BRPI0702950B1 - Método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno, bem como preforma e fibra ótica obtidas - Google Patents
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Abstract
método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno, bem como uma preforma obtida com isto. a presente invenção refere-se a um método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno, no qual é feita utilização de uma fonte de energia e de um tubo substrato, no qual a fonte de energia é móvel sobre o comprimento do tubo substrato entre um ponto de uma inversão no lado de suprimento e um ponto de uma inversão no lado de descarga.
Description
(54) Título: MÉTODO PARA FABRICAR UMA PREFORMA ÓTICA POR MEIO DE UM PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE VAPOR INTERNO, BEM COMO PREFORMA E FIBRA ÓTICA OBTIDAS (51) Int.CI.: C03B 37/018; C23C 16/513 (30) Prioridade Unionista: 10/07/2006 NL 1032140 (73) Titular(es): DRAKA COMTEQ B.V.
(72) Inventor(es): JELLE PHILIP TERPSMA; ROB HUBERTUS MATTHEUS DECKERS
1/12
MÉTODO PARA FABRICAR UMA PREFORMA ÓTICA POR MEIO DE UM PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE VAPOR INTERNO, BEM COMO PREFORMA E FIBRA ÓTICA OBTIDAS [001] A presente invenção refere-se a um método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno, no qual é feita utilização de uma fonte de energia e um tubo substrato que tem um lado de suprimento e um lado de descarga, no qual a fonte de energia é móvel sobre o comprimento do tubo substrato entre um ponto de inversão no lado de suprimento e um ponto de uma inversão no lado de descarga, no qual um ou mais precursores de formação de vidro, que podem ou não serem envernizados, são supridos para o interior do tubo substrato no lado de suprimento do tubo substrato, e no qual componentes que não foram depositados no interior do tubo substrato são descarregados no lado de descarga do tubo substrato, no qual tais condições são criadas no interior do tubo substrato que deposição de camadas de vidro no interior do tubo substrato tem lugar, no qual um revestimento externo é depositado primeiro e então um revestimento interno.
[002] Tal método é conhecido, por exemplo, da Patente U.S. No. 4.741.747, que menciona como parâmetros importantes do processo de deposição:
reprodutibilidade, a produção da reação química entre os precursores de formação de vidro, a velocidade de deposição e a homogeneidade ótica e geométrica do material depositado no interior do tubo substrato. Durante o processo de deposição, contudo, zonas assim chamadas de deposição onde as propriedades óticas e geométricas não são suficientemente constantes, podem ser distribuídas em ambas as extremidades do tubo substrato. É conhecido que nos processos de deposição
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2/12 o comprimento de tais zonas de deposição, também chamadas afunilamentos extremos, podem chegar a cerca de 15% do comprimento total do tubo substrato. Tal afunilamento poderia conduzir a uma seção transversal axialmente não uniforme do núcleo depois que uma fibra ótica tenha sido estirada a partir da preforma; o afunilamento em particular forma uma área na qual as propriedades óticas e/ou geométricas da preforma não são uniformes. Dita não uniformidade irá conduzir a uma degradação nas qualidades de transmissão da fibra ótica. Conseqüentemente, tais áreas afuniladas na preforma não são utilizadas ao fabricar uma fibra ótica. Uma vez que tais áreas afuniladas constituem uma parte significativa do tubo preforma, o comprimento total de fibra que pode ser obtido a partir de uma preforma é bastante limitado. Para impedir a ocorrência de afunilamento em uma preforma ótica, a Patente U.S. anteriormente mencionada propõe mover a fonte de energia, em particular um plasma, de maneira não linear como uma função de tempo na área de no mínimo um dos pontos de inversão, ou mudar a energia do plasma sobre o comprimento do tubo substrato como uma função do tempo. Afinal, anteriormente um assim chamado perfil de velocidade estacionário do ressonador era utilizado para depositar as camadas no interior do tubo substrato.
