DE1909433B2 - Verfahren zur Herstellung einer·*1™*11 optischen Glasfaser hoher Uchtdurchlässigkeit, bestehend im wesentlichen aus SUizidioxid und Titanoxid - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer·*1™*11 optischen Glasfaser hoher Uchtdurchlässigkeit, bestehend im wesentlichen aus SUizidioxid und Titanoxid

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hochreinen optischem Glasfaser hoher Lichtdurchlässigkeit, bestehend im wesentlichen aus Siliziumdioxid und Titanoxid.
Optische Glasfaser-Geräte sind bereits bekannt Das auf diesem Gebiet grundlegende Patent ist die US-Patentschrift Nr. 28 25 260, in der das Überziehen eines Kernwerkstoffs mit einem anderen Material, das einen anderen Brechungsindex aufweist, beschrieben wird. Glas wurde bereits sowohl als Kernwerkstoff als auch als Überzugsmaterial verwendet Es war jedoch bei den optischen Glasfaser-Geräten schwierig, eine gute Lichtdurchlässigkeit durch längere Glasst: ecken zu erhalten.
Die geringe Lichtdurchlässigkeit wurde mit Verunreinigungen in den Gläsern in Verbindung gebracht. Für die Herstellung von Glaskernen optischer Glasfaser-Geräte wurden deshalb Gläser hoher Reinheit verwendet.
Gläser hoher Reinheit werden am besten durch Verfahren hergestellt, die den im US-Patent Nr. 23 26 059 beschriebenen Verfahren ähneln. Dieses Patent beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Oxids durch Flammenpyrolyse und anschließende Formung des Oxids in eine Glaskugel auf einer Oberfläche. Die Glaskugel wird dann zu einem Stab geformt, der den Kern des optischen Glasfaser-Geräts bildet. Der Glaskern wird dann mit einem Glastubus überzogen. Diese Stab-Tubus-Kombination wird dann zu einer Glasfaser ausgezogen. Anschließend wird die Faser auf ihre endgültige Form weitergezogen. Die so erhaltenen Glasfaser-Geräte weisen eine ausgesprochen niedere Lichtdurchlässigkeit auf.
Wie z.B. aus Hollemann-Wiberg »Lehrbuch der anorganischen Chemie« 1954, Seiten 513 und 514 zu entnehmen ist, ist es bereits seit langem bekannt, daß für die schädliche Verfärbung von Gläsern +3-wertige Titanionen verantwortlich sind. So ist z. B. T12O3 stark gefärbt (amethystfarben), während T1O2 bei Zimmertemperatur farblos ist. Diese Erkenntnis haben sich Glasfachleute seit langem nutzbar gemacht, denn aus S C h in i d i - V O s S »Die Rohstoffe zur Giäseizeugung«, Z Auflage. Leipzig 1958, Seiten 239 und 240 ist zu entnehmen, daß man farblose Titangläser nur dann herstellen kann, wenn jede Reduktion streng vermieden wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Lichtdurchlässigkeit optischer Glasfasern aus hochreinem, titanoxidhaltigem Glas zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst das dadurch gekennzeichnet ist daß
ίο zunächst die Glasfaser gezogen wird, wobei wenigstens ein Teil der Titanionen zum +3-wertigen Zustand reduziert wird und daß dann die Glasfaser bei 600" C bis 10000C in einer oxidierenden Atmosphäre so lange einer Wärmebehandlung unterworfen wird, bis die Titanionen vom +3-wertigen zum +4-wertigen Zustand oxidiert worden sind.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, nach welchem jedwede Reduktion streng zu vermeiden ist läßt man erfindungsgemäß ohne weiteres zu, daß wenigstens ein Teil der Titanionen zum +3-wertigen Zustand reduziert wird. Erst anschließend wird die Oxidation vom +3-wertigen zum +4-wertigen Zustand durchgeführt. Überraschenderweise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit um einen Faktor bis zu 20 000 erreicht werden.
Bei der vorzugsweisen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine titanoxidhaltige Siliziumdioxid-Glasfaser hoher Reinheit als Glaskern verwendet Dieses Glas wird gemäß der US-Patentschrift Nr. 23 26 059 durch Pyrolyse von Siliziumtetrachlorid- und Titantetrachlorid-Dämpfen und Kondensieren des auf diese Weise erhaltenen Siliziumdioxids und Titanoxids in Form einer Kugel geformt Anschließend wird ein Glasstab geeigneter Größe aus der Kugel geformt Dann wird aus geschmolzenem Siliziumdioxid ein Tubus geformt, der über den Stab geschoben wird; das so erhaltene Glasteil wird dann zu einer Faser ausgezogen. Der Siliziumdioxid-Überzug wird auf Grund seiner Reinheit und seines Brechungsindexes, der kleiner ist als der des Kernstücks, verwendet.
Die erhaltene Faser wird bei hohen Temperaturen
weitergezogen, bis sie eine geeignete Größe erreicht hat. Das Weiterziehen bei hohen Temperaturen
verursacht eine Reduktion des Glases. Überdies wird das Glas mittels eines besonderen Prozesses einer reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt, die das Glas weiter reduziert. Nach dem Weiterziehen wird festgestellt daß die Faser eine sehr geringe Lichtdurchlässigkeit aufweist
so Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem starken Ansteigen der Lichtdurchlässigkeit der Faser. Der Absorptionskoeffizient, der ein Maß für die Fähigkeit des Materials, Strahlung durchzulassen, darstellt und von der Länge der Faser unabhängig ist, wurde beträchtlich erniedrigt.
