DE1949718A1

DE1949718A1 - Herstellungsverfahren fuer Lichtleiterglaskoerper

Info

Publication number: DE1949718A1
Application number: DE19691949718
Authority: DE
Inventors: Yoshiro Ikeda; Tomio Sugioka; Mitsugi Yoshiyagawa
Original assignee: Nippon Selfoc Co Ltd
Current assignee: Nippon Selfoc Co Ltd
Priority date: 1968-10-03
Filing date: 1969-10-02
Publication date: 1970-09-03
Also published as: US3843228A; FR2019860A1; FR2019860B1; BE739795A; GB1279464A; NL6914907A

Description

_Λ , - _ftl Lüdenscheid, den 1. Oktober 1969 - 6

Dr. Werner Haßler .

PATENTANWALT A 69 358

538 LODENSCHEiD ' 1943718

Asenberg 3i-Posti'och 1704

Anmelderin: Firma Nippon Belfoc Kabushiki Kaisha

(also known as Nippon Selfoc Go.> Ltd.) 7-15» 5-Chome, Shiba, Minato-ku, Tokyo-To,· Japan

Herstellungsverfahren für Lichtleiterglaskörper

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Lichtleiter glaskörper* welche zur Licht- und Bildübertragung bestimmt sind.

Im Rahmen ausgedehnter Untersuchungen der Lichtübertragunstechnik für Laserlicht wurden verschiedene Vorschläge für Lichtübertragungsstrecken gemacht« Ein Vorschlag ist von Teiji Uchida in einem zusammenfassenden Vorabdruck "Laser Application", herausgegeben Oktober 1967 von der fünfzehnten nationalen Jahrestagung der Denshi-Tsushin Gakkai (Japanische Nachrichtentechnische Gesellschaft) beschrieben, wonach ein Glaskörper mit einem-fortschreitend in Abhängigkeit vom Abstand zur Mittelachse quadratisch abnehmenden. Brechungsindex für eine Lichtübertragunsstrecke oder einen Teil derselben benutzt wird. Dieser Lichtleiterglaskörper bietet den Vorteil, daß er durch atmosphärische oder andere Umweltbedingungen kaum beeinflußt wird und daß er eine Verformbarkeit zu einer Bogenform bzw. eine Nachgiebigkeit jeweils in dem erforderlichen Ausmaß besitzt Jedoch steht kein brauchbares Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtleiterglaskorpers oder von entsprechenden Glasfasern zur Verfugung. Infolgedessen kann ein solcher Glaskörper bislang für die l^Jraxis nicht verwirklicht werden.

Bekannt sind auch sog. Gaslinsen, vgl. "The Bell System Technical Journal" März 1965» wonach ein Gaskörper oder ein anderer durchsichtiger Körper mit einer Verteilung des Brechungsindex, die eine fortschreitende Abnahme oder Zunahme in Abhängigkeit

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von dem quadratischen Abstand zur Mittelachse besitzt $ eine Linsenwirkung zeigt. Es ist jedoch nicht möglich, für die Praxis einen solchen Körper herzustellen^ der eine durchsichtige Linse mit- einer derartigen Verteilung des Brechungsindex darstellt. -

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines Lichtleiterglaskörpers, die in technischem Umfang verwirklicht werden kann.-

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Glaskörper mit mindestens einem Zusatzoxyd der Einwirkung eines Agens ausgesetzt wird, das gegenüber diesem Oxyd eine aus- ' : reichende Affinität zur Extraktion mindestens der Kationen desselben aufweist, damit diese Kationen durch die Einwirkungsgrenzf lache, extrahiert werden* wodurch eine fortgesetzt ansteigende Konzentration ausgehend von der Einwirkungsgrenzflache und damit ein zum Inneren des Glaskörpers fortschreitend ansteigender Brechungsindex erhalten wird, wobei sich der Brechungsindex senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung fort- ' schreitend ändert und die Lichtausbreitungsrichtung innerhalb des Glaskörpers gekrümmt ist. :

Damit erhalt man im Inneren des Glaskörpers eine räumliche Verteilung der Konzentration mindestens eines Zusatz- oder Abwandlungsoxyds, bzw. der Kationen desselben, wo sich die Kon- . zentration fortschreitend in Abhängigkeit von der Stellung an- I dert. In Richtung der Konzentrationsänderung ergibt sich ein ; Gradient des Brechungsindex. . ; - .· r ;

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in der darstellen: ^:

1 eine vergrößerte Seitenansicht eines Lichtleiterglaskörpers mit einer Verteilung des Brechungsindex,

2 eine schematische Darstellung der Abbildungswirkungeines solchen Glaskörpers,

3 eine Verteilungskurve der Konzentration eines Zusatz-

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Fig

-3. 1948713

oxydes bzw. der Kationen desselben innerhalb eines Glaskörpers vor Durchführung der durch die Erfindung vorgeschlagenen Behandlung,

Fig. 4 eine Verteilungskurve der Kationenkonzentration nach Abschluß der erfindungsgemäßen Behandlung,

Fig. 5 eine Verteilungskurve des Brechungsindex innerhalb einer Glasfaser mit der.Konzentrationsverteilung · nach Fig. 4 und

Fig. 6 und 7 Verteilungskurven der Zusatzionen für verschiedene Verfahrensstufen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens» ■

Innerhalb eines Lichtleiterglaskörpers, wo sich der Brechungsindex fortschreitend senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung ändert, so daß der Lichtweg, innerhalb des Körpers gekrümmt ist, wird ein Lichtstrahl in Richtung des ansteigenden Brechungsindex abgelenkt, also senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung. Wenn der Brechungsindex des_: Glaskörpers auf der Mittellinie (für eine Zylinder- oder Faserform) oder auf der Mittelebene (für eine Band- oder Plattenform), jeweils in der Lichtausbreitungsrichtung, einen Maximalwert hat und mit zunehmendem Abstand von der Mittellinie oder Mittelebene abnimmt, wird sich ein Einfalls-lichtbündel, das unter einem Einfallswinkel innerhalb eines vorgegebenen Bereiches in den Glaskörper eintritt auf einer wellenförmigen Bahn längs der Mittellinie oder der Mittelebene ausbreiten. „

»Venn nach der schematischen Darstellung der !''ig. 1 ein Einfallslichtbündel 2 in eine Stirnfläche eines faserförmigen Lichtleiterglaskörpers 1 mit einer fortschreitend abnehmenden Ver-

/der

teilung des Brechungsindex bei zunehmendem Abstand von Mittellinie eintritt, breitet sich das Lichtbündel 2 innerhalb des Körpers ohne Reflexion an der Außenfläche aus. Infolgedessen sind die Verzerrung der Phasengeschwindigkeit und die Aufspreizung des Lichtbündels in der Austrittsfläche der Faser wesentlich kleiner als bei einer optischen Faser, wo nach herkömmlicher Weise Reflexionen auftreten.

