DE19800935A1

DE19800935A1 - Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern

Info

Publication number: DE19800935A1
Application number: DE19800935A
Authority: DE
Inventors: Seung-Hun Oh; Jin-Han Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1998-07-30
Also published as: KR100288739B1; FR2758549B1; KR19980066124A; JPH10203842A; GB9801084D0; GB2321243A; FR2758549A1; GB2321243B; CN1195110A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern und insbesondere auf ein solches Verfahren, das Erdgas statt Wasserstoff als Wärmequelle des Brenners für das Heizen eines Quarzrohres für die Handhabbarkeit ohne die Gefahr möglicher Explosionen verwendet.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Von allen Sorten optischer Fasern ist die am häufigsten ver wendete Faser eine auf Quarz basierende optische Faser, die als Hauptkomponente Quarz (Siliciumdioxyd) und ausgewählte Phosphoroxyde oder Germaniumoxyde für die Verwendung bei der Regulierung des Brechungsindexes umfaßt. Verfahren zur Her stellung einer Vorform der vorher erwähnten auf Quarz basie renden optischen Fasern werden in drei Kategorien aufgeteilt: MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition), VAD (Vapor Phase Axial Deposition) und OVD (Outside Vapor Deposition). Ein weitverbreitetes Verfahren zur Herstellung einer Vorform von auf Quarz basierenden optischen Fasern hoher Qualität ist MCVD, das die Reaktion von Chemikalien, die in der vom außen erwärmten Quarzrohr enthalten sind, bedingt, um Glaskörner zu erzeugen und diese gleichzeitig auf der inneren Oberfläche des Quarzrohres abzulagern.

Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung des MCVD unter Bezug auf Fig. 1 gegeben.

Das Quarzrohr 10 ist befestigt, wobei beide Enden sich mit Einspannvorrichtungen 52 im Eingriff befinden, die an jeder Seite des Glasgestells 50 angeordnet sind. Während das Quarz rohr 10 über das Glasgestell 50 gedreht wird, wird es mit Materialgas 12 versorgt, das SiCl₄, GeCl₄ und zusätzliche Chemikalien in passender Menge umfaßt, die vom Sauerstoff strom vom Gasversorgungssystem 56 transportiert werden. Es wird dann mit dem Brenner 20, der Wasserstoff und Sauerstoff als Wärmequelle verwendet, von außen erwärmt, wobei eine heiße Zone 14 ausgebildet wird, die den heißesten Teil im Rohr 10 darstellt. Das Materialgas 12, das durch die heiße Zone 14 hindurch gelangt, wird granuliert durch die Reaktio nen, die ausgedrückt werden können durch SiCl₄ + O₂ - SiO₂ + 2 CL₂ und GeCl₄ + O₂ - GeO₂ + 2Cl₂. Die erzeugten Körnchen flie ßen im Quarzrohr 10 und kleben am weniger heißen vorderen Teil der inneren Oberfläche des Quarzrohres 10 durch Thermo phorese. Wenn der Brenner 20 mit einer passenden Rate in der Richtung, in der das Materialgas 12 fließt, bewegt wird, werden die Körnchen ausgebildet und haften an der inneren Oberfläche des Quarzrohres 10 entlang der Bewegung des Bren ners 20. Die anhaftenden Körnchen werden einem Sintern unter worfen, wodurch eine Glasausbildung auf der inneren Oberflä che des Quarzrohres 10 entlang der Spur des sich bewegenden Brenners 20 entsteht.

Das obige Verfahren wird nachfolgend detaillierter beschrie ben. Eine Hüllschicht 16 für das Verhindern der Verunreini gung von Substanzen wird zunächst in einer passenden Dicke auf der inneren Oberfläche des Quarzes 10 mittels der vorher erwähnten Reaktionen ausgebildet. Eine Kernschicht 18, durch die Licht sich ausbreitet, wird direkt durch das Einführen des Materialgases 12 einer zweiten Zusammensetzung in das Quarzrohr 10 ausgebildet. Das Quarzrohr 10 wird einem Schrumpfungsschritt durch äußeres Erhitzen auf ungefähr 2300°C und einem nachfolgenden Abschlußschritt, um das Quarzrohr 10 in die Form einer Stange umzuwandeln, unterworfen, um somit die Vorform der optischen Faser fertigzustellen.

