DE10252764B3 - Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen, hohlstrukturieren Vorform und Verfahren zur Herstellung von durchgehende Hohlstrukturen enthaltenden optischen Fasern aus der Vorform - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen, hohlstrukturieren Vorform und Verfahren zur Herstellung von durchgehende Hohlstrukturen enthaltenden optischen Fasern aus der Vorform Download PDF

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Abstract

Bei der Herstellung derartiger hohlstrukturierter Vorformen kommt es u. a. auf eine sehr genaue Strukturierung der Hohlräume an. Dies wird erfindungsgemäß durch nachstehende Verfahrensschritte erzielt: DOLLAR A - Bereitstellen von Rohr/Stab-Einheiten, indem Glasrohre mit Innenstäben versehen werden, deren Außendurchmesser den Durchmessern der in der Vorform zu erzeugenden Hohlstrukturen entspricht und deren Wärmedehnung mindestens dem 1,2-fachen der Wärmedehnung des Glases entspricht, und indem die Glasrohre mit den Innenstäben evakuiert und über den Erweichungspunkt erwärmt werden, bis sich die Glasrohre an die Innenstäbe anschmiegen und deren Kontur annehmen, DOLLAR A - Zusammenfassen mehrerer Rohr/Stab-Einheiten zu einem Paket, DOLLAR A - Erhitzen des Paketes unter gegenseitigem Verschmelzen der Glasrohre der Rohr/Stab-Einheiten zu einem festen Verbund und DOLLAR A - Entfernen der Innenstäbe aus dem Verbund nach dessen Abkühlung. DOLLAR A Aus einer derartigen hohlstrukturierten Vorform kann auf übliche Weise eine optische Faser mit durchgehenden, sehr genauen Hohlraum-Strukturen gezogen werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen, hohlstrukturierten Vorform.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung von durchgehende Hohlstrukturen enthaltenden optischen Fasern aus dieser Vorform.
  • Moderne leitungsgebundene Informationsübertragungssysteme basieren typischerweise auf faseroptischen Lichtleitern aus Glas oder Kunststoff. Eine Vielzahl von einzelnen Lichtleitfasern sind dabei in einem Lichtleitfaser-Bündel zusammengefasst. Zur Verstärkung des Konstrastes können dabei zusätzlich semitransparente oder opake Fasern zwischen den einzelnen transparenten Lichtleitfasern angeordnet sein.
  • Durch die verlustarme Ausbreitung des Lichts in den Fasern können große Entfernungen ohne Verstärkung überwunden werden. Zudem können in Lichtleitfasern höhere informationsdichten übermittelt werden als in herkömmlichen Kupferkabeln.
  • Typischerweise werden bisher sogenannte Monofasern eingesetzt. Sie bestehen aus einem im Durchmesser wenige μm dünnen Kern, der von mindestens einem Mantel aus einem Material mit etwas niedrigerem Brechungsindex umgeben ist. Durch diese Anordnung wird das Licht aufgrund der Totalreflektion an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel innerhalb des Kerns gehalten und breitet sich entlang der Faser aus.
  • Es ist bekannt, die einzelnen Lichtleitfasern entweder direkt aus der Schmelze zu ziehen, wobei die Kern-Mantel-Monofasern typischerweise mittels eines Doppeltiegels gezogen werden, oder indirekt aus einer Vorform, auch Vorformling oder Preform genannt. Auch das Herstellen durch Extrudieren ist bekannt.
  • Unter dieser Vorform versteht man grundsätzlich eine Rohfaser mit entsprechend großem Durchmesser, welche schon den Schichtaufbau der späteren Lichtleitfaser aufweist und die direkt zu einer typischen, einzelnen, flexiblen Lichtleitfaser, d.h. einer Monofaser, oder zunächst zu einem im Durchmesser stärkeren, starren Faserstab ausgezogen werden kann.
  • Aktuell gelangen Lichtleitfasern ins Interesse der Forschung, die über ihre gesamte Länge Hohlräume aufweisen. Dabei sind zwei Typen von Hohlfasern zu unterscheiden.
  • Bei dem ersten Typ einer Monofaser nach dem Kern/Mantel-Prinzip lässt sich durch die Hohlräume ein anderer mittlerer Brechungsindex im Mantelmaterial einstellen; die Lichtleitungseigenschaften beruhen dann wie im herkömmlichen Fall auf dem Brechungsindexunterschied zwischen Kern und Mantel. Es ist so möglich, dass Kern und Mantel aus dem gleichen Material bestehen, was die Herstellung vereinfacht.