[003] Da Patente U.S. No. 5.188.648 é conhecido um método para reduzir a área de afunilamento no qual o movimento alternativo do plasma é interrompido no ponto de inversão no lado de suprimento dos precursores de formação de vidro, com a duração de dita interrupção sendo ajustada de modo que uma redução eficaz da área de afunilamento é efetuada no assim chamado lado do gás do tubo substrato. Dito documento é intencionado em particular em reduzir o
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3/12 afunilamento geométrico do núcleo da preforma ótica.
[004] Da Patente U.S. No. 5.145.509 é conhecido um método para reduzir o afunilamento geométrico, no qual uma haste de vidro é colocada no centro do tubo substrato, de cuja haste o raio é ajustado de modo que ele chega no máximo a 0,6 7 e no mínimo a 0,2 vezes o raio interno do tubo substrato de vidro, no qual a haste de vidro é removida do interior do tubo substrato quando da completação do processo de deposição, depois do que o tubo substrato oco é contraído para uma preforma sólida sob condições de temperatura elevada.
[005] Da Patente U.S. No. 4.944.244 refere-se a um método para fabricar preformas óticas, no qual a potência da fonte de energia é controlada de maneira contínua durante o processo de deposição, com base em um sinal que é uma função, entre outros fatores, do grau no qual tem lugar a deposição de camadas de vidro no interior do tubo substrato.
[006] A U.S. 2005/0041943 é relativa a um método de deposição no qual o plasma é movido ao longo do tubo substrato oco, e é carregado em uma primeira região extrema adjacente a um ponto de inversão, ao mesmo tempo como uma função de tempo no processo de deposição e como uma função de posição na primeira região extrema, no qual o ponto extremo da primeira região extrema coincide com o ponto de inversão, e no qual o ponto inicial é localizado mais de inversão do primeira região comprimento que é suficiente para reduzir o afunilamento na preforma.
afastado do ponto desaceleração, dita que o ponto extrema tendo de um [007] A EP 1 396 554 é relativa um sistema CVD ativado por plasma, no qual potência eletromagnética de uma
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4/12 microonda é alimentada a partir de antenas fornecidas em uma porção periférica interna uma guia de onda anelar para uma câmara de reação colocada dentro da guia de onda, que permite que plasma seja gerado no interior da câmara de reação, e um filme ser formado.
[008] A U.S. 2003/0115909 refere-se a um método de fazer um conjunto preforma de fibra ótica que compreende:
formar um plasma dentro de um tubo, formando com isto uma zona de plasma; e introduzir um escoamento de no mínimo um precursor adequado para formar um vidro para o interior da zona de plasma, no qual dito escoamento compreende difusão parasita do escoamento do precursor.
[009] A técnica precedente divulga métodos para fabricar preformas, nos quais a otimização do afunilamento geométrico conduziu à formação de um afunilamento ótico e vice-versa.
[010] É um aspecto da presente invenção fornecer um método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno no qual ambos, o afunilamento geométrico e o afunilamento ótico são minimizados.
[011] Um outro aspecto da presente invenção é fornecer um método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno, a partir de cuja preforma ótica pode ser produzida uma fibra ótica de modo único (tipo, núcleo, revestimento interno e externo) que tem um comprimento de onda de corte estável.
[012] Ainda um outro aspecto da presente invenção é fornecer um método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno,
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5/12 no qual o diâmetro das camadas depositadas no interior do tubo substrato têm um valor constante sobre o comprimento do tubo substrato, de tal modo que a influência negativa da presença de grupos OH na área do lado externo das camadas depositado é minimizada.
[013] Ainda um outro aspecto da presente invenção é fornecer um método para fabricar uma preforma ótica por meio de um processo de deposição de vapor interno, no qual um comprimento máximo da própria preforma pode ser utilizado para produzir uma fibra ótica.
