BR102023003916A2 - Método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (pcvd) em um tubo de substrato de sílica oco, método para formar uma fibra óptica,pré-forma primária e fibra óptica - Google Patents

Método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (pcvd) em um tubo de substrato de sílica oco, método para formar uma fibra óptica,pré-forma primária e fibra óptica Download PDF

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Mattheus Jacobus Nicolaas Van Stralen
Gertjan KRABSHUIS
Antonius Henricus Elisabeth Breuls
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Draka Comteq B.V
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Abstract

método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (pcvd) em um tubo de substrato de sílica oco, método para formar uma fibra óptica, pré-forma primária e fibra óptica. a presente invenção se refere a um método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (pcvd) em um tubo de substrato de sílica oco, em que o dito tubo de substrato tem um lado de fornecimento e um lado de descarga, cujo método compreende depositar camadas de sílica dopadas ou não dopadas na superfície interna do dito tubo de substrato oco fornecendo-se gases de formação de vidro para o interior do tubo de substrato oco por meio do lado de fornecimento do mesmo, e criando-se uma zona de reação de plasma no interior do tubo de substrato oco por meio de radiação de micro-ondas que tem uma potência de micro-ondas, em que a potência de micro-ondas é diminuída durante o depósito. a presente invenção, além disso, se refere a um método para formar uma fibra óptica e à pré-forma primária e fibra óptica diretamente obteníveis pelos ditos métodos.

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[001] A presente invenção refere-se a um método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (PCVD). A presente invenção, além disso, se refere a um método para formar uma fibra óptica e à pré-forma primária e fibra óptica obteníveis de acordo com esses métodos.
ANTECEDENTES
[002] Em um processo de deposição de vapor químico de plasma (PCVD), múltiplas camadas de sílica são depositadas na parede interna de um tubo de substrato oco. Durante o processo de PCVD, gases de formação de vidro reativos, possivelmente dopados, são reagidos no lado interno de um tubo de substrato oco por meio de um plasma, resultando na deposição de uma ou mais camadas de sílica na superfície interna do tubo de substrato oco. Tais gases reativos são fornecidos em um lado do tubo de substrato, isto é, o lado de fornecimento, e como resultado das condições de processo especial, os mesmos formam camadas de sílica na parede interior do tubo de substrato. Uma fonte de energia é movida para trás e para frente ao longo do comprimento do tubo de substrato para formar as camadas de sílica. A fonte de energia, em particular, um gerador de plasma (ressonador), fornece energia de alta frequência (micro-ondas), assim gerando um plasma no interior do tubo de substrato, em que os gases de formação de vidro reativos reagirão sob tais condições de plasma. Durante esse processo de PCVD, o diâmetro interno do tubo de substrato diminui e a espessura de parede aumenta; isso resulta na mudança de condições de reação e efeitos adversos que limitam a quantidade de sílica que pode ser depositada na superfície interna do tubo de substrato. Portanto, há uma necessidade por um processo que permite aumentar a quantidade de sílica depositada no tubo de substrato durante o processo de PCVD.
[003] O documento n° EP2008979A1 revela um processo de PCVD para fabricar uma pré-forma durante o qual uma chamada deposição de transição é executada entre a deposição de uma fase e a deposição da outra fase e durante o qual o fluxo de gases é mudado.
[004] O documento n° WO2004/101458A1 revela um processo de PCVD para fabricar uma pré-forma que reduz o afunilamento próximo das extremidades da pré-forma emendando- se a velocidade de plasma próxima dos pontos de reversão.
[005] O documento n° US 4.741.747 revela um processo de PCVD para fabricar uma pré-forma que reduz o afunilamento próximo das extremidades da pré-forma movendo-se o plasma na área de pelo menos um ponto de reversão de modo não linear com tempo.
SUMÁRIO
[006] É um objetivo da presente invenção fornecer um processo de PCVD melhorado que resolve uma ou mais das desvantagens do processo da técnica anterior. É um objetivo adicional da presente invenção fornecer um processo de PCVD melhorado que permite a deposição de uma quantidade aumentada de sílica. A presente invenção alcança um ou mais desses objetivos pelos aspectos discutidos abaixo e modalidades dos mesmos.
[007] Em um primeiro aspecto, a invenção se refere a um método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (PCVD) em um tubo de substrato de sílica oco, em que o dito tubo de substrato tem um lado de fornecimento e um lado de descarga, cujo método compreende depositar camadas de sílica dopadas ou não dopadas na superfície interna do dito tubo de substrato oco fornecendo- se gases de formação de vidro para o interior do tubo de substrato oco por meio do lado de fornecimento do mesmo, e criando-se uma zona de reação de plasma no interior do tubo de substrato oco por meio de radiação de micro-ondas que tem uma potência de micro-ondas, em que a potência de micro-ondas é continuamente diminuída durante pelo menos parte do depósito.
[008] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um método que compreende adicionalmente, após a execução do processo de PCVD, submeter a pré-forma primária a um tratamento de deformação de modo a formar uma pré-forma primária sólida.
[009] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um método para formar uma fibra óptica aquecendo-se a pré-forma primária sólida em uma extremidade, em que a fibra ótica é extraída a partir da extremidade aquecida da pré-forma primária sólida.
[010] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a uma pré-forma primária, pré-forma primária sólida ou fibra óptica obtida com os métodos inventivos.