Im MCVD wird der Brenner mit Wasserstoff und Sauerstoff als Wärmequelle versorgt, um das Quarzrohr aufzuheizen. In diesem Schritt erzeugt die Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoff Wasser, das in mit dem Brenner verbundenen Ein richtungen eine Korrosion bewirkt, und ihre Lebensdauer ver kürzt und auch den Gehalt der Hydroxydionen (OH⁻) in der Oberfläche des Quarzrohres erhöht, was eine zunehmenden Über tragungsverlust der optischen Faser bewirkt. Weiterhin ist Wasserstoff als Wärmequelle für den Brenner so teuer, daß die Produktionskosten erhöht werden, und es ist durch die Gefahr möglicher Explosionen schwierig handzuhaben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die Herstellung einer Vorform optischer Fasern zu bieten, das die Ausbildung von Wasser (H₂O) während des Erhitzens des Quarzrohres durch die Verwendung von Erdgas als Wärmequelle des Brenners verhindert.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern zu liefern, das die Ausbildung von Hydroxydionen (OH⁻) in der Oberfläche des Quarzrohres minimiert.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern zu liefern, das die Produktionskosten durch Verwendung von Erdgas als Wärmequelle des Brenners vermindert.

Eine nochmals andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung be steht darin, ein Erdgas zu liefern, das eine mögliche Explo sion verhindert und leicht handzuhaben ist.

Im Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wärmequelle für einen Brenner, um ein Quarzrohr zu erhitzen und zu schrump fen, um die Vorform auszubilden, ein Erdgas, um den Hydroxyd gehalt auf der Oberfläche des Quarzrohres zu minimieren.

Um die Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern, das mittels einer modifizierten chemischen Bedampfung durch geführt wird, folgende Schritte: (1) Befestigen eines Quarz rohres an Einspannvorrichtungen für das Ausbilden der Vor form; (2) Zuführen eines Materialgases in das Quarzrohr von einem Materialgasversorgungssystem; (3) Zuführen von Sauer stoffen und Erdgas als Wärmequelle für einen Brenner unter der Steuerung eines Gasflußsteuerabschnitts; (4) Erhitzen des rotierenden Quarzrohres mit dem Brenner, der sich in Quer richtung bewegt; (5) Ausbilden einer gesinterten, transparen ten Schicht und eines körnigen Belags auf der inneren Ober fläche des Quarzrohres durch Schritt (4); (6) Wiederholen des Schrittes (5), um eine Hüllschicht und eine Kernschicht auf der inneren Oberfläche des Quarzrohres auszubilden; und (7) Erweichen des sich aus Schritt (6) ergebenden Produkts durch Erhitzen auf eine angehobene Temperatur mit dem Brenner und Schrumpfen des inneren Raumes des Quarzrohres.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren für das Herstellen einer Vorform optischer Fasern mittels des gewöhnlicherweise verwendeten MCVD zeigt; und

