BR102012018849A2 - Métodos para fabricar guia de ondas de baixo pico de água - Google Patents

Abstract

MÉTODOS PARA FABRICAR GUIA DE ONDAS DE BAIXO PICO DE ÁGUA. A presente invenção refere-se a métodos para fabricar uma pré forma de guia de ondas óticas de vidro cilíndrica que tenha baixo conteúdo de água para uso na fabricação de fibra guia de ondas óticas. A pré-forma de guia de ondas óticas tem um conteúdo de água suficientemente baixo de modo que uma fibra guia de ondas óticas produzível a partir da pré-forma de guia de ondas óticas exibe uma atenuação ótica de menos do que aproximadamente 0,35 dB/km, e preferencialmente menos do que aproximadamente 0,31 dB/km, em um comprimento de onda medido de 1380 nm. Também são revelados métodos para fabricar pré-formas de vidro usadas na fabricação desta pré-forma de guia de ondas óticas de vidro que combina as técnicas de deposição axial de vapor (VAD) e deposição externa de vapor (OVD).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOS PARA FABRICAR GUIA DE ONDAS DE BAIXO PICO DE ÁGUA". ANTECEDENTESDA INVENÇÃO A presente invenção refere-se geralmente ao campo de fibras guias de ondas óticas, e mais particularmente a pré-formas de guia de ondas ótica e métodos para produzir pré-formas de guia de ondas óticas, a partir das quais fibras guias de ondas óticas de baixo pico de água são fabricadas.

Um objetivo significativo da indústria de telecomunicações é transmitir as maiores quantidades de informações sobre distâncias mais longas, em períodos de tempo menores. Ao longo do tempo também tem havido tipicamente um aumento no uso de sistemas de telecomunicações, pelos usuários e pelos recursos de sistemas. Isto tem resultado em demandas por largura de banda aumentada nas mídias usadas para transportar esta informação sobre longas distâncias, em particular para fibras guias de ondas óticas que são contidas em cabos de telecomunicações. A largura de banda em fibra guia de ondas óticas é dependente de uma quantidade de fatores, tal como a atenuação da fibra no tamanho de onda de transmissão. Impurezas presentes na região da fibra que guia a luz pode aumentar a atenuação da fibra, devido à absorção da luz transmitida. É de particular significância a atenuação causada pelo radical hidroxila (OH), a qual pode ser ligada à estrutura da fibra durante o processo de fabricação. A presença de Ligações de OH na região da fibra que guia a luz pode provocar um aumento de atenuação, com um pico de atenuação em uma janela de aproximadamente 1380 nm, também geralmente referenciada como o pico de água. A janela de 1380 nm geralmente é definida como a amplitude de tamanhos de onda entre aproximadamente 1330 nm a aproximadamente 1470nm, com o efeito de pico de atenuação tipicamente de aproximadamente 1383 nm.

SUMÁRIODA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a métodos para fabricar uma grande pré-forma de núcleo de guia de ondas óticas de vidro com baixo teor de água a altas taxas de produção. A pré-forma de guia de ondas óticas é usada para fabricar fibra guia de ondas óticas de baixo pico de água. A fabricação de produtos de sílica dopada é descrita. Todos os processos descritos neste documento são igualmente aplicáveis à fabricação de produtos não de sílica dopada no caso onde produtos de reação baseados em sílica não contém dopantes.

Um aspecto refere-se a um método de fabricar um corpo de núcleo poro de modo que compreende as etapas de reagir quimicamente pelo menos alguns dos constituintes de uma mistura de fluido em movimento com pelo menos um composto precursor de formação de vidro em um meio oxi-dante para formar um produto de reação baseado em sílica. Pelo menos uma parte do produto de reação, o qual contém hidrogênio ligado a oxigênio, é coletado ou depositado para formar um corpo de núcleo poroso baseado em sílica, o qual preferencialmente compreende um dopante tal como dióxido de germânio. O corpo de núcleo poroso formado deste modo é tipicamente sujeito a um tratamento de calor em um forno, durante o qual uma mistura de gás pode ser passada através do forno, o qual seca e compacta o corpo de núcleo poroso.

Em outro aspecto, dois revestimentos de fuligem baseada em sílica são depositados em uma haste com gancho, o primeiro dos quais contém um dopante e o segundo dos quais não contém um dopante, que formam uma pré-forma de núcleo poroso. A pré-forma de núcleo poroso é então seca e sinterizada quimicamente para formar uma pré-forma de núcleo de vidro.

Em outro aspecto, um método para fabricar uma pré-forma de núcleo de vidro inclui diversas etapas. Primeiro, um material de núcleo baseado em sílica é depositado em um alvo de deposição que compreende uma haste com gancho rotativa para formar uma pré-forma de núcleo cilíndrico inicial de fuligem de preferência substancialmente sólida. A pré-forma de núcleo inicial é preferencialmente presa em uma extremidade pela haste com gancho e fica livre em uma extremidade oposta. Então, o material de núcleo baseado em sílica adicional é depositado no alvo através de uma deposição reciprocante (por exemplo, para frente e para trás ao longo do com- primento longitudinal do alvo). O material de revestimento é então depositado no alvo através de uma deposição reciprocante para formar uma pré-forma de núcleo final. Então, pelo menos uma parte da pré-forma de núcleo final é seca e sinterizada para formar uma pré-forma de núcleo de vidro.