[011] Modalidades correspondentes reveladas abaixo para o método de um aspecto também são aplicáveis para os outros métodos e aspectos de acordo com a presente invenção.
LISTA DE DEFINIÇÕES
[012] As seguintes definições são usadas na presente descrição e reivindicações para definir a presente matéria declarada. Outros termos não citados abaixo são destinados a ter o significado geralmente aceito no campo.
[013] “Pré-forma primária” conforme usado na presente descrição significa: um tubo de substrato oco que tem camadas de sílica depositadas de PCVD no lado interno do mesmo. Uma pré-forma primária é transformada em uma pré-forma primária sólida por meio de um processo de deformação.
[014] “Processo de deformação” ou “tratamento de deformação” conforme usado na presente descrição significa: tratar termicamente a pré-forma primária para deformar e/ou consolidar a mesma em uma haste sólida massiva.
[015] “Pré-forma primária sólida” conforme usado na presente descrição significa: uma haste sólida ou haste de núcleo que é obtida deformando-se uma pré-forma primária.
[016] “Pré-forma final” conforme usado na presente descrição significa: uma haste sólida obtida fornecendo-se externamente uma pré-forma primária (sólida) com (camadas de) sílica extra.
[017] “Depositar” conforme usado na presente descrição significa: depositar camadas de sílica dopadas ou não dopadas na superfície interna do dito tubo de substrato oco fornecendo-se gases de formação de vidro para o interior do tubo de substrato oco por meio do lado de fornecimento do mesmo e criando-se uma zona de reação de plasma no interior do tubo de substrato oco por meio de radiação de micro-ondas que tem uma potência de micro-ondas.
[018] “Sílica" conforme usado na presente descrição significa: qualquer substância na forma de SiOx, seja estequiométrica ou não, e seja cristalina ou amorfa ou não, opcionalmente dopada.
[019] “Gases de formação de vidro” conforme usado na presente descrição significa: um ou mais compostos gasosos ou gases usados durante o processo de PCVD e que formam sílica.
[020] “Taxa de fluxo total” conforme usado na presente descrição significa: a taxa de fluxo combinado de todos os gases de formação de vidro usados. A taxa de fluxo é normalmente expressa como uma faixa de fluxo volumétrico expressa como um certo valor para SLM ou SCCM, sendo os litros padrão por minuto ou centímetros cúbicos padrão por minuto.
[021] “Camadas de sílica não dopadas” conforme usado na presente descrição significa: sílica vitrificada não dopada principalmente de SiO2 amorfo. Podem conter cloro em uma quantidade de até 1500 ppm e ainda serem consideradas não dopadas.
[022] “Camadas de sílica dopadas” conforme usado na presente descrição significa: sílica vitrificada que compreende um ou mais dopantes.
[023] “Dopante” conforme usado na presente descrição significa: um composto ou composição que está presente na camada de sílica e que tem um efeito no índice de refração da dita sílica. Pode ser, por exemplo, um dopante descendente, isto é, um dopante que diminui o índice de refração, como um flúor ou boro (por exemplo, introduzido como um precursor na forma de F2, C2F8, SF6, C4F8 ou BCl3). Pode ser, por exemplo, um dopante ascendente, isto é, um dopante que aumenta o índice de refração, como germânio (por exemplo, introduzido como um precursor na forma de GeCl2 (dicloreto de germânio) ou GeCl4 (tetracloreto de germânio)). Dopantes podem estar presentes na sílica nos interstícios da sílica (por exemplo, no caso de F) ou podem estar presentes como um óxido (por exemplo, no caso de germânio, alumínio, fósforo ou boro).
[024] “Fuligem” conforme usado na presente descrição significa: sílica incompletamente vitrificada (= não ou parcialmente vitrificada). Pode ser não dopada ou dopada.
[025] “Superfície interna” conforme usado na presente descrição significa: a superfície de lado interno do tubo de substrato, sendo a superfície da parede interna do tubo de substrato.
[026] “Zona de reação de plasma” conforme usado na presente descrição significa: a zona que é formada pelo plasma no qual os gases de formação de vidro reagem para formar sílica.
[027] “Radiação de micro-ondas” conforme usado na presente descrição significa: radiação eletromagnética na faixa de micro-ondas de cerca de 1 metro a cerca de 1 milímetro correspondente a frequências entre 300 MHz e 300 GHz, respectivamente. Exemplos típicos de radiação de micro-ondas adequada têm uma frequência de cerca de 2,45 GHz ou de cerca de 5,6 GHz ou de cerca de 890 MHz.
[028] “Potência de micro-ondas” conforme usado na presente descrição significa: a potência ou potência em watts da radiação de micro-ondas usada, expressa em watts.
[029] “Plasma que se move para frente e para trás pelo comprimento do tubo de substrato” conforme usado na presente descrição significa: pelo movimento do aplicador sobre o tubo de substrato o pelo movimento do tubo de substrato lado interno da abertura central do aplicador que o plasma se move para trás e para frente. Até mesmo se o aplicador é considerado estacionário e o tubo de substrato se move axialmente, isso é considerado como um plasma em movimento para trás e para frente de acordo com a presente invenção.
[030] “Mover para frente e para trás” conforme usado na presente descrição significa: um movimento reciprocante ou movimento para trás e para frente em uma linha reta.