  • Ein anderer Typ Hohlfasern stellen die sogenannten photonischen Kristallfasern dar. Hierbei beruht der Mechanismus der Lichtleitung auf einer Bandlücke, die durch die periodische Struktur eines Gitters mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten erzeugt wird. Dies erlaubt, die optischen Eigenschaften der Fasern, z.B. die Dispersion, genau auf den Anwendungsfall abzustimmen. So ist es z.B. auch möglich, das Licht selbst in einem Hohlkanal in der Faser zu führen und so Wellenlängen zu leiten, für die das Material an sich eine hohe Absorption aufweist. Wichtig für die Einstellung der gewünschten Eigenschaften ist die genaue Darstellung einer solchen Struktur, die durch die Dielektrizitätskonstanten ε 1 (z.B. Glas) und ε 2 (z.B. Luft), die Gitterkonstante g, die dem Abstand der Löcher entspricht, und den Durchmesser der Löcher, charakterisiert ist.
  • Üblicherweise werden diese Fasern ähnlich den bisherigen Lichtleitfasern im Wiederziehverfahren aus Vorformen hergestellt, die im Querschnitt der fertigen Faser entsprechen, die jedoch um einen bestimmten Maßstab vergrößert sind. Um diesen Maßstab wird die Faser beim Wiederziehprozeß verjüngt. Die Herstellung der Vorform mit den benötigten Hohlräumen ist bisher jedoch noch nicht zur Zufriedenheit gelöst. Denn die in der Vorform enthaltenen Hohlräume müssen genauen geometrischen Vorgaben entsprechen, insbesondere hinsichtlich der Querschnittsform, der Abmessungen und der Lage der Hohlräume zueinander, was produktionstechnisch nicht einfach zu realisieren ist.
  • Es wäre denkbar, eine solche Vorform durch Bohren, Schleifen und Polieren aus einem massiven Glasblock herzustellen. Allerdings ist bei diesem Verfahren die Vorformlänge limitiert, so dass es wirtschaftlich nicht sinnvoll ist, die Vorform auf diese Weise herzustellen.
  • Die US 6,260,388 B1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorform durch eine Kombination von Extrudieren und Ziehen.
  • Ein weiteres übliches Herstellungsverfahren wird z.B. in WO 00/49436 A1 beschrieben: Glasstäbe und Glasröhren werden zu einer passenden Preform zusammengesteckt und während des Verschmelzens in Position gehalten. Hilfsmittel zum Halten der einzelnen Stäbe oder Rohre werden dabei in dem Patent Abstract of Japan mit der Veröffentlichungsnummer 2 001 220164 A beschrieben.
  • Allen genannten Verfahren ist gemeinsam, dass eine sehr präzise Formung der Kontur der Hohlräume nicht möglich ist.
  • Aus anderen Bereichen der Technik ist ein Verfahren bekannt, um Einzelrohre mit sehr präzise definiertem Innendurchmesser herzustellen. Dieses Verfahren wird seit langem für Präzisionsrohre, etwa für Durchflussmesser oder Passhülsen verwendet. Dabei wird ein sehr genau bearbeiteter Innenstab aus einem Metall mit einer Wärmedehnung, die deutlich oberhalb der Wärmedehnung des Glasrohres liegt, in ein einseitig verschlossenes Glasrohr mit etwas größerem Innendurchmesser eingeführt. Anschließend wird das offene Ende an eine Vakuumquelle angeschlossen. Durch Erwärmen des Glasrohres bis zur Erweichung wird bewirkt, dass sich das Glasrohr an den Innenstab anschmiegt. Nach der Abkühlung des Rohr-Stab-Verbundes kann der Stab aus dem Rohr entfernt werden, da die unterschiedliche thermische Dehnung der beiden Materialien bewirkt, dass sich der Innenstab stärker zusammen zieht als das Rohr und sich somit der Stab vom Rohr löst. Dieses Verfahren wird jedoch nur für Einzelrohre angewandt. Ausführungen mit mehreren Innenstäben sind bisher nicht bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von faseroptischen Vorformen zur Verfügung zu stellen, mit dem Vorformen hergestellt werden können, die sehr genau definierte, nach einem vorgegebenen Muster angeordnete Hohlräume über große Teile der Länge der Vorform enthalten. Aus einer derartigen Vorform können durch Erwärmen und Wiederziehen Monofasern erhalten werden, die die genannten definierten Hohlräume über ihre gesamte Länge aufweisen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen, hohlstrukturierten Vorform mit den Schritten:
    • – Bereitstellen von Rohr/Stab-Einheiten, indem Glasrohre mit Innenstäben versehen werden, deren Außendurchmesser den Durchmessern der in der Vorform zu erzeugenden Hohlstrukturen entspricht und deren Wärmedehnung mindestens dem 1,2-fachen der Wärmedehnung des Glases entspricht, und indem die Glasrohre mit den Innenstäben evakuiert über den Erweichungspunkt erwärmt werden, bis sich die Glasrohre an die Innenstäbe anschmiegen und deren Kontur annehmen,
    • – Zusammenfassen mehrerer Rohr/Stab-Einheiten zu einem Paket,
    • – Erhitzen des Paketes unter gegenseitigem Verschmelzen der Glasrohre der Rohr/Stab-Einheiten zu einem festen Verbund, und
    • – Entfernen der Innenstäbe aus dem Verbund nach dessen Abkühlung.
  • Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt es, auf wirtschaftliche Weise faseroptische Vorformen herzustellen, die sehr genau definierte, nach einem durch die Innenstäbe vorgegebenen Muster angeordnete langgestreckte, durchgehende Hohlräume aufweisen.
  • Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung von durchgehend präzise Hohlstrukturen enthaltenden optischen Fasern gelingt die Lösung durch Ausziehen eines bis zum Erweichen wiedererwärmten Endes der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten hohlstrukturierten Vorform.
  • Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich auch anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
  • Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 in einer schematischen längsschnittartigen Darstellung die Herstellung einer Einheit, bestehend aus einem Glasrohr, das auf einem metallischen Stab aufgebracht ist, die einen Basis-Modul für die Herstellung der faseroptischen Hohlstrukturen aufweisenden Vorform, darstellt,
  • 2 eine Anordnung von mehreren, die Vorform bildenden Stab/Rohr-Einheiten nach 1, und zwar im Figurenteil A als Paket vor den und im Figurenteil B nach dem Verschmelzen zu einem Verbund,
  • 3 eine Vorform entsprechend 2, bei der die Rohr/Stab-Einheiten mit einem Hüllrohr umgeben sind, ebenfalls im Figurenteil A vor dem Verschmelzen und im Figurenteil B nach dem Verschmelzen der Einheiten mit dem aufgeschrumpften Hüllrohr,
  • 4 eine Vorform entsprechend 3, bei der zusätzlich in den Lücken zwischen den Rohr/Stab-Einheiten weitere Stäbe eingelegt sind (Figurenteil A), die dann nach dem Verschmelzen der Einheiten im Verschmelzbereich eingeschmolzen sind (Figurenteil B), und
  • 5 im Figurenteil A eine Vorrichtung zur starren Halterung der Rohr/Stab-Einheiten während ihrer Verschmelzung zur Vorform und im Figurenteil B eine Vorrichtung zur losen Halterung der Rohr/Stab-Einheiten während ihrer Verschmelzung.
  • Die erfindungsgemäßen, Hohlstrukturen aufweisenden Vorformen zum Herstellen von Fasern aus Glas mit durchgängigen Hohlstrukturen bestehen aus mehreren, zusammengefügten Rohreinheiten aus Glas, deren Herstellung nachstehend beschrieben wird.
  • Aus dem für die Fasern benötigten Glas werden in einem ersten Schritt nach bekannten Verfahren Rohre hergestellt, die einen Innendurchmesser etwas über dem anschließend in der Vorform benötigten Hohlraumdurchmesser aufweisen. Beispielsweise können diese Rohre aus der Schmelze gezogen werden oder über einen Flammhydrolyseprozeß auf einen Kern aufgesprüht und anschließend gesintert werden.
