DE19852704A1 - Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser und für die Durchführung des Verfahrens geeignetes Substratrohr - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser und für die Durchführung des Verfahrens geeignetes SubstratrohrInfo
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Abstract
Ausgehend von einem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser für die optische Nachrichtentechnik, durch Bereitstellen eines Quarzglas-Substratrohres, das in radialer Richtung Bereiche unterschiedlicher Dotierung aufweist, Einbringen eines Kernglases aus synthetischem Quarzglas in das Substratrohr, und Überfangen des Substratrohres mit einem Mantelglas-Rohr, soll die Produktivität des Verfahrens für die Erzeugung komplexer Brechzahlprofile zu verbessern, und ein dafür geeignetes Substratrohr zur Verfügung gestellt werden, bei dem für die Vorformherstellung weniger Kernglasmaterial, sei es bei einer Innenabscheidung oder bei einem Kernglasstab für die Stab-in-Rohr-Technik, benötigt wird. Hinsichtlich des Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein durch Verglasen eines rohrförmigen, porösen SiO¶2¶-Rohlings erhaltenes Substratrohr einzusetzen, das mit einer Kernglasschicht versehen ist, die erzeugt wird, indem einem ersten radialen Teilbereich des SiO¶2¶-Rohlings vor dem Verglasen ein die Brechzahl von Quarzglas erhöhender erster Dotierstoff hinzugefügt wird. Das erfindungsgemäße Substratrohr weist in radialer Richtung Bereiche unterschiedlicher Dotierung, wobei es eine Kernglasschicht, die eine Brechzahl von mindestens 1,459 aufweist, umfaßt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser für
die optische Nachrichtentechnik, durch Bereitstellen eines Quarzglas-Substratrohres, das in
radialer Richtung Bereiche unterschiedlicher Dotierung aufweist, Einbringen eines Kernglases
aus synthetischem Quarzglas in das Substratrohr, und Überfangen des Substratrohres mit ei
nem Mantelglas-Rohr.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Substratrohr aus Quarzglas für die Herstellung einer Vor
form für eine optische Faser für die optische Nachrichtentechnik, wobei die Vorform ein Kern
glas umfaßt, das von einem Mantelbereich umgeben ist, von dem mindestens ein Teil in Form
des Substratrohres, das in radialer Richtung Bereiche unterschiedlicher Dotierung aufweist,
bereitgestellt wird.
Vorformen für optische Fasern weisen im allgemeinen einen Kern auf, der von einem Mantel
aus einem Material mit kleinerer Brechzahl umhüllt ist. Für die Herstellung des Kerns von Vor
formen aus synthetischem Quarzglas haben sich Verfahrensweisen durchgesetzt, die als
VAD-Verfahren (vapor-phase axial deposition; axiale Abscheidung aus der Dampfphase),
OVD-Verfahren (outside vapor-phase deposition; Außenabscheidung aus der Dampfphase),
MCVD-Verfahren (modified chemical vapor-phase deposition; Innenabscheidung aus der
Dampfphase) und PCVD-Verfahren (plasma chemical vapor-phase deposition; Plasma-unter
stützte Abscheidung aus der Dampfphase) bezeichnet werden. Bei allen diesen Verfahrens
weisen wird das Kernglas dadurch erzeugt, daß SiO2-Partikel auf einem Substrat abgeschie
den und verglast werden. Die Abscheidung des Kernglases erfolgt bei VAD- und OVD-Verfah
ren von außen auf einem Substrat; bei MCVD- und PCVD-Verfahren auf der Innenwandung
eines sogenannten Substratrohres. Das Substratrohr kann den optisch aktiven Mantel oder ei
nen Teil davon bilden. In Abhängigkeit vom Faserdesign besteht das Substratrohr aus dotier
tem oder undotiertem Quarzglas. Darüberhinaus ist die Herstellung von Vorformen nach der
sogenannten Stab-in-Rohr-Technik bekannt, bei der ein Stab aus einem Kernglas in ein Rohr
aus Mantelglas eingeführt und mit diesem verschmolzen wird. Durch Elongieren der Vorform
werden daraus optische Fasern erhalten.