[031] “Passagem” conforme usado na presente descrição significa: uma parte do processo de PCVD definida por um movimento para frente e um movimento para trás do plasma ao longo do comprimento do tubo de substrato ou vice-versa. O plasma começa em uma extremidade do comprimento disponível do tubo de substrato, se move para frente em direção a um ponto de reversão próximo de uma extremidade do comprimento disponível do tubo de substrato e então se move para trás em direção a uma extremidade para completar uma passagem. O comprimento disponível do tubo de substrato é considerado como o comprimento do tubo de substrato sobre o qual o aplicador pode se mover, excluindo ambas as extremidades do tubo de substrato que são montadas nas garras do torno.
[032] “Diminuir continuamente” conforme usado na presente descrição significa: uma diminuição que é substancialmente contínua em tempo. Durante cada passagem, a potência de micro-ondas é pelo menos (levemente) menor do que durante a passagem anterior. Isso é contrário a uma diminuição em etapas na qual a potência de micro-ondas é mantida constante durante um certo período de tempo e então cai instantaneamente com uma certa quantidade a ser mantida constante novamente após isso.
[033] “Estágio de uma diminuição” conforme usado na presente descrição significa: uma parte temporal do processo de PCVD. Durante um estágio de uma diminuição, a diminuição da potência de micro-ondas é linear. Indo de um estágio de diminuição para outro estágio de diminuição, o grau da diminuição muda tipicamente.
[034] “Estágio constante” conforme usado na presente descrição significa: uma parte temporal do processo de PCVD. Durante um estágio constante não há diminuição na potência de micro-ondas.
[035] “Grau da diminuição“ conforme usado na presente descrição significa: a diminuição média da potência de micro-ondas pela duração de um estágio.
[036] “Diminuição quadrática” conforme usado na presente descrição significa: há uma diminuição contínua da potência de micro-ondas em tempo; a curva de potência de microondas contra tempo tem um formato parabólico. Não há estágios separados nessa modalidade visto que não há partes do processo nas quais a diminuição é linear.
[037] “Diminuição linear” conforme usado na presente descrição significa: uma diminuição que é linear no tempo mais ou menos 2 %. Em outras palavras, durante cada passagem, a potência de micro-ondas diminui com a mesma quantidade.
[038] “Incremento de potência” ou “incremento de potência de micro-ondas” conforme usado na presente descrição significa: o perfil da diminuição de potência de micro-ondas. É uma curva da potência de micro-ondas contra tempo de deposição.
BREVE DESCRIÇÃO DE DESENHOS
[039] A presente invenção é descrita doravante com referência aos desenhos anexos nos quais as modalidades da presente invenção são mostradas e nos quais referências numéricas semelhantes indicam elementos iguais ou similares.
[040] A Figura 1 mostra incrementos de potência de micro-ondas exemplificativos de acordo com a presente invenção em comparação com uma potência de micro-ondas constante linear de acordo com a técnica anterior (linha pontilhada preta); os incrementos de potência de micro-ondas de acordo com a invenção são um incremento de potência de micro-ondas decrescente linear (linha sólida preta), um incremento de potência de micro-ondas decrescente que tem diversos estágios que lembram um ajuste quadrático (linha tracejada preta), e um incremento de potência de micro-ondas decrescente completamente quadrático (linha sólida preta com círculos pretos). Além disso, delimitações preferenciais são representadas como incrementos de potência de micro-ondas decrescentes em uma linha sólida cinza (limite preferencial inferior) e linha tracejada cinza (limite preferencial superior).
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES
[041] A presente invenção se refere a um método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (PCVD) em um tubo de substrato de sílica oco, em que o dito tubo de substrato tem um lado de fornecimento e um lado de descarga, cujo método compreende depositar camadas de sílica dopadas ou não dopadas na superfície interna do dito tubo de substrato oco fornecendo-se gases de formação de vidro para o interior do tubo de substrato oco por meio do lado de fornecimento do mesmo, e criando-se uma zona de reação de plasma no interior do tubo de substrato oco por meio de radiação de micro-ondas que tem uma potência de micro-ondas, em que a potência de micro-ondas é continuamente diminuída durante pelo menos parte do depósito. Gases de formação de vidro, dopados e/ou não dopados, são fornecidos ao interior do tubo de substrato por meio de um lado do tubo de substrato, chamado o lado de fornecimento. Os gases são fornecidos através do tubo de substrato oco. Um sistema de distribuição de gás é tipicamente usado para fornecer gases. Exemplos desses gases são SiCl4, GeCl4, O2, C2F6.
[042] Dentro do tubo de substrato oco esses gases são reagidos por meio de um plasma que está presente dentro do tubo de substrato. O processo de PCVD faz uso de uma fonte de energia (um aplicador) que é conectada a uma fonte de microondas ou gerador de micro-ondas (tipicamente um magnetron) e que fornece radiação de micro-ondas que tem uma certa potência de micro-ondas. O gerador de micro-ondas gera micro-ondas que são enviadas para um gerador de plasma que tem uma cavidade cilíndrica que se estende através do mesmo. A potência de micro-ondas pode ser medida com o uso de uma unidade de medição de micro-ondas que pode estar presente no circuito de microondas. O aplicador se move para trás e para frente da direção axial do tubo de substrato. A velocidade do aplicador é tipicamente 20 metros por minuto e tem tipicamente uma faixa de 2 a 30 metros por minuto. Dentro do tubo de substrato, a potência de micro-ondas cria um plasma que ativa uma reação dos gases de formação de vidro que resulta na deposição de camadas de sílica finas (dopadas e/ou não dopadas) dentro do tubo de substrato, na parede de lado interno do mesmo. O tubo de substrato e aplicador estão dentro de um forno.
