CH615760A5

CH615760A5 -

Info

Publication number: CH615760A5
Application number: CH648077A
Authority: CH
Inventors: Carl Peter Sandbank; John Irven
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1980-02-15
Also published as: AU2560677A; GB1559097A; NL7705926A; BR7703500A; FR2353495B1; FR2353495A1; JPS52152726A; US4155733A; JPS6044259B2; IT1085483B; AU504970B2; ES459377A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser durch Ablagerung von Glas aus der Gasphase auf die Innenwand eines Glasrohrs.

Bei einem Verfahren dieser Art werden einige Überzüge auf der Innenwand eines Rohres abgelagert, während sich dieses in einer Drehbank dreht. Die Ablagerungsreagenzien wandern im Rohr abwärts und reagieren in einer lokalisierten erhitzten Zone des Rohrs ; diese Zone wird durch eine Flamme oder ein Heizelement erzeugt und langsam entlang dem Rohr fortbewegt. Normalerweise werden eine Anzahl von Durchgängen benötigt, um eine Folge von Schichten zu erzeugen. Das mit Überzügen versehene Rohr wird dann aus der Drehbank gespannt und die Innenwand zum Zusammenfallen gebracht, wodurch ein Stab entsteht, der zu einer Faser heruntergezogen wird. Ein solches Verfahren ist im Grunde genommen ein Chargenverfahren, in welchem die Anzahl von Fasern, welche als eine Einzellänge produziert werden können, durch die

Abmessungen des Rohrs begrenzt ist, welches in der Drehbank eingespannt werden kann

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei welchem die Faser in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt wird.

Die Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens sind im Patentanspruch 1 angegeben.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens sollen nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Lichtleitfaser, und

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Extrusionseinrich-tung, welche anstelle des die Schmelze beinhaltenden Behälters aus Fig. 1 gesetzt werden kann.

In der Vorrichtung gemäss Fig. 1 enthält ein Behälter 12 eine Glasschmelze 11. Diese Schmelze wird aus einer ringförmigen Austrittsöffnung 13 in Form eines Glasrohres 14 gezogen, indem dieses Rohr zwischen einem Paar von angetriebenen, endlosen Bändern 15 eingeklemmt ist. Ist der Behälter 12 aus Platin, kann die Schmelze durch Widerstandsheizung des Behälters erhitzt werden. Andernfalls kann die nötige Wärme durch eine andere, nicht gezeigte Wärmequelle erzeugt werden. Das Rohr 14 steigt in einen Ofen 16 ab, in welchem die Innenwand des Rohres durch Oberflächenspannungen zum Zusammenfallen gebracht wird; diese Spannungen können durch Temperatur, Druck und Abzugsgeschwindigkeiten gesteuert werden. Das zusammengefallene Rohr wird dann zu einer Faser 17 heruntergezogen. Die Zugkraft wird durch das Aufwickeln der Faser auf eine Winde oder Aufnahmetrommel 18 erzeugt. Eine Gasleitung 19 ist durch den Behälter 12 durchgezogen. Durch diese Leitung werden Dampfreagenzien an einen Punkt in der Nähe des Zusammenfallens der Rohrinnenwand gebracht.

Diese Reagenzien wirken auf das Rohr ein, so dass eine glasartige Schicht 10 aus amorphem Glas oder ein Material, welches unter den Hitzeeinwirkungen sich in ein solchen amorphes Glas umwandelt, an der Innenwand des Rohres abgelagert wird. Aus dieser Schicht entsteht dann beim Herunterziehen zu einer Faser der Faserkern.

