DE102011110247A1 - Method for fabricating preform for manufacturing bend-optimized optical fiber, involves changing outer diameter of rotationally symmetric rod and/or tube and/or individual module by compression or stretching operation - Google Patents
Method for fabricating preform for manufacturing bend-optimized optical fiber, involves changing outer diameter of rotationally symmetric rod and/or tube and/or individual module by compression or stretching operation Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs zur Fertigung einer biegeoptimierten Lichtleitfaser nach Anspruch 1 und eine aus dem Halbzeug gefertigte Lichtleitfaser.The invention relates to a method for producing a semifinished product for producing a bending-optimized optical fiber according to
Biegeoptimierte Lichtleitfasern weisen ein auf den jeweiligen Anwendungszeck abgestimmtes Biegeverhalten, insbesondere eine darauf angepasste Biegeempfindlichkeit hinsichtlich ihrer Lichtleitfähigkeit, auf. Dies betrifft einerseits Lichtleitfasern, die eine besonders ausgeprägte Biegeempfindlichkeit zeigen sollen, wie zum Beispiel Sensorfasern in optischen Biegesensoranordnungen und Lichtleitfasern, die möglichst wenig biegeempfindlich sein sollen, wie zum Beispiel Lichtleitfasern, die zur Übermittlung von Daten mit einer hohen Bandbreite benötigt werden.Bending-optimized optical fibers have a bending behavior which is matched to the respective application angle, in particular a bending sensitivity adapted thereto with respect to their optical conductivity. This applies, on the one hand, to optical fibers which are intended to exhibit a particularly pronounced flexural sensitivity, such as, for example, sensor fibers in optical bending sensor arrangements and optical fibers, which are to be as little as possible sensitive to bending, such as, for example, optical fibers required for transmitting data with a high bandwidth.
Derartige Lichtleitfasern weisen einen Querschnitt mit einem strukturierten Brechzahlprofil auf. Dies betrifft insbesondere Grabenstrukturen, Graduierungen oder auch komplizierte Kombinationen aus mehreren Gräben verschiedener Breite und zwischengelagerten brechzahlerhöhten Stegen. Derartige Fasern sind mit den herkömmlichen Mitteln, d. h. den bekannten chemischen und/oder physikalischen Abscheideverfahren nur sehr kompliziert zu fertigen, wobei die Brechzahlverläufe bei einer Faser recht genau einstellbar sind, während aber die Umstellung auf ein anderes Brechzahlprofil sehr oft größere Umstellungen in en Produktionsläufen verlangt, weil dabei die Abscheideparameter zum Teil grundlegend geändert werden müssen.Such optical fibers have a cross section with a structured refractive index profile. This applies in particular to trench structures, graduations or even complicated combinations of several trenches of different widths and intervening refractive index-increased webs. Such fibers are treated by conventional means, i. H. the known chemical and / or physical deposition process very complicated to manufacture, the Brechzahlverläufe are quite accurately adjustable in one fiber, but the conversion to a different refractive index often requires major changes in en production runs, because while the Abscheideparameter changed in part fundamentally Need to become.
Es besteht daher die Aufgabe, ein wirtschaftliches und effektives Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs zur Herstellung der biegeoptimierten Faser anzugeben, wobei das geforderte Brechzahlprofil sowohl exakt planbar als auch mit einem minimierten Zeitaufwand gefertigt werden kann.It is therefore an object to provide an economical and effective method for producing a semifinished product for producing the bending-optimized fiber, wherein the required refractive index profile can be both exactly plannable and manufactured with a minimized amount of time.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Fertigung eines Halbzeugs zur Herstellung einer biegeoptimierten Lichtleitfaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Ausführungsformen und Gestaltungen des Verfahrens.The object is achieved by a method for producing a semifinished product for producing a bending-optimized optical fiber having the features of
Das Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs zur Fertigung einer biegeoptimierten Lichtleitfaser in Anwendung eines konvergenten Produktionsablaufs aus Teilfertigungen von Einzelbausteinen. Mindestens zwei Einzelbausteine werden am Ende des konvergenten Produktionsablaufs zu dem Halbzeug zusammengefügt. Jede Teilfertigung des jeweiligen Einzelbausteins enthält mindestens einen der folgenden, an einem Mantelrohr mit einer im Vergleich zum lichtführenden Kern niedrigeren Mantelbrechzahl ausgeführten Teilfertigungsschritte:
Ein Ausführen eines Teilfertigungsschritts umfasst ein Aufbringen mindestens einer Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht auf einer Innen- und/oder Außenfläche des Mantelrohres.The method for producing a semifinished product for producing a bending-optimized optical fiber in application of a convergent production process from partial production of individual components. At least two individual modules are assembled at the end of the convergent production process to form the semifinished product. Each partial production of the respective individual component contains at least one of the following partial production steps carried out on a casing tube with a lower mantle number compared to the light-guiding core:
Performing a partial manufacturing step comprises applying at least one protective, intermediate and / or barrier layer on an inner and / or outer surface of the jacket tube.