[043] A zona de plasma zone que é criada se move para trás e para frente ao longo do eixo geométrico longitudinal do tubo de substrato oco entre um ponto de reversão localizado próximo do lado de fornecimento e um ponto de reversão localizado próximo do lado de descarga do dito tubo de substrato oco. Um movimento para frente e para trás é chamado de uma passagem. Durante cada passagem, uma camada de sílica é depositada na superfície interna do tubo de substrato ao longo do comprimento do tubo de substrato. O número total de camadas de sílica que são depositadas (o número total de passagens) durante um processo de PCVD pode variar e está tipicamente entre 500 e 5000.
[044] De acordo com o método da invenção, durante o processo de deposição PCVD, a potência de micro-ondas é diminuída. Sem desejar se atrelar a qualquer teoria particular, os presentes inventores observaram que diminuindo-se a potência de micro-ondas, a razão entre a potência de microondas e a taxa de deposição (por exemplo, a quantidade de sílica depositada no tubo por minuto) também é diminuída que foi constatada como tendo um efeito positivo no processo, com o processo de acordo com a presente invenção, a quantidade total de sílica depositada dentro de um tubo de substrato é aumentada em comparação com um processo em que a potência de micro-ondas não é diminuída - no último caso, o calor do plasma faz com que os dopantes de óxido depositados nas camadas de sílica evaporem com espessura de parede crescentes do tubo de substrato com sílica depositada. Esses dopantes evaporados são transportados com o fluxo de gás no tubo e condensam em posições arbitrárias causando variações de índice na fibra óptica final ou quebra das pré-formas primárias durante a deformação. Para impedir esses problemas, o processo é encurtado e finalizado antes desses efeitos adversos ocorrerem.
[045] O presente método é usado durante a fabricação de pré-formas primárias. Antes da primeira pré- forma primária ser fabricada (por exemplo, antes da produção real), as definições otimizadas são determinadas para a potência de micro-ondas e diminuição da mesma. Essas definições podem, por exemplo, ser determinadas pesando-se o tubo de substrato antes do início do depósito e ocasionalmente durante a deposição. Pela pesagem, a quantidade de sílica que foi depositada pode ser determinada assim como a espessura das camadas depositadas. Diversos testes que têm perfis de diminuição diferentes para a potência de micro-ondas podem ser feitos e as definições otimizadas para os parâmetros de processo específicos, como o comprimento de diâmetro interno inicial do tubo de substrato, tipos de gases, taxa de fluxo de gases, podem ser determinadas. Sem desejar se atrelar a uma teoria particular, os presentes inventores observaram que, quando o diâmetro interno do tubo de substrato diminui durante o processo de PCVD (pela deposição de sílica), a cavidade se torna menor e o comprimento do plasma é aumentado quando a potência de micro-ondas permanece igual. Esse alongamento do plasma foi constatado como levando a um plasma muito amplamente estendido que foi constatado como gerando efeitos colaterais indesejáveis nas bordas do plasma. Os presentes inventores observaram que é desejável ter uma densidade mais contínua do plasma sobre o comprimento do tubo e que foi obtenível diminuindo-se a potência de plasma ao longo do tempo.
[046] Em uma modalidade, a potência de microondas é diminuída por pelo menos 5 por cento, preferencialmente por pelo menos 10 por cento, como por pelo menos 15 por cento ou por pelo menos 17 por cento durante o depósito. Em uma modalidade, a potência de micro-ondas é diminuída por entre 15 e 25 por cento, preferencialmente entre 17 e 22 por cento, como entre 18 e 21 por cento ou aproximadamente 20 por cento, durante o depósito. Em uma modalidade, a potência de microondas é diminuída por no máximo 50 por cento, preferencialmente no máximo 30 por cento, durante o depósito. Quando a potência de micro-ondas é diminuída a um nível mais baixo, um aumento em partículas de fuligem não fixas seria obtido, cujas partículas são carregadas pelo fluxo de gás e depositadas em uma região mais fria logo atrás do forno de PCVD, levando à obstrução. Os presentes inventores observaram que tal quantidade de diminuição durante o depósito fornece um equilíbrio satisfatório entre a quantidade de sílica que é depositada sem formação de fuligem. Com “durante o depósito” entende-se durante a duração total do processo de PCVD.
[047] Em uma modalidade, a potência de microondas é diminuída continuamente durante pelo menos 50 por cento, ainda preferencialmente durante pelo menos 75 por cento do depósito. Os presentes inventores observaram que o efeito da invenção pode ser observado melhor se pelo menos durante 50 por cento, ou até mesmo pelo menos 75 por cento da duração total do processo de PCVD há uma diminuição contínua.
