CH642336A5

CH642336A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von optischen glasgegenstaenden.

Info

Publication number: CH642336A5
Application number: CH510679A
Authority: CH
Inventors: Arnab Sarkar
Original assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1984-04-13
Also published as: IT1193183B; ES489422A0; NO791909L; GB2023129A; ES8103387A1; ATA409179A; YU132379A; DE2922795C2; IT7923341A0; AT377749B; ES481361A1; DK228879A; NO147948B; NL174539C; IN150558B; FI65612C; FI65612B; SE7904892L; BR7903533A; SU1068028A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Glasgegenständen, insbesondere optischen Wellenleitern, bei welchem eine Strömung einer glasbildenden Dampfmischung durch ein längliches, hohles, zylindrisches Substratrohr geführt wird und bei welchem das die Dampfmischung enthaltende Substratrohr mit einer Heizvorrichtung erhitzt wird, die relativ zum Substratrohr in Längsrichtung bewegt wird, um eine Heisszone innerhalb des Substratrohres zu schaffen, in welcher eine Suspension von partikelförmigem Material erzeugt wird, von welchem wenigstens ein Teil in Stromrichtung mitgenommen und an der inneren Oberfläche des Substratrohres abgesetzt wird, so dass auf der inneren Oberfläche ein zusammenhängender glasiger Niederschlag gebildet wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Optische Wellenleiter, die für optische Informationsübertragungssysteme, die im sichtbaren oder fast sichtbaren Spektralbereich arbeiten, bestehen normalerweise aus einer optischen Faser, die aus einem transparenten Kern und einer transparenten Mantelschicht mit einem Brechungsindex kleiner als der des Kerns, aufgebaut ist.

Die Anforderungen an die optische Qualität sind derart hoch, dass konventonielle Glasfasern nicht verwendet werden können, da deren Dämpfung, die auf Streuung und Absorption durch Verunreinigungen zurückzufürhen ist, viel zu hoch ist. Es wurden daher bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Gläsern in Faserform mit sehr hoher Reinheit entwickelt. Insbesondere Verfahren, die mit Niederschlagung des Glasmaterials aus der Dampfphase arbeiten, wurden und werden bei der Herstellung von Vorformen für optische Wellenleiter verwendet. Bei einem solchen Verfahren wird der Dampf des Ausgangsmaterials in erhitztes Substratrohr geleitet, wo er niedergeschlagen wird und Glasschichten bildet. Die erhaltene Vorform wird zu einer ziehbaren Vorform kollabiert, die dann erhitzt und zu einem optischen Wellenleiter ausgezogen werden kann.

Um eine gleichmässige Niederschlagung im Substratrohr zu erhalten, wurde bereits eine serienmässige Niederschlagung verwendet. Dabei werden die Reaktionsmittel in das eine Ende des Substratrohres eingespeist, jedoch nur in einem vergleichsweise kleinen Bereich des Rohres, welches durch eine Heizvorrichtung erhitzt ist, niedergeschlagen. Die Heizvorrichtung wird dabei entlang dem Rohr hin und her bewegt. Jedes Mal, wenn die Heizvorrichtung entlang dem Rohr geführt wird, wird eine Glasschicht im Rohr aufgebracht. Anschliessend wird die Heizvorrichtung zum Ausgangsort zurückgeführt und mit einem neuen Bewegungsvorgang kann eine neue Glasschicht aufgebracht werden.

