BRPI0905127A2 - mÉtodo e dispositivo para fabricar uma prÉ-forma àtica - Google Patents

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Igor Milicevic
Stralen Mattheus Jacobus Nicolaas Van
Johannes Antoon Hartsuiker
Roland Heuvelmans
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Draka Comteq Bv
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Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA FABRICAR UMA PRÉ-FORMA àTICA. A presente invenção refere-se a um método para fabricar uma pré-forma para fibras óticas por meio de um processo de deposição interna de vapor, cujo método compreende as seguintes etapas: i) fornecer um tubo de substrato de vidro oco, ii) fornecer gases de formação de vidro contendo dopante para o interior do tubo de substrato de vidro oco, em que o fluxo de fornecimento compreende um fluxo principal de gás e um ou mais fluxos secundários de gás, o dito fluxo principal de gás compreendendo principalmente os gases de formação de vidro e os ditos um ou mais fluxos secundários de gás compreendendo principalmente dopante(s); iii) criar tais condições no interior do tubo de substrato de vidro oco em que acontece deposição de camadas de vidro no interior do tubo de substrato de vidro oco, e possivelmente; iv) submeter o tubo de substrato assim obtido a um tratamento de sofrer colapso a fim de formar uma pré-forma sólida, em que o fluxo secundário de gás compreende um fluxo de entrada e um fluxo de saida, em que o fluxo secundário de gás é subdividido em N subfluxos arranjados paralelos uns aos outros, cujos subfluxos são fornecidos para o interior do tubo de substrato de vidro oco juntamente com o fluxo principal de gás, em que N <243> 2.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EDISPOSITIVO PARA FABRICAR UMA PRÉ-FORMA ÓTICA".
A presente invenção refere-se a um método para fabricar umapré-forma para fibras óticas por meio de um processo de deposição internade vapor, cujo método compreende as seguintes etapas:
i) fornecer um tubo de substrato de vidro oco,
ii) fornecer gases de formação de vidro contendo dopante para ointerior do tubo de substrato de vidro oco, em que o fluxo de fornecimentocompreende um fluxo principal de gás e um ou mais fluxos secundários degás, o dito fluxo principal de gás compreendendo principalmente os gases deformação de vidro e os ditos um ou mais fluxos secundários de gás compre-endendo principalmente dopante(s),
iii) criar tais condições no interior do tubo de substrato de vidrooco em que acontece deposição de camadas de vidro no interior do tubo desubstrato de vidro oco, e possivelmente
iv) submeter o tubo de substrato assim obtido a um tratamentode sofrer colapso a fim de formar uma pré-forma sólida. A presente invençãorefere-se adicionalmente a um dispositivo para fornecer gases para o interiorde um tubo de substrato de vidro oco, cujo tubo de substrato de vidro oco éadequado para se obter dele uma pré-forma ótica, cuja pré-forma ótica éadequada para estirar disto uma fibra ótica, em cujo dispositivo acontece umfluxo de fornecimento, cujo fluxo de fornecimento compreende um fluxo prin-cipal de gás e um ou mais fluxos secundários de gás, o dito fluxo principal degás compreendendo principalmente os gases de formação de vidro e os di-tos um ou mais fluxos secundários de gás compreendendo principalmentedopante(s). Além de dopante(s), tais fluxos secundários de gás usualmentecompreendem gases transportadores.
Processos e aparelhos para fabricar pré-formas de estiramentode fibra são conhecidos a partir da US 4.445.918, US 4.816.050 e da US2003/0084685. Além do mais a JP 59-121129 refere-se a um método parafabricar um corpo de vidro para fibras óticas, em cujo método camadas depó fino de vidro são formadas sobre as paredes internas de tubos de vidro.Usando a presente invenção, pré-formas para fibras óticas sãoformadas por meio de uma técnica de deposição interna de vapor químico(CVD)1 em que camadas de vidro dopado ou não-dopado são depositadasno lado de dentro de um tubo de substrato de vidro oco. Para efetuar umadeposição como esta, gases reativos são fornecidos em um lado do tubo desubstrato, isto é, o lado de abastecimento, formando uma camada de vidrono interior do tubo de substrato como resultado das condições de processoespecial. Uma fonte de energia é deslocada para frente e para trás ao longode uma parte específica do comprimento do tubo de substrato para formaruma camada de vidro. A fonte de energia, em particular um gerador deplasma, fornece energia de alta freqüência, gerando assim um plasma nointerior do tubo de substrato, sob quais condições de plasma os gases reati-vos de formação de vidro reagirão (a técnica CVD de plasma). Também épossível, entretanto, fornecer a energia na forma de calor, em particular pormeio de queimadores, no lado externo do tubo de substrato ou por meio deum forno, o qual circunda o tubo de substrato. As técnicas supracitadas têmem comum o fato de que a fonte de energia é deslocada para frente e paratrás com relação ao tubo de substrato.