Je nach Verfahrensweise wird das Mantelglas in einem separaten Verfahren hergestellt (OVD,
MCVD, Plasmaverfahren, Stab-in-Rohr-Technik), oder das Mantelglas und das Kernglas wer
den gleichzeitig erzeugt, wie dies beim sogenannten VAD-Verfahren üblich ist. Der Brechzahl
unterschied zwischen Kernglas und Mantelglas wird durch Beimengung geeigneter Dotierstof
fe eingestellt. Es ist bekannt, daß Fluor und Bor die Brechzahl von Quarzglas senken, wäh
rend zur Brechzahlerhöhung von Quarzglas eine Vielzahl von Dotierstoffen geeignet sind, ins
besondere Germanium, Phosphor oder Titan.
Bei einem einfachen Faserdesign für eine optische Faser ist der Kern aus Quarzglas mit ei
nem ersten Brechungsindex von einem Mantel aus Quarzglas mit einem zweiten, niedrigeren
Brechungsindex umhüllt. Im Zuge der Optimierung optischer Fasern, insbesondere für die
gleichzeitige Übertragung mehrerer Wellenlängen mit hohen Übertragungsraten werden je
doch Faserdesigns mit wesentlich komplexeren Brechzahlprofilen entwickelt. So ist beispiels
weise in der EP-A1 785 448 eine optische Faser aus Quarzglas mit einem Faserdesign be
schrieben, das als "double-core + double-cladding" (doppelter Kern + doppelter Mantel) be
zeichnet wird, und das zur Verminderung der sogenannten Polarisationsmoden-Dispersion bei
tragen soll.
Ein Verfahren für die Herstellung einer Vorform und ein dafür geeignetes Substratrohr gemäß
der eingangs genannten Gattung sind aus der EP-A2 434 237 bekannt. Darin wird die Herstel
lung einer optischen Einmodenfaser, die als "depressed-clad-type" bezeichnet wird, beschrie
ben. Die Vorform für diese Faser wird durch Innenabscheidung (MCVD-Verfahren) hergestellt.
Hierzu wird auf der Innenwandung eines Substratrohres zunächst eine innere Mantelglas
schicht aus fluordotiertem Quarzglas und dann eine Kernglasschicht aus Ge-dotiertem Quarz
glas abgeschieden. Das dabei eingesetzte Substratrohr aus Quarzglas kann über seine
Wandstärke Bereiche unterschiedlicher Fluor-Dotierung aufweisen. Das so innenbeschichtete
Rohr wird unter Bildung der Vorform kollabiert und anschließend noch mit einem sogenannten
"Jacketrohr" aus Mantelglas überfangen.
Mittels des bekannten Verfahrens ist die Herstellung dispersionsverschobener oder sogenann
ter dispersionskompensierender optischer Fasern zwar möglich. Jedoch müßten hierzu eine
Vielzahl von Innenschichten in dem bekannten Substratrohr aufgebaut werden.
Mit der im Verlaufe der MCVD-Innenabscheidung zunehmenden Anzahl und Dicke der Innen
schichten geht eine entsprechende Verengung der Innenbohrung des Substratrohres, und da
mit eine Verkleinerung der inneren Oberfläche einher. Dadurch nimmt die Effektivität der Ab
scheidung im Verlaufe des Prozesses ab. Dem kann durch Vergrößern von Innendurchmesser
und Wandstärke des Substratrohres nur begrenzt entgegengewirkt werden, denn die für die
Abscheidung erforderliche Temperatur innerhalb des Substratrohres wird üblicherweise durch
Beheizung von außen erzeugt. Eine Vergrößerung von Innendurchmesser oder Wandstärke
des Substratrohres erfordert jedoch eine Erhöhung der Außentemperatur, um die Abscheide
bedingungen im Rohrinnern aufrechtzuerhalten. Diese wird aber durch Erweichung und plasti
sche Verformung des Substratrohres limitiert. Darüberhinaus wird das Kollabieren bei dickwan
digen oder großen Substratrohren und bei dicken Innenschichten zunehmend schwieriger.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein effektives und kostengünstiges Verfahren
zur Herstellung einer Vorform anzugeben, mit dem auch komplexe Brechzahlprofile mit hoher
Produktivität erzeugt werden können, und ein dafür geeignetes Substratrohr zur Verfügung zu
stellen, bei dem weniger Kernglasmaterial, sei es bei einer Innenabscheidung oder bei einem
Kernglasstab für die Stab-in-Rohr-Technik, benötigt wird.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebenen
Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein durch Verglasen eines rohrförmigen, po
rösen SiO2-Rohlings erhaltenes Substratrohr eingesetzt wird, das mit einer Kernglasschicht
versehen ist, die erzeugt wird, indem einem ersten radialen Teilbereich des SiO2-Rohlings vor
dem Verglasen ein die Brechzahl von Quarzglas erhöhender erster Dotierstoff hinzugefügt
wird.