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<j ft ' Λ H /I r, _ Z). _ . I CJ⁴T Ü / lü

Eine bevorzugte Verteilung des Brechungsindex innerhalb> der Fase folgt im wesentlichen der Beziehung N = Nq (1- ar ) mit r als radialen Abstand von der Fasermitte, Nq als Brechungsindex des Glases im Mittelteil, N als Brechungsindex in einem radialen Abstand r und a als einer positiven Konstanten. _ _;-

Wenn ein Lichtbühdel mit konstantem Querschnitt im Falle einer Modusanpassung in eine Stirnfläche einer Faser der genannten Art eintritt, verläßt dieses Lichtbündel die Austrittsfläche der Faser mit einem gleichen konstanten Querschnitt und ohne.Verzerrung der Phasengeschwindigkeit, selbst wenn die Faser abgebogen oder gekrümmt ist * Jeweils mit einem Krümmungsradius oberhalb eines Krümmungsgrenzwertes.. : _ ....---

Innerhalb einer optischen Faser 3 gemäß Fig. 2 hat man eine Schnittverteilung des Brechungsindex senkrecht zur Lichtaus-

^; 2

breitung im wesentlichen nach der Beziehung N= N_Q (1 - ar ), V/enn ein Gegenstand 4- vor einer Stirnfläche der Faser 3, auf gestellt ist, breiten sich die von diesem Gegenstand ausgehenden Lichtstrahleh innerhalb·der Faser jeweils auf einer sinusförmigen Bahn einer V/ellenlänge S = 27r/V2a aus. Infolgedessen erhält man ein reelles Bild im Außenraum der Faser 3 auf der gegen überliegenden Seite* Anstelle eines reellen Bildes 5 im Außenraum der Faser gemäß Fig. 2 kann man auch das reelle Bild in der Austrittsfläche der Faser 3 erhalten, indem man die Faserlänge und den Gegenstandsabstand entsprechend auswählt. ^an kann auch die Vergrößerung oder Verkleinerung einstellen.

Eine Faser mit einer solchen Verteilung des Brechungsindex ist bevorzugt als Leiter für eine Laserverbindung geeignet. Faserförmige oder stabförmige Körper dieser Art können nach Zuschneiden einer bestimmten Länge als Einzellinse als Mehrfachlinse oder als optische Bildübertrager benutzt werden*

Die Erfindung stellt eine Technik bereit, wodurch die Konzentration mindestens eines Zusatzoxydes oder der Kationen dessel ben innerhalb eines Glases fortschreitend in Abhängigkeit von

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der Stellung innerhalb des Glases geändert werden kann, damit man innerhalb des Glases in Richtung der Konzentrationsänderung einen Gradienten des Brechungsindex erhält.

Die Wirkung eines Zusatzoxydes als Glasbestandteil auf den Brechungsindex des Glases ist normalerweise so, daß der Brechungsindex abnimmt, wenn der Anteil des Zusatzoxydes abnimmt, solange das Glasbildungsoxyd und ein weiteres Zusatzoxyd proportional zur Abnahme des Anteils des ersten Zusatzoxydes zunehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine lokale Extraktion eines bestimmten Zusatzoxydes bzw. der Kationen desselben in bestimmten Bereichen des Glaskörpers, damit die Restkonzentration des Zusatzoxydes bzw. der Kationen desselben eine stellungsabhängige Änderung aufweist. Damit erhält man innerhalb des Lichtleiterglaskörpers eine Ortsverteilung des Brechungsindex mit fortschreitender Abnahme in Richtung der genannten Konzentrationsabnahme.

Im einzelnen läßt man nach dem Verfahren der Erfindung auf einen Lichtleiterglaskörper mit einem Gehalt eines bestimmten Zusatzoxydes ein Agens einwirken, dessen Affinität zu dem genannten Zusatzoxyd genügend groß ist, damit dasselbe bzw. dessen ■Nationen aus dem Glas extrahiert werden. Die Extraktion erfolgt durch die Einwirkungsfläche. Damit nimmt die Restkonzentration der Kationen ausgehend von der Einwirkungsfloche ins Innere des Glases fortgesetzt zu. Infolgedessen steigt auch der Brechungsindex ausgehend von der Außenfläche ins Innere des Glases fortgesetzt an. Man erhält damit einen fortschreitend ansteigenden Brechungsindex senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung, so daß der Lichtweg innerhalb des Glases gebogen ist.

Beispiele solcher Agentien, die im Sinne der Erfindung brauchbar sind, sind folgende:

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1) Schwefligsäuregas, Schwefeltrioxyd, Chlor, Chlormonoxyd, Chlordioxyd, Phosgen, Phosphorpentoxyd, Brom, Joddampf, Wasserstoffbromid, Phosphortrichlorid, und andere säurebildende Gase; .

2) Thionylchlorid, Sulfurylchlorid, Thionylbromid und andere Säurehalogenide; -

3) Zirkoniumoxyd, Chromoxyd und andere Metalloxyde;

4) Tetrachlorkohlenstoff, wasserfreies Silizium, Tetrachlorid und ähnliche Verbindungen;

5) Salzsäure, Borsäure, Salpetersäure. Exalsäure, Essigsäure, Phosphorsäure, phosphorige Säure, Aluminiumchlorid, Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Calciumchlorid, jeweils in Dampfform;

6) tonartige Mineralien wie Zeolith, Montmorillonit, Illit, Kaolinit und Metakaolin; -.

7) Wasserdampf; -

8) Wasser - sowie Mischungen von zweien oder mehreren der genannten Agentien,

Diese Agentien werden auf das Glas in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand zur Einwirkung gebracht, Wenn ein Agens in flüssigem oder dampfförmigein. Zustand auf das Glas zur Einwirkung kommt, erfolgt die Behandlungsstufe vorzugsweise in einem dichtabgeschlossenen Gefäß oder unter einem hohen Druck, damit eine Verdampfung der Flüssigkeit ausgeschaltet oder die Reaktionsgeschwindigkeit der dampfförmigen Komponente beschleunigt wird. ■ ■"". ' ".-...'

Wenn auch der Brechungsindex des Glases bei Extraktion eines Zusatzoxydes in einem Anteil von mehreren Molprozent herabgesetzt wird, so ist die Größe dieser Herabsetzung in Abhängigkeit von dem Zusatzoxyd unterschiedlich, s.ie hängt insbesondere von der Art der Kationen dieses Oxyds ab. Normalerweise tragen Kationen mit einem höheren Wert des Verhältnisses Elektronenpolarisierbarkeit/Ionenradius^ vermehrt aur Anhebung des Brechungsindex bei. Wach der Größe dieses Beitrages lassen sich fcip^e Kationen folgendermaßen ordnen Tl> Li>K | Na = Rb.