[014] O método como mencionado na introdução é caracterizado pelo fato de a velocidade da fonte de energia para deposição do revestimento interno ser ajustada de modo que a aceleração da fonte de energia junto ao ponto de inversão no lado de suprimento para deposição do revestimento interno é mais elevada do que a aceleração da fonte de energia próximo ao ponto de inversão no lado de suprimento para deposição do revestimento externo.
[015] Embora o termo aceleração seja aqui utilizado, deveria ser entendido que este termo quer significar incluir também a desaceleração, a saber, uma aceleração negativa que tem lugar quando a fonte de energia está sendo movida desde o lado de descarga até o ponto de inversão no lado de suprimento. Quando tal velocidade da fonte de energia é utilizada para depositar ao mesmo tempo o revestimento interno e o revestimento externo, o revestimento interno é otimizado para parâmetros óticos tais como o índice de refração, o que se aplica em particular quando as camadas de revestimento são envernizadas. Depois de tudo, uma camada de revestimento construída de SiO2 não irá apresentar qualquer afunilamento ótico. O afunilamento geométrico de
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6/12 dito revestimento interno que ocorre com isto é compensado pelas condições especiais de deposição do revestimento externo em uma tal extensão que a assim chamada relação b/a, onde a = o diâmetro do núcleo, b = o diâmetro externo do revestimento (interno + externo) é constante sobre substancialmente todo o comprimento do tubo substrato.
[016] Os presentes inventores descobriram, além disto, que o efeito de uma relação substancialmente constante b/a na atenuação, em particular a atenuação em um comprimento de onda de 13 85 nm, que é atribuída à influência de grupos OH, é praticamente constante sobre o comprimento da preforma enquanto ao mesmo tempo a estabilidade do comprimento de onda de corte sobre o comprimento do tubo substrato foi melhorada. Com base na percepção que é desejável otimizar o revestimento interno para parâmetros óticos de em seguida compensar o afunilamento geométrico resultante de dito revestimento interno, com uma assim chamada conificação geométrica do revestimento externo, tornou-se possível manter um valor constante para a relação b/a sobre substancialmente todo o comprimento do tubo substrato.
[017] Em uma modalidade especial, a distância entre o lado de suprimento e o lado de descarga para deposição do revestimento interno é preferivelmente maior do que a distância entre o lado de suprimento e o lado de descarga para deposição do revestimento externo, no qual dita distância deve ser entendida como sendo o comprimento sobre o qual a velocidade da fonte de energia é substancialmente constante.
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7/12 [018] Com relação a impedir a ocorrência do assim chamado afunilamento extremo, é preferível que a velocidade da fonte de energia no lado da descarga seja substancialmente a mesma para a deposição do revestimento externo como para a deposição do revestimento interno.
[019] Com base no presente método, pareceu ser possível obter um comprimento de onda de corte uniforme sobre todo o comprimento da fibra ótica a ser feita a partir de uma tal preforma. Em adição a isto, os presentes inventores descobriram que no assim chamado pico de OH, a saber, a atenuação em um comprimento de onda de 1385 nm é uniforme sobre substancialmente todo o comprimento da fibra ótica.
[020] Em uma modalidade especial, a velocidade da fonte de energia durante a deposição do revestimento externo pode ser aumentada enquanto a fonte de energia está movendo na direção do lado de descarga, depois da sua aceleração do lado de suprimento, enquanto em adição a isto, a velocidade da fonte de energia durante a deposição do revestimento interno também pode ser aumentada enquanto a fonte de energia está movendo na direção do lado de descarga depois de sua aceleração no lado de suprimento.
[021] Para obter uma velocidade de deposição elevada, bem como um método de deposição reproduzível, é desejável utilizar um ressonador para gerar plasma como a fonte de energia.