Das für das Verfahren eingesetzte Substratrohr umfaßt eine Kernglasschicht. Darunter wird
ein radialer Teil der Gesamtwandstärke des Substratrohres verstanden, der einen Dotierstoff
enthält, der die Brechzahl von Quarzglas erhöht. Derartige Dotierstoffe enthalten beispielswei
se Germanium, Phosphor, Chlor, Erbium oder Titan. Üblicherweise ist die Brechzahl der Kern
glasschicht somit höher als die von undotiertem Quarzglas. Für die Brechzahl von undotiertem
Quarzglas werden in der Literatur für eine Meßwellenlänge von 589,3 nm (D-Linie der Natrium
dampflampe) Werte zwischen nD = 1,4585 und 1,4589 angegeben. Das Substratrohr kann ei
ne oder mehrere Kernglasschichten aufweisen. Außer der Kernglasschicht ist noch
mindestens eine weitere Schicht vorgesehen, die sich in ihrer Dotierung von derjenigen der
Kernglasschicht unterscheidet. Über seine Wandstärke gesehen, weist das Substratrohr somit
mehrere Schichten unterschiedlicher Dotierung auf. Diese Schichten werden nicht etwa durch
Zusammenfügen mehrerer unterschiedlich dotierter Rohre oder durch Abscheiden von Glas
schichten auf der Oberfläche eines Quarzglasrohres erzeugt, sondern direkt bei der Herstel
lung oder durch eine Nachbehandlung des porösen Rohlings. Das Substratrohr wird durch
Verglasen des SiO2-Rohlings erhalten.
Die Kernglasschicht geht aus einem radialen Teilbereich des porösen Rohlings hervor, dem
vor dem Verglasen der die Brechzahl von Quarzglas erhöhende, erste Dotierstoff hinzugefügt
worden ist. Der SiO2-Rohling wird üblicherweise durch Flammenhydrolyse einer siliciumhalti
gen Verbindung und Abscheiden von SiO2-Partikeln auf einem Substrat nach dem sogenann
ten "Soot-Verfahren" hergestellt. Das Verglasen des porösen SiO2-Rohlings erfolgt - im Ge
gensatz zum sogenannten "Direkt-Verglasen" - in einem separaten Sinterprozeß. Aufgrund
seiner Porosität läßt sich der SiO2-Rohling vor dem Verglasen einfach nachbehandeln, wie bei
spielsweise zum Zweck einer Reinigung, Trocknung oder zum nachträglichen Dotieren. Das
Trocknen des porösen SiO2-Rohlings ermöglicht die Herstellung von Kernglasschichten mit ge
ringem OH-Gehalt.
Anstelle einer Dotierung ausgewählter Teilbereiche, kann der SiO2-Rohling den ersten Dotier
stoff auch über seine gesamte Wandstärke zunächst homogen verteilt enthalten, wobei in ei
nem späteren Verfahrensschritt der erste Dotierstoff aus einem radialen Teilbereich minde
stens teilweise entfernt, oder die durch den Dotierstoff bewirkte Brechzahlerhöhung durch ei
nen zweiten Dotierstoff ganz oder teilweise kompensiert, oder sogar überkompensiert, wird.
Die Verteilung des Dotierstoffes in der Kernglasschicht kann homogen sein, sie kann auch ei
nen Gradienten, ein Maximum, oder ein Minimum aufwiesen.
Zur Einstellung einer vorgegebenen Oberflächenqualität oder Geometrie des Substratrohres
kann eine chemische und mechanische Nachbearbeitung des verglasten Rohlings erfolgen,
beispielsweise durch Ätzen und Polieren der Oberflächen, sowie durch Elongieren auf das ge
wünschte Endmaß. Für den Fall, daß das restliche Kernglas durch Innenabscheidung (MCVD
oder PCVD) im Substratrohr erzeugt wird, wird der nach der Innenabscheidung resultierende
Verbund aus Substratrohr und Kernglas kollabiert. Dabei kann gleichzeitig zusätzliches Man
telglas in Form eines sogenannten "Jacketrohres" hinzugefügt, und die optische Faser gezo
gen werden. Für den Fall, daß das restliche Kernglas dem Substratrohr in Form eines Kern
glasstabes hinzugefügt wird, wird der daraus resultierende Verbund aus Substratrohr und
Kernglasstab unter Bildung der Vorform miteinander verschmolzen, wobei ebenfalls zusätzli
ches Mantelglas in Form von Überfangrohren hinzugefügt werden kann.