[048] Em uma modalidade, a diminuição compreende dois ou mais estágios, preferencialmente um número na faixa de 2 a 6 estágios, ainda preferencialmente dois ou três estágios, de uma diminuição. Nessa modalidade, não há diminuição contínua linear, mas em vez disso, uma diminuição na qual o grau de diminuição (o “declive” de diminuição, sendo o declive do gráfico de potência de micro-ondas sobre tempo) altera após um certo período de tempo. Cada estágio de diminuição tem um grau independente (declive) de diminuição. Os presentes inventores observaram que dois ou três ou quatro ou cinco ou seis estágios fornecem resultados satisfatórios. Em uma modalidade, a diminuição é uma diminuição linear. Preferencialmente, cada um dos estágios tem uma diminuição linear e cada um dos estágios tem uma duração de pelo menos 10, preferencialmente pelo menos 20 %, da duração total do processo de depósito. Na delimitação de dois estágios (por exemplo, quando indo de um estágio para outro estágio) a quantidade ou grau de diminuições altera. Em uma modalidade, o grau da diminuição em cada estágio é maior do que o grau da diminuição no estágio imediatamente anterior do mesmo. Além de estágios de diminuição, um ou mais estágios constantes podem estar presentes, preferencialmente um estágio constante no início do processo de PCVD.
[049] Em uma modalidade adicional, cada um dos dois ou mais estágios de diminuição tem uma duração de pelo menos 10 por cento, preferencialmente pelo menos 20 por cento, de uma duração total do depósito. Em outras palavras, a duração de cada estágio é pelo menos 1/10 da duração total do processo em que há uma diminuição. O processo também deve compreender (preferencialmente começar) com um certo período de tempo em que a potência de micro-ondas é constante após o qual a diminuição começa.
[050] Em uma modalidade específica, a diminuição é uma diminuição quadrática. Nessa modalidade, há uma diminuição contínua que tem um formato parabólico. Não há estágios separados nessa modalidade. Isso é mostrado como a linha sólida preta com círculos pretos na Figura 1.
[051] Em uma modalidade preferencial, delimitações (tanto superior quanto inferior) são determinadas para cada tipo/diâmetro de tubo de substrato, a taxa de deposição e outras condições de processo. Para os exemplos fornecidos na presente descrição essas delimitações preferenciais são representadas como uma linha cinza sólida (delimitação inferior) e uma linha cinza pontilhada (delimitação superior) na Figura 1.
[052] A taxa de fluxo total de gases de formação de vidro fornecidos para o interior do tubo de substrato oco pode ser mantida pelo menos substancialmente constante durante o depósito. Isso é aplicável a todas as modalidades acima (linear ou quadrática/com ou sem estágios múltiplos). Por substancialmente constante entende-se que a taxa de fluxo é mantida entre um aumento de 2 por cento e uma diminuição de 2 por cento durante a duração do processo de PCVD.
[053] Alternativamente, por exemplo, no caso de a taxa de fluxo total de gases de formação de vidro não ser mantida constante durante o depósito, a razão entre a potência de micro-ondas e taxa de fluxo total de gases de formação de vidro diminui durante o depósito.
[054] Em uma modalidade específica, a potência de micro-ondas é diminuída por 15 a 25 por cento durante o dito depósito, em que a potência de micro-ondas é diminuída continuamente durante pelo menos 75 por cento do depósito, em que a diminuição compreende dois estágios de uma diminuição linear em que o grau da diminuição no segundo dos dois estágios é maior do que o grau da diminuição no primeiro dos dois estágios.
[055] As modalidades acima se referem à provisão de uma pré-forma primária, após todas essas modalidades, uma etapa adicional pode ser executada. Após a deposição ter sido completa, um tubo de substrato oco formado desse modo pode ser consolidado (em uma etapa de deformação) de modo a obter uma pré-forma primária sólida. Uma pré-forma primária sólida, que tem usualmente um diâmetro de cerca de 2-4 cm, pode ser dotada de uma ou mais camadas de sílica adicionais em uma etapa de processo adicional, que é chamada revestimento, para render uma pré-forma final. A pré-forma final terá tipicamente um diâmetro externo de cerca de 5-20 cm. Essas pré-formas finais podem ser usadas para extrair fibras ópticas das mesmas de acordo com um aspecto da invenção.
[056] As pré-formas primárias sólidas obtidas pelo presente método são constatadas como estáveis e não mostraram quaisquer sinais de craqueamento. O método permite o aumento da quantidade total de sílica depositada em um tubo de substrato.
[057] Em outro aspecto, a invenção se refere a um método para formar uma fibra óptica em que a pré-forma primária sólida obtida em conformidade com um método de acordo com a invenção é aquecida em uma extremidade, em que a fibra ótica é extraída a partir da extremidade aquecida da pré-forma primária sólida.
[058] A invenção também se refere a uma pré-forma primária ou uma pré-forma primária sólida diretamente obtida por um método de acordo com a invenção, assim como a uma fibra óptica diretamente obtenível por um método de acordo com a invenção.
[059] Em uma modalidade, a duração total do depósito é selecionada de modo que a espessura total de alvo predeterminada desejável de camadas de sílica depositadas seja obtida.
[060] Em uma modalidade, a duração total do depósito é selecionada de modo que a diminuição predeterminada desejável do diâmetro interno do tubo de substrato seja obtida. Em uma modalidade, a duração do processo de PCVD é escolhida de modo que a deposição de camadas de sílica na superfície interna do dito tubo de substrato oco seja continuada até um diâmetro interno do tubo de substrato ter diminuído por pelo menos 25 por cento, preferencialmente por pelo menos 40 por cento.