Manche Glasarten, wie z.B. geschmolzenes Siliciumdioxid, sind so feuerfest, dass es praktisch unmöglich ist, aus diesen Glasarten eine Schmelze zu bereiten. Der Grund hierfür ist darin zu erblicken, dass es schwierig ist, ein entsprechendes Material für den Schmelzbehälter zu finden. In einem solchen Fall kann der Behälter 12 aus Fig. 1 durch eine Extrusionsein-richtung gemäss Fig. 2 ersetzt werden. Diese Extrusionseinrich-tung enthält zwei Graphitformen 21 und 22, welche durch Induktion erhitzt werden und zwischen zwei Stützkörpern 23 und 24 aus stabilisiertem Zirkonoxid liegen. Das Heizelement besteht aus einer Induktionsspule 25. Der Raum zwischen den Graphitformen ist mit Glasklötzchen 26 aus geschmolzenem Siliciumdioxid gefüllt. Nun wird die Extrusionseinrichtung auf eine Temperatur erhitzt, die zwar nicht genügt, die Klötzchen vollständig zü zerschmelzen, die aber genügend hoch ist, um sie weich zu machen, so dass die Einzelstücke zusammenschmelzen und sich verformen. Bei dieser Temperatur extrudiert das Glas aus dem Boden der Extrusionseinrichtung in Form eines Glasrohrs 14. Die Gasversorgungsleitung 19 muss durch die ganze Einrichtung gezogen werden, so dass es nicht möglich ist, sie in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess von Fasern zu verwenden. Es müssten nämlich endlose, rohrförmige Glasklötze um die Versorgungsleitung herum eingesetzt werden, was ohne Unterbrechung der Leitung unmöglich ist. Aus diesem Grunde wird es vorgezogen, Glassegmente zu verwenden, welche an sich zwar nicht rohrförmig sind, aus denen jedoch Rohre zusammengesetzt werden können. Der Ofen kann dann dieser, ein kontinuierliches Ziehen von Fasern ermöglichenden Herstellungsmethode angepasst werden.

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Bei der Dampf ablagerungsreaktion kann es sich um eine Hydrolyse-Reaktion handeln ; wo jedoch das Rohrmaterial zu schwer schmelzbar ist, wie im Falle von geschmolzenem Siliciumdioxid, wird üblicherweise eine Oxidationsreaktion vorgezogen. Im letztern Fall können nämlich Wasserstoff und Wasserstoff enthaltende Verbindungen aus der Reaktion ausgeschlossen werden. Es bildet sich kein Wasserdampf, welcher bekanntlich, falls als OH-Gruppen in den abgelagerten Schichten vorhanden, die optischen Übertragungseigenschaften der Faser stark verschlechtert. Die Gasversorgungsleitung 19 ist vorzugsweise wassergekühlt, dreht sich um ihre Achse und weist an ihrem Ausgang mindestens eine Düse auf, die gegen die Innenwand des Glasrohrs 14 gerichtet ist. In einer einfachsten Form der Herstellungsvorrichtung wird die Leitung lediglich mit einer Dampfmischung versorgt, welche Mischung eine Ablageschicht mit höherem Brechungsindex als jenem des Rohres 14 an der Innenwand dieses erzeugt. Aus dieser Ablageschicht entsteht dann der Kern einer Faser mit stufenförmigem Brechungsindexprofil, während das Rohr die Umhüllung der Faser bildet. In Vorrichtungen mit mindestens zwei Düsen, welche aus selbständigen, in der Leitung geführten Kanälen mit verschiedenen Dampfmischungen versorgt werden, sind dies Düsen in verschiedenen Höhen angeordnet, um eine geschichtete Ablagerung zu bilden, in welcher sich der Schichtaufbau kontinuierlich ändert, beginnend mit einem Material aus der obersten Düse am äussersten Teil der Ablagerung bis zu einem Material aus der untersten Düse am innersten Teil. Derart kann eine einfache Faser mit stufenförmigem Brechungsindexprofil hergestellt werden, in welcher sowohl Kern als auch Umhüllung aus einem dampfabgelagerten Material bestehen. Dies ist ein grosser Vorteil, da das Rohr aus einem Material bestehen kann, welches lediglich minderwertige optische Eigenschaften aufweist. Es können jedoch auch kompliziertere Lichtleitfasern mit einer schrittweisen Änderung des Brechungsindexprofils hergestellt werden, wie z.B. W-Wellenleiter. Auch Fasern mit einem sich kontinuierlich ändernden Brechungsindexprofil können in den Vorrichtungen mit mehreren Kanälen in der Versorgungsleitung produziert werden.