Preferencialmente, um cabo é posicionado de encontro ou próximo à extremidade oposta da pré-forma de núcleo inicial após a deposição axial inicial e antes das deposições reciprocantes. O cabo e a haste na extremidade oposta da pré-forma são então tratados como parte do alvo para as deposições reciprocantes subsequentes.

Em outro aspecto, um método para fabricar uma pré-forma de núcleo de vidro inclui diversas etapas. Primeiro, um material de núcleo baseado em sílica é depositado em um alvo de deposição que compreende uma haste com gancho rotativa para formar uma pré-forma de núcleo cilíndrico inicial de fuligem de preferência substancialmente sólida. A pré-forma de núcleo inicial é preferencialmente presa em uma extremidade pela haste com gancho e fica livre em uma extremidade oposta. Simultaneamente com a formação da pré-forma sólida cilíndrica de núcleo iniciai, o material adicional de núcleo baseado em sílica é depositado no alvo. Se necessário, o material de núcleo baseado em sílica adicional é depositado no alvo através de uma deposição reciprocante. O material de revestimento é então depositado no alvo através de uma deposição reciprocante para formar uma pré-forma de núcleo de fuligem final. Então, pelo menos uma parte da pré-forma de núcleo de fuligem final é seca e sinterizada para formar uma pré-forma de núcleo de vidro.

Em outro aspecto, um método para fabricar uma pré-forma de núcleo de vidro inclui diversas etapas. Um material baseado em sílica é depositado em um alvo de deposição que compreende uma haste com gancho rotativa para formar uma pré-forma de núcleo inicial substancialmente cilíndrica. A pré-forma de núcleo inicial é presa em uma extremidade pela haste com gancho e fica livre em uma extremidade oposta. O material de revestimento é então depositado no alvo através de uma deposição reciprocante para formar uma pré-forma de núcleo final. Então, pelo menos uma parte da pré-forma de núcleo final é seca e sinterizada para formar uma pré-forma de núcleo de vidro. As etapas de secagem e sinterização são realizadas sob condições adequadas para produzir uma fibra ótica que tem uma atenuação de menos do que aproximadamente 0,35 dB/km, e preferencialmente menos do que aproximadamente 0,31 dB/km, a um comprimento de onda de 1380 nm.

Em outro aspecto, a pré-forma de núcleo de vidro é estirada em hastes de núcleo de vidro, as quais funcionam como um substrato para a deposição adicional de fuligem de sílica de revestimento através de um método OVD para formar um pré-forma de guia de ondas óticas porosa. A pré-forma de guia de ondas óticas porosa é seca e sinterizada quimicamente, para formar uma pré-forma de guia de ondas óticas de vidro, de modo que a fibra guia de ondas óticas produzível a partir destas pré-formas exiba uma atenuação ótica de menos do que aproximadamente 0.35 dB/km, e preferencialmente menos do que aproximadamente 0.31 dB/km, a um comprimento de onda medido de aproximadamente 1380 nm.

Em outro aspecto, a pré-forma de núcleo de vidro compreende uma região de linha central dopada de tais dimensões que a mesma seja adequadas para formar uma pré-forma de guia de onda ótica de vidro que pode ser estirada em fibra guia de ondas óticas, onda fibra produzível a partir destas pré-formas exibe uma atenuação ótica de menos do que aproximadamente 0,35 dB/km, e preferencialmente menos do que aproximadamente 0,31 dB/km, a um comprimento de onda medido de aproximadamente 1380 nm.

Os métodos revelados neste documento resultam em uma quantidade de vantagens sobre outros métodos conhecidos na técnica, que incluem as seguintes: 1. O método OVD tradicional de produção de núcleo de pré-forma requer o uso de um substrato removível o qual forma um orifício na linha central; este orifício permanece na pré-forma de núcleo de vidro após secagem e sinterização. O pico de água é grandemente um resultado de água que fica presa no vidro durante o processo de fabricação da fibra, e no caso do processo OVD uma grande parte da água fica presa no orifício na região da linha central antes do orifício ser fechado. A causa mais comum da água que fica presa no orifício na linha central é através de reumedecimento do vidro pela exposição a uma atmosfera que contém um composto que contém hidrogênio, tal como, mas não limitado a, água. O presente método produz uma pré-forma de núcleo sem nenhum orifício na linha central na região do núcleo, que elimina o mecanismo de reumedecimento. 2. O método OVD tradicional de produção de haste de núcleo fecha o orifício na linha central na pré-forma de núcleo aplicando um vácuo ao longo do orifício na linha central durante o processo de estiragem da haste de núcleo. O método convencional provocar perdas na haste de núcleo, devido à formação de vazios ou bolhas ao longo da linha central durante fechamento incompleto do orifício. AdicionaJmente, o processo de fechamento do orifício pode ser não circular, potencialmente causando problemas com propriedades da fibra. O presente método não tem estes problemas. 3. O fechamento convencional da pré-forma de núcleo orifício na linha central usualmente requer o uso de cabos de sílica ocos, juntas de vidro moído, bombas de vácuo e tubagem associada. Na presente invenção, como não existe orifício para retrair, os custos e dificuldades associadas com o fechamento do orifício são eliminados. 4. O fechamento do orifício na linha central tipicamente cria uma queda no perfil de índice refrativo da haste núcleo. O métodos revelados neste documento resultam em perfis de índice refrativo mais uniformes, de modo que a queda no centro do perfil de índice refrativo pode ser eliminada. 5. Em um aspecto, a pré-forma de vidro que resulta de realizar sequencialmente as etapas de deposição de núcleo VAD, deposição de núcleo OVD, deposição de revestimento de OVD pode ser estirada diretamente em fibra sem os estágios adicionais de estiragem em hastes e sobrerreves-timento adicional. Este processo elimina uma série de etapas de processamento, e consequentemente reduz custos de fabricação.