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Zweiwertige Kationen lassen sich nach ihrem Beitrag zur Vergrößerung des Brechungsindex folgendermaßen ordnen Pb>Ba>Cd Jr > Ga > Zn ;>Be >Mg.

Im Rahmen der Erfindung werden Kationen mit vergleichsweise hohem Diffusionsvermögen innerhalb des Glases und mit hoher Elutionsgeschwindigkeit bevorzugt. Deshalb sind für die Extraktionsbehandlung brauchbare Zusatzoxyde Oxyde von Thallium und von Alkalimetallen, die einwertige Nationen enthalten, insbesondere Thalliumoxyd, sowie Oxyde von Blei, die zweiwertige Kationen enthalten«

Gleichzeitig mit der Extraktion oder anstelle der Extraktion des genannten Zusatzoxydes diffundieren die Kationen desselben innerhalb des Glases und wandern in die verarmte Außenfläche. Wasserstoffionen des Agens oder Wasserstoffionen der Adsorptionsschicht auf der Glasoberfläche diffundieren und wandern in manchen Fällen innerhalb des-Glases. Es stellt sich dann innerhalb des Glases ein Zustand einer teilweisen Substitution der Kationen und V/asserstoff ionen innerhalb des Glases ein. Unter der Annahme, daß die Wanderung Extraktion von nichtbrückenbildenden Sauerstoff ionen der Zusatzoxyde vernachlässigbar klein ist, kann man voraussetzen, daß die Verteilung des Brechungsindex durch die Substitution dieser Nationen durch Wa^erstoffionen erzielt wird. Da die Kationen einen größeren Wert des' Verhältnisses Elektronenpolarisierbarkeit/Ionenradius^ und einen höheren Beitrag zur Anhebung des Brechungsindex des Glases als die 7/asserstoffionen haben, erhalt man eine Verteilung des Brechungsindex, wo der Brechungsindex gemeinsam mit der Konzentration der genannten Kationen ansteigt, also mit zunehmendem Abstand von der Außenfläche des Glaskörpers.

Wenn folglich durch die Einwirkungsfläche hindurch eine Extraktion der Zusatzoxyde und/oder Substitution der Kationen der Zusatzoxyde und der Wasserstoffionen auftritt, erhalt man ein Glas mit einer Verteilung des Brechungsindex, der von der Einv/irkungsfläche ins Innere fortgesetzt ansteigt.

009836/107 5 ^„_ΜΜΛΙ _ΙΜβΒΒ.

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- 8 - Ί b'-rc¹/ Iu

ί AIg Zusatzoxyd, der genannten Art bzw. als Kationen sind einwertige Kationen der angegebenen Art geeignet, insbesondere j Thallium- und Alkalimetallxonen oder Oxyde derselben. Darunter sind Tl -Ionen und T^O vorzuziehen, weil man damit leicht vergleichsweise hohe Gradienten des Brechungsindex, erreichen kann, .venn auch andere Bestandteile als IVasserstoff ionen bspw. GO^ des Agens sich in dem Glas lösen oder diffundieren, ist der Einfluß dieser Stoffe auf den Brechungsindex normalerweise ve.rnachlässigbar. . .

./enn ein säurebildendes Gas wie Schwefeldioxyd oder Chlor, ein Cäurehalogenid wie Thionylchlorid oder- Schwe.Celchlorid oder ein SMuredanpf als Agens benutzt wird und wenn außerdem die Einwirkungstemperatur vergleichsweise niedrig liegt, bspw. auf .einem Vvert unter dem Entspannungsbereich des Glases, kann man die Umsetzung zur Bildung der Reaktionsprodukte im Bereich der Glasoberfläche unter Einwirkung des Agens i;n wesentlichen durch die folgende Formel .angeben, wenn man bspw. annimmt, daß GO-,

1 +
auf ein Glas mit einem Gehalt an Tl -Ionen einwirkt:

2'Tl⁺ (Glas)" + SO, +H₂O-^2'H⁺ (Glas)" + Tl₂₁SO₄

Ss ist zu vermuten, daß die auf der Glasoberfläche adsorbierte Wasserschicht oder das in der Atmosphäre enthaltene wasser an der Umsetzung beteiligt ist. Die Tl⁺-Ionen im Inneren des Glases diffundieren und wandern gegen die Glasoberfläche hin, während die H⁺-Ionen im Bereich der Glasaußenflache ins Glas- ^: innere diffundieren und wandern, so daß eine Substitution der Tl -Ionen und der H⁺-Ionen auftritt. Infolgedessen stellt sich innerhalb des Glases ein Gradient des. Brechungsindex ein, so daß man eine fortschreitende Zunahme des Brechungsindex von der Glasaußenfläche ins Innere erhält.

Nachdem das Agens auf das Glas eingewirkt hat und die Tl.,£ Schicht auf der Glasoberflache entfernt worden ist,."wird das Glas für eine bentimmte Zeitdauer auf einer Temperatur oberhalb jlejr_Entsparmun|^ Ein_Tpil_der_l!⁺-Ionen

..'.-.. -009836/107 5 OfUQINAi.INSPECTED

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.tin der ITähe der Glasoberfläche und der nlchtbrückehbildenden fSauerstoffionen verdampfen dabei und werden als H₀O abgezogen, {Gleichzeitig erfolgt eine, wechselseitige Diffusion von Tt⁺- und |H -Ionen im Inneren des Glases. Mithilfe'dieser Vfärmebehandlung kann man die Verteilung des Brechungsindex in Abweichung von der anfänglichen Einwlrkungsbehandlung abändern, ^urch Sntferung der H -Ionen und der nichtbrückenbildenden Sauerstoffionen wird der Brechungsindex der oberflächennähnen Bereichen herabgesetzt; ^gleichzeitig neigt der Gradient des Brechungsindex zu einer Abnahme aufgrund der gegenseitigen Diffusion von Tl⁺- und II -Ionen. ■ -

./enn andererseits die Einwirkungstemperatur vergleichsweise hoch icfc, bspw. oberhalb des Entspannungspunktes des Glases liegt, und GO₇ zur Einwirkung auf die Tl⁺-Ionen des Glases kommt, erhält man in der Außenfläche überwiegend eine Reaktion nach der folgenden Gleichung:

Tl₂O + SO₃ —>T1 SO₄

Bei diesem" Verfahren diffundieren also Tl -Ionen und nichtbriickehbildende Sauerstoffionen im Glasinneren in dichtung der Außenfläche; beide Ionen v/erden als TlpSO. überwiegend aus der Außenfläche ausgezogen. .