Ein wesentlicher Nachteil dieses serienmässigen Niederschlagsverfahrens besteht darin, dass nur eine vergleichsweise geringe Menge an Glasmaterial niedergeschlagen werden kann. Es wurde deshalb vorgeschlagen, die Niederschlagsmenge dadurch zu erhöhen, dass der Innendurchmesser des Substratrohres erhöht wird, um eine grösser Oberfläche für die Niederschlagung zu schaffen. Da jedoch die Hitze für die Glasniederschlagung von aussen zugeführt wird, führt ein grösserer Rohrdurchmesser zu einer niedrigeren Dampftemperatur entlang der Achse des Substratrohres. Weiterhin ist das Strömungsprofil quer zum Rohr

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derart, dass die maximale Strömung entlang der Achse des Substratrohres auftritt. Dies führt wiederum dazu, dass nur ein kleinerer Teil des eingespeisten Dampfes im Bereich der Wandung des Rohres fliesst, wo die Reaktionstemperatur am höchsten ist, d.h., wo die resultierenden Reaktionsprodukte in Form von Russpartikeln im erhitzten Bereich niedergeschlagen werden. Im Ergebnis wird mithin der Anteil an niedergeschlagenem Russ erniedrigt, wenn der Rohrdurchmesser erhöht wird, wodurch wiederum insgesamt der Wirkungsgrad und die Reaktionsausbeute erniedrigt werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das die obigen Nachteile nicht aufweist und mit welchem insbesondere eine serienmässige Niederschlagung mit hohem Wirkungsgrad und hoher Reaktionsausbeute möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass ein Gasstrom, der die Eigenschaften des optischen Gegenstandes nicht ungünstig beeinflusst, durch den axialen Bereich des Substratrohres in der Heisszone geführt wird, wodurch der Strom der Dampfmischung in Form eines ringförmigen Kanals begrenzt wird, der in einem Abstand von der Längsachse des Substratrohres angeordnet ist und an die innere Oberfläche des Substratrohres angrenzt, wodurch der Wirkungsgrad und die Reaktionsausbeute erhöht werden.

Die erfindungsgemässe Lösung umfasst auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 7.

Vorteilhaft kann die Vorrichtung zur Führung eines Gasstroms durch den axialen Bereich des Substratrohres aus einem Gasleitrohr bestehen, das in einem Ende des zylindrischen Substratrohres angeordnet ist, wobei ein Ende des Gaszuführungsrohres kurz vor der Heisszone des Substratrohres endet. Dabei können Mittel zur longitudinalen Bewegung des Rohres im Substratrohr synchron mit der Bewegung der Heizvorrichtung vorgesehen sein. Der Gasstrom, der aus dem Gaszuführungsrohr ausströmt, formt einen gasförmigen Dorn bzw. eine Barriere in der Heisszone, der die Strömung der Dampfmischung zu einem ringförmigen Kanal begrenzt, der an die innere Oberfläche des Substratrohres angrenzt.

Weitere Aufgabenstellungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach dem Stande der Technik zur Niederschlagung einer Glasschicht in einem Rohr.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Rohr gemäss Fig. 1 und stellt schematisch die Bedingungen während des Verfahrens dar.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungs-gemässen Vorrichtung.

Fig. 4 und 5 zeigen Querschnitte der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei schematisch die Bedingungen während des erfindungsgemässen Verfahrens zu sehen sind.

Fig. 6 zeigt das Ende eines modifizierten Gasleitrohres, das erfindungsgemäss verwendet werden kann.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein System nach dem Stande der Technik, enthaltend ein Substratrohr (10) mit einem Halterungsrohr (8), das mit dem Eingangsende des Substratrohres ( 10) verbunden ist und ein Austrittsrohr (12), das mit dem Ausgangsende des Substratrohres (10) verbunden ist. Die Rohre (8 und 12) sind mit einem herkömmlichen Glasdrehspannfutter, das nicht gezeigt ist, eingespannt und diese Rohrkombination wird, wie durch den Pfeil angezeigt,

rotiert. Das Halterungsrohr (8), das auch weggelassen werden kann, ist ein billiges Glasrohr, das den gleichen Durchmesser wie das Substratrohr aufweist; es stellt keinen Teil des resul-

