NL1018239C2 - Optische vezel en werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Optische vezel en werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze 5 ter vervaardiging van een optische vezel door het in een substraatbuis uitvoeren van één of meer chemische dampdepositiereacties, waarbij de optische vezel een geringe gevoeligheid voor de door waterstof geïnduceerde dempingsverliezen bij een transmissiegolflengte van 1550 nm bezit, welke werkwijze de volgende stappen omvat: 10 i) Het aan de substraatbuis toevoeren van één of meer, al of niet van doteringen voorziene, glasvormende precursors, ii) Het aan de substraatbuis toevoeren van een stoichio-metrische overmaat hoeveelheid zuurstof, iii) Het in de substraatbuis tot stand brengen van een 15 reactie tussen de in stap i) en ii) toegevoerde reactanten ter vorming van één of meer glaslagen op het inwendige van de substraatbuis, iv) De aldus in stap iii) beklede substraatbuis onderwerpen aan een collapse-handeling ter vorming van een voorvorm, en tenslotte v) Het onder verwarmen uit de in stap iv) vervaardigde 20 voorvorm trekken van een optische vezel en het afkoel en hiervan. De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een optische vezel omvattende een mantellaag en een 1ichtgeleidende kern, welke vezel is verkregen met de onderhavige werkwijze.

Optische vezels van dit type zijn algemeen bekend en worden 25 hoofdzakelijk toegepast op het gebied van telecommunicatie. Zie bijvoorbeeld de Europese octrooiaanvrage 0 127 227, het Amerikaans octrooi schrift 5.242.476 en het Amerikaans octrooischrift 5.838.866. Vanwege de karakteristiek geringe demping of verzwakking en dispersie zijn dergelijke optische vezels in het bijzonder geschikt voor de vorming 30 van dataverbindingen over lange afstand, welke verbindingen vaak vele duizenden kilometers overbruggen. Over dergelijke aanzienlijke afstanden 10 1 82·:^ 2 is het van groot belang dat de cumulatieve signaal ver!lezen in de optische vezel tot een minimum worden beperkt, indien transmissie van optische signalen moet plaatsvinden met een gering aantal tussenliggende versterkingsstations. Bij de gebruikelijk toegepaste transmissie-5 golflengte van 1550 nm wordt door de telecommunicatie-industrie in het algemeen vereist dat de totale demping of verzwakking in dergelijke optische vezels een waarde van 0,25 dB/km niet overschrijdt, en bij voorkeur een waarde van 0,2 dB/km niet overschrijdt.

Hoewel de op dit moment vervaardigde vezels aan dergelijke 10 eisen ten aanzien van toelaatbare verzwakking kunnen voldoen, wordt niettemin vaak waargenomen dat dezelfde optische vezels, na het verstrijken van tijd, aanzienlijke dempingsverhogingen vertonen. Uitvoerig onderzoek heeft aangetoond dat dit fenomeen is toe te schrijven aan het geleidelijk in de vezel binnendringen van waterstofgas vanuit de 15 omgeving hiervan, waarbij dientengevolge de vorming van groepen zoals SiH en Si OH binnen de vezel optreedt. Deze verbindingen vertonen een sterke infrarood absorptie, met dempingspieken bij golflengten van ongeveer 1530 en 1385 nm.

Een oplossing voor het overwinnen van het probleem van een 20 dergelijke, door waterstof geïnduceerde demping is bekend uit de Europese octrooi-aanvrage 0 477 435. Volgens de daaruit bekende methode wordt een optische vezel gedurende de vervaardiging hiervan uitvoerig blootgesteld aan een waterstof bevattend gas om aldus ervoor te zorgen dat alle structurele defectplaatsen in de vezel reeds zijn voorzien van een 25 waterstofatoom, voordat daadwerkelijk implementatie van de vezel plaatsvindt. Een nadeel van deze bekende methode is echter dat deze slechts de symptomen van waterstof geïnduceerde demping aan de orde stelt en niet de oorzaken hiervan. Bovendien zorgt deze bekende maatregel voor een aanzienlijke complicatie van het vervaardig!ngsproces en wordt een 30 bijkomend risico van contaminatie van de productvezel door het toegepaste waterstof bevattende gas geïntroduceerd.

1018239 3

Daarnaast is in de nog niet ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage NL 1015405 ten name van de onderhavige uitvinders beschreven dat de door waterstof geïnduceerde demping bij een golflengte van 1550 nm aanzienlijk kan worden voorkomen door de inwendige mantel van 5 de optische vezel op te bouwen uit Si02 gedoteerd met fluor in een hoeveelheid van 0,1-8,5 gew.%, zodat de kern wordt onderworpen aan een axiale drukspanning over de volledige dwarsdoorsnede hiervan, welke axiale compressie het optreden van defecten onderdrukt.