  • Diese Rohre können einseitig bereits verschlossen sein. Damit erhält man Vorformen, die einseitig verschlossene Hohlstrukturen aufweisen, was für die Weiterverarbeitung vorteilhaft sein kann. Insbesondere bei einer großen Anzahl von Hohlstrukturen ist dieses Verfahren zu bevorzugen. Werden die Rohre beidseitig offen gelassen, können höhere Präzisionen erreicht werden, da von einem gleichförmigen Ausgangszustand ausgegangen wird und keine besonderen Effekte an den einseitig verschlossenen Rohren beachtet werden müssen. In diesem Fall müssen jedoch vor dem Wiederziehen die gewünschten Hohlräume nachträglich einseitig verschlossen werden.
  • Die so hergestellten Rohre werden anschließend hinsichtlich der zu erzeugenden Hohlstruktur kalibriert. Dazu wird, wie schematisch in 1 anhand einer einzigen Rohr/Stab-Einheit dargestellt, in das jeweils zu kalibrierende Rohr 1 ein sehr genau bearbeiteter metallischer, als Dorn wirkender Innenstab 2 eingeführt, dessen Durchmesser bzw. generell dessen größte Querschnittsachse kleiner als der Durchmesser des Rohres 1 ist. Der metallische Innenstab 2 entspricht in der Querschnittsform der zu formenden Hohlstruktur. Die Abmessungen des Innenstabes werden anhand der Abmessungen der zu formenden Hohlstrukturen und den Wärmedehnungen des Glases und des Stabmaterials bestimmt. Die Querschnittsform kann nahezu beliebig gewählt werden, beispielsweise rund oder polygonförmig. Auch andere Querschnitte sind möglich, bevorzugt werden jedoch kreisrunde oder hexagonale Querschnitte. Der Querschnitt der Innenstäbe muß jedoch über deren gesamte Länge konstant bleiben, um eine anschließende Entfernung aus dem Glasrohr zu ermöglichen. Das Material für die Innenstäbe wird bezüglich seiner Hitzebeständigkeit und Wärmeausdehnung ausgewählt. Das Material darf sich bei den anschließenden Erwärmungsprozessen nicht verändern. Darüber hinaus ist ein gewisser Unterschied in den thermischen Ausdehnungen zwischen dem Stabmaterial und dem Glas notwendig. Der thermische Ausdehnungskoeffizient sollte daher mindestens das 1,2-fache dessen des Glases betragen.
  • Anschließend wird der Zwischenraum 3 zwischen dem Glasrohr 1 und dem metallischen Dorn 2 evakuiert und dabei wird das Glasrohr 1 bis zum Erweichen mit bekannten Methoden erwärmt, z.B. durch eine ringförmige Heizung 4, die axial entlang der Rohr/Stab-Einheit in Pfeilrichtung geführt wird. Das Erwärmen kann jedoch auch gleichmäßig über die gesamte Länge des Rohres erfolgen. Durch das Erwärmen unter Vakuum schmiegt sich das Glasrohr 1 an den Innenstab 2 an und bildet dessen Kontur ab.
  • Für regelmäßige Strukturen, die eine hohe Präzision erfordern, können die so erhaltenen Rohr/Stab-Einheiten weiter bearbeitet werden, um einer definierten Geometrie zu entsprechen. Beispielsweise kann durch Schleifen und Polieren ein sehr exakter Außendurchmesser eingestellt werden. Dabei kann der Innenstab zur Einspannung dienen, so dass Innen- und Außenwandung des Glasrohres sehr genau konzentrisch hergestellt werden können.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorform werden mehrere Rohr/Stab-Einheiten nach 1 benötigt. Diese Rohr/Stab-Einheiten werden anschließend zu einem Packet zusammengefasst.
  • Dabei sind eine Vielzahl von Varianten möglich. Beispielsweise können die Rohr/Stab-Einheiten in einem definierten Raster angeordnet werden, um eine Vorform mit kristallgitterartig wiederkehrenden Hohlräumen zu erzeugen. Hierzu werden die Innenstäbe der Einheiten bevorzugt in einer Aufnahme gehaltert. Ebenso können in die Zwischenräume zwischen den Einheiten zusätzliche Glasstäbe eingeführt werden, um die Packungsdichte innerhalb des Paketes zu erhöhen. Des Weiteren können Einheiten mit unterschiedlichen Rohr- und/oder Stabdurchmessern bzw. -formen zusammengebracht werden, gegebenenfalls mit zusätzlichen Glasstäben. Damit lassen sich Vorformen mit unregelmäßiger Hohlraumanordnung herstellen.