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tierenden optischen Wellenleiters dar. Eine Heisszone (Fig. 2) durchläuft das Substratrohr (10) dadurch, dass die Heizvorrichtung (16) bewegt wird, was durch die Pfeile (18a und 18b) angedeutet ist. Die Heizvorrichtung (16) kann aus einer geeigneten Wärmequelle, wie z.B. einer Mehrzahl von Brennern bestehen, die kreisförmig um das Substratrohr (10) angeordnet sind. Die Reaktionsmittel werden in das Substratrohr (10) mittels einem Leitungsrohr (20) eingespeist, das mit mehreren Gas- und Dämpf-Quellen verbunden ist. In Fig. 1 sind Strömungsmesser dargestellt, die mit «F» gekennzeichnet sind. Eine Sauerstoffquelle (22) ist über einen Strömungsmesser (24) mit dem Leitungsrohr (20) und über die Strömungsmesser (26,28 und 30) mit den Vorratsbehältern (32,34 und 36) verbunden. Eine Bor-trifluorid-Quelle (38) ist mit dem Leitungsrohr (20) über einen Strömungsmesser (40) verbunden. Die Vorratsbehälter (32,34 und 36) enthalten normalerweise flüssige Reaktionsmittel, die in das Substratrohr (10) dadurch eingeleitet werden, dass Sauerstoff oder andere geeignete Trägergase hindurchgeperlt werden. Austretendes Material wird durch das Austrittsrohr (12) abgeführt. Es können zusätzlich in an sich bekannter Weise Mischventile und Abschaltventile verwendet werden, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind.

Der Brenner (16) bewegt sich zunächst mit langsamer Geschwindigkeit relativ zum Substratrohr (10) in der Richtung des Pfeiles (18b), d.h. in der gleichen Richtung wie die Strömung der Reaktionsmittel. Die Reaktionsmittel reagieren in der Heisszone (14) zu einem Russ, d.h. einer pulver-förmigen Suspension von partikelförmigem oxidischem Material, das stromabwärts in den Bereich (42) des Substratrohres (10) geführt wird. Im allgemeinen werden 20 bis 70% der Reaktionsprodukte, die im Dampfstrom gebildet werden, in Russ, der die gewünschte Glaszusammensetzung hat, umgewandelt und an der Substratoberfläche niedergeschlagen.

Es sei betont, dass ich im wesentlichen kein Russ im Bereich (46) des Substratrohres (10) stromaufwärts von der Heisszone (14) bildet. Da der Brenner (16) ständig in Richtung des Pfeiles (18b) bewegt wird, bewegt sich auch Heisszone (14) stromabwärts, so dass sich ein Teil der Russanhäufung (44) in die Heisszone erstreckt und dort zu einer uni-tären, homogenen, glasigen Schicht (48) konsolidiert wird. Verfahrensparameter wie Temperaturen, Fliessgeschwindigkeiten, Reaktionsmittel und ähnliche können aus den Veröffentlichungen J.B. Mac Chesney et al., Proceedings of the IEEE, 1280 (1974) und W.G. French et al., Applied Optics, 15 (1976) entnommen werden. In diesem Zusammenhang sei auch verwiesen auf «Vapor Déposition Edited by C.F. Powell et al. John Wiley and Sons, Inc. (1966).

Wenn der Brenner (16) das Ende des Substratrohres (10) bei dem Austrittsrohr (12) erreicht hat, wird die Flammentemperatur reduziert und der Brenner in Richtung des Pfeiles (18) zum Eingangsende des Substratrohres (10) zurückgeführt. Anschliessend werden weitere Schichten glasigen Materials im Substratrohr (10) in gleicher Weise, wie oben beschrieben, niedergeschlagen. Nachdem eine genügende Anzahl von Schichten für den Fasermantel und/oder das Kernmaterial der resultierenden optischen Wellenleiterfaser niedergeschlagen wurde, wird die Temperatur der so erhaltenen Vorform auf ca. 2200°C für hochprozentiges Kieselsäureglas erhöht, so dass das Substratrohr (10) kollabiert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Durchgangsgeschwindigkeit der Heisszone erniedrigt wird. Die Glasvorform kann anschliessend in bekannter Weise zu einem optischen Glasgegenstand, insbesondere einem optischen Wellenleiter von gewünschtem Durchmesser gezogen werden.