Bij het huidige productieproces ter vervaardiging van 10 optische vezels wordt een voorvorm onder verhitting daarvan omgevormd tot een glasvezel met een diameter van ongeveer 125 micrometer. Om de efficiency van dergelijke glasvezel productieprocessen verder te vergroten, is er een trend waarneembaar waarbij de diameter van de voorvorm steeds verder vergroot zodat aldus meer lengte glasvezel uit een 15 dergelijke voorvorm kan worden geproduceerd. Tegelijkertijd wordt de lijnsnelheid, waarmee de optische glasvezel uit de voorvorm wordt getrokken, verhoogd, zodat er meer productie per tijdseenheid plaatsvindt.

Het gelijktijdig laten toenemen van de voorvormdiameter en 20 de bij het trekproces toegepaste lijnsnelheid kan er echter toe leiden dat de demping van de glasvezel na blootstelling aan waterstof bij een transmissiegolflengte van 1550 nm zal toenemen. Dergelijke effecten op de demping bij een transmi ssiegolflengte van 1550 nm zijn met name waarneembaar bij voorvormen met een diameter groter dan 55 mm, in 25 combinatie met een lijnsnelheid hoger dan 700 m/minuut.

Door het toepassen van voorvormen met een grotere diameter en de implementatie van hogere leidenssnelheden bij het trekproces zullen de toegenomen afschuifkrachten, veroorzaakt door de grotere diameter van de voorvorm en de hogere lijnsnelheid, tijdens de vormgeving van de 30 glasvezel voor de vorming van defecten in de glasstructuur verantwoordelijk zijn. Ten gevolge van dergelijke hogere afschuifkrachten k10l 82Oir 4 kunnen meer defecten ontstaan, hetgeen een negatieve invloed heeft op de gevoeligheid voor de blootstelling aan waterstof na fabricage van de optische vezel.

Het doel van de onderhavige uitvinding is aldus het 5 verschaffen van een optische vezel en een werkwijze voor het vervaardigen hiervan waarbij de vorming van afwijkingen in de glasstructuur, die onder invloed van spanning worden omgevormd tot zogenaamde defect-radical en, welke radicalen voor een dempingsverhoging in de glasvezel zullen leiden na blootstelling aan waterstof, tot een minimum dient te worden beperkt. 10 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is aldus het verschaffen van een optische vezel en een werkwijze voor het vervaardigen hiervan waarbij de uiteindelijke glasstructuur van de glasvezel in het 1 ichtgeleidende deel daarvan nagenoeg vrij is van dempingsverhoging veroorzakende afwijkingen.

15 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een optische vezel, in welke vezel de door waterstof geïnduceerde demping bij een golflengte van 1550 nm voldoende laag is om ervoor te zorgen dat de totale verzwakking bij die golflengte ten hoogste 0,25 dB/km, en bij voorkeur ten hoogste 0,2 dB/km bedraagt.

20 Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding, zoals vermeld in de aanhef, bereikt doordat de onderhavige werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel wordt gekenmerkt doordat in stap iii) de dampdepositiereactie zodanig wordt uitgevoerd dat de in stap ii) aan de substraatbuis toegevoerde hoeveelheid zuurstof ten hoogste 3,5 maal de 25 stoichiometrische hoeveelheid bedraagt.

Hoewel het volgens de aanhef van de hoofdconclusie vervaardigen van optische vezels bekend is uit het artikel "PCVD at high deposition rates", Geittner P., Hagemann H.J., Warnier J. en Wilson H., Journal of lightwave technology, vol. lt-4 no. 7, juli 1986, is de in die 30 publicatie genoemde stoichiometrische overmaat hoeveelheid zuurstof tijdens alle experimenten constant gehouden op een waarde 4.

. J-0 1 8239 ' 5

De onderhavige uitvinders hebben aldus gevonden dat door verlaging van de hoeveelheid overmaat zuurstof bij chemische dampdepositie het optreden van een dempingsverhoging bij 1550 nm na blootstelling aan waterstof wezenlijk wordt verlaagd indien gebruik 5 wordt gemaakt van een voorvorm met een diameter van tenminste 55 mm en een lijnsnelheid in het vezeltrekproces van tenminste 700 m/minuut. Hoewel de voor een dergelijk gunstig resultaat verantwoordelijke verklaring niet volledig duidelijk is, wordt door de onderhavige uitvinders verondersteld dat ten gevolge van het beperken van de aan de 10 substraatbuis toegevoerde hoeveelheid zuurstof tot een waarde van ten hoogste 3,5 maal de stoichiometrische hoeveelheid de chloorconcentratie in het aldus afgezette glas zal liggen tussen een waarde van 500 en 3000 ppm, in het bijzonder tussen 1000 en 3000 ppm. In dit verband moet echter worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval aan een 15 dergelijke verklaring is gebonden. De onderhavige uitvinders veronderstellen dat de chloorconcentratie in de glasvezel voorkomt dat -Si-Si bindingen, welke bindingen onder toepassing van de onderhavige geringe overmaat hoeveelheid zuurstof worden gevormd tijdens de dampdepositiereactie, leiden tot een ongewenste toename van de demping 20 bij 1550 nm, welke toename normaal zal optreden na blootstelling van de optische vezel aan waterstofgas.