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren für und ein Schrumpfen einer Vorform optischer Fasern unter Ver wendung von Erdgas als Wärmequelle bei der Herstellung der Vorform mittels des MCVD gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren für das Absetzen und das Schrumpfen der Vorform optischer Fasern durch Verwendung von Erdgas als Wärmequelle bei der Herstel lung des Vorform mittels MCVD zeigt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Quarzrohr 10 befestigt, wobei seine beiden Enden im Eingriff mit Einspannvorrichtun gen 52 stehen, die auf jeder Seite des Glasgestells 50 mon tiert sind. Während das Quarzrohr 10 über dem Glasgestell 50 mit einer Rate von 50 U/min (50 Umdrehungen pro Minute) ge dreht wird, wird es mit Materialgas 12 versorgt, das SiCl₄, GeCl₄ oder POCl₃ und zusätzliche Chemikalien, beispielsweise Freon, in passender Menge enthält, und das durch den Sauer stoffstrom vom Gasversorgungssystem 56 transportiert wird. Der Gasflußsteuerabschnitt 26b versorgt unter der Steuerung des Computersteuerabschnitts 28 den Brenner 20 mit Sauerstoff in einer Menge, die ausreicht, um das Erdgas 24, das dem Brenner 20 zugeführt wird, vollständig zu verbrennen. Das verwendete Erdgas 24 wird vorzugsweise aus einer Gruppe aus gewählt, die aus verflüssigtem Naturgas (LNG), verflüssigtem Erdgas (LPG), und Methan- und Propangas besteht, um die Lei stung der Bedampfung und der Kondensation im Quarzrohr 10 zu vergrößern.

Der Brenner 20 wird in Querrichtung in einer passenden Ge schwindigkeit bewegt und heizt die äußere Oberfläche des Quarzrohres 10 und bildet eine heiße Zone 14, die den heiße sten Teil im Rohr 10 darstellt. Das Materialgas 12, das durch die heiße Zone 14 hindurchgeht, wird in Körnchen granuliert, die an der inneren Oberfläche des Quarzrohres 10 entlang der Bewegung des Brenners 20 anhaften. Auf der inneren Oberfläche des Quarzes 10 wird ein Hüllschicht 16 für das Verhindern der Kontaminierung der Substanz in einer passenden Dicke mit einer nachfolgenden Ausbildung einer Kernschicht 18 ausgebil det, durch die Licht sich ausbreitet, direkt durch das Ein führen des Materialgases 12 einer zweiten Zusammensetzung in das Quarzrohr 10.

Auf die Absetzung folgend, versorgt der Gasflußsteuerab schnitt 26b den Brenner 20 mit Erdgas 24 mit einer Rate von ungefähr 100 l/min, während das Gasversorgungssystem 56, wie das in Fig. 1 gezeigt ist, Cl₂ und O₂ zum Quarzrohr 10 lie fert. Der Brenner 20 mit einem Temperaturbereich von 2250 bis 2350°C wird in Querrichtung entlang des Quarzrohres 10 mit einer Rate von 8 cm/min bewegt, so daß Glas abgesetzt wird, um einen Durchmesser des Quarzrohres 10 im Bereich von 2 bis 3 mm auszubilden. In diesem Schritt wird der innere Druck des Quarzrohres 10 auf 1,1 Druck gehalten. Der Brenner 20 kann mit einer Geschwindigkeit von 4 cm/min oder 1,5 cm/min bewegt werden, um das Quarzrohr 10 in Abhängigkeit von der Zusammen setzung des Materialgases 12, das in das Quarzrohr 10 tritt, zu schrumpfen.

Nachdem ein Ende des Quarzrohres 10 so lange erhitzt wurde, daß es vollständig abgedichtet ist, wird das Quarzrohr 10 durch Drehen des Quarzrohres 10 mit 30 U/min, wobei der Bren ner allmählich mit einer Geschwindigkeit von 0,8 cm/min be wegt wird, vollständig geschrumpft. Somit erhält man eine Vorform optischer Fasern hoher Qualität. Die restliche Koh lenstoff- oder Schwefelkomponente auf der Oberfläche der Vorform wird dann vollständig durch Ätzen mit Fluorsäure entfernt.