Es kann angenommen werden, daß eine derartige Wärmebehandlung die Lichtdurchlässigkeit jedes reduzierten titanoxidhaltigen Glases verbessert. Es sind jedoch derzeit nur Gläser verwendbar, die einen Gehalt von 0 bis 15 Gew.% Titanoxid aufweisen. Die maximale Behandlungstemperatur hängt von der Temperatur ab, bei der sich die Faser deformiert, während die niedrigste Behandlungstemperatur von der Temperatur abhängt, bei der eine erkennbare Änderung der Lichtdurchlässigkeit stattfindet. Die Wärmebehandlungsdauer hängt von der Behandlungstemperatur ab: Bei niederen Behandlungstemperaturen ist eine lange Behandlungszeit, bei
Bchandlungstcmpcraturcn eine kürzere Behänd
lungszeit notwendig. Obwohl nur reine Sauerstoffatmosphären verwendet wurden, kann angenommen werden, daß auch weniger stark oxidierende Atmosphären verwendet werden können. Bei Verwendung von weniger stark oxidierenden Atmosphären ist jedoch eine längere Behandlungsdauer und/oder eine höhere Behandlungstemperatur notwendig, um die Lichtdurchlässigkeit wesentlich zu verbessern.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert
Beispiel 1
Es wurde eine optische Glasfaser mit einem Durchmesser von 0,0112 cm hergestellt, wobei der Durchmesser des Kernstückes etwa 0,0110 cm und die Dicke des Oberzugs etwa 0,00127 cm betrug. Der Überzug bestand aus reinem, geschmolzenem (fused) Siliziumdioxid-Glas, während der Glaskern aus 93,1% Siliziumdioxid und 6,9% Titanoxid — in Gewichtsprozenten auf Oxidbasis — zusammengesetzt war. Diese Faser wurde bei 1900° C weitergezogen, bis geeignete Abmessungen erreicht waren. Die weitergezogene Faser wies eine sehr geringe Lichtdurchlässigkeit auf; der Absorptionskoeffizient betrug etwa 0,025 cm-'. Die Faser wurde dann in reiner Sauerstoffatmosphäre 16 Stunden bei 800° C einer Wärmebehandlung unterworfen. Nach der Wärmebehandlung wurde eine wesentlich bessere Lichtdurchlässigkeit gefunden: der Absorptionskoeffizient betrug etwa 0,008 cm-'. Diese Verkleinerung des Absorptionskoeffizienten entsprach annähernd einer Verbesserung um den Faktor 3. Eine Verbesserung des Absorptionskoeffizienten etwa um den Faktor 3 entspricht einer Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit etwa um den Faktor 20, bezogen auf eine 1 cm lange Faser.
Beispiel 2
Es wurde eine optische Glasfaser mit einem Durchmesser von 0,0058 cm hergestellt, wobei der Durchmesser des Kernstücks etwa 0,0010 cm und die Dicke des Oberzugs etwa 0,0279 cm betrug. Überzug und Glaskern hatten dieselbe Zusammensetzung wie in Beispiel !. Nach dem Weiterziehen der Faser bei 1900° C war die Lichtdurchlässigkeit gering; der Absorptionskoeffizient betrug etwa 0,087 cm-'. Die Faser wurde dann in reiner Sauerstoffatmosphäre 14 Stunden bei 600° C einer Wärmebehandlung unterzogen. Durch diese Wärmebehandlung wurde die Lichtdurchlässigkeit wesentlich verbessert; der Absorptionskoeffizient betrug etwa 0,0087 cm-1. Diese Verkleinerung des Absorptionskoeffizienten entsprach annähernd einer Verbesserung um den Faktor 10. Eine Verbesserung des Absorptionskoeffizienten etwa um den Faktor 10 entspricht einer Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit etwa um den Faktor 20 000, bezogen auf eine 1 cm lange Faser.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer hochreinen optischen Glasfaser hoher Lichtdurchlässigkeit, bestehend im wesentlichen aus Siliziumdioxid und Titanoxid, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Glasfaser gezogen wird, wobei wenigstens ein Teil der Titanionen zum +3-wertigen Zustand reduziert wird und daß dann die Glasfaser bei 6000C bis 1000°C in einer oxidierenden Atmosphäre so lange einer Wärmebehandlung unterworfen wird, bis die Titanionen vom +3-wertigen zum +'4-wertigen Zustand oxidiert worden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer optischen Glasfaser durchgeführt wird, die im wesentlichen aus bis zu 15Gew.% Titanoxid und wenigstens 85Gew.% Siliziumdioxid besteht
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Glasfaser 10 bis 20 Stunden bei 6000C bis 800° C der Wärmebehandlung unterworfen wird.
DE1909433A 1968-02-26 1969-02-25 Verfahren zur Herstellung einer·*1™*11 optischen Glasfaser hoher Uchtdurchlässigkeit, bestehend im wesentlichen aus SUizidioxid und Titanoxid Withdrawn DE1909433B2 (de)

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