Um das Verfahren vom Standpunkt der chemischen Reaktion aus zu optimieren, werden hohe Temperaturen ver3

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wendet. Für die üblichen, auf Kieselsäure basierenden Systeme, werden Temperaturen an der Substratwandung von im allgemeinen zwischen ca. 1400°C und 1900°C im Bereich der Heisszone aufrechterhalten. Diese Temperaturen wurden durch ein Strahlungs-Pyrometer gemessen, das auf die äussere Rohroberfläche eingestellt war.

Es ist auf dem vorliegenden Gebiet allgemein bekannt,

dass einer der Faktoren, die die Niederschlagsausbeute vermindern, der Grad der Sinterung des niedergeschlagenen Russes zu einer transparenten Glasschicht ist. Für eine vorgegebene, niederzuschlagende Glaszusammensetzung gibt es eine maximale Schichtdicke des Glases, die bei einer optimalen Kombination von Heisszonengrösse, Maximaltemperatur der Heisszone und Brenner-Verschiebungsgeschwindig-keit gesintert werden kann.

Wenn die Dicke der gesinterten Glasschicht auf einem Maximum für verschiedene Röhrdurchmesser gehalten werden soll, sollte die Niederschlagsmenge theoretisch proportional mit dem inneren Rohrdurchmesser ansteigen, weil die Oberfläche erhöht wird. Wie bereits eingangs erwähnt, erniedrigt sich jedoch der Prozentsatz des erzeugten Russes, der im Substratrohr niedergeschlagen wird mit steigendem Rohrdurchmesser.

Erfindungsgemäss wird die Strömung der glasbildenden Dampfmischung in Form eines ringförmigen Kanals begrenzt, der an die innere Oberfläche des Substratrohres in der Heisszone angrenzt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird zu diesem Zweck ein Teil eines Gaszuführungsrohres (50) in das eine Ende des Substratrohres (52),in welches die Reaktionsmittel eingespeist werden, eingeführt. Dieser Teil des Gaszuführungsrohres (50) endet gerade vor der Heisszone (54), die durch die bewegbare Heizvorrichtung (56) erzeugt wird. Das Rohr (50) ist mechanisch mit dem Brenner (56) verbunden, was durch die gestrichelte Linie (58) dargestellt ist, um sicherzustellen, dass das Rohr (50) stets stromaufwärts den richtigen Abstand von der Heisszone (54) einhält. Alternativ können die Heizvorrichtung und das Gaszuführungsrohr stationär gehalten werden und das rotierende Substratrohr (52) bewegt werden. Das Eingangsende des Substratrohres (52) ist mit dem Rohr (50) durch ein kollabierbares Teil (60) verbunden, wobei eine drehbare Abdichtung (62) zwischen dem kollabierbaren Teil (60) und dem Rohr (52) angeordnet ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, die einen Querschnitt duch die Heisszone und die angrenzenden Bereiche des Rohres (52) darstellt, bildet das aus dem Rohr (50) entweichende Gas einen wirksamen gasförmigen Dorn bzw. eine gasförmige Barriere gegenüber den Reaktionsmitteln, die in Richtung der Pfeile zwischen den Rohren (50 und 52) fliessen, wodurch die Reaktionsmittel zu einem ringförmigen Kanal begrenzt werden, der an die innere Oberfläche des Substratrohres (52) in der Heisszone (54) angrenzt. Auch in einigem Abstand stromabwärts von der Heisszone (54) wirkt das Gas aus dem Rohr (50) noch als Barriere gegen den in der Heisszone gebildeten Russ, wobei die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass sich dieser Russ (44-) an der Wandung des Rohres (52) niederschlägt. Die gestrichelte Linie (66) in Fig. 5 zeigt die Grenze zwischen dem aus dem Gaszuführungsrohr (50) entströmenden Gas und der Strömung der glasbildenden Dampfmischung, die in der Heisszone (54) fliesst.