[022] A presente invenção ainda é relativa a uma preforma ótica obtida realizando o método como descrito acima, na qual a relação b/a é substancialmente constante sobre o comprimento da preforma, na qual:
a = o diâmetro do núcleo b = o diâmetro externo do revestimento (interno +
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8/12 externo) [023] A presente invenção é ainda relativa a uma fibra ótica como definida nas reivindicações anexas. A presente invenção, em particular, é relativa a fibras óticas de modo único que compreendem um núcleo que é diretamente envolvido por um revestimento interno, cujo revestimento interno é diretamente envolvido por um revestimento externo. Em princípio cada tipo de fibra na qual dois ou mais anéis adjacentes estão presentes é adequada, no qual no mínimo um anel deve ser utilizado para propriedades óticas e o no mínimo um outro anel deve ser utilizado para propriedades geométricas.
[024] Especificamente para um perfil de modo único de duas camadas, os seguintes limites se aplicam em seguida em relação ao diâmetro externo (na fibra) < b' < 30 micra < b < 60 micra, no qual b'= diâmetro externo do revestimento interno b = diâmetro externo do revestimento externo.
[025] Para uma fibra ótica de modo único, o diâmetro do núcleo (a) é aproximadamente igual a 9 micra. Isto fornece
1,3 < b'/a < 3,3
1,7 < b/a < 6,7 [026] A presente invenção será explicada daqui diante por meio de um número de exemplos, em conexão com os quais deveria ser observado, contudo, que a presente invenção não está de forma alguma limitada a tais exemplos especiais. Modalidades especiais estão ainda mais definidas nas reivindicações anexas.
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Exemplo [027] A figura 1 mostra um perfil de velocidade da fonte de energia de acordo com o presente método.
[028] A figura 2 mostra a diferença no índice de refração como uma função do comprimento de uma preforma.
[029] A figura 3 mostra a área de seção transversal ao mesmo tempo do revestimento interno e do revestimento externo como uma função do comprimento da preforma.
[030] A figura 1 é uma representação esquemática do processo de deposição como realizado de acordo com o presente método, no qual o perfil de velocidade para deposição do revestimento interno, bem como do revestimento externo, está mostrado de maneira esquemática. No início do processo de deposição, o revestimento externo é depositado no interior do tubo substrato, enquanto a fonte de energia é alternada sobre o tubo substrato entre pontos A e B. Será entendido que o interior do tubo substrato já pode ser dotado de uma ou mais camadas, tal como depositadas anteriormente camadas acumuladoras, que podem ou não ser envernizadas. Quando a fonte de energia está localizada no ponto de inversão B, a saber, o lado de suprimento do tubo substrato, a velocidade da fonte de energia é em seguida aumentada até uma velocidade máxima indicada em C. Então, a velocidade da fonte de energia na direção do ponto de inversão A é mantida substancialmente constante, e no ponto de inversão a velocidade da fonte de energia será novamente praticamente zero, com a desaceleração tendo lugar junto ao ponto E. Para formar o revestimento externo é usual na prática ir n vezes através do perfil de velocidade mostrado na figura 1 com n (inteiro) se situando desde 100 até 1000, ou mesmo mais
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10/12 elevado. Depois que o revestimento externo tenha sido depositado no interior do tubo substrato oco de acordo com um tal perfil de velocidade, o revestimento interno é em seguida depositado sobre o revestimento externo que já está presente no interior do tubo substrato. O processo de deposição do revestimento interno tem lugar de acordo com um perfil de velocidade que é essencialmente diferente daquele do processo de deposição do revestimento externo. Próximo ao ponto de inversão B, que é localizado no lado de suprimento do tubo substrato, a velocidade da fonte de energia é aumentada muito rapidamente até um nível D, pelo que, a fonte de energia é ainda movida na direção do ponto de inversão A, durante cujo movimento a velocidade é mantida substancialmente constante.
[031] Próximo ao ponto E, a velocidade da fonte de energia é reduzida para zero no ponto de inversão A, depois do que a fonte de energia irá em seguida retornar para o ponto de inversão B de acordo com o perfil de velocidade que está mostrado na figura 1, e vice-versa.