Wie oben beschrieben wurde, kann das Verfahren der Herstel lung einer Vorform optischer Fasern gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Kosten für ein Gas um ungefähr ein fünftel durch Verwenden eines Erdgases anstelle von Wasserstoff als Wärmequelle für einen Brenner vermindern, was überraschenderweise Herstellungskosten der Vorform als auch Zeit für die Herstellung spart. Die Verwen dung von Erdgas liefert auch eine komfortable Arbeitsumgebung für eine leichte Handhabbarkeit ohne Explosionslärm, der während des Zündens eines konventionellen Sauer stoff/Wasserstoff-Brenners auftritt, oder einer Wasserproduk tion, und somit wird der Gehalt von Hydroxyd (OH⁻) minimal, was den Übertragungsverlust der optischen Fasern vermindert.

Es sollte somit verständlich sein, daß die vorliegende Erfin dung nicht auf die spezielle hier beschriebene Ausführungs form beschränkt ist, die als beste Art für das Ausführen der vorliegenden Erfindung angesehen wird, sondern daß die vor liegende Erfindung nur insofern auf die speziellen in dieser Beschreibung dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, als sie in den angefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern, das das Erhitzen und Schrumpfen eines Quarzrohres für das Ausbilden der Vorform mit einem Brenner umfaßt, der Erdgas als Wärmequelle verwendet, um den Hydroxydgehalt auf der Oberfläche des Quarzrohres zu minimieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erdgas ein verflüs sigtes Erdgas oder ein verflüssigtes Petroleumgas ist im Hinblick auf das Vergrößern der Leistung des Absetzens und der Kondensation mit einer geringen Flußmenge.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erdgas Methan- oder Propangas ist, um die Wirksamkeit des Absetzens und der Kon densation mit einer geringen Flußmenge zu vergrößern.

4. Verfahren zur Herstellung einer Vorform optischer Fasern, das mittels einer modifizierten chemischen Bedampfung durch geführt wird und folgende Schritte umfaßt:

(1) Befestigung eines Quarzrohres für das Ausbilden der Vorform an Einspannvorrichtungen;
(2) Liefern eines Materialgases in das Quarzrohr von einem Materialgasversorgungssystem;
(3) Liefern von Sauerstoff und Erdgas als Wärmequelle für einen Brenner unter der Steuerung eines Gasflußsteuerab schnitts;
(4) Erhitzen des sich drehenden Quarzrohres mit dem Brenner, der sich in Querrichtung bewegt;
(5) Ausbildung einer gesinterten transparenten Schicht und einer Teilchenbeschichtung auf der inneren Oberfläche des Quarzrohres durch Schritt (4);
(6) Wiederholen des Schrittes (5), um eine Hüllschicht und eine Kernschicht auf der inneren Oberfläche des Quarzroh res auszubilden; und
(7) Erweichen des sich aus Schritt (6) ergebenden Pro dukts durch das Erhitzen auf eine angehobene Temperatur mit dem Brenner und das Schrumpfen des inneren Raumes des Quarz rohres.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Erdgas verflüssigtes Petroleumgas oder Methan- oder Propangas ist, im Hinblick auf das Vergrößern der Leistung der Bedampfung und der Kondensa tion mit einer geringen Flußmenge.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Brenner mit Erdgas vom Gasflußsteuerabschnitt mit einer Rate von 60-70 l/min versorgt wird, um die Oberfläche des Quarzrohres auf 1900°C zu erhitzen.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Gasflußsteuerab schnitt den Brenner mit Sauerstoff in einer Menge versorgt, die große genug ist, um das Erdgas in Schritt (3) vollständig zu verbrennen.

8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Gasflußsteuerab schnitt den Brenner mit Erdgas mit einer Rate von 100 l/min in Schritt (7) versorgt.

9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 8, wobei der Brenner im Temperaturbereich von 2250°C bis 2350°C mit einer Rate von 8 cm/min, 4 cm/min oder 1,5 cm/min bewegt wird und das Quarz rohr erhitzt und schrumpft.

10. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Brenner bei 30 U/min und 0,8 cm/min bewegt wird, das Quarzrohr erhitzt, um den inneren Raum des Quarzrohres vollständig zu versiegeln.