Das der Heisszone durch das Gaszuführungsrohr (50) zugeführte Gas kann jedes Gas sein, das die Eigenschaften des resultierenden optischen Gegenstands nicht ungünstig beeinflusst. Erfindungsgemäss wird Sauerstoff bevorzugt, da Sauerstoff diese Voraussetzung erfüllt und im übrigen relativ billig ist. Andere Gase, wie z.B. Argon, Helium, Stickstoff und dergleichen können aber ebenfalls verwendet werden.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist das Ende des Rohres (50) vom Zentrum der Heisszone im Abstand x angeordnet; dieser

Abstand x muss gross genug sein, um die Niederschlagung von Russ auf dem Rohr (50) zu vermeiden. Der Abstand x kann variieren und hängt von Parametern, wie Grösse des Brenners und Temperatur der Heisszone ab. Die folgenden Daten wurden für eine Vorrichtung gefunden, bei welcher die Rohre (50 und 52) äussere Durchmesser von 20 bzw. 38 mm aufwiesen und die Wandstärken dieser Rohre 1,6 bzw. 2 mm waren. Die Flammenaustrittsöffnungen der Brenner waren in einem Kreis von 45 mm Durchmesser um das Rohr herum angeordnet. Für dieses System wurde gefunden, dass sich Russ auf dem Rohr (50) niederschlägt, wenn der Abstand x ca. 13 mm beträgt. Eine Durchmischung des Stroms der glasbildenden Mischung mit dem Gasstrom aus dem Gaszuführungsrohr (50) verstärkt sich mit dem longitudinalen Abstand vom Gaszuführungsrohr (50). Die erfindungsgemässen Vorteile durch die Begrenzung der Strömung der glasbildenden Dampfmischung zu einem ringförmigen Kanal dicht an der Wandung des Rohres (52) können erreicht werden, wenn der Abstand x grösser als ca. 15 cm ist. Erfindungsgemäss werden die besten Resultate erzielt, wenn der Abstand x im Bereich von 25 bis 75 mm ist.

Grösse und Gestalt des Rohres (50) sollten so bemessen sein, dass ein im wesentlichen laminarer Fluss in der Heisszone und im Bereich unmittelbar stromabwärts der Heisszone existiert. Jede Turbulenz, die mit dem Rohr (50) erzeugt würde, würde dazuführen, dass Russpartikeln aufgewirbelt und stromabwärts zum Austrittsrohr geführt würden.

Bei den in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Niederschlagsverfahren nach dem Stande der Technik fällt die Ausbeute an Niederschlag mit einer Erhöhung eines vorgegebenen Rohrdurchmessers. Im allgemeinen kann eine Erhöhung der Niederschlagsmenge bei vergrössertem Rohrdurchmesser durch eine Vergrösserung des Rohrdurchmessers auf ca. 30 mm erreicht werden. Für Rohre mit einem Durchmesser von grösser als 30 mm fällt jedoch die Ausbeute an Niederschlag, so dass es schwierig ist, eine weitere Erhöhung der Niederschlagsmenge zu erreichen. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es jedoch möglich, unabhängig vom Substratrohr-Durchmesser, eine optimale Niederschalgs-Wirkung zu erhalten. Die maximale Grösse des äusseren Rohres (52) wird lediglich durch die Notwendigkeit begrenzt, dass die innere Öffnung geschlossen (kollabiert) werden muss, um eine Vorform eines optischen Wellenleiters zu erhalten. Die Wanddicken des Gaszuführungsrohres (50) und des Substratrohres (52) werden im allgemeinen relativ dünn gehalten, d.h., die Wandstärke beträgt ein paar Millimeter.

Erfindungsgemäss wurde gefunden, dass ein Gaszuführungsrohr, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, einfach zu konstruieren ist und in geeigneter Weise arbeitet, d.h., ein derartiges Rohr führt zur Bildung eines gasförmigen Dorns bzw. einer gasförmigen Barriere in der Heisszone des Substratrohres, ohne störende Turbulenz zu erzeugen. Erfindungsgemäss können aber auch anders gestaltete Gaszuführungsrohre verwendet werden; es kann z.B. ein Gaszuführungsrohr wie in Fig. 6 gezeigt, verwendet werden; die Richtung des Gasflusses aus dem Rohr (70) ist durch den Pfeil (72) angedeutet.