Ein Ausführen eines anderen Teilfertigungsschritts umfasst eine Außen- und/oder Innenabscheidung von vorzugsweise lichtführenden Schichten auf der Innen- und/oder Außenfläche des Mantelrohres.Performing another part-manufacturing step comprises an outer and / or inner deposition of preferably light-guiding layers on the inner and / or outer surface of the jacket tube.
Ein Ausführen eines weiteren Teilfertigungsschritts umfasst ein mindestens teilweises Kollabieren des beschichteten oder unbeschichteten Mantelrohres zu einer Kapillare oder einem Stab.Performing a further part-fabrication step involves at least partially collapsing the coated or uncoated jacket tube into a capillary or rod.
Bei einem Teilfertigungsschritt ist ein Umfangen des Einzelbausteins und/oder eines rotationssymmetrischen Substrats mit mindestens einem Hüllrohr mit einer gewünschten Brechzahl vorgesehen.In a part manufacturing step, a surrounding of the individual module and / or a rotationally symmetrical substrate with at least one cladding tube with a desired refractive index is provided.
Ein weiterer Teilfertigungsschritts umfasst ein Entfernen einer auf der Innenfläche angeordneten Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht bei mindestens einem Einzelbaustein.A further partial manufacturing step comprises removing a protective, intermediate and / or barrier layer arranged on the inner surface in at least one individual component.
Ein Ausführen eines weiteren Teilfertigungsschritts umfasst ein Entfernen einer auf der Außenfläche angeordneten Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht bei mindestens einem Einzelbaustein.Executing a further partial production step comprises removing a protective layer, intermediate layer and / or barrier layer arranged on the outer surface in at least one individual component.
Ein Ausführen eines Teilfertigungsschritts umfasst eine Veränderung eines Innendurchmessers des Mantelrohres oder des Einzelbausteins durch einen Aufblas-, Stauch- und/oder Streckvorgang.Executing a partial manufacturing step involves a change in an inner diameter of the jacket tube or the individual component by an inflation, compression and / or stretching operation.
Bei einem weiteren Teilfertigungsschritts wird eine Veränderung eines Außendurchmessers eines rotationsförmigen Stabes und/oder Rohrs und/oder des Einzelbausteins durch einen Stauch- oder Streckvorgang ausgeführt.In a further partial manufacturing step, a change in an outer diameter of a rotationally shaped rod and / or tube and / or of the individual component is carried out by an upsetting or stretching process.
Bei einem anderen Teilfertigungsschritts ist eine Wärme- und/oder Temperbehandlung und/oder eines Plasma- und/oder Feuerpolitur umfasst.In another partial manufacturing step, a heat and / or tempering treatment and / or a plasma and / or Feuerpolitur is included.
Die Fertigung des Halbzeugs ist als ein konvergenter Produktionsprozess ausgebildet. Dass bedeutet, dass das Halbzeug in Form einzelner Bestandteile, den Einzelbausteinen oder einer Reihe von Mantelrohren, zunächst in Form von Einzelkomponenten vorgefertigt wird. Diese Einzelkomponenten können praktisch beliebig bearbeitet und vorkonfektioniert werden. Dadurch lassen sich insbesondere einzelne Abschnitte des später gewünschten Brechzahlprofils sehr genau erzeugen. Die Einzelbausteine werden anschließend zusammengefügt, m. a. W. die einzelnen Teilfertigungen konvergieren somit zu einem abschließenden Fertigungsschritt und das Halbzeug zur Herstellung der Lichtleitfaser wird damit ausgebildet. Die einzelnen Teilfertigungen erfolgen somit unabhängig voneinander und münden lediglich am Ende in einen abschließenden Schritt.The production of the semifinished product is designed as a convergent production process. This means that the semi-finished product is prefabricated in the form of individual components, the individual components or a series of jacket pipes, initially in the form of individual components. These individual components can be processed and pre-assembled in virtually any way. As a result, in particular individual sections of the later desired refractive index profile can be generated very accurately. The individual components are then joined together, ma W. the individual part production thus converge to a final manufacturing step and the semifinished product for the production of the optical fiber is thus formed. The individual part production thus occur independently of each other and end up in a final step only at the end.
Bei einer ersten zweckmäßigen Teilfertigung werden folgende Teilfertigungsschritte ausgeführt:
Zunächst wird ein Teilfertigungsschritt ausgeführt, bei dem auf die Außenfläche des Mantelrohres die Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht in Form einer Quarzglasschicht aufgebracht wird.In a first expedient partial production, the following partial production steps are carried out:
First, a partial manufacturing step is carried out, in which the protective, intermediate and / or barrier layer in the form of a quartz glass layer is applied to the outer surface of the jacket tube.
Danach wird ein Teilfertigungsschritt ausgeführt, bei dem auf die Innenfläche des Mantelrohres eine Innenabscheidung von mit Germanium und/oder Phosphor dotiertem Quarzglas erfolgt.Thereafter, a partial production step is carried out, in which an internal deposition of germanium and / or phosphorus-doped quartz glass takes place on the inner surface of the jacket tube.