Damit erhält man für die Tl₀0-Kai23ntration innerhalb des Glase» oi.ne Verteilung mit fortschreitender Zunahme von'der Au(?enni'che in Richtung des Mittelteils, so daß der Brechungsindex ebenso eine Verteilung annimmt, wo eine fortschreitende Zunahme von der Außenfläche ins Innere vorhanden ist.

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v/enn ein tönartiges¹ Mineral wie Mohtmorillonit. ö^;der Me4 jinforia eines fe'inen Pulvers als Agens benützt wird ^ läßt sich jdie Reaktion zwischen diesem; ffiinerai und dem Glas im wesentlichen in- gleicher Weise wie zuvor beschrieben verstehen. Im !einzelnen kann! man' aün'ehmen¹^ diäß die' H -lohen des tonartigen läinerals die. Kationen bspw. die la -Ioheh der Z'iisatzoxyde sufe-^

j wenn eine Einwirkung bei ■^e'rgle'ich'swedse niedrigen

Temperaturen erfolgt;- die^!se^r Substitution üind eine:-Wasserabspaljtung treten gleicnzeltig auf_t wenn die Einwirkung bei ver--

hoher Temperatur erfolgt. Das Keaktionsprädukt

ian der Giasaußehflache umfaßt eine oder mehrere Verbindungen ί ■ - '. - . - ■ ^; ■

jDes KapO-ÄlpO^-SiOp-Systems. Eih_:feines Pulver des tonärtigen (Minerals, das gereingit ist. und außerdem eine Teilchengröße von !einigen n..oder weniger hat,- ist vorzuziehen., da dasselbe als. Schlamm unmittelbar und wirkungsvoll auf das Glas einwirken _: ......

kann. . - . _: ,,

7/enn man als Agens Zirkoniumoxyd oder Chromoxyd benutzt,. erhält !man Produkte wie liatriumzirkonat auf der Glasoberflache, wenn-Ka_nO aus dem Glas extrahiert wird, Zirkoniumoxyd ist besonders vorzuziehen, da die durch die Einwirkung gebildete Deckschicht■,. leicht entfernt werden kann. ■

Auch Wasser-oder eine wässerige Lösung können als Agentien benutzt werden. Brauchbare wässerige Lösungen sind saure, al-

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λ\

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■kaiische und neutrale wässerige Lösungen, wobei die gelösten Stoffe aus den genannten Stoffen ausgewählt werden können. Besonders" saure wässerige Lösungen sind brauchbar, weil sie eine hohe Elutionsgeschwindigkeit der Zusatzionen sicherstellen und v/eil die glasbildenden Oxyde nach der Elution der Zusatzionen in der Oberflächenschicht nicht leicht aufbrechen.

Je höher die -kinwirkungstemperatur der. wässerigen Lösung unterhalb des Siedepunktes ist, umso besser ist das erhaltene Ergebnis Ein vorsichtiges Umrühren der wässerigen Lösung erhöht die Llutionsgeschwindigkeit für die Zusatzionen. Die Dicke der Oberflächenschicht nach der Elution der Zusatzionen einer Glasfaser, die mit einer wässerigen Lösung behandelt ist, liegt vorzugsweise zwischen 20 % und 50 % des Ausgangsradius, damit man im wesentlichen eine parabelförmige Konzentrationsverteilung infolge der Wärmediffusion und'Wanderung der Zusatzoxyde in kleinem Ausmaß erhält und damit sich eine große Differenz zwischen den Brechunpsindices zwischen der Oberfläche und dem Zentrum einstellt.

ilach der Erfindung wird eine Glasfaser, bei der die Zusatzionen in der Oberflächenschicht durch die Behandlung einer wässerigen Lösung herausgelöst sind, auf einer hohen Temperatur oberhalb des Entspannungspunktes gehalten, damit die Poren, die,durch die Auslösung der Zusatzionen in der Oberflächenschicht entstanden sind, geschlossen werden. Die erhaltene Glasfaser bleibt dann für eine lange Zeitdauer bei einer Temperatur oberhalb des Entspannungsxjunktes und unterhalb des Erweichungspunktes, damit eine w'^rmediffusion im Inneren der Faser aufgrund der unterschiedlichen Konzentration der Zusatzionen erfolgt. Dadurch erhält man eine Glasfaser mit einer im wesentlichen parabelförmigen Verseilung des Brechungsindex.

Beispiele von Kationen für Zusatzoxyde einschließlich amphoterer Oxyde sind Oxyde mit folgenden Ionen: Ii ⁺ , Na⁺-, K⁺, Vb⁺, Cs⁺, T] ⁺ , Au⁺,Ag⁺, Cu⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba'% Zn²⁺, Cd²⁺, Tb²⁺,

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La⁵⁺ und

Extraktion eines Zusatzoxydes oder von Kationen derselben aus dem Glas ist nicht auf eine Art eingeschränkt, sondern kann, auch alle oder einen Teil der Zusatzoxyde des. Glases umfassen.. <«'enn bspw. GaO, BapO, KpO und CspO als Zusatzoxyde in einem Silikatglas enthalten sind, werden bei'niedriger Temperatur hauptsächlich NapO und KpO aus dem Glas extrahiert. Bei höheren TemOeräturen werden in manchen Fällen auch Cs₀O und CaO^: ex—

"■■■'' - t- .

trahiert."

Zur Ausführung der Erfindung wird ein Glas mit Zusatzoxyden aufeiner Temperatur gehalten, wo Ionen,, Atome oder Moleküle der Zusatzoxyde innerhalb des Glases diffundieren können, .und die ■-Glasaußenfläche wird.in der beschriebenen V/eise, der Einwirkung eines Agens ausgesetzt. Ionen, die infolge der Diffusion im Glasinneren die.Glasaußenfläche erreichen, reagieren dort mit. dem Agens und. treten aus dem Glaskörper aus, wodurch die Zusatzoxyde extrahiert werden. In manchen Fällen tritt nur.zwischen den Kationen der Zusatzoxyde und "Wasserstoffionen im Außenraum des Glases eine Substitution auf.. In anderen Fällen laufen die beiden- genannten Reaktionen gleichzeitig ab. Da die Ionen der Zusatzoxyde des Glases fortlaufend die Glasaußenfläche erreichen, kann die Konzentration der Zusatzoxyde -bzw, der Kationen Innerhalb des Glases durch eine Einwirkung zwischen dem ^las und dem Agens während einer bestimmten Dauer auf eine solche ^'onn gebracht werden, wo die Konzentration von der.Einwirkun^sfluche in das Glasinnere fortschreitend ansteigt. "'·

Wenn die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Apens.und.den tonen in der -^inwirkungsfläche sehr gering gep;enüber der Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen der Zusatzoxyde im Glasinneren, ist, tritt im Glasinneren im wesentlichen kein Konzentrationsgradient der Zusatzoxyde bzw, der Kationen auf. Infolgedessen kann man den gewünschten Gradienten des Brechuni"sindex nicht erhalten. . . . ^: ■

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Λ'

Damit man den gewünschten Gradienten des Brechungsindex, erhält, muß man ein Agens der genannten Art benutzen und eine entsprechende Glaszusammensetzung und Einwirkungstemperatur auswählen. Die Einwirkungstemperatur muß in einem Bereich sein, wo die Ionen der Zusatzoxyde innerhalb des Glases diffundieren können und wo außerdem die Verformung des Glases nicht merklich int. !-Torrnalerweise liegt die Einwirkungstemperatur unter dem Erweichungspunkt des Glases.