Um die Verbesserung der Niederschlagsmenge und der Niederschlagsleistung durch die Erfindung zu demonstrieren, wurde ein Niederschlagssystem betrieben, und zwar einmal mit und einmal ohne die Verwendung eines Gaszuführungsrohres (50), unter Konstanthaltung aller anderen Verfahrensparameter. Es wurde eine Vorrichtung ähnlich der in Fig. 1 beschriebenen, verwendet, um den Reaktionsmittelstrom zu erzeugen. Es wurde jedoch nur ein Vorratsbehälter (32) verwendet. Sauerstoff wurde durch den Vorratsbehälter bzw. die Durchperlvorrichtung (32), die SiCU von konstanter

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Temperatur von 35°C enthielt, durchgeführt, um eine Strömung von ca. 2,5 g/m SiCk zu gewährleisten. Die Strömungsgeschwindigkeit des BCL-3 betrug 92 sccm und der Sauerstoff-fluss durch den Strömungsmesser (24) betrug 2,4 slm. Das Substratrohr war ein Borsilikatglasrohr mit einem äusseren Durchmesser von 38 mm und einer Wandstärke von 2 mm. Dann wurde ein Borsilikatglas der Zusammensetzung ca. 14 Gew.% B2O3 und 86 Gew.% SÌO2 niedergeschlagen. Aus den Strömungsgeschwindigkeiten von SiCLt und BCb wurde die Menge der Oxiderzeugung zu 0,85 g/Min. SÌO2 und 0,29 g/Min. B2O3 berechnet. Die Niederschlagsgeschwindigkeit war 0,251 g/Min. und die Niederschlagsleistung war 26,2%, wenn kein Gaszuführungsrohr verwendet wurde. Das

System wurde dann durch Einfügung eines Gaszuführungsrohres aus synthetischem Kieselsäureglas mit einem äusseren Durchmesser von 20 mm und einer Wandstärke von 1,6 mm modifiziert. Das Ende des Gaszuführungsrohres wurde vom s Zentrum der Heisszone in einem Abstand von 50 mm angeordnet. Durch Verwendung des erfindungsgemässen Gaszuführungsrohres erhöhte sich die Niederschlagsmenge von 0,251 auf 0,451 g/Min. und die Niederschlagsleistung von 26,2 auf 43,2%.

10 Die folgende Tabelle I zeigt die Wirkung der Änderung verschiedener Verfahrensparameter auf die Niederschlagsmenge und auf die Niederschlagsleistung.

Tabelle I

Beispiel

Oxid-Erzeugung (g/min.)

02-FIuss (slm) Gaszuführungsrohr Schichtdicke

Niederschlagsmenge • Niederschiagsleistung

SiOa

B2O3

Bypass

(mm)

(g/Min.)

Prozent

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In den Beispielen 1 bis 6 dieser Tabelle bestanden die Substratrohre aus 38 mm OD Borsilikatröhren mit einer Wandstärke von 2 mm und die Gaszuführungsrohre bestanden aus 30 20 mm OD Rohren aus synthetischer Kieselsäure mit einer Wandstärke von 1,6 mm. Im Laufe der Durchführung dieser Beispiele wurde eine Vielzahl von Glasschichten auf dem Substratrohr in der oben beschriebenen Weise niedergeschlagen. Nachdem 10 bis 30 Schichten niedergeschlagen 3S waren, wurden die Substratrohre gebrochen und die Dicke jeder der Schichten unter einem Mikroskop gemessen. Die Niederschlagsmenge wurde aus den Schichtdicken berechnet und die Niederschlagsleistung wurde definiert als die Niederschlagsmenge in g/Min. dividiert &urch die Gesamtdurch- 40 flussmenge von Russ, die in das Rohr eintrat, wobei angenommen wurde, dass eine 100%ige Umwandlung in Oxide stattfand. Die besten Resultate waren eine Niederschlagsmenge von 0,691 g/Min. bei einer Niederschlagsleistung von 40,3%. 4s