Uma desvantagem das técnicas descritas anteriormente é o fatode que defeitos podem se desenvolver perto dos pontos de reversão nascamadas depositadas no interior do tubo de substrato de vidro por causa domovimento de vaivém da fonte de energia. Tais defeitos são chamados de"estreitamentos", em cujo contexto uma distinção é, além disso, feita entreestreitamento geométrico e estreitamento ótico. A expressão "estreitamentogeométrico" é entendida para significar o fato de que a espessura da depo-sição total, isto é, de todas as camadas de vidro, não é constante ao longodo comprimento do tubo. A expressão "estreitamento ótico" é entendida parasignificar o fato de que as propriedades óticas não são constantes ao longodo comprimento da pré-forma e que consequentemente as propriedades óti-cas das fibras óticas obtidas de uma pré-forma como esta não são constan-tes, tampouco. Estreitamento ótico é determinado principalmente por dife-renças no índice refrativo, ou perfis de índice refrativo, ao longo do compri-mento da pré-forma. Além de um controle adequado do estreitamento geo-métrico, também é desejável, com uma vista para realizar um controle ade-quado das propriedades óticas das fibras a ser formadas, que as diferençasno perfil de índice refrativo longitudinal sejam tão pequenas quanto possívelao longo de um comprimento máximo da pré-forma. É um fenômeno conhe-cido em processos de deposição que o comprimento das zonas de deposi-ção localizadas em uma e outra extremidade do tubo de substrato, tambémreferidas como "estreitamentos de extremidade", pode compreender aproxi-madamente 15% do comprimento total do tubo de substrato. A presença detal "estreitamento" resulta em uma seção transversal axialmente não unifor-me do núcleo. Mais particularmente, o dito estreitamento forma uma regiãona qual as propriedades óticas e/ou geométricas da pré-forma não são uni-formes. A dita não uniformidade resultará em degradação das característicasde transmissão da fibra ótica. O uso de tais regiões de "estreitamento" napré-forma para fabricar fibras óticas é minimizado, portanto. Uma vez quetais regiões de "estreitamento" formam uma parte significativa do compri-mento da haste de pré-forma, o comprimento de fibra total a ser obtido deuma pré-forma é um pouco limitado.
Estreitamento tem assim esta desvantagem em que o compri-mento útil da pré-forma é limitado, o que significa que uma menor quantida-de de fibra ótica pode ser obtida de uma pré-forma. Além disso, as proprie-dades de uma fibra ótica podem não ser constantes ao longo do comprimen-to da fibra por causa da ocorrência de estreitamento. Entretanto, proprieda-des óticas constantes de uma fibra são importantes para um produtor de fi-bra, porque o produtor terá que dar certas garantias quanto ao certificado deproduto que é fornecido, de acordo com o que cada parte individual da fibraótica deve em princípio estar sempre de acordo com a especificação que éemitida, em particular se as propriedades óticas forem verificadas, por e-xemplo, pelo usuário.
A Patente U.S. n0 US 4.741.747 refere-se a um método para fa-bricar fibras óticas no qual a redução do assim chamado estreitamento deextremidade é pretendida para acontecer ao deslocar o plasma não linear-mente como uma função do tempo na região do ponto de reversão e/ou aovariar a intensidade do plasma ao longo do comprimento do tubo de vidro.
A Patente U.S. n0 US 4.857.091 refere-se a um método para fa-bricar fibras óticas, o qual menciona diversos parâmetros que influenciam aposição axial do local de zona de deposição em relação ao gerador de plas-ma, entre os quais variação periódica da potência de micro-onda, variaçãoperiódica da pressão no tubo de substrato e variação periódica da velocida-de do ressonador sendo alternado ao longo do tubo.
O pedido de patente europeu n° 0 038 982 refere-se a um méto-do para fabricar fibras óticas, no qual o gerador de plasma é deslocado aolongo do comprimento do tubo de substrato, cujo gerador de plasma produzuma zona quente, de tal maneira que a dita zona quente pode ser conside-rada como uma assim chamada de "zona quente em tandem" compreen-dendo pelo menos duas zonas, isto é, a zona I e a zona II.
O pedido de patente europeu n° 0 333 580 refere-se a um méto-do para fabricar pré-formas para fibras óticas no qual um gerador de micro-ondas de potência variável é usado, mas no qual nenhum uso é feito de umplasma não isotérmico sendo deslocado para frente e para trás entre doispontos de reversão ao longo do comprimento do tubo de substrato.