.ienn die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Agens und den Ionen in der Einwirkungsfläche merklich höher als die Diffusionsgeschwändigkeit der Ionen der Zusatzoxyde im Inneren des Glases ist, ergeben sich unstetige Änderungen in Konzentrationsfjr-n'.Tienten der Zusatzoxyde, die stufenartig innerhalb des Glasinneren auftreten. In einem solchen Fall kann man den-gewünschten Konzentrationsgradienten und die gewünschte Verteilung des Brechungsindex nur durch Erhitzen des Glases nach der Einwirkungsbehandlung einstellen, wobei eine Diffusion der Ionen der Zusatzoxyde im Glasinneren erfolgt.

Konzentrationsverteilung der Zusatzoxyde bzw. Kationen im Inneren einer Faser mit Kreisquerschnitt sowie die Verteilung des Brechungsindex im Sinne der Erfindung wird nunmehr in vereinfachter Form aufgrund der obengenannten Abläufe erläutert.

Konzentrationsverteilungen von Zusatzoxyden oder Rationen derselben für die verschiedenen Behandlungsstufen nach der Erfindung sind in vereinfachter Form in den Figuren 3 und '-I- angegeben wo ,-jev/eils auf der Ordinate die Konzentration der Zusatzoxyde und auf der Abszisse der radiale Abstand von der. Mittellinie der Faser aufgetragen sind. Figur 3 gibt die Konzentration innerhalb der Glasfaser vor der Einwirkung des Agens an, wo eine konstante Konzentration in radialer ^ichtung vorhanden ist. Figur ¹Y zeigt die Konzentration nach der Einwirkung und Wärmebehandlung zwischen der Glasfaser und dem Agens, wodurch eine Diffusion der Ionen und eine Reaktion derselben mit dem Agens

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im Bereich der Einwirkungsflache bedingt ist. Dadurch wird ein Teil der Ionen aus dem Glasinneren nach außen abgezogen. Die-Verteilung des Brechungsindex von der Mittellinie der Glasfaser zur Außenfläche nach Durchführung der genannten Behandlung ist in 5¹IgUr 5 angegeben, wo auf der Ordinate der Brechungsindex und auf der Abszisse der radiale Abstand von der Mittellinie angegeben sind. Wach Figur 5 nimmt der Brechungsindex im wesentlichen proportional mit dem Quadrat der Entfernung von der Mittellinie ab.

Die Konzentrationsverteilung der Zusatzionen innerhalb der Glasfaser nach Eintauchen derselben in eine wässerige Lösung bei hoher Temperatur zum Auszug der Zusatzionen ist in Figur angegeben. Vienn dieses Glas eine längere Zeitdauer auf einer .Temperatur oberhalb des Entspannungspunktes und unterhalb des Erweichungspunktes der Glasfaser gehalten wird, damit die Zusatzionen des schraffierten Bereichs 6 in der '.»arme in den schraffierten Bereich 7 nach Figur 7 diffundieren können, erhält man eine Verteilungskurve der Ionen im wesentlichen in Parabelform gemäß Figur 7·

Die Verteilung des Brechungsindex im Inneren eines Xichtleiterglaskörpers nach der Erfindung ist durch die folgenden Größen festgelegt. Zunächst wird die Verteilung des Brechungsindex in einem Glaskörper nach Durchführung der Extraktionsbehandlung durch Zusammensetzung, Abmessungen und Form des .Glaskörpers, die Zusammensetzung des Einwirkungsagens, die Einwirkungstemperatur und -dauer sowie weitere Verfahrensgrößen bestimmt, vveiterhin kann man einen Glaskörper anschließend in einer Formier ungs stufe behandeln, bspw. Erhitzen, Längen, Anätzen,, damit man einen Lichtleiterglaskörper der gewünschten Abmessungen und der gewünschten Verteilung des Brechungsindex erhält. Der Glaskörper kann einer beliebigen Formungsbehandlung unterzogen werden. Die gebräuchlichsten Formen sind Stabform, Faserform mit Kreis oder Vieleckquerschnitt, Plattenform, iiohrform. Neben Silikatgläsern kann man Boratgläser, Phosphatgläser und andere Oxydgläser benutzen.

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Die Restkonzentration der Zusatzoxyde bzw. Kationen derselben innerhalb eines Glases, aus dem. diese Oxyde oder Nationen extrahiert sind_r wird im wesentlichen durch den Abstand von der EInv/irkungsfläche des Agens festgelegt. Folglich erhält man bei Benutzung eines faserartigen oder stabförmigen Glaskörpers mit Ereisquerschnitt im Inneren desselben eine Verteilung des Brechungsindex mit radialer Symmetrie, wo die Größe des Brechungsindex von dem radialen Abstand von der Mittelachse abhängt. Eine solche Verteilung ist außerordentlich zweckmäßig.

Durch sorgfältige - und ge.naue Auswahl der Behandlungsbedingungen

/Zusammensetzung wie Glaszusammensetzung, des Agens, Einwirkungstemperatur und -dauer kann man eine Lichtleiterglasfaser oder einen Lichtleiterglasstab mit einer gewünschten Verteilung des Brechungsindex erhalten, wo der Brechungsindex im wesentlichen proportional mit dem Quadrat des Abstands von der Mittelachse abfällt.

«;enn man die beiden Deckflächen einer Glasplatte oder eines Glasrohres der Einwirkung eines Agens aussetzt, kann man im Inneren des Glases eine Verteilung des Brechungsindex einstellen, wo derselbe im wesentlichen proportional zum Quadrat des Abstandes von der Kitt ,!ebene oder Mittelfläche zwischen den beiden Deckflächen abnimmt. vVenn ein Lichtbündel in einen solchen Glaskörper längs der Mittelebene oder der Mittelfläche eintritt, breitet sich dasselbe innerhalb des Glaskörpers auf einer wellenförmigen Bahn aus, die abwechselnd auf beiden Seiten der Mittelfläche liegt. Ein solcher Glaskörper kann als Zylinderlinse benutzt ' werden. .