Aufgrund der im vorangehenden beschriebenen Versuchsergebnisse ist es offensichtlich, dass eine verbesserte Niederschlagsmenge und verbesserte Niederschlagsleistung während der Herstellung der Vorform einer optischen Wellenleiter-Glasfaser verwirklicht werden können. Das folgende so theoretische Beispiel zeigt, wie die erfindungsgemässe Vorrichtung für die Herstellung einer solchen Vorform verwendet werden kann. Ein Rohr aus handelsüblichem Borsilikatglas mit einem Aussendurchmesser von 38 mm und einer Wandstärke von 2 mm wird durch mehrfaches Eintauchen in 55 Flussäure, entionisiertes Wasser und Alkohol gesäubert.

Dieses Substratrohr, welches ca. 120 cm lang ist, ist mit einem 90 cm langen Austrittsrohr mit einem äusseren Durchmessr von 65 mm an einem Ende und einem 60 cm langen Halterungsrohr der gleichen Grösse wie das Substratrohr, an 60 seinem anderen Ende verbunden. Diese Kombination wird in ein Spannfutter (lathe) gespannt, so dass die Rohre rotierbar verbunden sind. Das freie Ende des Halterungsrohres wird mit einer drehbaren Abdichtung versehen, in welche ein 180 cm langes Gaszuführungsrohr aus synthetischer Kiesel- 6S säure mit einem äusseren Durchmesser von 20 mm und einer Wandstärke von 1,6 mm eingesetzt wird. Das Gaszuführungsrohr wird an zwei verschiedenen Punkten entlang seiner Länge gehalten und bewegt sich, wie oben beschrieben, mit dem Brenner. Der Brenner durchfährt eine Länge von 100 cm des Substratrohres mit einer Geschwindigkeit von 25 cm/ Min. Der Brenner ist so eingestellt, dass eine Niederschlagstemperatur von 1800°C auf der äusseren Oberfläche des Substratrohres erzeugt wird. Nachdem der Brenner das Ende der Fahrstrecke erreicht hat und so eine Glasschicht niedergeschlagen ist, kehrt er zu seinem Ausgangspunkt mit einer Geschwindigkeit von 100 cm/Min. zurück.

Sauerstoff fliesst in das Gaszuführungsrohr mit einer Geschwindigkeit von 2,5 slm. Drei Vorratsbehälter mit SiCk, GeCk und POCb werden bei einer Tempertaur von 32°C gehalten. Sauerstoff fliesst durch den ersten und dritten Vorratsbehälter mit Geschwindigkeiten von 0,3 lpm bzw. 0,56 lpm, so dass konstante Mengen von SiCk und POCb während des gesamten Niederschlagsprozesses in das Substratrohr gelangen. Die Geschwindigkeit, mit welcher Sauerstoff durch den zweiten Vorratsbehälter geführt wird, erhöht sich linear von 0 auf 0,7 lpm, so dass während der ersten Fahrt des Brenners entlang dem Substratrohr kein GeCk in das Substratrohr gebracht wird, dass jedoch dessen Menge linear während der übrigen 49 Fahrten des Brenners erhöht wird. BCb wird dem Substratrohr mit einer konstanten Geschwindigkeit von 15 sccm zugeführt, während Bypass-Sauerstoff mit einer Geschwidnigkeit von 2,4 slm zugeführt wird.