Da publicação de patente britânica GB 2 118 165 é conhecidoum método para fabricar uma pré-forma para uma fibra ótica, no qual a velo-cidade da fonte de calor sendo deslocada axialmente ao longo do compri-mento do tubo de substrato é de acordo com uma equação matemática es-pecífica, a dita velocidade sendo uma função da posição da dita fonte decalor ao longo do tubo de substrato, de maneira que a espessura de deposi-ção total das camadas de vidro é substancialmente constante ao longo docomprimento do dito tubo.
Da Patente U.S. n° 5.188.648 concedida para os presentesrequerentes é conhecido um método para fabricar uma pré-forma ótica noqual o movimento do plasma é interrompido a cada vez que o plasmaalcança o ponto de reversão perto do ponto de entrada de gás do tubo desubstrato, enquanto a deposição de vidro continua, cuja interrupção domovimento de plasma dura pelo menos 0,1 segundo. O dito documento seplasma dura pelo menos 0,1 segundo. O dito documento se relaciona emparticular a uma redução do estreitamento geométrico do núcleo da pré-forma ótica.
Da Patente U.S. n0 US 4.944.244 é conhecido um método parafabricar pré-formas óticas no qual a potência da fonte de energia é controla-da continuamente durante o processo de deposição com base em um sinalque é uma função, entre outras coisas, do grau para o qual deposição decamadas vítreas no interior do tubo de substrato acontece.
A técnica anterior descreve métodos para fabricar pré-formasnos quais a otimização do estreitamento geométrico tem levado ao desen-volvimento de estreitamento ótico, e vice-versa.
O pedido de patente U.S. n° US 2005/0041943 refere-se a ummétodo de deposição no qual o plasma é deslocado ao longo do comprimen-to de um tubo de substrato oco e é mudado em uma primeira região de ex-tremidade adjacente a um ponto de reversão, tanto como uma função dotempo no processo de deposição quanto como uma função da posição naprimeira região de extremidade, em que o ponto final da primeira região deextremidade coincide com o ponto de reversão e em que o ponto de partidaé localizado mais distante do ponto de reversão do que o ponto de desacele-ração, a dita primeira região de extremidade tendo um comprimento que éreivindicado para ser suficiente para reduzir estreitamento na pré-forma.
O objetivo da presente invenção é assim fornecer um métodopara fabricar uma pré-forma da qual uma fibra ótica pode ser estirada, cujapré-forma apresente uma pequena quantidade de estreitamento geométrico e ótico e que tenha propriedades óticas constantes não somente em ambasas extremidades, mas também na região entre as duas extremidades da pré-forma.
Um outro objetivo da presente invenção é fornecer uma pré-forma da qual uma fibra ótica pode ser estirada, cuja pré-forma tenha propri-edades óticas constantes ao longo de um comprimento máximo da mesma.
A presente invenção, tal como descrito no primeiro parágrafo, écaracterizada pelo fato de que o fluxo secundário de gás é subdividido em Nsubfluxos, cujos N subfluxos são fornecidos para o interior do tubo de subs-trato oco juntamente com o fluxo principal de gás, em que N > 2.
Os presentes inventores descobriram que o "estreitamento" pre-sente em uma pré-forma sólida depende de, entre outras coisas, da taxa dedeposição das camadas de vidro no interior do substrato oco, com um au-mento da taxa de deposição resultando de uma maneira geral em uma dete-rioração da uniformidade das camadas de vidro depositadas. Constatou-seque um ou mais dos objetivos mencionados anteriormente podem ser alcan-çados ao subdividir o fluxo secundário de gás em um ou mais subfluxos, ataxa de fluxo de cada subfluxo sendo ajustável precisamente, e combinar osditos subfluxos uns com os outros e subseqüentemente com o fluxo principalde gás. Assim, os presentes inventores têm proposto em particular um mé-todo e um dispositivo para controlar o índice refrativo na direção longitudinalna pré-forma.
A taxa de fluxo de um meio, tal como gás ideal, através de umorifício é determinada com base na equação seguinte:
m = pVA = constante [kg/s],
em que:
m = fluxo de massa de um gás ideal [kg/s],
p = densidade de gás [kg/m3],
V = velocidade de gás [m/s],
A = área de orifício [m2].
Na prática a taxa de fluxo de um fluxo de gás através de um ori-fício é aproximada com base na equação seguinte:
m = c(pi - p2)Ai
em que:
c = constante, dependendo do gás que é usado,
P1 = pressão estática na frente do orifício [Pa],
p2 = pressão estática após o orifício [Pa],
A1 = área de orifício [m2].
Com base nas equações indicadas acima é possível determinara taxa de fluxo do gás como uma função da queda de pressão através deum orifício tendo um diâmetro r, não considerando a influência de gravitação.m = CApr2K.
Os presentes inventores descobriram que se um número dosorifícios supracitados for usado em um arranjo paralelo e se o raio interno doorifício for selecionado de maneira que o fluxo máximo através de cada orifí-cio varie em uma relação de 1:2:4:8: e assim por diante, é possível ajustar ofluxo total do fluxo secundário de gás em etapas distintas. Foi assim desco-berto que a magnitude do fluxo de gás do(s) dopante(s) pode ser estabeleci-da precisamente.