Os métodos revelados combinam as vantagens de produzir pré-formas de núcleo através de VAD na região da linha central com as vanta- gens de OVD nas regiões não da linha central. Estas vantagens incluem altas taxas de deposição, estabilidade da pré-forma, tamanho grande da pré-forma, e alta eficiência de deposição fora da região da linha central da pré-forma. Também, as pré-formas de núcleo poroso são porosas, sem nenhum orifício na linha central, o que permite que as pré-formas de núcleo sejam completamente secas quimicamente, sem nenhum problema de reumedeci-mento dentro da região da linha central da pré-forma do núcleo. Consequentemente, a fibra guia de ondas óticas produzida a partir das pré-formas de guia de ondas óticas exibe um pico de água muito menor a 1380nm, e exibe uma atenuação muito menor na janela de aproximadamente 1380nm, a qual é típica para pré-formas de núcleo VAD, do que fibra guia de ondas óticas fabricadas de acordo com os métodos de OVD padrões.

Uma vantagem adicional é que a fibra guia de ondas óticas fabricada a partir de pré-formas de guia de ondas ótica da presente invenção pode operar a qualquer comprimento de onda selecionado sobre uma série de tamanhos de onda a partir de aproximadamente 1300 nm a aproximadamente 1680 nm sem atenuação ótica indevida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Tendo deste modo descrito a invenção em termos gerais, agora será feita referência aos desenhos em anexo, os quais não são necessariamente desenhados em escala, e em que: A FIGURA 1 mostra uma ilustração esquemática de uma modalidade de um sistema de deposição para fabricar pré-formas de núcleos porosos adequadas para fabricar fibra ótica de baixo pico de água; e A FIGURA 2 ilustra um fluxograma que representa uma modalidade de um método preferencial para fabricar fibra ótica usando sistema de deposição da FIGURA 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERENCIAIS

Sistemas de telecomunicações tradicionalmente têm evitado u-sar a região de pico de água, parcialmente devido à carência de fibras guias de ondas óticas com baixos picos de água. Os fabricantes de fibra atualmente produzem fibras de pico de água baixo por vários métodos. O desenvol- vimento de métodos para produzir fibras de pico de água baixo tem coincidido com o desenvolvimento de sistemas de telecomunicações que cada vez mais usam todos os tamanhos de onda entre aproximadamente 1300 nm e 1650 nm. Para sistemas de telecomunicações utilizarem totalmente esta amplitude de comprimentos de onda, é requerida a remoção do pico de água a partir da fibra guia de ondas óticas.

Existem três principais métodos de fabricação de pré-forma de guia de ondas óticas em uso comum. As três técnicas têm métodos similares de geração e oxidação de vapor, mas diferem na geometria do substrato no qual a fuligem óxida é depositada: (i) Deposição em Métodos de Tubo Estes métodos compreendem técnicas conhecidas como MCVD (Deposição de Vapor Químico Modificado) e PCVD (Deposição de Vapor Químico em Plasma). Nestas técnicas, um fluxo de vapor é introduzido na extremidade de um tubo de quartzo de alta pureza, e os óxídos são depositados na superfície interna do tubo. (ii) VAD (Deposição Axial de Vapor) Nesta técnica, a deposição acontece em um usualmente mandril rotativo montado verticalmente, e a pré-forma é “crescida” axíalmente a partir de um pequeno toco em uma pré-forma cilíndrica mais longa. Métodos para fabricar um pré-forma usando um mandril rotativo e crescendo uma pré-forma axialmente são descrita na Patente Norte Americana de No. 5.583.693, publicada para Sarkar, a qual é incorporada por referência como se apresentada integralmente neste documento. (iii) OVD (Deposição de Vapor Externa) Nesta técnica, a fuligem baseada em sílica é depositada em uma haste alvo rotativa. A haste se desenvolve para formar uma pré-forma de fuligem cilíndrica, a qual pode ser sinterizada e seca para formar uma pré-forma de vidro. Por exemplo, a Patente Norte Americana de No. 6.477.305, a qual é incorporada por referência como se apresentada integralmente neste documento, revela um método de eliminar o conteúdo de água na parte de núcleo dopada de pré-formas provocada por orifício na linha central de pré- formas seguindo a remoção da haste alvo.