Bei einem weiteren Teilfertigungsschritt erfolgt sodann ein Kollabieren zu einem massiven Kernstab. Dem schließt sich eine Plasmapolitur an dem massiven Kernstab an. Der so geschaffene Einzelbaustein wird mit einem aus Quarzglas bestehenden Umhüllungsrohr zum fertigen Halbzeug vereinigt.In a further part-production step, a collapse then takes place to form a massive core rod. This is followed by a plasma polishing on the massive core rod. The individual component created in this way is combined with a covering tube made of quartz glass to form the finished semifinished product.
Nach dem genannten Schritt der Plasmapolitur kann bei einer zweckmäßigen Abänderung der Teilfertigungsschritte die äußere Schutzschicht entfernt. Anschließend erfolgt ein Vereinigen des so geschaffenen Einzelbausteins mit einem aus Quarzglas bestehenden Umhüllungsrohr zum fertigen Halbzeug.After the said step of the plasma polishing, the outer protective layer can be removed with a suitable modification of the partial production steps. This is followed by a unification of the individual module thus created with a casing tube made of quartz glass to the finished semifinished product.
Nach dem oben genannten Schritt der Plasmapolitur kann bei einer zweckmäßigen Abänderung der Teilfertigungssschritte im Anschluss daran mindestens eine weitere Außenbeschichtung mit dotiertem und/oder undotiertem Quarzglas mit Hilfe einer Plasmabeschichtung ausgeführt werden.After the above-mentioned step of the plasma polishing, with a suitable modification of the partial production steps, at least one further outer coating with doped and / or undoped quartz glass can subsequently be carried out with the aid of a plasma coating.
Die genannten Teilfertigungen können ohne weiteres zeitlich parallel zueinander ausgeführt werden, wobei die dabei erzeugten Einzelbausteine schließlich kombiniert werden.The mentioned partial productions can be carried out without any time delay in parallel with each other, whereby the individual components generated are finally combined.
Bei einer ersten Ausführungsform wird das Mantelrohr in Form eines mit Fluor dotierten Quarzglasrohres bereitgestellt. Dadurch wird eine Brechzahlreduzierung im Material des Mantelrohres erreicht.In a first embodiment, the jacket tube is provided in the form of a fluorine-doped quartz glass tube. As a result, a refractive index reduction in the material of the jacket tube is achieved.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf ein undotiertes Quarzglasrohr eine fluordotierte Schicht gewünschter Dicke und Brechzahl abgeschieden, auf die wiederum eine Beschichtung mit undotiertem Quarzglas als Schutzschicht erfolgt.In a preferred embodiment, a fluorine-doped layer of desired thickness and refractive index is deposited on an undoped quartz glass tube, to which, in turn, a coating with undoped quartz glass takes place as a protective layer.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform wird der Aufbau der lichtführenden Schichten mittels eines CVD- und/oder Plasmaverfahrens und/oder einer Flammenpyrolyse ausgeführt.In a further expedient embodiment, the structure of the light-guiding layers is carried out by means of a CVD and / or plasma process and / or a flame pyrolysis.
Die Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht ist vorzugsweise aus einem Quarzglas mit einem höheren Schmelzpunkt im Vergleich zu dem Schmelzpunkt des Materials des Mantelrohres ausgeführt. Dadurch lässt sich eine erhöhte Stabilität des späteren Halbzeugs erreichen und es werden Ovalitäten und Exzentrizitäten im Aufbau reduziert.The protective, intermediate and / or barrier layer is preferably made of a quartz glass with a higher melting point compared to the melting point of the material of the jacket tube. As a result, an increased stability of the semi-finished product can be achieved and ovalities and eccentricities in the structure are reduced.
Die Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht besitzt zweckmäßigerweise eine diffusionsverhindernde Sperrfunktion gegenüber flüchtigen Glasbestandteilen, insbesondere Brechzahl verändernden Dotanden und/oder insbesondere Fluor. Dadurch wird der Brechzahlverlauf stabilisiert und kann gegebenenfalls in weiteren Produktionsschritten noch zu einem gegebenen Zeitpunkt modifiziert werden.The protective, intermediate and / or barrier layer expediently has a diffusion-preventing blocking function with respect to volatile glass constituents, in particular dopants which modify the refractive index and / or, in particular, fluorine. As a result, the refractive index profile is stabilized and can optionally be modified in further production steps still at a given time.
Zugleich kann die Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht noch eine weitere Funktion erfüllen. Die Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht weist bei einer zweckmäßigen Ausbildung eine chemische Zusammensetzung auf, die beim Aufbringen des Halbzeugs auf ein weiteres Substrat, die thermischen, physikalischen und/oder chemischen Unterschiede zwischen dem Halbzeug und dem weiteren Substrat, insbesondere die Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder die unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen, minimiert. Dadurch werden die Spannungen in dem dabei entstehenden Gesamtsystem minimiert oder auf eine zweckmäßige Größe eingestellt.At the same time, the protective, intermediate and / or barrier layer can fulfill a further function. The protective, intermediate and / or barrier layer has, in an expedient embodiment, a chemical composition which, when the semifinished product is applied to a further substrate, the thermal, physical and / or chemical differences between the semifinished product and the further substrate, in particular the differences the thermal expansion coefficient and / or the different chemical compositions minimized. As a result, the voltages in the resulting overall system are minimized or set to an appropriate size.