Para alcançar um controle preciso da magnitude do fluxo secun-dário de gás, é preferível que o número de subfluxos seja pelo menos 4, istoé, N >4.
Assim, o fluxo máximo de cada subfluxo é preferivelmente pelomenos tão grande quanto duas vezes o fluxo máximo do(s) outro(s) subflu-xo(s). Em uma modalidade específica, a qual faz uso de quatro subfluxos(N=4), por exemplo, o fluxo máximo do primeiro subfluxo é fixado em 1 (uni-dade arbitrária, AU), o fluxo máximo do segundo subfluxo é fixado em 2(AU), o fluxo máximo do terceiro subfluxo é fixado em 4 (AU) e o fluxo máxi-mo do quarto subfluxo é fixado em 8 (AU). Assim é possível usar 16 ajustesno máximo entre uma taxa de fluxo mínima (nenhum fluxo) e uma taxa defluxo máxima, em cujo último caso a válvula controlável em cada subfluxoestá aberta. Consequentemente, existe uma relação entre os N subfluxos,isto é, o fluxo máximo do subfluxo N é tão grande quanto duas vezes o fluxomáximo do subfluxo (N-1), e o fluxo máximo do subfluxo N é tão pequenoquanto a metade do fluxo máximo do subfluxo (N+1). Assim, o fluxo máximodo subfluxo Ni é preferivelmente tão grande quanto duas vezes o fluxo má-ximo do subfluxo N2, se N = 2, mais em particular, o fluxo máximo do subflu-xo Ni é preferivelmente tão grande quanto duas vezes o fluxo máximo dosubfluxo (Nj-1), e o fluxo máximo do subfluxo N é tão pequeno quanto a me-tade do fluxo máximo do subfluxo (Ni+1), N > 3.
Para alcançar um ajuste preciso de forma ideal da taxa de fluxodo subfluxo, é desejável que os ditos um ou mais fluxos secundários de gásaconteçam em um ambiente de temperatura controlada. Assim, quaisquerefeitos prejudiciais com relação à expansão de temperatura e flutuações depressão são reduzidos a um mínimo.
Em uma modalidade especial do presente método, é desejávelem particular que uma válvula controlável e um orifício estejam presentes nocaminho de fluxo de cada subfluxo, com a válvula controlável bloqueando oupassando o respectivo subfluxo e o orifício controlando a magnitude do res-pectivo subfluxo. É desejável em particular que a válvula controlável possaser fixada em duas posições, isto é, uma posição aberta e uma posição fe-chada. A quantidade de dopante(s) a ser fornecida para o interior do substra-to oco é controlada ao controlar as válvulas em cada subfluxo individual. As-sim é possível estabelecer o fluxo em etapas distintas entre uma taxa defluxo mínima para o fluxo secundário de gás, isto é, nenhum fluxo (todas asválvulas fechadas) e um fluxo máximo (todas as válvulas estão abertas).
Para alcançar um ajuste preciso e rápido da magnitude do fluxosecundário de gás, é desejável que a freqüência de controle usada para con-trolar a válvula controlável seja de pelo menos 20 Hz, embora preferivelmen-te uma freqüência de controle de pelo menos 50 Hz seja usada, com o con-trole da válvula(s) controlável(s) acontecendo em particular por meio de umaunidade aritmética eletrônica.
Os presentes inventores descobriram adicionalmente que é de-sejável, durante o uso do presente método para fabricar pré-formas óticaspor meio de um processo de deposição interna de vapor, fixar a taxa de fluxode dopantes no fluxo principal de gás em um nível que é cerca de 10% me-nor que a taxa de fluxo que seria exigida para alcançar o valor de índice re-frativo desejado (por meio de tais dopantes).