  • Dieses Packet aus einer Mehrzahl Rohr/Stab-Einheiten, die bei Bedarf zueinander fixiert sind, wird erhitzt und so zu einem festen Verbund zusammengebracht. Dabei kann das Erhitzen so weit geführt werden, dass alle im Packet vorhandenen Hohlräume verschwinden und die Einheiten vollständig miteinander verschmelzen. Dann wird das Verschmelzen vorzugsweise im Vakuum durchgeführt. Alternativ dazu kann das Erwärmen auch nur bis zu einem Punkt durchgeführt werden, an dem die Einheiten an ihren Berührungslinien verschmelzen und in den Zwischenräumen noch Hohlräume bleiben. Mit dieser Prozessführung ist es einfacher, die hohe Ausrichtungsgenauigkeit der Einheiten im Packet zu erhalten. Bei der Verwendung von metallischen Innenstäben hat es sich die Erwärmung mit Mittelfrequenzbeheizung als zweckmäßig erwiesen, da dadurch die einzelnen Innenstäbe geheizt werden und somit eine gleichmäßige Durchwärmung des gesamten Paketes erfolgt. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von dickeren Vorformen wichtig.
  • Nach dem Abkühlen des Paketes werden die Innenstäbe aus dem Paket entfernt, bei Bedarf werden die somit entstandenen Hohlräume noch einseitig verschlossen.
  • Die 25 zeigen konkrete Ausgestaltungen von vorstehend beschriebenen Varianten.
  • Die 2 zeigt eine Variante mit regelmäßig axialsymmetrisch angeordneten Rohr/Stab-Einheiten, jeweils mit dem Kernstab 2 und dem auf dem Kernstab aufliegenden Rohr 1. Zur Vereinfachung sind nur sieben Rohr/Stab-Einheiten dargestellt.
  • Der Figurenteil 2A zeigt dabei diese Rohr/Stab-Einheiten, die als Paket mechanisch fixiert sind, vor dem Erwärmen und gegenseitigen Verschmelzen zu einem festen Verbund. Bei diesem nachfolgenden Erwärmungsschritt sollen bei der Variante nach 2 keine äußeren Kräfte aufgebracht werden.
  • Der Figurenteil 2B zeigt die Anordnung der Rohr/Stab-Einheiten nach dem Erwärmen. Die Rohre 1 sind an ihren Kontaktstellen miteinander verschmolzen. Da kein äußerer Druck oder Vakuum angelegt wurde, verbleiben in den ehemaligen Zwickeln zwischen den Rohren Hohlräume 5.
  • Die 3 zeigt ein Paket von Rohr/Stab-Einheiten entsprechend 2, wobei die noch nicht miteinander verschmolzenen Rohre 1 der Rohr/Stab-Einheiten nach Figurenteil 3A von einem Hüllrohr 6 als Paket umfasst sind. Vor dem Erwärmen des gesamten Paketes, beispielsweise in einem Ofenraum 6, kann der Raum innerhalb des Hüllrohres 6 evakuiert werden, alternativ dazu kann der Ofenraum außerhalb des Paketes unter Überdruck stehen.
  • Der Figurenteil 3B zeigt die Anordnung des Figurenteils 3A nach dem Erwärmen und Erweichen des Paketes. Sowohl mit äußerem Überdruck als auch mit evakuiertem Hüllrohr legt sich das ehemalige Hüllrohr nach der Erweichung an die Rohr/Stab-Einheiten an und bildet einen gemeinsamen Mantel 7, während die Einzelrohre 1 miteinander verschmelzen. Wird mit äußerem Überdruck gearbeitet, verbleiben in der Regel, wie dargestellt, Hohlräume 8 zwischen den vorherigen Rohr/Stab-Einheiten. Bei Evakuierung des Hüllrohres verschwinden diese Hohlräume während des Verschmelzens.
  • Das Hüllrohr 6 besteht vorzugsweise aus einem Glas, welches hinsichtlich seiner Erweichungs- und Ausdehnungscharakteristik an das Glas der Rohr/Stab-Einheiten angepasst ist. Bei Bedarf kann es eingefärbt sein, um nach dem Faserziehen Streustrahlung von der Faser abzuhalten.