Nach dem Aufbau der lichtführenden Schichten kann eine Abscheidung mindestens einer weiteren inneren und/oder äußeren Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschicht ausgeführt werden. Dadurch wird das modifizierte Mantelrohr entweder innen oder außen oder auf beiden Seiten entsprechend präpariert.After the structure of the light-conducting layers, a deposition of at least one further inner and / or outer protective, intermediate and / or barrier layer can be carried out. As a result, the modified casing pipe is prepared either inside or outside or on both sides accordingly.
An dem Mantelrohr erfolgt bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung mit Hilfe mindestens eines Druckregelsystems ein gezieltes Einstellen eines Umgebungsdruckes und/oder eines Rohrinnendruckes.In an expedient refinement, with the aid of at least one pressure regulating system, a targeted setting of an ambient pressure and / or a pipe internal pressure takes place on the jacket pipe.
Anschließend erfolgt bei einer zweckmäßigen Weiterführung der Ausgestaltung ein Kollabieren zu einem Vollstab oder einer Kapillare.Subsequently, in a useful continuation of the embodiment, a collapse to a solid rod or a capillary takes place.
Im Zusammenhang damit erfolgt bei einer anderen Weiterführung nach dem Aufbau der lichtführenden Schichten ein Aufkollabieren des Mantelrohres auf ein weiteres Substrat. Das weitere Substrat kann entweder ein Vollstab oder ein weiteres Mantelrohr sein.In connection with this, in another continuation after the construction of the light-guiding layers, a collapse of the jacket tube occurs on another substrate. The further substrate may be either a solid rod or another jacket tube.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach dem Aufbau der lichtführenden Schichten ein teilweise oder vollständiger Kollabierprozess zu einer Kapillare bzw. zu einem massiven Stab. Nach dem teilweisen oder vollständigen Kollabierprozess kann sich eine mechanische Bearbeitung zu einem Vieleckstab anschließen.In an expedient embodiment of the method takes place after the construction of light-guiding layers a partial or complete collapse process to a capillary or a solid rod. After the partial or complete collapse process, mechanical processing can be added to a polygon rod.
Die Kollabierprozesse können auch sukzessive erfolgen. Bei einer Ausführungsform erfolgt ein nachfolgendes Aufkollabieren mindestens eines weiteren dotierten und/oder undotierten Mantelrohres oder Halbzeugs. Dabei kann bei einem aufkollabierten dotierten Mantelrohr oder Halbzeug die chemische Zusammensetzung wenigstens eines Dotanden jedes einzelnen Substrats radial einen konstanten, linearen und/oder graduellen Verlauf besitzen. Durch ein derartiges Vorgehen werden unterschiedliche Brechzahlverläufe, insbesondere Gräben, Graduierungen oder kontante Abschnitte radial nach außen hin angestückt und miteinander kombiniert.The collapsing processes can also take place successively. In one embodiment, a subsequent Aufkollabieren at least one further doped and / or undoped jacket tube or semi-finished product. In this case, the chemical composition of at least one dopant of each individual substrate can have a constant, linear and / or gradual course in a collapsed sputtered tubular casing or semi-finished product. By such a procedure, different refractive index profiles, in particular trenches, graduations or contant sections, are added radially outwards and combined with one another.
Diese Fertigung kann mit mindestens einer weiteren Außenbeschichtung kombiniert werden.This production can be combined with at least one further outer coating.
Vorteilhaft ist es, bei den Kollabierprozessen Gläser gleicher oder ähnlicher chemischer Zusammensetzung zu vereinigen. Dies erhöht die Ausbeute des Prozessschrittes.It is advantageous to combine in the collapsing processes glasses of the same or similar chemical composition. This increases the yield of the process step.
In einem finalen Fertigungsschritt kann mindestens eine der Schutz-, Zwischen- und/oder Barriereschichten wenigstens teilweise wieder entfernt werden. Dadurch lassen sich Diffusionsvorgänge innerhalb des inneren Aufbaus induzieren, mit denen sich weitere Modifikationen des Brechzahlprofils erreichen lassen.In a final manufacturing step, at least one of the protective, intermediate and / or barrier layers can be at least partially removed again. As a result, diffusion processes can be induced within the internal structure with which further modifications of the refractive index profile can be achieved.
Die genannten Fertigungsschritte können mit Oberflächenbehandlungen kombiniert werden. In einem Zwischenschritt und/oder einem finalen Fertigungsschritt wird somit zweckmäßigerweise eine Oberflächenbehandlung, vorzugsweise eine Plasma- und/oder Feuerpolitur ausgeführt.The mentioned production steps can be combined with surface treatments. In an intermediate step and / or a final manufacturing step, a surface treatment, preferably a plasma and / or Feuerpolitur is thus expediently carried out.