[061] O presente método pode ser considerado como compreendendo uma ou mais fases imaginárias ou estágios (a1 a an) que são sucessivas em tempo. Cada fase/estágio (a1 a an) tem uma certa duração e cada fase/estágio compreende a deposição de uma pluralidade de camadas de sílica dopadas e/ou não dopadas na superfície interna do tubo de substrato oco (fase a1) ou nas camadas de sílica anteriormente depositadas (fases a2-an). De acordo com o presente método, a potência de micro-ondas diminui ao longo do tempo. Em uma modalidade, a diminuição da potência de micro-ondas por unidade de tempo de uma fase subsequente (a2 a an) do número de fases é maior do que a diminuição de potência de micro-ondas por unidade de tempo da fase anterior (a1 a an-1, respectivamente) da mesma. Em uma modalidade, a potência de micro-ondas é constante durante o primeiro estágio (a1).
CLÁUSULAS
[062] 1. Um método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (PCVD) em um tubo de substrato de sílica oco, em que o dito tubo de substrato tem um lado de fornecimento e um lado de descarga, cujo método compreende depositar camadas de sílica dopadas ou não dopadas na superfície interna do dito tubo de substrato oco fornecendo- se gases de formação de vidro para o interior do tubo de substrato oco por meio do lado de fornecimento do mesmo, e criando-se uma zona de reação de plasma no interior do tubo de substrato oco por meio de radiação de micro-ondas que tem uma potência de micro-ondas, em que a potência de micro-ondas é diminuída durante o depósito.
[063] 2. O método de acordo com a cláusula 1, em que a potência de micro-ondas é diminuída por pelo menos 5 por cento, preferencialmente pelo menos 10 por cento, preferencialmente 15 a 25 por cento, durante o dito depósito.
[064] 3. O método de acordo com a cláusula 1 ou 2, em que a potência de micro-ondas é diminuída continuamente durante pelo menos uma parte do depósito, preferencialmente durante pelo menos 50 por cento, ainda preferencialmente durante pelo menos 75 por cento do depósito.
[065] 4. O método de acordo com a cláusula 3, em que a diminuição compreende dois ou mais estágios, preferencialmente um número na faixa de 2 a 6 estágios, ainda preferencialmente dois ou três estágios, de uma diminuição.
[066] 5. O método de acordo com a cláusula 4, em que cada um dos dois ou mais estágios de diminuição tem uma duração de pelo menos 10 por cento, preferencialmente pelo menos 20 por cento, de uma duração total do depósito.
[067] 6. O método de acordo com a cláusula 4 ou 5, em que o grau da diminuição em cada estágio é maior do que o grau da diminuição no estágio imediatamente anterior do mesmo.
[068] 7. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores 1 - 6, em que a diminuição é uma diminuição linear.
[069] 8. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores 1 - 3, em que a diminuição é uma diminuição quadrática.
[070] 9. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores, em que a taxa de fluxo total de gases de formação de vidro fornecidos para o interior do tubo de substrato oco é mantida pelo menos substancialmente constante durante o depósito.
[071] 10. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas 1 a 8, em que razão entre a potência de micro-ondas e a taxa de fluxo total de gases de formação de vidro fornecidos para o interior do tubo de substrato oco é decrescente durante o dito depósito.
[072] 11. O método de acordo com a cláusula 1, em que a potência de micro-ondas é diminuída por 15 a 25 por cento durante o dito depósito, em que a potência de micro-ondas é diminuída continuamente durante pelo menos 75 por cento do depósito, em que a diminuição compreende dois estágios de uma diminuição linear em que o grau da diminuição no segundo dos dois estágios é maior do que o grau da diminuição no primeiro dos dois estágios.
[073] 12. O método de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores, que compreende adicionalmente, após a execução do processo de PCVD, submeter a pré-forma primária a um tratamento de deformação de modo a formar uma pré-forma primária sólida.
[074] 13. Um método para formar uma fibra óptica em que a pré-forma primária sólida obtida em conformidade com um método de acordo com a cláusula 12 é aquecida em uma extremidade, em que a fibra ótica é extraída a partir da extremidade aquecida da pré-forma primária sólida.
[075] 14. Uma pré-forma primária diretamente obtenível por um método de acordo com qualquer uma das cláusulas anteriores 1 - 11 ou uma pré-forma primária sólida ou obtenível por um método de acordo com a cláusula 12.
[076] 15. Uma fibra óptica diretamente obtenível por um método de acordo com a cláusula 14.
[077] Outras variações das modalidades reveladas podem ser entendidas e efetuadas por aqueles versados na técnica na prática da invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da revelação e das reivindicações anexas. Nas reivindicações, a expressão "que compreende" não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. O escopo da presente invenção é definido pelas reivindicações anexas. Um ou mais dos objetos da invenção são alcançados pelas reivindicações anexas.
EXEMPLOS
[078] A presente invenção é adicionalmente elucidada com base nos Exemplos abaixo que são ilustrativos apenas e não considerados limitantes da presente invenção.
EXEMPLOS COMPARATIVOS - SEM DIMINUIÇÃO NA POTÊNCIA DE MICRO-ONDAS
[079] Nos exemplos comparativos, a potência de micro-ondas absorvida não foi diminuída e foi mantida constante em um valor na faixa de 7000 a 11000 watts (considerada como 100 % para esse e os outros exemplos) para a duração total do processo sendo entre 5 e 15 horas. A taxa de fluxo dos gases de formação de vidro não foi alterada durante o processo. Três durações diferentes do processo de PCVD foram testadas, sendo t0 (selecionado entre 5 e 15 horas) que é definido a 100 %, t0 +10 % (isto é, 110 %), e t0 +20 % (isto é, 120 %). Quando o processo foi interrompido em t0 +20 % foi constatado que cerca de 5 % das pré-formas primárias quebraram durante a deformação e fibras ópticas extraídas dos 95 % restantes das pré-formas mostraram perturbações no índice de refração ao longo do comprimento das fibras ópticas. Quando o processo foi interrompido em t0 +10 %, a quebra de pré-formas primárias diminuiu e o número de perturbações de índice de refração nas fibras ópticas também diminuiu significativamente. Quando o processo foi interrompido em t0, um processo estável foi obtido com apenas quebra incidental de pré-forma primária durante a deformação, causada por outros fatores e sem perturbações de índice de refração notáveis nas fibras ópticas obtidas.