  • Die 4 zeigt eine Untervariante der Ausführung nach 3, bei der das Rohr/Stab-Paket ebenfalls mit einem Hüllrohr 6 entsprechend 3 umgeben ist. Zusätzlich sind jedoch in den freien Zwischenräumen zwischen der mittigen Rohr/Stab-Einheit und den diese umgebenden Rohr/Stab-Einheiten weitere Stäbe 9 angeordnet (Figurenteil A).
  • Der Figurenteil B zeigt die vorstehende Untervariante nach dem Erwärmen und vorherigem Evakuieren des Hüllrohres. Das Hüllrohr hat sich als gemeinsamer Mantel um den Verbund gelegt, die zusätzlichen Stäbe 9 sind in den Verbund eingeschmolzen. Im dargestellten Fall bleiben aufgrund der Evakuierung des Hüllrohres vor dem Erweichen keine Hohlräume mehr erhalten.
  • Die zusätzlichen Stäbe 9 bestehen vorzugsweise aus einem hinsichtlich seiner Erweichungs- und Ausdehnungscharakteristik an das Glas der Rohr/Stab-Einheiten angepassten Glas. Besonders bevorzugt bestehen die Stäbe aus dem selben Glas wie das Glas der Rohr/Stab-Einheiten. Bei Bedarf kann auch dieses Glas eingefärbt sein.
  • Die in den 2, 3 und 4 dargestellten Rohr/Stab-Pakete bedürfen während der Verschmelzung der Rohr/Stab-Einheiten zu einem festen Verbund, der jeweils in den Figurenteil B dargestellt ist, einer Vorrichtung zur Halterung der Rohr/Stab-Einheiten. Die 5A zeigt dabei eine Vorrichtung zur starren Halterung. Der Einfachheit halber ist wiederum nur eine kleine Halterung für sieben Rohr/Stab-Einheiten entsprechend 2 dargestellt. Eine Grundplatte 11 weist eine zentrale Öffnung 12 und diese umgebende Öffnungen 13a auf. Diese Öffnungen können an den Enden der Kernstäbe der Rohr/Stab-Einheiten zentral angebrachte Stifte aufnehmen und so die Positionen der Rohr/Stab-Einheiten definieren und während des Verschmelzens fixieren. Im dargestellten Fall erlauben die eng angepassten Öffnungen 12, 13 keine Bewegung der Rohr/Stab-Einheiten während des Verschmelzens.
  • Die 5Bzeigt eine Vorrichtung zur losen Halterung der Rohr/Stab-Einheiten. Anstelle der in 5A dargestellten exakten Öffnung 13 sind jetzt die zentrale Öffnung 12 umgebende Öffnungen 14 vorhanden, die eine Bewegung der Rohr/Stab-Einheiten in Richtung auf die zentrale Öffnung hin erlauben, im Beispiel dargestellt als Langlöcher. Dadurch wird es möglich, dass sich die Rohr/Stab-Einheiten während des Verschmelzens aufeinander zu bewegen und somit im Bündel vorhandene Hohlräume verschwinden können.
  • Es versteht sich, dass für den Fachmann auch andere mechanische Maßnahmen zur Halterung der Rohr/Stab-Einheiten während der Erwärmung, d.h. ihrer Verschmelzung denkbar sind.
  • Aus den so hergestellten Vorformen können, nachdem jeweils die Stäbe 2 entfernt worden sind, nach an sich bekannten Verfahren Fasern hergestellt werden, die über ihre gesamte Länge verlaufende Hohlstrukturen enthalten, die ein verkleinertes Abbild der in der Vorform enthaltenen Strukturen darstellen. Dazu wird die Vorform in eine geeigneten Vorrichtung senkrecht aufgehängt, an ihrem unteren Ende bis zum Erweichen erhitzt und zu einer Faser ausgezogen (draw-down-Verfahren). Im Fall von Vorformen, die noch durchgängige Hohlstrukturen enthalten, die nicht in den Fasern erhalten bleiben sollen, wird das nicht erwärmte Ende der Vorform an eine Vakuumquelle angeschlossen, so dass sich diese Hohlkanäle beim Wiederziehen verschließen.