Das Verfahren soll nun anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die
Es zeigt:It shows:
Das Mantelrohr besteht im hier vorliegenden Beispiel aus einer Quarzglasröhre einer bestimmten Dicke. Das Quarzglas ist mit einem oder mehreren Brechzahl verändernden Dotanden versehen. Hierbei kann insbesondere auf Fluor, Fluorverbindungen, Germanium, Phosphor, Aluminium, Bor oder auch auf andere Halogene und deren Verbindungen sowie auf andere Stoffe zurückgegriffen werden. Dabei wird die Brechzahl des Mantelrohres so eingestellt, dass diese kleiner als eine Kernbrechzahl des späteren Lichtleiters ist.The jacket tube consists in the present example of a quartz glass tube of a certain thickness. The quartz glass is provided with one or more refractive index-changing dopants. In this case, in particular fluorine, fluorine compounds, germanium, phosphorus, aluminum, boron or other halogens and their compounds and other substances can be used. The refractive index of the jacket tube is set so that it is smaller than a core refractive index of the subsequent light guide.
Das Mantelrohr dient als Träger für die in den nächsten Schritten ausgeführten Beschichtungen und Oberflächenmodifikationen des Einzelbausteins. In einem ersten Schritt wird auf die innere und/oder äußere Oberfläche
Zum Ausführen der Beschichtung können die dafür bekannten Beschichtungsverfahren zur Anwendung kommen. Dies betrifft insbesondere nasschemische Tauchverfahren, aber vor allem Abscheidevorgänge aus der Dampf- und Gasphase, die als Chemical Vapor Deposition CVD bekannt sind. Bei den nasschemischen Beschichtungsvorgängen wird das Mantelrohr entweder vollständig in ein Tauchbad gebracht oder es wird von der Abscheidelösung im Inneren durchspült. Zum Ausführen des CVD-Verfahrens wird das Mantelrohr lokal von außen erwärmt und im Inneren von einem Gasstrom durchströmt. Der Gasstrom enthält die für die aufzubringende Schicht vorgesehenen Stoffbestandteile in fein verteilter Form. Diese setzen sich thermophoretisch an der von außen lokal aufgeheizten Stelle des Mantelrohres ab. Zur Beschichtung der gesamten Innenfläche des Mantelrohres wird nun die Stelle der lokalen Erwärmung in Längsrichtung des Mantelrohres verschoben, sodass eine gleichmäßige Innenbeschichtung mit der Schutz-, Zwischen- und Barriereschicht
Weiterhin dient die sowohl innen als auch außen angeordnete Schutz-, Zwischen- und Barriereschicht
Das so mit der Schutzschicht modifizierte Mantelrohr steht nun für weitere, auf dessen Innen- oder Außenfläche auszuführende Beschichtungsvorgänge zur Verfügung. In dem hier vorliegenden Beispiel wird das Mantelrohr auf dessen Innenseite mit einer lichtführenden Beschichtung
Parallel zu dem vorhergehend beschriebenen ersten Einzelbaustein werden weitere Einzelbausteine, insbesondere ein zweiter und ein dritter Einzelbaustein, sowie ein mit Germanium dotierter Kern gefertigt.Parallel to the first individual module described above, further individual components, in particular a second and a third individual component, and a core doped with germanium are manufactured.
Die Einzelbausteine unterscheiden sich von dem ersten Einzelbaustein in ihrer Beschichtungsfolge. Der zweite Einzelbaustein besteht aus einem mit Fluor dotierten Mantelrohr, das auf dessen Außenseite mit einer Schutz-, Zwischen- und Barriereschicht und auf dessen Innenseite mit einer mit Germanium dotierten Beschichtung versehen ist.The individual blocks differ from the first single block in their coating sequence. The second single module consists of a fluorine-doped jacket tube, which is provided on the outside with a protective, intermediate and barrier layer and on its inside with a germanium-doped coating.
Der dritte Einzelbaustein besteht aus einem ebenfalls mit Fluor dotierten Mantelrohr, das ausschließlich auf dessen Innenfläche eine Schutz-, Zwischen- und Barriereschicht enthält.The third single module consists of a likewise doped with fluorine jacket tube containing only on the inner surface of a protective, intermediate and barrier layer.
Für ein Aufbringen einer äußeren Beschichtung erweist sich die Verwendung eines Plasmaabscheideverfahrens als besonders zweckmäßig. Hierzu wird das Mantelrohr in den Flammenbereich eines darunter befindlichen und entlang der Längsachse des Rohres verschiebbaren Plasmabrenners gebracht und um seine Längsachse gedreht. Innerhalb des Flammenstroms des Plasmabrenners werden die für die äußere lichtleitende Beschichtung vorgesehenen Stoffe zugesetzt. Diese scheiden sich auf der Außenseite des Mantelrohres ab.For application of an outer coating, the use of a plasma deposition method proves to be particularly useful. For this purpose, the jacket tube is brought into the flame region of a plasma torch located underneath and displaceable along the longitudinal axis of the tube and rotated about its longitudinal axis. Within the flame stream of the plasma torch, the substances intended for the outer photoconductive coating are added. These separate on the outside of the jacket tube.