Eine Lichtleiterglasfaser nach der Erfindung kann auf der AuBenfläche mit einem Stoff von kleinem Brechungsindex, mit einem Lichtabsorberstoff oder einem Lichtreflektorstoff beschichtet werden, wenn dies notwendig ist. Man kann auch solche Fasern zu einem Faserbündel oder zu einer Faserplatte vereinigen. Außerdem ist ein Lichtleiterglaskörper nsch der Erfindung für viele Zwecke brauchbar, als Übertragungsleitung für eine Laserve rbindung, als optischer.Bildleiter, als Linse und... als_Zjlinde;r-

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4J / Ιυ

linse.

Unter einer Faser ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine Formgebung mit einer Längenausdehnung und Querschnittsabmessungen senkrecht dazu zu verstehen, die kleiner als die Längenausdehnung sind, jedoch unabhängig von der Querschnittsgestalt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einzelner Ausführungsbeispiele dargestellt, die lediglich zur Erläuterung der Erfindung und nicht zur Einschränkung des Erfindungsgedankens dienen. In diesen Beispielen sind alle Froζentangaben als Gewichtsprozent angegeben. -

Beispiel T

Eine Glasfaser mit 0,1 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung von 50 % Tl₂O und 50 '% SiO₂ wird 8 Stunden lany: in eine 1-riormale wässerige .Salzsäurelösung getaucht, deren Temperatur auf 90 +_ 5° Celsius gehalten wird. ITach dem Herausnehmen aus dieser Säurelösung wird die Glasfaser abgekühlt, in .Wasser gewaschen und getrocknet. Die Glasfaser wird darauf aufgehängt und- 20 iv-inut.e-ir lang bei 560 Celsius gehalten, darauf 9 Stunden lanp unter atmosphärischer Einwirkung bei 4-70 Celsius. Tiach dieser Behandlung hat die Glasfaser einen zentralen Brechungsindex von 1,59 und einen " Oberflächenbrechungsindex von 1,50. Die *,uer-_: Schnittsverteilung'des Brechungsindex senkrecht zur Lichtaus- '.-' breitungsrichtung fällt von der 'Mittelachse zur 'AuSenflache im wesentlichen parabolisch ab. ■ . . ■'

Von dieser Glasfaser wird ein Abschnitt in einer Länge von etwa 10 cm zu einem Bogen.mit einem Krümmungsradius von 1 cm geformt. V/enn ein Lichtbündel mit einer Breite von etwa 0,01 nun in diese gebogene Glasfaser im Zentrum einer Stirnfläche eintritt, breitet sich dieses Lichtbündel im Inneren der Glasfaser·· längs einer wellenförmigen Bahn aus, ohne daß eine Eeflexion an der Faser-

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Oberfläche auftritt, bis das Lichtbündel die gegenüberliegende Stirnflache der Glasfaser erreicht. Die Breite des Lichtbündels auf der Austrittsseite ist im wesentlichen der Breite auf der Sintrittsseite gleich.

Beispiel Z \

-ciine Glasfaser mit 0,1 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung von 55 % FbO und 45 % SiO₂ wird 16 Stunden lang in eine 1-normale wässerige Salzsäurelösung getaucht, deren Temperatur auf 90 + 5° Celsius eingestellt wird. Nach Herausnahme der Glasfaser wird dieselbe gekühlt, in Wasser gewaschen und getrocknet. Dan'ich wird die Glasfaser aufgehängt und 20 Minuten lang bei einer ■Temperatur von 570° Celsius sowie anschließend 15 3tunden lang bei einer Temperatur von 480° Celsius einer atmosphärischen Einwirkung ausgesetzt. Die erhaltene Glasfaser hat einen .zentralen Brechungsindex von 1,63 und einen Oberflächenbrechungsindex von 1,51· -^ie it,uerschnittsverteilung des Brechungsindex senkrecht zur Lichtausbreitungorichtung fällt vom Zentrum zur Oberfläche im wesentlichen parabolisch ab.

Von dieser Glasfaser wird ein Abschnitt in einer Länge von etwa 10 cm mit einem Krümmungsradius von 1 cm gebogen, «v'enn ein Lieht bündel mit einer Breite von etwa 0,01 mm in diese gebogene Glnn-Pacer durch eine Stirnfläche eingeführt wird, breitet sich das Lichtbündel im Inneren der Glasfaser auf einer wellenförmigen Bahn aus, ohne daß eine Reflexion an der l^?aserobcrfloche auftritt, bis das Lichtbündel die gegenüberliegende Stirnfläche erreicht. -^uie Breite des Lichtbündels auf der Austrittsseite ist im wesentlichen der Breite auf der Eintrittsseite gleich.

Beispiel 3

-^ine Glasfaser mit 0,3 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung von 15 % Na₂O, 22 % Al₃O₅ und 65 % SiO₃ wird 20 Stünden lang bei einer Temperatur von 600° Celsius mit SO,-Gas bespült. Darauf erfolgt eine langsame Abkühlung auf Zimmertemperatur.

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Das für diese Behandlung erforderliche SO^-Gas kann durch Mischen von S0_o_Gas mit Luftsauerstoff erhalten werden, wobei diese Mischung über einen Platinkatalysator geleitet wird. Das SO^-Gas kann auch einen Wasserdampfanteil aufweisen. Nach der Abkühlung wird die Glasfaser in warmes Wasser getaucht, damit die dünne Iia_oSCL-Schicht entfernt wird, die an der ITaseroberfHiehe anhaftet.

Die erhaltene Glasfaser hat einen Oberflächenbrechungsindex von 1,4-89 und einen zentralen Brechungsindex von 1,494. Durch einen Mikroproben-Eöntgenstrahlanalysator wird nachgewiesen, daß die j\ra_o0-Konzentration im Paserinneren eine Verteilung mit fortgesetzter Abnahme vom Zentrum zur Außenfläche aufweist. Uie. Verteilung des Brechungsindex im Faserinneren zeigt ebenfalls eine Abnahme im wesentlichen proportional zum Quadrat des .Abstandes von der Mittellinie.

Von dieser Glasfaser wird' ein Abschnitt von etwa 30 cm Länge zu einer Bogenform mit einem Krümmungsradius von 80 cm gebogen. '.Venn ein Laserlichtbündel mit Modus_anpassung in eine Stirnfläche dieser gebogenen Glasfaser eintritt, breitet sich dasselbe im ü'aserinneren auf einer-wellenförmigen Bahn ohne Hefexion an der Faseroberfräche aus. Das Lichtbündel verläßt die Faser durch die gegenüberliegende Stirnfläche, ohne daß eine Verzerrung der Phasengeschwindigkeit vorliegt.. Die Breite des Lichtbünd'els ist auf der Austrittsseite der Ausgangsbreite auf der -Eintritte se it e im wesentlichen-gleich.