[032] A figura 2 mostra a diferença de índice de refração relativo como uma função do comprimento da preforma obtida utilizando o método mostrado na figura 1. Da figura 2 segue-se diretamente que a diferença de índice de refração, medida em relação ao valor do índice de refração no centro da preforma, ao mesmo tempo do revestimento interno e do revestimento externo é ajustada de modo que a diferença de índice de refração se situa dentro de uma largura de banda desejada de + 0,0017 e -0,017 sobre substancialmente todo o comprimento da preforma, isto é, 90% do comprimento da preforma, especialmente a 95% do comprimento da preforma. Da figura 2 segue-se que a otimização teve lugar sobre o revestimento interno, enquanto o desvio ótico do revestimento
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11/12 externo não resultou em rejeitos de fibra ótica. Uma largura de banda adequada é um valor de no máximo ± 0,02. A diferença relativa de índice de refração mostrada na figura 2 é definida como a seguir:
[033] A figura 2 mostra a diferença relativa de índice de refração (eixo y) como uma função do comprimento da preforma (eixo x). Dita diferença relativa é definida como a seguir:
ARt'z = 100 X (nmedido - nrefei d /n: referência onde nreferência = índice de refração médio no centro da preforma nmedido = índice de refração medido na posição z [034] Na figura 3, a diferença relativa da quantidade de material depositado do revestimento interno do revestimento externo (eixo y) está esquematicamente representada como uma função do comprimento da preforma (eixo x) a partir da qual também aparece que a soma das diferenças relativas da quantidade de material depositado do revestimento interno e do revestimento externo se situa dentro de uma largura de banda desejada, em particular no máximo ± 7,5% sobre substancialmente todo o comprimento da preforma, isto é, 90% do comprimento da preforma, especialmente 95% do comprimento da preforma. A diferença relativa é medida comparando a área de uma seção particular medida com base no diâmetro interno e diâmetro externo de tal seção, com aquele da área no centro da preforma, a saber
Acsa, z (CSAz - CSAref)/ CSAref X 100%
Onde
CSAz = área de seção transversal na posição z CSAref = CSA média no centro da preforma
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CSA definido como
CSA = π/4 x (du2 - di2) du = diâmetro externo da camada dj = diâmetro interno da camada.
[035] Os presentes inventores descobriram assim que podem fabricar uma preforma ótica utilizando o revestimento interno para parâmetros óticos e, em seguida, compensando ou afunilamentos geométrico resultantes de dito revestimento interno de tal maneira que a relação b/a onde b é o diâmetro do revestimento total e a é o diâmetro do núcleo, é substancialmente constante sobre todo o comprimento da preforma. Quando tal método é utilizado, é possível manter o tempo de deposição tão curto quanto possível sem afetar de maneira adversa o desempenho ótico da fibra ótica obtida a partir de uma preforma assim produzida, em particular, a atenuação provocada pelos grupos OH.
[036] Os inventores descobriram, além disto, que o comprimento de onda de corte é substancialmente uniforme sobre o comprimento da fibra ótica quando tal método é utilizado. Os presentes inventores descobriram, além disto, que se uma b/a constante é desejada, o valor do pico do assim chamado pico de OH em um comprimento de onda de 1385 nm será substancialmente uniforme sobre o comprimento da fibra ótica do tipo de modo único que compreende, no mínimo, um revestimento interno e um revestimento externo que circunda um núcleo.