Os métodos e modalidades da presente invenção são particularmente aplicáveis a pré-formas de guia de ondas ótica fabricadas usando o processo VAD. O processo VAD, embora oferecendo uma solução de pico de água baixo para fabricar fibra guia de ondas óticas, é limitado em sua utilidade devido ao tamanho das pré-formas de núcleo que o mesmo pode produzir. As partes de núcleo dopadas destas pré-formas são limitadas em tamanho ao que pode ser depositado em uma passagem de uma deposição. Os tamanhos de pré-forma de núcleo VAD são também limitados pelo peso que a fuligem depositada pode suportar antes de quebrar. Pré-formas modernas precisam ser grandes para manter baixo o custo por quilômetro de fibra. São solicitadas pré-formas de núcleo que tem uma massa dopada de núcleo central mínima de 800 gramas de modo que uma pré-forma de núcleo de pelo menos 10 quilogramas possa ser fabricada. Usando o método VAD, a pré-forma de núcleo deve quebrar antes de a mesma ser completada, onde esta pré-forma tem um núcleo central dopado de aproximadamente 800 gramas.

Além disso, as taxas de deposição de VAD são relativamente muito baixas. Uma razão para isto é que os alvos nunca são grandes o suficiente para capturar grandes quantidades de fuligem. Outra razão para as taxas de deposição lentas em VAD é a força termoforética relativamente baixa entre a futigem e a pré-forma em desenvolvimento. A velocidade de trans-lação lenta da deposição em VAD resulta em uma força termoforética mais baixa, e como resultado, uma baixa eficiência da deposição. A velocidade lenta também resulta em pré-formas mais cônicas que têm grandes partes inutilizáveis como discutido na Patente Norte Americana de No. 6.789.401. Em VAD, o aumento da velocidade de translação da deposição para eliminar estes problemas tipicamente quebra a pré-forma de fuligem devido às forças de aceleração e desaceleração que acompanham velocidades mais altas. Portanto existe uma necessidade para gerar grandes pré-formas com um pico de água baixo que supere estes problemas.

Estão disponíveis equipamentos e processos para fabricar núcleos OVD comerciais que fabricam simultaneamente duas pré-formas de núcleo de 11 quilogramas que tem uma massa dopada de núcleo central de 800 gramas a taxas de deposição de aproximadamente 12 gramas por minuto por pré-forma. Esta máquina e processo OVD produz pré-formas de núcleo suficientes para produzir os núcleos para cinco milhões de quilômetros de fibra por ano. Produzir núcleos VAD a taxas similares à produção de núcleo OVD também é necessário. Os sistemas e métodos revelados neste documento resolvem os problemas mencionados acima. A FIGURA 1 representa uma modalidade preferencial de um sistema de deposição 100 para produzir uma pré-forma de núcleo poroso 102 que combine os processos tanto VAD como OVD. Ao fazê-lo, ambos os processos VAD e OVD são conduzidos em uma câmara de deposição 101 como representado na FIGURA 1. A FIGURA 1 não representa todos os componentes necessários para executar os processos descritos neste documento. Em vez disso, a FIGURA 1 é fornecida para ser ilustrativa de elementos básicos de um sistema de deposição para executar os métodos revelados neste documento. Por exemplo, sistemas de deposição como são conhecidos na técnica possuem várias válvulas para controlar a distribuição de gases e produtos químicos. Por motivo de simplicidade e clareza na comunicação dos sistemas e métodos revelados neste documento, estas válvulas não são mostradas na FIGURA 1. Além disso, qualquer válvula que seja representada pode representar múltiplas válvulas em um sistema de deposição real. As mesmas também podem ser designadas localizadas diferente de como são representadas. A natureza ilustrativa da FIGURA 1 também se aplica a outros elementos representados da FIGURA 1. A primeira fonte de produto químico 103, tal como um vaporizador, contém materiais precursores de Sí02 (dióxido de silício), tal como Si-CI4 (tetracloreto de silício). Uma segunda fonte de produto químico 104 é fornecida, tal como um vaporizador que contém materiais precursores de dopante, tal como GeCI4 (tetracloreto de germânio). Os vapores de SÍCI4 e GeCI4 saem da fonte de SÍCI4 e fonte de GeCI4 103, 104, tipicamente. Em uma modalidade opcional, o material precursor de Si02 pode ser OMCTS (octametilciclotetrasiloxano). O sistema 100 inclui uma linha de transporte de gás 107 que é configurada para fornecer combustível, tal como H2 ou gás natural e 02, a partir de uma fonte 111. A válvula 106 pode ser aberta ou fechada para permitir ou fechar a fonte de GeCI4 104 quando desejado, tal como quando a deposição de revestimento prossegue. Os compostos que formam vidro são misturados e dissociados, como é bem conhecido na técnica, em consequência de serem fornecidos para um primeiro queimador 108. Na FIGURA 1, o queimador 108 fica em uma posição fixa relativa à zona de deposição. O queimador 108 gera um fluxo de fuligem uniformizado 110 que pode ser direcionado para cima e a um ângulo de inclinação, tal como 65°, relativo ao eixo geométrico longitudinal da pré-forma. O queimador 108 também pode ser posicionado perpendicular ao eixo de rotação horizontal. Preferencialmente, o queimador 108 é posicionado perpendicularmente relativo ao eixo geométrico horizontal pelo menos durante a parte da deposição OVD para aumentar a quantidade de fuligem que é depositada. Uma saída de escapamento 112 acima da área do alvo coleta gases e partículas que não são depositadas no alvo. Uma válvula 114, tal como uma válvula borboleta, preferencialmente é posicionada em um percurso de escapamento entre a saída de escapamento 112 e um ventilador 116 e é preferencialmente usada para controlar a taxa de fluxo do escapamento. A válvula 118 pode ser ligada ou desligada para controlar o uso do queimador 108. A haste de sííica com gancho 120 é posicionada ao longo do eixo geométrico de referência no mandril 122. O mandril 122 e haste com gancho 120 são girados por um controlador rotativo 124 montado em um mecanismo linear transversal 126. Um controlador de posição 128 conduz o mecanismo transversal 126 a um ritmo desejado.