Em uma modalidade especial da presente invenção, é preferívelproduzir uma pré-forma ótica em uma primeira etapa, usando um processoPCVD, em que os gases de formação de vidro contendo dopantes são for-necidos para o interior do tubo de substrato de vidro oco somente por meiodo fluxo principal de gás. Em outras palavras, em uma primeira etapa umapré-forma de acordo com a técnica anterior é formada, por exemplo, tal co-mo descrevedo no WO 2004/101458. Após conclusão do processo de depo-sição, seguido por um tratamento de entrar em colapso usual, o perfil de ín-dice refrativo longitudinal da pré-forma sólida assim obtida é determinado. Odito perfil de índice refrativo medido é comparado com o perfil de índice re-frativo desejado. Assim é possível determinar a diferença entre o perfil deíndice refrativo medido e o perfil de índice refrativo desejado em qualquerposição da pré-forma sólida. Com base no dito perfil de índice refrativo longi-tudinal medido e na diferença disto assim determinada, um novo processode deposição é iniciado, no qual é feito uso de um fluxo principal de gás eum ou mais fluxos secundários de gás. A quantidade de dopante, por exem-plo, germânio na forma de tetracloreto de germânio, no fluxo principal degás, o qual contém SiO2 e tetracloreto de silício, por exemplo, pode ter sidoadaptada para o propósito de aumentar assim o nível de índice refrativo paraum determinado nível ao longo do comprimento total da pré-forma. Final-mente, a taxa de fluxo do fluxo principal de gás será fixada em um valorsubstancialmente constante durante o processo de deposição. A quantidadede dopante extra é fornecida por meio do fluxo secundário de gás com basena diferença medida no perfil de índice refrativo longitudinal, com a taxa defluxo dos ditos um ou mais fluxos secundários de gás sendo ajustada preci-samente como uma função da posição longitudinal no tubo de substrato oco.O fluxo principal de gás fornece assim um "ajuste básico" do índice refrativoe dos ditos um ou mais fluxos secundários de gás para o "nível final" deseja-do, cujo nível final é substancialmente constante por todo um comprimentomáximo da pré-forma. O dito controle acontece assim preferivelmente aocomparar um perfil de índice refrativo determinado anteriormente com umperfil de índice refrativo desejado, a diferença entre os dois perfis funcionan-do como uma base para ajustar a taxa de fluxo de pelo menos um de o fluxoprincipal de gás e os fluxos secundários de gás para executar as etapas ii)-iii), de maneira que o controle da(s) válvula(s) controlável(s) acontece comouma função do tempo durante a etapa iii).
Na modalidade na qual acontece uma correção com germânio, édesejável que o fluxo principal de gás contenha uma quantidade de germâ-nio de tal maneira que o valor de índice refrativo resultante seja igual ou me-nor que o valor de índice refrativo desejado no perfil de índice refrativo longi-tudinal desejado. Então a quantidade de germânio extra pode ser determi-nada como uma função da posição longitudinal da zona de reação durante oprocesso de deposição no tubo de substrato oco, cuja quantidade de germâ-nio é fornecida por meio de um ou mais fluxos secundários de gás. Assim, ataxa de fluxo dos ditos um ou mais fluxos secundários de gás, e assim aquantidade de (índice refrativo aumentando e/ou diminuindo) dopante a serfornecido, pode ser variada como uma função do tempo durante o processode deposição. Por causa de a zona de reação alternar ao longo do tubo desubstrato durante o processo de deposição, é assim possível ajustar preci-samente a quantidade de dopantes em qualquer momento desejado (e, por-tanto, também em qualquer posição desejada no tubo de substrato) duranteo processo de deposição.
Em uma modalidade especial, na qual o valor de índice refrativolongitudinal deve ser corrigido por meio de um dopante de diminuição deíndice refrativo, flúor em particular, é desejável acrescentar uma quantidadede flúor ao fluxo principal de gás, de tal maneira que o valor de índice refrati-vo resultante será igual ou maior que o valor de índice refrativo desejado noperfil de índice refrativo longitudinal pretendido. Subseqüentemente, a quan-tidade de flúor adicional pode ser determinada como uma função da posiçãolongitudinal da zona de reação durante o processo de deposição no tubo desubstrato oco, cuja quantidade de flúor é fornecida por meio de um ou maisfluxos secundários de gás.
Usando a presente invenção, constatou-se ser possível fabricaruma pré-forma ótica na qual a ocorrência de desvios no índice refrativo, porexemplo, estreitamento, é minimizada.
Usando a presente invenção é possível em princípio concretizarum perfil de índice refrativo substancialmente uniforme. Dopantes tanto deaumento de índice refrativo quanto de diminuição de índice refrativo, taiscomo GeCI4 e C2F6, por exemplo, podem ser usados nos fluxos secundáriosde gás. Tais dopantes são incorporados no vidro. Em uma modalidade es-pecial é preferido que no fluxo principal de gás um ou mais dopantes este-jam presentes. Em modalidades específicas também é desejável usar pelomenos dois fluxos secundários de gás, os dopantes de diminuição de índicerefrativo sendo fornecidos por meio de um fluxo secundário de gás e os do-pantes de aumento de índice refrativo sendo fornecidos por meio do outrofluxo secundário de gás. Assim é possível alcançar uma medição muito pre-cisa de dopantes para o propósito de minimizar quaisquer desvios no índicerefrativo, por exemplo, estreitamento, na direção longitudinal. Além disso, épreferido que para cada dopante um fluxo secundário de gás separado sejadividido em diversos subfluxos. Entretanto, algumas vezes é possível combi-nar diferentes dopantes em um único fluxo secundário de gás, mas tambémafasta a possibilidade de "controle individual".