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Claims (13)
- REIVINDICAÇÕES1. MÉTODO PARA FABRICAR UMA PREFORMA ÓTICA POR MEIO DE UM PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE VAPOR INTERNO, no qual é feita utilização de uma fonte de energia e um tubo substrato que tem um lado de suprimento e um lado de descarga, no qual a fonte de energia é móvel sobre o comprimento do tubo substrato entre um ponto de uma inversão no lado de suprimento e um ponto de uma inversão no lado de descarga, no qual o um ou mais precursores de formação de vidro que podem ou não serem envernizadas são supridos para o interior do tubo substrato no lado de suprimento do tubo substrato, e no qual componentes que não foram depositados no interior do tubo substrato são descarregados no lado de descarga do tubo substrato, no qual tais condições são criadas no interior do tubo substrato que deposição de camadas de vidro no interior do tubo substrato tem lugar, no qual o revestimento externo é depositado primeiro e então um revestimento interno, caracterizado pela velocidade da fonte de energia para deposição do revestimento interno ser ajustada de tal modo que a aceleração da fonte de energia próximo ao ponto de inversão no lado de suprimento para deposição do revestimento interno ser mais elevada do que a aceleração da fonte de energia próximo ao ponto de inversão no lado de suprimento para deposição do revestimento externo.
- 2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela distância entre o lado de suprimento e o lado de descarga para deposição do revestimento interno ser maior do que a distância entre o lado de suprimento e o lado de descarga para deposição do revestimento externo, no qual dita distância deve ser entendida ser o comprimento sobre oPetição 870180021487, de 16/03/2018, pág. 5/112/4 qual a velocidade da fonte de energia é substancialmente constante.
- 3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela velocidade da fonte de energia no lado de descarga ser substancialmente a mesma para a deposição do revestimento externo como para a deposição do revestimento interno.
- 4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela velocidade da fonte de energia durante a deposição do revestimento externo ser aumentada enquanto a fonte de energia está movendo na direção do lado de descarga depois de sua aceleração no lado de suprimento.
- 5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela velocidade da fonte de energia durante a deposição do revestimento interno ser aumentada enquanto a fonte de energia está movendo na direção do lado de descarga depois de sua aceleração no lado de suprimento.
- 6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela aceleração da fonte de energia no lado de descarga para deposição de ambos, do revestimento externo e do revestimento interno, ser mais elevada do que a aceleração da fonte de energia no lado de suprimento para deposição do revestimento interno.
- 7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo ressonador para gerar um plasma ser utilizado como a fonte de energia.
- 8. PREFORMA ÓTICA, obtida pelo método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, emPetição 870180021487, de 16/03/2018, pág. 6/113/4 que a relação b/a é constante sobre o comprimento da preforma, na qual a = diâmetro do núcleo b = diâmetro externo do revestimento (interno + externo) e caracterizada pela soma das diferenças relativas da quantidade de material depositado do revestimento interno e do revestimento externo ser no máximo ± 7,5% para 90% do comprimento total de uma preforma, sendo:AcSA,Z = (CSA2 - CSAref)/CSAref X 100%OndeCSAZ = área de seção transversal na posição zCSAref = CSA média no centro da preformaCSA definido comoCSA = π/4 x (du2 - di2) du = diâmetro externo da camada di = diâmetro interno da camada.
- 9. PREFORMA ÓTICA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por, para 90% do comprimento total de uma preforma a diferença relativa de índice de refração do revestimento interno ser no máximo 0,02, no qual dita diferença relativa é definida comoARt,z = 100 X (nmedido nreferencia ) /nreferência onde nreferência = índice de refração médio no centro da preforma nmedido = índice de refração medido na posição z.
- 10. PREFORMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado por, para um perfil de modo único a relação diâmetro externo do revestimentoPetição 870180021487, de 16/03/2018, pág. 7/114/4 interno: núcleo ter um valor que se situa desde 1,3 até 3,3.
- 11. PREFORMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado por, para um perfil de modo único a relação de diâmetro externo do revestimento externo : núcleo ter um valor de 1,7 até 6,7.
- 12. FIBRA ÓTICA obtida de uma preforma, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizada pelo diâmetro externo do revestimento interno se situar desde 12 até 30 micra.
- 13. FIBRA ÓTICA obtida de uma preforma, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizada pelo diâmetro externo do revestimento externo se situar desde 15 até 60 micra.Petição 870180021487, de 16/03/2018, pág. 8/111/2
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