Um segundo queimador 130 é alimentado com material de deposição usando a primeira fonte de produto químico (por exemplo, SÍCI4) 103 quando a válvula 132 está aberta. O queimador 130 opcionalmente recebe material a partir da segunda fonte de produto químico (por exemplo, GeCI4) quando a válvula 106 também está aberta. É gerado um segundo fluxo de fuligem 134 que é preferencialmente lançado substancialmente perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da pré-forma. Um maçarico 109, para o qual também é fornecido combustível tal como H2 ou gás natural e 02 a partir da fonte 111, também é preferencial mente posicionado entre os queimadores 108, 130 para ajudar a controlar a densidade da deposição. Por todo o processo de deposição, o maçarico 109 preferencialmente mantém uma posição lateral fixa relativo aos queimadores 108 e 130. Podem ser adicionados maçaricos adicionais para suportar este propósito em locais diferentes ao longo do comprimento e l ou posição radial da pré-forma cilíndrica substancialmente em desenvolvimento. A formação de uma pré-forma de núcleo usando abordagens VAD como são bem conhecidas na técnica pode ser realizada usando a câmara de deposição 101. Exemplos de abordagens VAD adequadas são revelados na Patente Norte Americana de 5.558.693 publicada para Sarkar. Uma ponta de partida 136 se desenvolve sobre a extremidade livre da haste com gancho 120. Quando material suficiente tiver sido depositado, a ponta 136 forma uma base adequada para a fabricação de um cilindro de núcleo de fuligem sólido 138. O cabo 140 é preferencialmente posicionado ao longo do eixo geométrico de referência no mandril 142, para ficar próximo ou alternativamente em contato com a extremidade livre do cilindro de núcleo de fuligem sólido 139 uma vez que o cilindro 139 alcança um comprimento predeterminado. O cilindro de núcleo de fuligem sólido 139 é essencialmente o cilindro de núcleo de fuligem sólido 138 após o mesmo ter alcançado o comprimento desejado. O cabo 140 é preferencialmente côncavo e ajustado à curvatura convexa da extremidade livre da pré-forma de núcleo inicial crescida 139. Devido ao potencial para aberturas de ar entre o cabo 140 e a pré-forma 139, o cabo 140 preferencialmente inclui um orifício através das extremidades do cabo 140. O cabo 140 e segundo mandril 142 são girados por um segundo controlador rotativo 144 sincronizados a rotação do controlador 124. O controlador rotativo 144 é opcionalmente montado no mecanismo linear transversal 146 que é acionado pelo controlador de posição 128 ou um segundo controlador de posição 148 sincronizado com o controlador de posição 128, quando necessário.

Também são preferencialmente fornecidos maçaricos de extremidade 150 e 152 na câmara de deposição 101. Os maçaricos de extremidade 150, 152 são preferencialmente conectados aos respectivos mecanismos transversais 126, 146. Os maçaricos de extremidade 150, 152 também recebem combustível a partir da fonte de combustível (por exemplo, H2 ou gás naturaí e 02) fonte 111. Os maçaricos de extremidade 150, 152 ficam preferencialmente ativos durante o processo de deposição para manter as extremidades da pré-forma quentes. Fazendo isto evita que a pré-forma quebre, um fenômeno que tipicamente começa nas extremidades da pré-forma onde incompatibilidades de expansão térmica e coeficiente de densidade são mais severos.

Uma pré-forma de guia de onda ótica de vidro sólida cilíndrica 102 a partir da qual a fibra guia de ondas óticas é fabricada compreende uma região de núcleo central que compreende material de sílica, tal como por exemplo, vidro Si02, combinado com um dopante (preferencialmente Ge02 (dióxido de germânio)), circundada por uma região de revestimento que compreende material de sílica, tal como por exemplo, vidro Si02. A região de núcleo preferencialmente se estende longitudinalmente ao longo do eixo geométrico central da pré-forma de guia de ondas óticas cilíndrica. A FIGURA 2 é um fluxograma que representa uma modalidade preferencial de um método 200 para fabricar uma pré-forma de núcleo de vidro, para o qual o sistema de deposição da FIGURA 1 pode ser usado. Em uma primeira etapa 202, fuligem de núcleo de materiais precursores, preferencialmente em na forma de SÍCI4 combinado com GeCI4, são depositados por um queimador sobre um alvo que compreende uma haste com gancho rotativa, tal como a haste com gancho 120 da FIGURA 1 para formar um corpo de núcleo poroso ou uma pré-forma de núcleo inicial 138. “Alvo” se refere ao recipiente de material de fuligem pretendido dentro da câmara de deposição 101. Por exemplo, com referência a FIGURA 1, o alvo é inicialmente a haste com gancho 120. Após a deposição na haste com gancho, o alvo é a ponta de início 136. Posteriormente, o alvo é a pré-forma de núcleo cilíndrica 138. Em deposições radiais subsequentes, o alvo inclui o comprimento inteiro da pré-forma de fuligem 139, a haste com gancho 120, e o cabo 140 fixado à extremidade livre da pré-forma 139. Preferencialmente um segundo queimador, tal como o queimador 130 representado na FIGURA 1, também deposita fuligem em uma deposição posterior que preferencialmen-te constitui uma única passagem sobre a pré-forma de núcleo de fuligem que cresce em comprimento devido à deposição pelo primeiro queimador.

