injecteur central est entouré d'au moins un tube de gainage (21) qui définit avec lui un canal de gainage principal (22) agencé pour injecter un  8. Device according to claim 7, characterized in that the central injector is surrounded by at least one cladding tube (21) which defines with it a main cladding channel (22) arranged to inject a flux longitudinal laminaire de gaz chimiquement neutre.  laminar longitudinal flow of chemically neutral gas. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit flux  9. Device according to claim 8, characterized in that said flow de gaz chimiquement neutre comporte de l'argon.  chemically neutral gas contains argon. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tube de gainage (21) comporte un circuit de refroidissement par circulation de liquide (23), la température de refroidissement étant choisie de manière à prévenir la condensation par détente des composés gazeux  10. Device according to claim 8, characterized in that said cladding tube (21) comprises a cooling circuit by liquid circulation (23), the cooling temperature being chosen so as to prevent the condensation by expansion of the gaseous compounds injectés au centre de la torche.injected in the center of the torch. 11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tube de gainage (21) est entouré d'un tube intermédiaire (15) qui définit avec lui un canal de gainage auxiliaire (24) agencé pour injecter un  11. Device according to claim 8, characterized in that said cladding tube (21) is surrounded by an intermediate tube (15) which defines with it an auxiliary cladding channel (24) arranged to inject a flux longitudinal laminaire de gaz chimiquement neutre.  laminar longitudinal flow of chemically neutral gas. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit  12. Device according to claim 11, characterized in that said flux de gaz chimiquement neutre comporte de l'argon.  chemically neutral gas stream contains argon. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tube intermédiaire (15) est entouré d'un tube extérieur (12) et en ce que le passage annulaire ménagé entre ces deux tubes permet une injection  13. Device according to claim 11, characterized in that the intermediate tube (15) is surrounded by an outer tube (12) and in that the annular passage formed between these two tubes allows an injection longitudinale et laminaire de gaz plasmagène.  longitudinal and laminar plasma gas. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le gaz  14. Device according to claim 13, characterized in that the gas plasmagène comporte de l'oxygène.Plasmagen contains oxygen. 15. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence d'alimentation de la torche plasma (11) est supérieure à 5  15. Device according to claim 6, characterized in that the supply frequency of the plasma torch (11) is greater than 5 MHz et de préférence comprise entre 5 et 64 MHz.  MHz and preferably between 5 and 64 MHz. 16. Fibre optique issue d'une préforme primaire rechargée de silice par  16. Optical fiber from a primary preform filled with silica by le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.  the process according to one of claims 1 to 6.
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