Sowohl die Innen- als auch die Außenseite des Mantelrohres können nun weiteren Beschichtungsvorgängen unterzogen werden. Die Zahl der Beschichtungsvorgänge ist prinzipiell beliebig. Dabei lassen sich vor allem auf thermophoretischem Wege innerhalb des Mantelrohres komplexe Schichtstrukturen erzeugen.Both the inside and the outside of the jacket tube can now be subjected to further coating operations. The number of coating processes is basically arbitrary. In this case, it is possible to produce complex layer structures, especially on a thermophoretic path within the jacket tube.
In Abhängigkeit von der vorgesehenen Struktur des Halbzeugs bzw. des daraus zu fertigenden Lichtleiters können nun bei Bedarf weitere Modifikationen der Gesamtstruktur erfolgen. Möglich ist hier insbesondere ein Aufbringen einer weiteren Schutz-, Zwischen- und Barriereschicht auf die Außenseite des beschichteten Rohres oder aber auch eine Bearbeitung der äußeren Kontur des Rohres. Dies beinhaltet insbesondere ein Einarbeiten von Abflachungen, ein Überführen der runden äußeren Rohrkontur in eine polygonale, insbesondere eine gleichmäßig hexagonale, oktogonale oder auch eine quadratische Form, oder auch ein Einbringen lokaler Vertiefungen oder in Längsrichtung des Mantelrohres verlaufender Rillen. Derartige Modifikationen können beispielsweise durch ein lokales Ätzen, Laserbehandlungen oder durch Sputterprozesse vorgenommen werden.Depending on the intended structure of the semifinished product or of the optical waveguide to be produced therefrom, further modifications of the overall structure can now be made if necessary. In particular, it is possible here to apply a further protective, intermediate and barrier layer to the outside of the coated tube or else to machine the outer contour of the tube. This includes, in particular, incorporation of flattening, transfer of the round outer tube contour into a polygonal, in particular a uniform hexagonal, octagonal or also a square shape, or also introduction of local depressions or grooves extending in the longitudinal direction of the jacket tube. Such modifications can be made, for example, by a local etching, laser treatments or by sputtering processes.
Die weiteren an dem Mantelrohr vorgenommenen Herstellungsprozesse richten sich danach, an welche Stelle das Mantelrohr in das zu fertigende Halbzeug eingefügt werden soll. Bei einer Verwendung des Mantelrohres im Kernbereich des späteren Halbzeugs kann ein Kallabierprozess an dem Mantelrohr ausgeführt werden, wobei das Mantelrohr zu einem massiven Kernstab zusammenfällt. Dieser Kallabierprozess kann kontrolliert erfolgen. Dabei zwischen der Innen- und der Außenseite des Mantelrohres ein Druckgefälle eingestellt, der das Mantelrohr mit einer kontrollierbaren Geschwindigkeit und/oder auf einen kontrollierbaren Radius zusammenfallen lässt. Das Druckgefälle kann entweder durch das Erzeugen eines Unterdrucks im Rohrinnenraum oder durch einen von außen angelegten Überdruck erzeugt werden.The other manufacturing processes carried out on the jacket pipe depend on where the jacket pipe is to be inserted into the semifinished product to be manufactured. When using the jacket tube in the core region of the future semi-finished product, a Kallabierprozess can be performed on the jacket tube, wherein the jacket tube coincides to form a solid core rod. This Kallabierprozess can be controlled. In this case, set a pressure gradient between the inside and the outside of the jacket tube, which coincide the jacket tube with a controllable speed and / or to a controllable radius. The pressure gradient can be generated either by generating a negative pressure in the pipe interior or by a pressure applied from the outside.
Das Halbzeug wird schließlich aus mehreren derartigen Einzelbausteinen und/oder einem Stab oder einer Kapillare in einem konvergenten Produktionsablauf erzeugt. Das heißt, dass mehrere Mantelrohre und der Stab mit unterschiedlichen Größen, Beschichtungen zeitlich parallel gefertigt und in einem abschließenden Herstellungsprozess miteinander vereinigt werden, wobei die zunächst unabhängigen Produktionsschritte der einzelnen Mantelrohre schließlich in den abschließenden Schritt einmünden, d. h. konvergieren.Finally, the semifinished product is produced from a plurality of such individual building blocks and / or a rod or a capillary in a convergent production process. This means that several jacket tubes and the rod with different sizes, coatings are made parallel in time and combined in a final manufacturing process, the initially independent production steps of the individual jacket tubes finally lead to the final step, d. H. converge.