Em uma modalidade, o corpo de núcleo poroso é formado reagindo quimicamente pelo menos alguns dos constituintes de uma mistura de fluido em movimento que compreende pelo menos um composto precursor de formação de vidro em um meio oxidante. A reação resulta na formação de um produto de reação baseado em sílica (fuligem) o qual pode ser dopa-do ou não dopado. Pelo menos uma parte deste produto de reação é direcionado para uma haste com gancho, para aumentar o corpo poroso. O corpo poroso pode ser formado, por exemplo, depositando produto de reação baseado em sílica na extremidade livre da pré-forma que cresce axialmente, tal como através de um processo VAD como é conhecido na técnica.

Ao fazê-lo, uma pré-forma de núcleo inicial é crescida a partir da haste com gancho. Usando o sistema de deposição da Figura 1, a pré-forma de fuligem de núcleo inicial é crescida horizontal ou verticalmente. A pré-forma de fuligem de núcleo é preferencialmente crescida desta maneira até que a mesma alcance um certo comprimento predeterminado, preferencialmente aproximadamente 1 metro. Para alcançar este comprimento, a deposição é realizadas para aumentar a pré-forma com uma densidade de fuligem mínima para evitar a quebra, algumas vezes maior do que 0,3 g/cm3. Preferencialmente, a massa da pré-forma de núcleo inicial neste estágio é de aproximadamente 100 gramas.

Uma vez que o comprimento de pré-forma de fuligem de núcleo predeterminado é alcançado, em uma próxima etapa 204, um cabo é preferencialmente posicionado próximo à extremidade livre da pré-forma para suportar quaisquer tensões que possam provocar a quebra da pré-forma. O cabo, preferencialmente correspondendo à curvatura da extremidade da pré-forma crescida axialmente, preferencialmente gira a mesma velocidade e direção que a pré-forma de fuligem de núcleo e permanece consistentemente próximo à extremidade livre da pré-forma.

Em uma próxima etapa 206, é depositado material adicional de núcleo no alvo. A deposição, entretanto, em vez da deposição axial realizada na etapa anterior pelo queimador 108, é radial, usando um ou mais queimadores que ficam preferencialmente depositando em um alvo reciprocante consistente com as técnicas OVD que são bem conhecidas na técnica. Empregando, por exemplo, o sistema de deposição da FIGURA 1, os queimadores 108 e 130 são preferencialmente orientados perpendicularmente ao eixo geométrico horizontal de deposição. Neste exemplo, ambos os queimadores 108, 130 são usadas para preferencialmente executar uma deposição reciprocante de material de fuligem do núcleo, e uma maneira consistente com os processos OVD como são bem conhecidos na técnica.

Embora uma configuração de dois queimadores como representada na Figura 1 possa ser empregada para o processo OVD desta etapa 206 da próxima etapa 208, é apreciado que outras configurações de queimadores possam ser empregadas. Estas configurações incluem configurações onde a quantidade de queimadores empregadas de uma vez é três, quatro, cinco ou mais, tal como é descrito na Patente Norte Americana de No. 5.116.400, a qual é incorporada por referência como se totalmente apresentada neste documento. Nestas configurações de múltiplos queimadores, é executada a deposição reciprocante do processo OVD. Com uma grande quantidade de queimadores, entretanto, a deposição reciprocante é descrita mais especificamente como um processo de deposição pontilhado onde cada queimador se desloca uma distância relativamente pequena relativa ao comprimento da pré-forma.

Preferenciaimente, o alvo para a deposição reciprocante inclui a pré-forma de núcleo 102 e 138, o cabo 140 e a haste com gancho 120. Depositar no cabo e haste com gancho permite que o cabo e haste com gancho suportem o peso da pré-forma quando sua massa aumenta. A fixação e de- posição em cabos na fabricação de pré-formas de fibra ótica de baixo pico de água é descrita na Patente Norte Americana de No. 7.930.905, a qual é incorporada por referência como se totalmente apresentada neste documento.

Uma vantagem de empregar o processo OVD neste estágio é que o processo OVD proporciona a deposição de camadas que são longitudinais com respeito à pré-forma oposta a radial, a qual é o que é produzido pelo método de deposição VAD empregado na etapa 202. As camadas de deposição longitudinal fornecem uma pré-forma mais forte que é mais resistente a quebrar uma vez que a massa da pré-forma aumenta com a deposição de fuligem adicional. Isto pode ser particularmente significativo onde o processo OVD está sendo realizado horizontalmente, onde a gravidade pode tender a provocar rachaduras ou quebra da pré-forma quando sua massa aumenta com o peso da pré-forma sendo nascido pelos cabos.