In de onderhavige uitvinding verdient het bovendien met name de voorkeur dat in stap v) het af koel en wordt uitgevoerd door de reeds getrokken optische vezel gedurende ten minste 0,08 seconden af te 25 koelen bij een temperatuur van ten minste 1000 ° C. Uit experimenten is namelijk gebleken dat het afkoel traject van de optische vezel een invloed vertoont op de door waterstof geïnduceerde dempingsverhogingen bij een transmissiegolflengte van 1550 nm, waarbij het onder strenge condities afkoel en van de optische glasvezel, dus direct nadat deze de gewenste 30 diameter heeft bereikt, een positieve invloed heeft op de door waterstof geinduceerde dempi ngsverhoging.

d 0 i 82 3 Q

I » 6

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een optische vezel, omvattende een mantel laag en een lichtgeleidende kern, welke optische vezel volgens de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt doordat deze is vervaardigd volgens de werkwijze zoals hiervoor 5 omschreven.

Het verdient met name de voorkeur dat de onderhavige optische vezel in de lichtgeleidende kern hiervan een gehalte chloor liggend in het gebied tussen 500 en 3000 ppm, in het bijzonder tussen 1000 en 3000 ppm, bezit. Indien de hoeveelheid chloor hoger is dan 10 3000 ppm, is de kans groot dat in het afgezette glas chloorbellen zullen worden gevorm, hetgeen in de praktijk ongewenst is. Indien daarentegen het gehalte chloor beneden 500 ppm ligt, is geen positief effect waarneembaar op de beoogde doelstelling van het minder gevoelig maken van de optische vezel voor de door waterstof geïnduceerde dempingsverliezen 15 bij 1550 nm.

Het verdient met name de voorkeur dat de totale dempingsverliezen, inclusief de door waterstof geïnduceerde dempingsverliezen bij 1550 nm, ten hoogste 0,25 dB/km bedragen.

101S23g^

Claims (7)

1. Werkwijze ter vervaardiging van een optische vezel door het in een substraatbuis uitvoeren van één of meer chemische 5 dampdepositiereacties, waarbij de optische vezel een geringe gevoeligheid voor de door waterstof geïnduceerde dempingsverliezen bij 1550 nm bezit, welke werkwijze de volgende stappen omvat i)Het aan de substraatbuis toevoeren van één of meer, al of niet van doteringen voorzien glasvormende precursors, 10 ii) Het aan de substraatbui s toevoeren van een stoichiometrische overmaat hoeveelheid zuurstof, iii) Het in de substraatbuis tot stand brengen van een reactie tussen de in stap i) en ii)toegevoerde reactanten ter vorming van één of meer glaslagen op het inwendige van de substraatbuis, 15 iv) De aldus in stap iii) beklede substraatbuis onderwerpen aan een collapse-handeling ter vorming van een voorvorm en tenslotte v) Het onder verwarmen uit de voorvorm trekken van een optische vezel en het afkoelen hiervan, met het kenmerk dat in stap iii) de dampdepositiereactie zodanig wordt uitgevoerd dat de in stap ii) aan 20 de substraatbuis toegevoerde hoeveelheid zuurstof ten hoogste 3,5 maal de stoichiometrische hoeveelheid bedraagt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in stap v) het afkoel en wordt uitgevoerd door de reeds getrokken optische vezel gedurende ten minste 0,08 sec. af te koelen bij een temperatuur van ten 25 minste 1000 " C.

3. Optische vezel, omvattende een mantel laag en een lichtgeleidende kern, met het kenmerk, dat deze is vervaardigd volgens één der conclusies zoals omschreven in 1-2.

4. Optische vezel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat 30 het gehalte Cl in de lichtgeleidende kern zich bevindt in het gebied 500-3000 ppm. 1 f) i o ·'· ^ « ’ ' 9 " t Ir

5. Optische vezel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het gehalte Cl in de 1 ichtgeleidende kern zich bevindt in het gebied 1000-3000 ppm.

6. Optische vezel volgens conclusies 3-5, met het kenmerk, dat 5 de totale dempingsverliezen, inclusief de door waterstof geïnduceerde dempingsverliezen, bij 1550 nm ten hoogst 0,25 dB/km bedragen.

7. Optische vezel omvattende een 1 ichtgeleidende kern en een mantellaag, met het kenmerk, dat het gehalte Cl in de 1 ichtgeleidende kern zich bevindt in het gebied 500-3000 ppm. 10 1018C39 r