Os presentes inventores descobriram que em uma modalidadeespecial somente o fluxo secundário contém dopante(s). Uma modalidadecomo esta é especialmente preferida quando baixas concentrações de do-pante(s) são exigidas.
A presente invenção é usada em particular no campo de deposi-ção de vapor químico por plasma (PCVD), no qual um processo de deposi-ção interna é executado em um tubo de substrato de quartzo oco, usandoum plasma. Em um processo como este, um gerador de micro-ondas, emparticular um ressonador, é alternado ao longo do comprimento do tubo desubstrato, entre dois pontos de reversão. A zona de plasma se "desloca"assim ao longo do comprimento do tubo de substrato, e a deposição dosprecursores de formação de vidro acontece na zona de plasma. Usando apresente invenção é possível adaptar a composição de gás no tubo de subs-trato para a posição de ressonador. Em outras palavras, é desejável variar aconcentração de dopante dentro de um "curso de ressonador" na dependên-cia da posição, em particular em velocidades de ressonador na faixa de 10-40 m/min. Assim é possível ter uma deposição de vidro acontecendo emuma posição predeterminada no interior do tubo de substrato oco, cuja de-posição torna possível, por causa da subdivisão especial em fluxo principalde gás e um ou mais fluxos secundários de gás, concretizar qualquer valorde índice refrativo desejado em qualquer posição desejada no tubo de subs-trato oco.
A presente invenção refere-se adicionalmente a um dispositivopara fornecer gases para o interior de um tubo de substrato oco, com o fluxode fornecimento compreendendo um fluxo principal de gás e um ou maisfluxos secundários de gás, o dito fluxo principal de gás compreendendo prin-cipalmente os gases de formação de vidro e os ditos um ou mais fluxos se-cundários de gás compreendendo principalmente dopante(s), caracterizadopelo fato de que o fluxo secundário de gás compreende uma primeira unida- de de distribuição para dividir os fluxos secundários de gás em N subfluxos euma segunda unidade de distribuição para combinar todos os N subfluxos,em que N > 2.
Em uma modalidade especial é desejável que uma válvula con-trolável e um orifício estejam presentes no caminho de fluxo de cada subflu-xo, com a válvula controlável bloqueando ou passando o respectivo subfluxoe o orifício controlando a magnitude do respectivo subfluxo, em particularque a primeira unidade de distribuição e a segunda unidade de distribuiçãosejam dispostas em um ambiente de temperatura controlada.
Para obter um perfil de índice refrativo longitudinal uniforme dapré-forma, o dispositivo de forma preferível compreende adicionalmente umsistema para ajustar a magnitude do dito fluxo principal de gás e dos ditosum ou mais fluxos secundários de gás.
A presente invenção refere-se adicionalmente ao uso em umprocesso de deposição de vapor químico por plasma (PCVD) do método devariar a composição dos gases dopados de formação de vidro a ser forneci-dos para o interior de um tubo de substrato de vidro oco como uma funçãoda posição da zona de plasma durante a deposição de camadas de vidropara controlar o índice refrativo na direção longitudinal de uma pré-formaótica.
Para concretizar um ajuste seguro, é desejável que a linha defornecimento para o fluxo secundário de gás seja substancialmente à provade vazamento, em cuja conexão o sistema de linha de gás é preferivelmentesubmetido a um teste de vazamento antes de a produção de uma pré-formaótica ser realmente iniciada, o qual é preferivelmente feito ao encher o sis-tema com um gás sob alta pressão, vedar então o sistema de gás total esubseqüentemente registrar a diminuição de pressão como uma função dotempo.
O presente pedido será explicado com mais detalhes a seguirpor meio de um exemplo, em cuja conexão deve ser notado, entretanto, quea presente invenção não está limitada por nenhum meio a um exemplo es-pecial como este.