Entretanto, empregar um cabo também é vantajoso onde o processo OVD é realizado verticalmente. Incluir um cabo em na extremidade inferior livre da pré-forma de núcleo antes do processo OVD começar torna a pré-forma mais estável, e permite que a pré-forma arque com as tensões de um processo OVD de alta velocidade e evite quebras na pré-forma em desenvolvimento. Métodos e vantagens de executar OVD com passagens de alta velocidade são bem conhecidos na técnica, tal como são descritos na Patente Norte Americana de No. 6.789.401.

No processo OVD, a haste com gancho é preferencialmente montada em um torno mecânico, o qual é designado para transladar e girar a haste com gancho, em grande proximidade a um queimador que produz fuligem, tal como o queimador 130 da Figura 1. Quando a pré-forma de fuligem de núcleo é girada e transladada, a fuligem é direcionada para a pré-forma de fuligem de núcleo. Pelo menos uma parte da fuligem é depositada na haste com gancho e cabo para formar a pré-forma de núcleo poroso.

Uma vez que a pré-forma de fuligem de núcleo dopada tenha alcançado uma massa predeterminada, tal como pelo menos aproximadamente 400 gramas, e preferencialmente aproximadamente 800 gramas, a próxi- ma etapa 208 é executada, na qual o material de revestimento, preferencialmente na forma de precursor de SrCI4 ou OMCTS, é depositado no alvo. Novamente, o alvo da deposição preferencialmente inclui a pré-forma e o cabo e haste com gancho nas respectivas extremidades da pré-forma. Novamente esta fase da deposição é realizada através de pré-forma ou queimadores reciprocantes, tal como os queimadores 108 e 130 da Figura 1, operando consistentes com técnicas OVD conhecidas. A deposição de matéria! de revestimento continua até que a massa da pré-forma exceda aproximadamente cinco quilogramas e seja preferenciaímente de aproximadamente 11 quilogramas.

Uma vez que a quantidade almejada de fuligem tenha sido depositada, a deposição de fuligem preferencialmente é terminada. Em uma próxima etapa 210, a pré-forma de fuligem de núcleo é seca e sinterizada usando técnicas como são conhecidas na técnica para consolidar o material de fuligem. Preferencialmente, a pré-forma de núcleo poroso é posicionada e girada em um forno para tratamento de calor. O corpo de núcleo poroso é preferencialmente sujeito a uma temperatura de aproximadamente 1100 a 1250 °C embora ainda retenha sua porosidade. Durante este processo de tratamento de calor, a pré-forma de núcleo poroso é preferencialmente seca quimicamente por exposição do corpo a uma atmosfera contendo cloro, a qual remove efetivamente água e outras impurezas da pré-forma. A pré-forma de fuligem então é sinterizada para vidro a uma temperatura de aproximadamente 1500 °C em uma atmosfera de helio que pode conter algum cloro para evitar reumedecimento. O resultado deste processo é uma pré-forma de núcleo de vidro, que tem uma densidade preferencialmente de a-proximadamente 2,2 g/cm3, a qual através de processamento ainda adicional pode ser estirada em fibra ótica para aplicações de telecomunicações.

De acordo com uma modalidade preferencial, a pré-forma de núcleo poroso é posicionada dentro de um forno de sinterização e girada, onde a pré-forma é seca quimicamente a uma temperatura de preferencialmente aproximadamente 1100°C em uma atmosfera de cloro e helio. Seguindo a secagem, a pré-forma de núcleo poroso preferencialmente é dire- cionada para baixo dentro da zona quente do forno de sinterização preferencialmente em uma atmosfera de gás inerte, tal como helio, e então sinteriza-da a uma temperatura elevada, preferencialmente a aproximadamente 150CPC, para deste modo formar uma pré-forma de núcleo de vidro.

Em uma modalidade, a pré-forma de núcleo de vidro é tomada para um forno de estiragem de haste de núcleo, onda a pré-forma é estirada em uma quantidade de hastes de núcleo de diâmetro reduzido. Como a pré-forma de núcleo de vidro é vidro sólido, sem um orifício na linha central, não existe necessidade da aplicação de vácuo à pré-forma durante a estiragem da haste de núcleo, como não existe possibilidade de a região da linha central ser reumedecida pela exposição à atmosfera ambiente e não existe a necessidade de fechar um orifício. A deposição pelo método OVD continua nas hastes de núcleo de vidro ou nas pré-formas de núcleo de vidro originais para produzir pré-formas de guia de onda ótica de vidro, as quais são então estiradas para fibra guia de ondas óticas.

Em outra modalidade, após a deposição ter sido terminada, as dimensões da região de núcleo e da região de revestimento estão de modo que a pré-forma seca e sinterizada é uma pré-forma de guia de onda ótica de vidro. Esta pré-forma de guia de onda ótica de vidro pode ser diretamente estirada para fibra guia de ondas óticas. A fibra guia de ondas óticas resultante produzida por este método tem uma atenuação de não mais do que 0,35 dB/km para luz a um comprimento de onda medido de 1380 nm, e preferencial mente menos do que 0,31 dB/km. Várias referências descrevem a fabricação de pré-formas por sobre-revestimento de hastes de núcleo por deposição OVD de fuligem, tal como descrito na Patente Norte Americana de No. 7.930.905, ou executando processos de haste em cilindro, tal como descritos na Patente Norte Americana de No. 6.131.415. A descrição detalhada acima da invenção e das modalidades preferenciais como produtos, composições, e processos é ilustrativa de modalidades específicas apenas. Entretanto, deve ser entendido que modalidades adicionais descritas neste documento, juntamente com aquelas modali- dades adicionais, são consideradas estando dentro do escopo da presente invenção.