Die Vereinigung der Mantelrohre wird als eine Folge von Aufkollabierungen ausgeführt. Dabei dient der Kernstab
Der Kernstab
Der gleiche Kollabiervorgang vollzieht sich nun zwischen dem mittleren Mantelrohr
Die so gebildete Anordnung kann als Ganzes eines Plasma- und/oder Feuerpolitur und/oder einer Temperaturbehandlung unterzogen werden, um so ein spannungsfreies und mit einer einwandfreien Oberfläche versehenes Halbzeug zu erreichen.The arrangement thus formed may be subjected as a whole to a plasma and / or Feuerpolitur and / or a temperature treatment, so as to achieve a tension-free and provided with a flawless surface semi-finished product.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele zur Herstellung der Einzelbausteine sowie des Halbzeugs erläutert.Below, further embodiments for the preparation of the individual components and the semifinished product will be explained.
Zur Rohrfertigung wird in einem ersten Schritt ein Hilfsmaterial bereitgestellt. Dies ist vorzugsweise ein Graphit- oder SiC-Stab, wobei hierbei auch jedwedes andere hitze- und temperaturbeständige Material verwendet werden kann. Im angeführten Beispiel wird ein Graphitstab verwendet.For pipe production, an auxiliary material is provided in a first step. This is preferably a graphite or SiC rod, whereby any other heat and temperature resistant material can be used. In the example given, a graphite rod is used.
Im Folgenden erfolgt die Beaufschlagung des Graphitstabs mit der inneren Schutzschicht
Anschließend erfolgt die Aufbringung der äußeren Schutzschicht von 0,2–3 mm vorzugsweise 1 mm, entweder durch Aufkollabieren eines Rohres mit gewünschter Glaszusammensetzung oder durch Direktbeschichtung mit zuvor genannten Verfahren.Subsequently, the application of the outer protective layer of 0.2-3 mm, preferably 1 mm, either by Aufbollabieren a tube with the desired glass composition or by direct coating with the aforementioned method.
Nach dem Entfernen des Hilfsmaterials – im vorliegenden Beispiel des Graphitstabs – erfolgt eine Bearbeitung und/oder Reinigung und/oder Temperaturbehandlung der Innenoberfläche.After removal of the auxiliary material - in the present example, the graphite rod - there is a processing and / or cleaning and / or temperature treatment of the inner surface.
An diese Prozedur schließt sich ein Streckschritt an, so dass der Außendurchmesser des neuen Rohrs zwischen 24 und 36 mm vorzugsweise 32 mm beträgt. In diesem Rohr werden die lichtführenden Schichten mit Hilfe des CVD-Verfahrens oder des PIVD Verfahrens abgeschieden, wobei sich die Brechzahl ab einer gewissen Schichtanzahl kontinuierlich erhöht. Abschließend wird das so hergestellte Rohr zu einer Kapillare oder einem massiven Stab kollabiert.This procedure is followed by a stretching step, so that the outer diameter of the new tube between 24 and 36 mm is preferably 32 mm. In this tube, the light-guiding layers are deposited by means of the CVD method or the PIVD method, wherein the refractive index increases continuously from a certain number of layers. Finally, the tube thus produced is collapsed to a capillary or a solid rod.
Das daraus entstehende Produkt wird nach der Aufbereitung der äußeren Oberfläche mit wenigstens einem Rohr gewünschter Brechzahl und Wandstärke umfangen oder im Zuge einer Direktbeschichtung mit weiteren Schichten gewünschter Brechzahl und Wandstärke beschichtet. Dadurch wird das korrekte Kern/Mantel-Verhältnis bei der späteren Lichtleitfaser erzeugt.The resulting product is after the preparation of the outer surface with at least one tube of desired refractive index and Surround wall thickness or coated in the course of a direct coating with other layers of desired refractive index and wall thickness. As a result, the correct core / sheath ratio is generated in the later optical fiber.
Im ersten Schritt erfolgt die Bereitstellung eines Hilfsmaterial für die Rohrfertigung, vorzugsweise eines Graphit oder SiC-Stabs, wobei hierbei auch jedwedes andere hitze- und temperaturbeständige Material verwendet werden kann. Im angeführten Beispiel wird ein Graphitstab mit 43 mm Außendurchmesser verwendet.In the first step, the provision of an auxiliary material for pipe production, preferably a graphite or SiC rod, whereby any other heat and temperature resistant material can be used. In the example given, a graphite rod with 43 mm outer diameter is used.
Im Folgenden erfolgt die Beaufschlagung des Graphitstabs mit einer Glasrußschicht gewünschter Brechzahl. Anschließend erfolgt die Abscheidung der inneren Schutzschicht
Eine weitere Zwischenschicht aus Quarzglas mit einer Wandstärke zwischen 0,01 mm und 2,5 mm vorzugsweise 0,7 mm wird mit Hilfe der zuvor genannten Verfahren aufgebracht, wobei es sich entweder um undotiertes Quarzglas handelt oder um dotiertes Quarzglas, wobei für diesen Fall für dessen Brechzahldifferenz Δn2 vorzugsweise gilt:
Im Anschluss an diese Zwischenschicht
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt im ersten Schritt die Bereitstellung eines Hilfsmaterial für die Rohrfertigung, vorzugsweise eines Graphit oder SiC-Stabs, wobei hierbei auch jedwedes andere hitze- und temperaturbeständige Material verwendet werden kann. Im angeführten Beispiel wird ein Graphitstab mit 43 mm Außendurchmesser verwendet.In a further embodiment, in the first step, the provision of an auxiliary material for tube production, preferably a graphite or SiC rod, wherein in this case also any other heat and temperature resistant material can be used. In the example given, a graphite rod with 43 mm outer diameter is used.