  • Bei sehr großen und schweren Vorformen ist es vorteilhaft, den Ziehprozeß umzukehren und die Vorform auf einer Vorrichtung einzuspannen, das obere Ende zu erwärmen und die Fasern nach oben abzuziehen (draw-up-Verfahren). Bei Bedarf kann auch in diesem Fall eine Vakuumquelle zum Verschließen überzähligen Hohlkanäle angeschlossen werden.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind sieben Rohr/Stab-Einheiten pro Verbund vorgesehen. Es versteht sich, dass auch weniger, vorzugsweise jedoch noch mehr Rohr/Stab-Einheiten zu einer Vorform verschmolzen werden können. Beispielsweise können weitere sechs Rohr/Stab-Einheiten vorgesehen sein, die in die Lücken der ringförmig angeordneten ersten Reihe der Rohr/Stab-Einheiten platziert werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen, hohlstrukturierten Vorform, mit den Schritten: – Bereitstellen von Rohr/Stab-Einheiten, indem Glasrohre mit Innenstäben versehen werden, deren Außendurchmesser den Durchmessern der in der Vorform zu erzeugenden Hohlstrukturen entspricht und deren Wärmedehnung mindestens dem 1,2-fachen der Wärmedehnung des Glases entspricht, und indem die Glasrohre mit den Innenstäben evakuiert und über den Erweichungspunkt erwärmt werden, bis sich die Glasrohre an die Innenstäbe anschmiegen und deren Kontur annehmen, – Zusammenfassen mehrerer Rohr/Stab-Einheiten zu einem Paket, – Erhitzen des Paketes unter gegenseitigem Verschmelzen der Glasrohre der Rohr/Stab-Einheiten zu einem festen Verbund, und – Entfernen der Innenstäbe aus dem Verbund nach dessen Abkühlung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenstäbe in einseitig verschlossene Glasrohre eingebracht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenstäbe in beidseitig offene Glasrohre eingebracht werden und die Öffnungen, die durch das spätere Entfernen der Innenstäbe aus dem Verbund entstehen, einseitig verschlossen werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Innenstäbe mit kreisrunden oder ovalen Querschnitten eingebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Innenstäbe mit polygonförmigen Querschnitten eingebracht werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbund Innenstäbe mit unterschiedlicher Geometrie bezüglich Durchmesser und Querschnittsform gemeinsam verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasrohre der Rohr/Stab-Einheiten nach dem Aufschrumpfen der Rohre auf die Innenstäbe nachträglich bearbeitet werden, um einer definierten Geometrie zu entsprechen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in das Paket der Rohr/Stab-Einheiten in die verbleibenden Zwischenräume zusätzliche Stäbe eingelegt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr/Stab-Einheiten in einer regelmäßigen Anordnung zu einem Paket zusammengefasst werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr/Stab-Einheiten in einer unregelmäßigen Anordnung zu einem Paket zusammengefasst werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Paket der Rohr/Stab-Einheiten beim Erhitzen evakuiert wird und vollständig zu einem massiven Verbund verschmolzen wird, so dass innerhalb des Verbundes keine Hohlräume mehr enthalten sind.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Paket der Rohr/Stab-Einheiten nur so weit erwärmt wird, dass die Glasrohre der Rohr/Stab-Einheiten nur an ihren Berühungslinien verschmelzen, während in den Zwischenräumen Hohlräume erhalten bleiben.
  13. Verfahren zur Herstellung von präzise Hohlstrukturen enthaltenden optischen Fasern durch Ausziehen eines bis zum Erweichen wiedererwärmten Endes der nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellten hohlstrukturierten Vorform.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, mit den Schritten: – Eine gemäß Anspruch 11 hergestellte hohlstrukturierte Vorform wird an einem Ende mechanisch befestigt, – die Vorform wird an dem dem Ende mit den verschlossenen Hohlräumen gegenüberliegenden Ende bis zur Erweichung erwärmt, und – das erweichte Ende wird fortlaufend zu einer Faser ausgezogen.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, mit den Schritten: – Eine gemäß Anspruch 12 hergestellte hohlstrukturierte Vorform wird an einem Ende mechanisch befestigt, – das Ende der Vorform mit den verschlossenen Hohlräumen wird an eine Vakuumquelle angeschlossen, um die verbleibenden Hohlräume in der Vorform zu evakuieren, – die Vorform wird am gegenüberliegenden Ende bis zur Erweichung erwärmt, wobei sich die noch verbliebenen Hohlräume in der Vorform schließen, und – das erweichte Ende wird fortlaufend zu einer Faser ausgezogen.
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