[080] Isso mostrou que uma duração de t0 é a duração máxima possível sem quebra de pré-forma primária e sem perturbações de índice de refração nas fibras ópticas de acordo com o processo comparativo.
[081] A Figura 1 mostra uma linha pontilhada com círculos pretos da potência de micro-ondas durante esse processo, a qual é constante em 100 % até o processo terminar. Conforme é claro a partir da Figura 1, a potência de microondas linear constante do exemplo comparativo cruza o limite superior preferencial (linha cinza pontilhada) em um tempo de aproximadamente 65 % de t0. Após isso, a evaporação de dopantes pode surgir, os quais são transportados com o fluxo de gás no tubo e condensam em posições arbitrárias causando variações de índice na fibra óptica final ou quebra das pré-formas primárias durante a deformação. Esse é o motivo pelo qual o processo deve ser interrompido em t0.
EXEMPLO 1 — INCREMENTO DE POTÊNCIA LINEAR
[082] Nesse exemplo, a potência de micro-ondas foi diminuída continuamente e linearmente em um estágio único. Os mesmos tubos de substrato que aqueles usados no exemplo comparativo foram usados e a mesma taxa de fluxo dos gases de formação de vidro foi usada; a taxa de fluxo não foi alterada durante o processo. A potência de micro-ondas absorvida começou na mesma potência (100 %) conforme usado nos exemplos comparativos e foi diminuída linearmente para um valor de 88 % da potência inicial. Esse incremento de potência é mostrado como a linha sólida preta com quadrados pretos na Figura 1. O processo terminou em t0 + 25 % (isto é, 125 %); a duração desse processo foi, então, 25 % mais longa do que o processo de t0 dos exemplos comparativos.
[083] Com esse incremento de potência linear, os presentes inventores observaram que após a deformação uma pré- forma primária sólida foi obtida com até 23 % mais sílica depositada, em comparação com o processo estável do exemplo comparativo. Com esse incremento de potência, não há efeito adverso observado da evaporação de dopantes. Entretanto, após um período de tempo entre 20 e 25 % de t0, o incremento de potência cruza o limite inferior preferencial (linha cinza sólida na Figura 1). Isso resultou na formação de quantidades substanciais de fuligem que leva a uma parada forçada no processo em t0+25 %. A pré-forma primária sólida obtida foi estável e não mostrou quaisquer sinais de craqueamento e fibras ópticas extraídas dessa pré-forma não mostraram perturbações de índice de refração notáveis.
[084] Com condições de processo similares, os inventores não tiveram sucesso em prolongar o tempo de processo em 25 % durante a continuação do incremento de potência linear. As tentativas resultaram em fim prematuro do processo causado por fuligem acumulada que bloqueia o fluxo de gás através do tubo de substrato.
EXEMPLO 2 — INCREMENTO DE POTÊNCIA QUADRÁTICO
[085] Nesse exemplo, a potência de micro-ondas foi diminuída continuamente e em três estágios separados, um estágio com uma potência de micro-ondas constante e dois estágios de diminuição. Os mesmos tubos de substrato que aqueles usados no exemplo comparativo foram usados e a mesma taxa de fluxo dos gases de formação de vidro foi usada; a taxa de fluxo não foi alterada durante o processo. A potência de micro-ondas absorvida começou no mesmo valor inicial (100 %) como nos exemplos comparativos e exemplo 1 e se manteve ali por um período de tempo igual a 30 % de to (estágio 1 - estágio constante). Então, a potência de micro-ondas foi linearmente diminuída para um valor que é 96 % do valor inicial por um período de tempo que é igual a 60 % de to (estágio 2 = 1° estágio de diminuição). Então, a potência de micro-ondas foi linearmente diminuída adicionalmente até 82 % da potência inicial por um período de tempo que é igual a 80 % de t0 (estágio 3 = 2° estágio de diminuição). O grau de diminuição no estágio 3 foi aproximadamente 2,5 vezes o grau de diminuição no estágio 2. Esse incremento de potência é mostrado como a linha preta tracejada na Figura 1 com losangos pretos. Após um tempo de t0 + 70 % (isto é, 170 %), o processo é interrompido.
[086] Os presentes inventores observaram que, com um formato parabólico aproximado (parabólico em peças) ou ajuste quadrático, uma eficiência de deposição de sílica constante e estável foi obtida gerando - após deformação de uma pré-forma primária sólida com até 55 % mais sílica depositada, em comparação com o processo estável do exemplo comparativo. Isso mostra que, quando em comparação com o comparativo, a duração do processo pode ser aumentada por 70 % e, quando em comparação com o processo do Exemplo 1, a duração pode ser aumentada por 36 %.