Im Folgenden erfolgt die Beaufschlagung des Graphitstabs mit einer Glasrußschicht gewünschter Brechzahl. Diese wird zumindest ansatzweise durch nachfolgende Beschichtungsprozesse zu einer Glasschicht verschmolzen. Nachfolgend erfolgt die Bildung eines fluordotierten Grabens
Nach dem Entfernen des Hilfsmaterials – im vorliegenden Beispiel des Graphitstabs – erfolgt eine Bearbeitung und/oder Reinigung und/oder Temperaturbehandlung der Innenoberfläche. Es können sich ein oder mehrere Streckprozesse anschließen.After removal of the auxiliary material - in the present example, the graphite rod - there is a processing and / or cleaning and / or temperature treatment of the inner surface. One or more stretching processes may follow.
Anschließend wird mit Hilfe von Innenabscheideprozessen, wie beispielsweise MCVD oder PIVD (Plasma Inside Vapor deposition) die gewünschte Brechzahlabfolge hergestellt. Nach Abschluss der Innenbeschichtungen können eine Temperaturbehandlung und/oder Streckprozesse durchgeführt werden. Das daraus entstehende Produkt wird nach der Aufbereitung der äußeren Oberfläche mit wenigstens einem Rohr gewünschter Brechzahl und Wandstärke umfangen oder im Zuge einer Direktbeschichtung mit weiteren Schichten gewünschter Brechzahl und Wandstärke beschichtet. Dadurch wird das korrekte Kern/Mantel-Verhältnis bei der späteren Lichtleitfaser erzeugt.Subsequently, with the help of Innenabscheideprozessen, such as MCVD or PIVD (plasma inside vapor deposition), the desired refractive index sequence is produced. After completion of the inner coatings, a temperature treatment and / or stretching processes can be carried out. The product resulting therefrom is enveloped after the preparation of the outer surface with at least one tube of desired refractive index and wall thickness or coated in the course of a direct coating with further layers of desired refractive index and wall thickness. As a result, the correct core / sheath ratio is generated in the later optical fiber.
Es versteht sich von selbst, dass die hier ausgeführten Ausführungsbeispiele in der Abfolge der einzelnen Schritte und Beschichtungsparameter wie Brechzahl, Wandstärke, Durchmesserangaben, Schichtanzahl und Abfolge vom Fachmann gemäß der zu lösenden Aufgabe angepasst werden müssen.It goes without saying that the embodiments described here must be adapted in the sequence of the individual steps and coating parameters such as refractive index, wall thickness, diameter data, number of layers and sequence by the person skilled in the art in accordance with the problem to be solved.
Das Verfahren wurde anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie im Rahmen fachmännischen Handelns.The method has been described by means of exemplary embodiments. Further embodiments will become apparent from the dependent claims and in the context of expert action.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Mantelrohrcasing pipe
- 22
- Innenseiteinside
- 33
- Schutz-, Zwischen- und BarriereschichtProtective, intermediate and barrier layer
- 44
- Außenseiteoutside
- 55
- lichtführende Beschichtunglight-guiding coating
- 66
- innere lichtleitende Beschichtunginner photoconductive coating
- 77
- äußere lichtleitende Beschichtungouter photoconductive coating
- 88th
- Kernstabcore rod
- 99
- mittleres Mantelrohrmiddle jacket pipe
- 1010
- äußeres Mantelrohrouter jacket tube
- 1515
- innere Schutzschichtinner protective layer
- 1616
- erster dotierter Grabenfirst spiked trench
- 1717
- Zwischenschichtinterlayer
- 1818
- fluordotierter Grabenfluorine-doped trench
- 1919
- äußere Schutzschichtouter protective layer
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201110110247 DE102011110247A1 (en) | 2011-05-27 | 2011-05-27 | Method for fabricating preform for manufacturing bend-optimized optical fiber, involves changing outer diameter of rotationally symmetric rod and/or tube and/or individual module by compression or stretching operation |
Applications Claiming Priority (1)
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DE201110110247 DE102011110247A1 (en) | 2011-05-27 | 2011-05-27 | Method for fabricating preform for manufacturing bend-optimized optical fiber, involves changing outer diameter of rotationally symmetric rod and/or tube and/or individual module by compression or stretching operation |
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DE102011110247A1 true DE102011110247A1 (en) | 2013-05-16 |
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-
2011
- 2011-05-27 DE DE201110110247 patent/DE102011110247A1/en active Pending
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