Beispiel 4

Eine Glasfaser mit 0,5 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung von 44 % Tl₀O sowie 56 % SiO₀ wird auf der Außenfläche mit einer Paste inform einer Mischung von Chromoxyd und Wasser bedeckt. Die Bedeckung wird etwa 1 Stunde lang bei Zimmertemperatur getrocknet. Die Glasfaser wird längere Zeit in einen elektrischen Heizofen eingelegt, dessen Temperatur auf einem viert von

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370 + 5 Celsius gehalten wird. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 4° Celsius/min, wird die' Glasfaser mit Wasser gewaschen, damit die Paste von der Oberfläche entfernt wird und dann,getrocknet.

Aufgrund der obigen Behandlung erhält man eine Konzentrationsverteilung des TIpO im Faserinneren mit fortschreitender Abnahme vom Faserzentrum zur Oberfläche. Der zentrale Brechungsindex der Glasfaser beträgt 1,602, der Oberflächerhrechungsindex 1,574. Der Brechungsindex zeigt einen im wesentlichen parabolischen Verlauf mit einer fortschreitenden Abnahme vom Zentrum zur außenfläche.

Von dieser Glasfaser wird ein bestimmter Abschnitt abgeschnitten; beide Stirnflächen werden senkrecht zur Längsachse der Glasfaser geschliffen. Diese Glasfaser läßt sich als Linse benutzen.

Beispiel 5

Glasfaser mit 0,1 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung von 44 % Tl₀O sowie 56 % SiO_p wird mit einer etwa 0,5 mm dicken ochicht einer Paste aus Kaolin mit Wasserzusatz bedeckt. Diese- Schicht wird dann etwa 1 Stunde lang bei Zimmertemperatur getrocknet. Dann -wird die Glasfaser in einem elektrischen Heizofen 10 Stunden lang auf eine Temperatur von I50 + 5° Celsius erhitzt. Danach wird die Glasfaser gekühlt, zur -Entfernung der Oberflächenschicht mit "Wasser gewaschen und getrocknet, -^ie fertige Glasfaser hat einen Oberflächenbrechungsindex von 1,593 und einen zentralen Brechungsindex von 1,602; die Verteilung des Brechungsindex senkrecht zur Faserachse zeigt eine fortschreitende Abnahme vom Zentrum in Richtung der Außenfläche. Aufgrund einer Messung der Konzentration der T]. -Ionen im Faserinneren t sich eine fortschreitende Abnahme vorn Faserzentrum zur fläche, dagegen zeigt die Kozentration der H⁺-Ionen eine fortgesetzte Zunahme vom Faserzentrum zur Außenfläche.

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Glasfaser mit 0,5 mm Durchmesser und einer Zusammensetzung von 20 % Tl₂O, '12 % Na₂O, 20 % PbO und 4-8 % GiO₂ wird auf der Außenseite .-mit- einer Mischpaste von Chromoxyd und Kaolin im Oewichtsverhältnis 5 : 1 sowie einem Wasserzusatz beschichtet. Die Beschichtung wird bei Zimmertemperatur getrocknet, worauf die Faser in einem Elektroofen 24 Stunden lang auf einer Temperatur von 4-50° Celsius gehalten wird. Danach wird die-

_r JIi e Faser__wird_ _____

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Beispiel 6

Zwei Glasfasern mit jeweils 0,3 mm Durchmesser, einerseits einei Zusammensetzung von 50 % RbpO und 50 % SiOp und andererseits einer Zusammensetzung -von 50 % CspO und 50 % SiOp werden auf ] der Oberfläche mit einem Schlamm aus einer Zirkonium-Metakaolin-■! Mischung in einem Verhältnis 5 : "1 sowie einem Wasserzusatz j beschichtet. Die Schlammschicht wird dann getrocknet. Darauf wird die beschichtete Faser 17 Stunden lang in einem elektrischen Heizöfen auf eine Temperatur von 200 + 5° Celsius erhitzt und sodann gekühlt. Jede Faser wird zur Entfernung der festen Beschichtungsteile mit Wasser gewaschen. Danach kommen die Fasern in einen elektrischen Heizofen, dessen Temperatur mit einer Heizgeschwindigkeit von 10 Celsius/min, auf 350 Celsius erhöht wird. Bei dieser Temperatur bleibt die Faser 8 Stunden lang, wobei die Temperatur auf einen Wert 350 +5 Celsius gesteuert wird. Danach wird die Glasfaser jeweils ι innerhalb des Ofens auf Zimmertemperatur mit'einer Abkühlgeschwin&igkeit iron 4° Celsius/min, abgekühlt und dann herausgenommen.· .. " .

Die erste Gi_asf_aser hat einen Oberflächenbrechungsindex von 1,4-87 und einen zentralen Brechungsindex von 1,4-95» die zweite Glasfaser einen Oberflächenbrechungsindex von1,4-86 und einen zentralen Brechungsindex von 1,4-96; in jeder Glasfaser besitzt der Brechungsindex eine im wesentlichen parabolische Abnahme.

Beispiel 7

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innerhalb des Ofens mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 4° Celsius/min, auf Zimmertemperatur gekühlt. Nach Herausnahme aus dem Ofen wird die Faser zur Enfernung der Paste mit Wasser igewaschen und getrocknet.

Die fertige Faser hat einen zentralen Brechungsindex -von 1,604 und einen Oberflächenbrechungsindex von 1,587. Der Brechungsindex nimmt im wesentlichen parabolisch vom Zentrum zur Außenfläche ab und zwar jeweils in einer Querschnittsebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung,

Von dieser Faser wird ein Abschnitt in einer Länge von etwa 2S cm .mit einem Krümmungsradius von 10 cm zu einem Bogenteil gebogen. Ein einfallendes Lichtbündel konstanter Breite wird unter Modusanpassung in eine Stirnfläche der Glasfaser einge^ !leitet und zu der gegenüberliegenden Stirnfläche übertragen. Im Inneren der Glasfaser folgt das Lichtbündel einer wellenförmigen Bahn ohne Reflexion an der Faseroberfläche, bis es. die gegenüberliegende Stirnfläche erreicht. Die Breite des Austritts lichtbündels ist im wesentlichen der Breite des Einfallslichtbündels gleich.

Beispiel 8 .

Eine Glasfaser gleicher Zusammensetzung und gleichen Durchmessers v/i e in Beispiel 3 wird während einer bestimmten Zeitdauer in eine Mischflüssigkeit von 100 Volumenteilen Tetrachlorkohlenstoff, 1 Volumenteil wasserfreies Siliziumtetrachlorid und 5 Volumenteile Aceton getaucht. Der entstehende weiße Überzug auf der Faseroberfläche wird entfernt. Die behandelte Glasfaser wird während einer bestimmten Zeitdauer auf einer Temperatur von.450° Celsius gehalten.

^ule fertige Glasfaser hat eine Verteilung des Brechungsindex mit einer im wesentlichen parabeiförmigen Abnahme von der Mittellinie zur Außenfläche der Faser.