[087] A pré-forma primária sólida obtida foi estável e não mostrou quaisquer sinais de craqueamento e fibras ópticas extraídas dessa pré-forma não mostraram perturbações de índice de refração notáveis. O método permite desenvolver quantidades anteriormente possíveis de deposição, especialmente para produtos que são propensos a craquear.
[088] Os presentes inventores observaram que, quando a potência de micro-ondas geral é muito alta, sendo uma potência de micro-ondas acima da curva quadrática superior (na Figura 1 acima da linha pontilhada cinza que começa com uma potência de micro-ondas de 103 % em comparação com a potência inicial das amostras), a evaporação de GeO2 substancial é observada, levando a variações/perturbações no índice de refração e à quebra de pré-forma primária, o que leva a um encurtamento necessário do processo a fim de impedir esses problemas.
[089] Os presentes inventores observaram que quando a potência de micro-ondas geral é muito baixa, sendo uma potência de micro-ondas abaixo da curva quadrática inferior (na Figura 1 abaixo a linha sólida cinza que começa em uma potência de micro-ondas de 98 % em comparação com a potência inicial dos exemplos), nenhuma evaporação de GeO2 substancial é observada, permitindo um tempo de processamento mais longo. Entretanto, alguma formação de fuligem é observada, levando a um aumento de pressão, que, por sua vez, leva a um fim prematuro do processo embora o tempo de processamento seja significativamente mais longo do que sem diminuir a potência de micro-ondas.
[090] Os presentes inventores observaram que, então, a potência de micro-ondas geral permaneceu dentro das delimitações preferenciais durante o processo de PCVD completo, nenhuma evaporação de GeO2 substancial é observada com apenas formação de fuligem limitada, levando a um tempo de processamento significativamente mais longo permitindo que mais sílica seja depositada sem quaisquer efeitos adversos.

Claims (15)

1. MÉTODO PARA FABRICAR UMA PRÉ-FORMA PRIMÁRIA PARA FIBRAS ÓPTICAS POR MEIO DE UM PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE VAPOR QUÍMICO DE PLASMA INTERNO (PCVD) EM UM TUBO DE SUBSTRATO DE SÍLICA OCO, em que o dito tubo de substrato tem um lado de fornecimento e um lado de descarga, sendo que o método é caracterizado por compreender depositar camadas de sílica dopadas ou não dopadas na superfície interna do dito tubo de substrato oco fornecendo-se gases de formação de vidro para o interior do tubo de substrato oco por meio do lado de fornecimento do mesmo, e criando-se uma zona de reação de plasma no interior do tubo de substrato oco por meio de radiação de micro-ondas que tem uma potência de micro-ondas, em que a potência de micro-ondas é diminuída continuamente durante pelo menos parte do depósito.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela potência de micro-ondas ser diminuída por pelo menos 5 por cento, preferencialmente pelo menos 10 por cento, preferencialmente 15 a 25 por cento, durante o dito depósito.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pela potência de micro-ondas ser diminuída continuamente durante pelo menos 50 por cento, ainda preferencialmente durante pelo menos 75 por cento do depósito.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela diminuição compreender dois ou mais estágios, preferencialmente um número na faixa de 2 a 6 estágios, ainda preferencialmente dois ou três estágios, de uma diminuição.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cada um dos dois ou mais estágios de diminuição ter uma duração de pelo menos 10 por cento, preferencialmente pelo menos 20 por cento, de uma duração total do depósito.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo grau da diminuição em cada estágio ser maior do que o grau da diminuição no estágio imediatamente anterior do mesmo.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela diminuição ser uma diminuição linear.
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela diminuição ser uma diminuição quadrática.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela taxa de fluxo total de gases de formação de vidro fornecidos para o interior do tubo de substrato oco ser mantida pelo menos substancialmente constante durante o depósito.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela razão entre a potência de micro-ondas e a taxa de fluxo total de gases de formação de vidro fornecidos para o interior do tubo de substrato oco ser decrescente durante o dito depósito.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela potência de micro-ondas ser diminuída por 15 a 25 por cento durante o dito depósito, em que a potência de micro-ondas é diminuída continuamente durante pelo menos 75 por cento do depósito, em que a diminuição compreende dois estágios de uma diminuição linear em que o grau da diminuição no segundo dos dois estágios é maior do que o grau da diminuição no primeiro dos dois estágios.
12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender adicionalmente, após a execução do processo de PCVD, submeter a pré-forma primária a um tratamento de deformação de modo a formar uma pré-forma primária sólida.
13. MÉTODO PARA FORMAR UMA FIBRA ÓPTICA, caracterizado pela pré-forma primária sólida obtida em conformidade com um método, conforme definido na reivindicação 12, ser aquecida em uma extremidade, em que a fibra ótica é extraída a partir da extremidade aquecida da pré-forma primária sólida.
14. PRÉ-FORMA PRIMÁRIA, caracterizada por ser diretamente obtenível por um método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, ou uma pré-forma primária sólida ou obtenível por um método, conforme definido na reivindicação 12.
15. FIBRA ÓPTICA, caracterizada por ser diretamente obtenível por um método, conforme definido na reivindicação 14.
BR102023003916-2A 2022-03-30 2023-03-02 Método para fabricar uma pré-forma primária para fibras ópticas por meio de um processo de deposição de vapor químico de plasma interno (pcvd) em um tubo de substrato de sílica oco, método para formar uma fibra óptica,pré-forma primária e fibra óptica BR102023003916A2 (pt)

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