Exemplo
A figura anexa mostra o sistema de fornecimento de gás 4 deacordo com a presente invenção, o qual compreende um fluxo principal degás 6 e um fluxo secundário de gás 5, o dito fluxo principal de gás 6 com-preendendo principalmente SiCI4ZO2 e o dito fluxo secundário de gás 5 com-preendendo um composto contendo germânio, por exemplo, GeCI4, emborao fluxo secundário de gás 5 usualmente compreenda um gás transportador,por exemplo, oxigênio, no qual o dopante está presente. Dopantes usuais,por exemplo, dopantes de aumentar e/ou diminuir índice refrativo, tais comoGeCI4 e C2F6, por exemplo, estão presentes no fluxo principal de gás 6. Ofluxo secundário de gás de entrada 5 é subdividido em quatro subfluxos 9,10, 11, 12, usando uma primeira unidade de distribuição 7. Uma válvula con-trolável 1 e um orifício 2 estão presentes no caminho de fluxo de cada sub-fluxo 9-12, o valor de fluxo máximo do subfluxo 9 sendo 1 (unidade arbitrá-ria), o valor de fluxo máximo do subfluxo 10 sendo 2 (AU), o valor de fluxomáximo do subfluxo 11 sendo 4 (AU) e o valor de fluxo máximo do subfluxo12 sendo 8 (AU). Os subfluxos 9-12 se originando da subdivisão do fluxosecundário de gás de entrada 5 são combinados em um fluxo secundário degás 13 por meio de uma segunda unidade de distribuição 8, cujo fluxo se-cundário de gás de saída 13 é combinado com o fluxo principal de gás 6 efornecido para um tubo de substrato de vidro oco 14. Um processo de depo-sição interna acontece no interior do tubo de substrato oco 14, cujo tubo desubstrato oco 14 é colocado em um forno (não mostrado), no qual um resso-nador (não mostrado) está presente, para o qual micro-ondas são forneci-das, cujo ressonador é alternado ao longo de uma parte específica do com-primento do tubo de substrato 14 a fim de criar assim tais condições no inte-rior do tubo de substrato oco 14, em que uma ou mais camadas de vidro se-rão depositadas no interior do tubo de substrato oco 14. Um processo dedeposição adequado é descrevedo no WO 2004/101458 no nome do pre-sente requerente, o qual é para ser considerado como estando incorporadoneste documento. Subsequente à deposição e processo de entrar em colap-so, a pré-forma sólida é provida com vidro adicional no lado externo, se de-sejado, após o que o eventual processo de estiramento para obter a fibraótica é executado.
Para realizar uma correta execução do processo de deposiçãosupracitado, o perfil de índice refrativo pretendido é conhecido antecipada-mente, enquanto que a quantidade de dopante(s) a ser fornecida para o inte-rior do tubo de substrato oco 14 é controlada ao controlar as válvulas 1 emcada subfluxo individual 9-12. Assim é possível na modalidade ilustrada es-tabelecer no máximo 16 etapas entre uma taxa de fluxo mínima para o fluxosecundário de gás, isto é, nenhum fluxo quando todas as válvulas 1 estãofechadas, e uma taxa de fluxo máxima quando todas as válvulas 1 nossubfluxos 9-12 estão abertas. Tal controle das válvulas 1 acontece por meiode um sistema de medição e controle controlado eletronicamente (software ehardware, não mostrados). Para minimizar flutuações de temperatura, o sis-tema de fornecimento de gás 4 é conectado a um sistema de controle detemperatura 3. Embora os quatro subfluxos 9-12 estejam mostrados na figu-ra, também é possível usar dois, oito, dezesseis e outros números mais dossubfluxos 9, 10. Além disso, é possível usar uma segunda unidade de forne-cimento de gás 4 (não mostrada), na qual acontece medição precisa de ou-tro(s) dopante(s), de qualquer forma na presença de um ou mais gasestransportadores, cuja segunda unidade de fornecimento de gás 4 (não mos-trada) também compreende diversos subfluxos, cada um provido com umaválvula controlável e um orifício, preferivelmente sendo conectada a um sis-tema controle de temperatura.Usando o método e dispositivo tal como descrito anteriormentepara fabricar uma pré-forma ótica por meio de deposição interna de vapor,constatou-se ser possível concretizar um perfil de índice refrativo substanci-almente uniforme ao longo de parte do comprimento de um tubo de substra-to oco, no qual os desvios em relação ao perfil de índice refrativo pretendidosão minimizados.

Claims (22)

1. Método para fabricar uma pré-forma para fibras óticas pormeio de um processo de deposição interna de vapor, cujo método compre-ende as seguintes etapas:i) fornecer um tubo de substrato de vidro oco,ii) fornecer gases de formação de vidro contendo dopante para ointerior do tubo de substrato de vidro oco, em que o fluxo de fornecimentocompreende um fluxo principal de gás e um ou mais fluxos secundários degás, o dito fluxo principal de gás compreendendo principalmente os gases deformação de vidro e os ditos um ou mais fluxos secundários de gás compre-endendo principalmente dopante(s),iii) criar tais condições no interior do tubo de substrato de vidrooco em que acontece deposição de camadas de vidro no interior do tubo desubstrato de vidro oco, e possivelmenteiv) submeter o tubo de substrato assim obtido a um tratamentode sofrer colapso a fim de formar uma pré-forma sólida,caracterizado pelo fato de que o fluxo secundário de gás é sub-dividido em N subfluxos, cujos N subfluxos são fornecidos para o interior dotubo de substrato oco juntamente com o fluxo principal de gás, em que N >2.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o número de subfluxos é pelo menos 4, isto é, N > 4.