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Beispiel 9

-^ine Glasfaser mit einem Durchmesser von 0.,5 nun sowie einer Zusammensetzüng von 80 % BpO^ und 20 % TIpO wird auf der Außenseite mit einer Paste aus einer Mischung von Wasser und Meta-, kaolin beschichtet. Nach Trocknung dieser Paste wird die Faser 120 Stunden lang.in einem elektrischen Heizofen auf einer Temperatur von 350 +_ 5° Celsius gehalten -und danach mit einer Abküh!geschwindigkeit von 4 Celsius/min, "auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Glasfaser wird dann mit Wasser gewaschen, um die !raste zu entfernen und dann getrocknet.

Die erhaltene Glasfaser hat einen zentralen Brechungsindex von 1,4-1 und einen Oberflächenbrechüngsindex von 1,38. Die Abnahme des Brechungsindex von der Mittellinie zur Außenfläche ist. im wesentlichen parabolisch. '.■.■■.-" . ■■·-....

Beispiel 10 ■;.-". . .,- - . . -

Mehrere Glasfaserstücke jeweils mit einem Durchmesser von 0,5 nun und einer Länge von 1m sowie einer Zusammensetzung von 20 % Tl₂O, 12 % Na₂O, 20 % PbO und 48 % SiO₂ werden in gegenseitigem Abstand innerhalb eines nichtrostenden Vertikalstahlgefäßes angeordnet. Das Gefäß hat einen Gasauslaß sowie einen Anschluß zum Singeben von Chemikalien. Das Gefäß wird in einem elektrischen Vertikalofen erhitzt, damit die Fasern allmählich auf eine Temperatur von 450° Celsius kommen. Sobald die Temperatur einen Wert von 450° Celsius erreicht, wird NH^C1-Pulver in :■ einer Menge von 10 mg pro Faser in das Stahlgefäß fußseitig eingeführt. Die Ofentemperatur wird 60 Minuten,lang auf einem Wert von 450+5° Celsius gehalten. Diese Behandlung wird 8-mal wiederholt, worauf die Zugabe von NELCl aufhört, -^ie Ofentemperatur wird mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 4° Celsius/min, auf Zimmertemperatur abgesenkt. Die Fasern werden nach dem Herausnehmen mit Wasser gewaschen, um die Oberfläche zu reinigen,

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jund getrocknet. Darauf werden die Fasern wiederum: auf 4-80° Celsius erhitzt und 6 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Es folgt eine Abkühlung auf Zimmertemperatur und eine Herausnahme aus dem Gefäß.

Aufgrund dieser Behandlung erweist sich die Koraentration von

l_o0 und NapO im Inneren der Glasfasern als fortgesetzt, stetig abnehmend vom Zentrum zur Außenfläche der Fasern. Der Brechungsindex einer jeden Faser hat eine Verteilung mit im wesentlichen quadratischer' Abnahme in Abhängigkeit mit dem Abstand von der Mittellinie. ; ;

Beispiel 11

Eine Glasfaser mit 0,5 om Durchmesser sowie einer Zusammensetzung von 20 % Tl₂O, 12 % ITa₂O, 20 % PbO und 4-8 % SiO₂ wird in einem Autoklaven 20 Stunden lang bei einer Temperatur von 190° Celsius der Einwirkung von gesättigtem Dampf ausgesetzt. Nach'dem Herausnehmen der Fasemaus dem Autoklaven wird der Oberflächenniederschlag auf den Fasern abgewaschen.' Nach dem Trocknen wird die Faser 2 Stunden lang auf einer Temperatur von 400° Celsius innerhalb eines elektrischen Ofens gehalten.

Man erhält eine fortschreitend' und im wesentlichen parabolische Abnahme des Brechungsindex innerhalb der Faser von einem zentralen .Vert mit 1,604- auf einen Oberflächenwert mit 1,596.

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Claims

Patentansprüche

1. Herstellungsverfahren für Lichtleiterglaskörper, dadurch gekennzeichnet, daß' ein Glaskörper mit mindestens einem Zusatzoxyd der Einwirkung eines Agens.ausgesetzt wird, das gegenüber diesem Oxyd eine ausreichende Affinität zur Extraktion mindesten; der Kationen desselben aufweist, damit diese Kationen durch die Einwirkungsgrenzfläche extrahiert werden, wodurch eine fortgesetzt ansteigende Konzentration ausgehend von der Einwirkungsgrenzfläche und damit ein zum Inneren des Glaskörpers fortschreitend ansteigender Brechungsindex erhalten wird, wobei sich der Brechungsindex senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung fortschreitend ändert und die Lichtausbreitungsrichtung innerhalb des Glaskörpers gekrümmt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des genannten Agens bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Glaskörpers erfolgt.

J. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Agens bei einer Temperatur unterhalb des Transforiaatlonspunktes des Glaskörpers erfolgt und daß der Glaskörper nach der Extraktion der genannten Kationen auf eine Temperatur oberhalb des Transformationspunktes erhitzt wird, damit die in dem Glaskörper verbliebenen Ionen des Zusatzoxyds innerhalb des Glaskörpers vom Mittelteil in die AuCenbereiche diffundieren können.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß das Agens wasser enthält.

'5· Verfahren nach Anspruch 4·, gekennzeichnet durch Nasser inforra einer wässerigen Lösung.

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6. Verfahren nach Anspruch 5* gekennzeichnet durch eine wässerige Lösung einer Mineralsäure.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Salzsäure als Mineralsäure.

8. Verfahren nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch Wasser in Dampfform. . ·

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß das Agens ein Tonmineral enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Agens inform einer wässerigen Paste auf den Glaskörper zur Einwirkung gebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Agens aus der Gruppe der Oxyde von Zirkonium und Chrom.

12. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Mischagens mit einem Tonmineral.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das"Agens ein säurebildendes Gas umfaßt.

14-. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Schwefeltrioxyd.

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein anorganisches Chlorid, das sich" mindestens "teilweise bei der Einwirkungstemperatur zersetzt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Ammoniumchloride.

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17. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichet durch, ein Agens aus der Gruppe von Tetrachlorkohlenstoff _T Siliziumtetrachlorid bzw. eine Mischung derselben.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zu extrahierenden Kationen der Zusatzoxyde aus der Gruppe der Thalliumionen und Alkalimetallionen ausgewählt sind.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19₅ gekennzeichnet durch eine Endv.erteilung des Brechungsindex im wesentlichen nach der Beziehung K = N_Q (1 - ar ) mit r als Abstand vom Mittel teil des Glaskörpers, Nq als Brechungsindex des Glaskörpers im Mittelteil, F als Brechungsindex des Glaskörpers in einem Abstand r vom Mittelteil und a als einer positiven Konstanten.

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