Claims (20)

1. Método para fabricar uma pré-forma de núcleo de vidro, em que o dito método compreende como etapas de: (a) depositar um matéria! de núcleo baseado em sílica em um alvo de deposição que compreende uma haste rotativa para aumentar um comprimento de uma pré-forma de núcleo inicial de fuligem cilíndrica substancialmente sólida, em que a pré-forma de fuligem de núcleo inicial fica presa em uma extremidade pela haste e fica livre em uma extremidade oposta; (b) depositar material de núcleo baseado em sílica adicional no alvo através de uma deposição reciprocante; (c) depositar material de revestimento no alvo através de uma deposição reciprocante para formar uma pré-forma de núcleo final; e (d) secar e sinterizar pelo menos uma parte da dita pré-forma de núcleo final para formar uma pré-forma de núcleo de vidro.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que as ditas e-tapas de secar e sinterizar são realizadas sob condições adequadas para produzir uma fibra ótica que tenha uma atenuação de menos do que aproximadamente 0,35 dB/km em um comprimento de onda de 1380 nm.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que as ditas e-tapas de secar e sinterizar são realizadas sob condições adequadas para produzir uma fibra ótica que tenha uma atenuação de menos do que aproximadamente 0.31 dB/km em um comprimento de onda de 1380 nm.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente uma etapa de estiragem de fibra ótica a partir da pré-forma de núcleo de vidro.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita pré-forma de núcleo final é seca quimicamente em um forno de secagem.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente as etapas de posicionar um cabo próximo a extremidade o-posta da pré-forma de núcleo inicial em que o cabo compreende uma parte do alvo para a deposição das etapas (b) e (c).

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adícionalmente as etapas de: posicionar a dita pré-forma de núcleo de vidro em um forno; aquecer a dita pré-forma de núcleo de vidro dentro do dito forno; e estirar a dita pré-forma de núcleo de vidro em uma haste de núcleo de vidro que tem um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo da dita pré-forma de núcieo de vidro.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que as etapas (a) e (b) são realizadas sob condições adequadas para produzir uma pré-forma de núcleo intermediária que tem uma massa maior do que 400 gramas.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1 em que as etapas (a) a (d) são realizadas sob condições adequadas para produzir uma pré-forma de núcleo de vidro que tem uma massa maior do que nove quilogra-mas.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1 em que a deposição da etapa (a) é realizada usando um queimador frontal e um queimador traseiro.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10 em que o queimador frontal e o queimador traseiro reciprocam relativos ao alvo ao realizar a deposição das etapas (b) e (c).

12. Método para fabricar uma pré-forma de núcleo de vidro, em que o dito método compreende as etapas de: (a) depositar um material baseado em sílica em um alvo de deposição que compreende uma haste rotativa para aumentar um comprimento de uma pré-forma de núcleo inicial substancialmente cilíndrica que fica presa em uma extremidade pela haste e que fica livre em uma extremidade oposta; (b) depositar material adicional no alvo através de uma deposição reciprocante para formar uma pré-forma de núcleo final; e (c) secar e sinterizar pelo menos uma parte da dita pré-forma de núcleo final para formar uma pré-forma de núcleo de vidro; em que antes de completar a etapa (b), um cabo é posicionado próximo à extremidade oposta e o cabo compreende parte do alvo de deposição para pelo menos parte da deposição da etapa (b); em que as etapas são realizadas sob condições adequadas para produzir uma fibra ótica que tenha uma atenuação de menos do que aproximadamente 0,35 dB/km em um comprimento de onda de 1380 nm.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que as ditas etapas de secar e sinterizar são realizadas sob condições adequadas para produzir uma fibra ótica que tenha uma atenuação de menos do que aproximadamente 0,31 dB/km em um comprimento de onda de 1380 nm.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, que compreende adicionalmente uma etapa de estiragem de fibra ótica a partir da pré-forma de núcleo de vidro.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12 em que a dita pré-forma de núcleo final é seca quimicamente em um forno de secagem.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12 que compreende adicionalmente as etapas de: posicionar a dita pré-forma de núcleo de vidro em um forno; aquecer a dita pré-forma de núcleo de vidro dentro do dito forno; e estirar a dita pré-forma de núcleo de vidro dentro de uma haste de núcleo de vidro que tem um diâmetro externo menor do que o diâmetro externo da dita pré-forma de núcleo de vidro.

17. Método, de acordo com a reivindicação 12 em que a etapa (a) e (b) são realizadas sob condições adequadas para produzir uma pré-forma de núcleo intermediária que tenha uma massa maior do que 400 gramas.

18. Método, de acordo com a reivindicação 12 em que as etapas são realizadas sob condições adequadas para produzir uma pré-forma de núcleo de vidro que tenha uma massa maior do que nove quilogramas.

19. Método, de acordo com a reivindicação 12, em que a deposição da etapa (a) é realizada usando um queimador frontal e um queimador traseiro.

20. Método, de acordo com a reivindicação 12 em que o queimador frontal e o queimador traseiro reciprocam relativos ao alvo ao realizar a deposição das etapas (b) e (c).