3. Método de acordo com uma ou ambas as reivindicações 1 e-2, caracterizado pelo fato de que o fluxo máximo do subfluxo Ni é tão grandequanto duas vezes o fluxo máximo do subfluxo N2, se N = 2.
4. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações ante-riores, caracterizado pelo fato de que o fluxo máximo do subfluxo Ni é tãogrande quanto duas vezes o fluxo máximo do subfluxo (Ni-I), e o fluxo má-ximo do subfluxo N é tão pequeno quanto a metade do fluxo máximo do sub-fluxo (Nj+1), em que N > 3.
5. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações ante-riores, caracterizado pelo fato de que os ditos um ou mais fluxos secundáriosde gás acontecem em um ambiente de temperatura controlada.
6. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações ante-riores, caracterizado pelo fato de que uma válvula controlável e um orifícioestão presentes no caminho de fluxo de cada subfluxo, com a válvula contro-lável bloqueando ou passando o respectivo subfluxo e o orifício controlandoa magnitude do respectivo subfluxo.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que a freqüência de controle usada para controlar a válvula controlá-vel é de pelo menos 20 Hz.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que a dita freqüência de controle é de pelo menos 50 Hz.
9. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações 6 a 8,caracterizado pelo fato de que o controle da(s) válvula(s) controlável(s) a-contece por meio de uma unidade aritmética eletrônica.
10. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações 6-9,caracterizado pelo fato de que o controle da(s) válvula(s) controlável(s) a-contece como uma função do tempo durante a etapa iii).
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe-lo fato de que o dito controle acontece ao comparar um perfil de índice refra-tivo determinado anteriormente com um perfil de índice refrativo desejado, adiferença entre os dois perfis funcionando como uma base para ajustar ataxa de fluxo de pelo menos um de o fluxo principal de gás e os fluxos se-cundários de gás para executar as etapas ii)-iii).
12. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações an-teriores, caracterizado pelo fato de que na etapa iii) uma zona de plasma édeslocada ao longo do eixo longitudinal do tubo de substrato oco entre umponto de reversão perto do lado de entrada do tubo de substrato oco e umponto de reversão perto do lado de saída do tubo de substrato oco.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pe-Io fato de que a dita zona de plasma é deslocada em uma velocidade na fai-xa de 10-40 m/min entre os dois pontos de reversão.
14. Método de acordo com uma ou ambas as reivindicações 12-- 13, caracterizado pelo fato de que a taxa de fluxo de um ou mais fluxossecundários de gás é ajustada na dependência da posição da zona deplasma ao longo do eixo longitudinal do tubo de substrato oco, pelo menosdurante parte da etapa iii).
15. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações an-teriores, caracterizado pelo fato de que o fluxo principal de gás também con-tém um ou mais dopantes.
16. Dispositivo para fornecer gases para o interior de um tubo desubstrato oco, com o fluxo de fornecimento compreendendo um fluxo princi-pal de gás e um ou mais fluxos secundários de gás, o dito fluxo principal degás compreendendo principalmente os gases de formação de vidro e os di-tos um ou mais fluxos secundários de gás compreendendo principalmentedopante(s), caracterizado pelo fato de que o fluxo secundário de gás com-preende uma primeira unidade de distribuição para dividir os fluxos secundá-rios de gás em N subfluxos e uma segunda unidade de distribuição paracombinar todos os N subfluxos, em que N > 2.
17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que uma válvula controlável e um orifício estão presentes nocaminho de fluxo de cada subfluxo, com a válvula controlável bloqueando oupassando o respectivo subfluxo e o orifício controlando a magnitude do res-pectivo subfluxo.
18. Dispositivo de acordo com uma ou ambas as reivindicações 16 e 17, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de distribuição, asegunda unidade de distribuição e a(s) válvula(s) e orifício(s) associados sãodispostos em um ambiente de temperatura controlada.
19. Dispositivo de acordo com uma ou mais das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende adicional-mente uma unidade aritmética eletrônica para controlar a(s) válvula(s) con-troláveis).
20. Uso de um método como definido em uma ou mais das rei-vindicações 1 a 15 para otimizar o perfil de índice refrativo longitudinal deuma pré-forma ótica.
21. Uso de um método tal como definido em uma ou mais dasreivindicações 1-15 para fabricar uma pré-forma ótica por meio de um pro-cesso de deposição interna de vapor, em particular um processo de deposi-ção de vapor químico por plasma (PCVD).
22. Uso em um processo de deposição de vapor químico porplasma (PCVD) do método de variar a composição dos gases de formaçãode vidro dopados a ser fornecidos para o interior de um tubo de substrato devidro oco como uma função da posição da zona de plasma ao longo do eixolongitudinal do tubo de substrato oco durante a deposição de camadas devidro para controlar o índice refrativo na direção longitudinal de uma pré-forma ótica.
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