Üblicherweise verwendete Reagenzien zur Herstellung von Fasern in Siliciumdioxidrohren sind Siliciumtetrachlorid, Germaniumtetrachlorid, Botribromid und Sauerstoff. Um eine Faser mit einem sich kontinuierlich ändernden Brechungsindexprofil herzustellen, wird die oberste Düse oder Düsen mit einer Mischung versorgt, aus der eine Ablagerung mit dem niedrig-5 sten Brechungsindex erzeugt wird. Diese Ablagerung wird als das Produkt einer Halogenid-Oxidationsreaktion gebildet, welche bei hoher Temperatur vor sich geht. Diese hohe Temperatur wird aufgrund der Wirkung eines nicht gezeigten Heizkörpers erreicht, der das Rohr 14 in der Düsenregion umgibt. Wenn der I0 Bandantrieb 15 über der Ablagerungszone liegt, kann dieser Heizkörper als zusätzlicher Aufbau des Ofens 16 montiert werden, welcher Ofen 16 bekanntlich das beschichtete Rohr genügend weich macht, um es herunterziehen zu können. Die Ablagerungsreaktion benötigt eine niedrigere Temperatur als i s jene zum Herunterziehen. Will man reines Siliciumdioxid ablagern, kann die Ablagerungsreaktion-Temperatur teilweise dadurch herabgesetzt werden, dass weitere Halogenid-Dämpfe, wie z.B. Germaniumtetrachlorid, verwendet werden. Um also vergleichbare Ablagerungsgeschwindigkeiten und -bedingungen 2d für Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex zu schaffen, wird es vorgezogen, Bortrichlorid zusammen mit Siliciumtetrachlorid und Sauerstoff in der zur Herstellung des Materials mit niedrigem Brechungsindex benötigen Dampfmischung zu verwenden. Das Ablagerungsprodukt ist Siliciumdio-25 xid dotiert mit Boroxid. Die Boroxid-Dotierung erzeugt eine Glasart, deren Brechungsindex etwas kleiner ist, als jener des reinen Siliciumdioxids. Nacheinander werden dann die tiefer gelegenen Düsen mit Dampfmischungen versorgt, welche Siliciumtetrachlorid und Sauerstoff enthalten zusammen mit .m zunehmend erhöhten Teilen von Germaniuntetrachlorid oder eventuell abnehmenden Teilen von Bortrichlorid. Das Germaniumtetrachlorid erzeugt eine Germaniumdioxid-Dotierung in der Siliciumdioxid-Ablagerung, was zu einer Erhöhung des Brechungsindexes dieser Ablagerung führt. Weitere Dotierun-35 gen, insbesondere Phosphorpentoxid, jedoch auch jene enthaltend Aluminiumoxid und Antimontrioxid, können anstelle oder zusammen mit Germaniumdioxid als ein brechungsindexerhö-hendes Mittel verwendet werden. Im Falle von Phosphorpentoxid wird die Dotierung vorzugsweise durch das Einschliessen 4» von Phosphoroxychlorid in die Dampfmischung herbeigeführt.

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser durch Ablagerung von Glas aus der Gasphase auf die Innenwand eines Glasrohres, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasrohr (14) durch Ziehen um eine Gasleitung (19) herum gebildet und anschliessend durch eine heisse Zone (16) gezogen wird, in welcher das Rohr weichgemacht, zum Zusammenfallen gebracht und zu einer Faser (17) heruntergezogen wird, und dass aus der Gasleitung gegen die Rohrinnenwand in einem Bereich oberhalb der genannten heissen Zone (16) gasförmige Ablagerungsreagenzien strömen, um da dieser Innenwand mindestens eine Glasschicht (10) anderer Zusammensetzung als das Rohrmaterial abzulagern, das Ganze derart, dass eine Faser mit lichtleitenden Eigenschaften entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung um ihre Achse gedreht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung wassergekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung mit einer Anzahl von Kanälen versehen ist, welche eine Anzahl von Ausströmdüsen mit verschiedenen Gasmischungen versorgen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (10) oder Schichten durch eine Hydrolyse-Reaktion abgelagert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht oder Schichten durch eine Oxidationsreaktion unter Ausschluss von Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltende Verbindungen abgelagert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (14) aus geschmolzenem Siliciumdioxid hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung mindestens eine Schicht aus dotiertem Siliciumdioxid enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung Germaniumdioxid enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung Boroxid enthält oder aus diesem besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung Phosphorpentoxid enthält oder aus diesem besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasrohr um die Gasleitung herum aus Glasklötzchen oder -massein (26) gebildet wird, welche in einer Extrusionsein-richtung (Fig. 2) erweicht und zur Rohrform verschmolzen werden.