Nach drei Stunden und zwanzig Minuten der Zeit, die für 50 Fahrten erforderlich ist, wird die Geschwindigkeit des Brenners auf 2,5 cm/Min. herabgesetzt und die Temperatur auf ca. 2200°C an der äusseren Oberfläche des Substratrohres hinaufgesetzt. Dies verursacht den Kollaps des Substratrohres zu einer Vorform eines optischen Wellenleiters mit einem festen Querschnitt. Die verwendbare Länge dieser Vorform ist ca. 84 cm. Die erhaltene Vorform wird dann auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher ihre Materialien eine genügend geringe Viskosität besitzen, um gezogen zu werden (annähernd 2000°C). Die Struktur wird dann zu einer ca. 25 km langen optischen Wellenleiter-Faser mit einem äusseren Durchmesser von ca. 110 (im gezogen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von optischen Glasgegenständen, insbesondere optischen Wellenleitern, bei welchem eine Strömung einer glasbildenden Dampfmischung durch ein längliches, hohles, zylindrisches Substratrohr geführt wird und bei welchem das die Dampfmischung enthaltende Substratrohr mit einer Heizvorrichtung erhitzt wird, die relativ zum Substratrohr in Längsrichtung bewegt wird, um eine Heisszone innerhalb des Substratrohres zu schaffen, in welcher eine Suspension von partikelförmigem Material erzeugt wird, von welchem wenigstens ein Teil in Stromrichtung mitgenommen und an der inneren Oberfläche des Substratrohres abgesetzt wird, so dass auf der inneren Oberfläche ein zusammenhängender glasiger Niederschlag gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom der die Eigenschaften des optischen Gegenstandes nicht ungünstig beein-flusst, durch den axialen Bereich des Substratrohres in der Heisszone geführt wird, wodurch der Strom der Dampfmischung in Form eines ringförmigen Kanals begrenzt wird, der in einem Abstand von der Längsachse des Substratrohres angeordnet ist und an die innere Oberfläche des Substratrohres angrenzt, wodurch der Wirkungsgrad und die Reaktionsausbeute erhöht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kanal dadurch gebildet wird, dass ein weiteres Rohr koaxial in das Substratrohr eingeführt wird, wobei das Ausgangsende dieses eingesetzten Rohres kurz vor der Heisszone endet und mit dieser synchron bewegt wird und der Gasstrom aus diesem Ausgangsende des eingesetzten Rohres austritt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom aus Sauerstoff besteht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratrohr auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausreicht, um die Öffnung des Rohres zu schliessen, wodurch ein Glasgegenstand in Form einer ziehbaren Vorform gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform auf die Ziehtemperatur des Materials erhitzt und zu einer optischen Wellenleiter-Faser gezogen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Heizvorrichtung zur Erhitzung eins axialen Bereiches eines Substratrohres zur Bildung einer Heisszone innerhalb des Substratrohres, Mitteln zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen der Heizvorrichtung und dem Substratrohr in Längsrichtung und Mitteln zur Einführung einer Strömung einer Dampfmischung in das eine Ende des Substratrohres, die in der Heisszone zu einer Suspension von partikelförmigem Material reagiert, welches in Stromrichtung mitgenommen und von welchem wenigstens ein Teil an der inneren Oberfläche des Substratrohres abgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (50) zur Führung eines Gasstromes durch den axialen Bereich des Substratrohres in dessen Heisszone in der Weise vorgesehen ist, dass das Gas die Strömung der Dampfmischung zu einem ringförmigen Kanal begrenzt, der an die innere Oberfläche des Substratrohres in der Heisszone angrenzt, wodurch die Reaktion der Dampfmischung im wesentlichen auf einen ringförmigen Bereich begrenzt wird, der an die Wandung des Substratrohres angrenzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaszuführungsrohr (50) vorgesehen ist, das in einem Ende des zylindrischen Substratrohres angeordnet ist, wobei ein Ende des Gaszuführungsrohres kurz vor der Heisszone des Substratrohres endet und dass Mittel (58) zur longitudi-nalen Bewegung des Rohres im Substratrohr (52) synchron mit der Bewegung der Heizvorrichtung (56) vorgesehen sind,

wobei der Gasstrom aus dem einen Ende des Gazuführungs-rohres (50) austritt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom aus Sauerstoff besteht.