Aus einer erfindungsgemäß hergestellten Vorform wird eine optische Faser für die optische
Nachrichtentechnik erhalten, in der die Kernglasschicht zur Lichtführung beiträgt. Dabei ist die
mindestens eine Kernglasschicht üblicherweise Teil einer komplexen Brechzahlprofils. Insoweit
werden Bereiche der Vorform durch das Substratrohr bereitgestellt, die bei den bekannten
Verfahren erst bei der Herstellung des Kernglases selbst erzeugt werden. Das Substratrohr
selbst kann durch ein kostengünstigeres und produktiveres OVD-Verfahren hergestellt werden.
Insoweit werden durch die Erfindung aufwendige und wenig effektive Herstellungsverfahren
für die Kernbereiche optischer Fasern durch eine produktivere Herstellungsweise ersetzt. Bei
spielsweise müßte die durch das Substratrohr bereitgestellte Kernglasschicht beim MCVD-Ver
fahren durch Innenbeschichtung des Substratrohres zusätzlich erzeugt werden. Anzahl und
Dicke der Innenschichten würden dabei - unter Inkaufnahme der oben genannten Nachteile
hinsichtlich der Effektivität der Abscheidung - entsprechend vergrößert. Demgegenüber wird
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Teil der lichtführenden Schichten durch das
Substratrohr bereitgestellt. So wird eine produktive und effektive Herstellung großvolumiger
Vorformen mit komplexen Brechzahlprofilen ermöglicht. Dabei trägt die durch das Substratrohr
bereitgestellte Kernglasschicht zur Lichtführung bei, und gehört insoweit zum Kernbereich der
optischen Faser. Die Menge an darüberhinaus hinzuzufügendem Kernglas wird dadurch ver
ringert, wobei als "Kernglas" im Sinne dieser Erfindung das zur Vervollständigung des Kernbe
reich es erforderliche Quarzglas-Material bezeichnet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist
in erster Linie für die Herstellung von Einmodenfasern, aber auch für die Herstellung von
Mehrmodenfasern geeignet.
In einer bevorzugten Verfahrensweise wird der poröse SiO2-Rohling durch Flammenhydrolyse
einer Siliciumverbindung und Abscheiden von SiO2-Partikeln auf einem Träger gebildet, wobei
der erste Dotierstoff während der Abscheidung hinzugefügt wird. Das Substratrohr - inklusive
der Kernglasschicht - wird hierbei nach dem OVD-Verfahren hergestellt. Das Hinzufügen des
ersten Dotierstoffes erfolgt während des Abscheidens der SiO2-Partikel, indem der Dotierstoff
an sich, oder in Form einer chemischen Verbindung, der Siliciumverbindung hinzugefügt, oder
eine den ersten Dotierstoff enthaltende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Eine inhomogene
Brechungsindexverteilung über die Wandstärke des SiO2-Rohlings kann durch zeitliche Verän
derung der wirksamen Konzentration des Dotierstoffes oder der Temperatur während der Ab
scheidung erreicht werden, durch nachträgliches Entfernen von erstem Dotierstoff aus einem
Teilbereich des SiO2-Rohlings, oder durch teilweise Kompensation mit einem anderen
Dotierstoff.
Das Kernglas kann mittels der Stab-in-Rohr-Technik oder durch Innenabscheidung (MCVD
und PCVD) in das Substratrohr eingebracht werden, wobei die zuletzt genannte Variante be
vorzugt wird, weil sie die Herstellung hochreiner, insbesondere OH-armer Innenschichten
erleichtert.
Besonders effektiv gestaltet sich eine Verfahrenweise, bei der mindestens ein zweiter radialer
Teilbereich des porösen SiO2-Rohlings nach dem Abscheiden und vor dem Verglasen mit ei
nem die Brechzahl von Quarzglas verändernden, zweiten Dotierstoff beladen wird. Der zweite
Dotierstoff kann homogen über die Wandstärke des SiO2-Rohlings verteilt sein. Eine derartige
Verteilung des zweiten Dotierstoffes ist durch Imprägnieren des porösen SiO2-Rohlings mit ei
ner den zweiten Dotierstoff enthaltenden Flüssigkeit oder durch Eindiffusion über die Gaspha
se besonders einfach und kostengünstig zu realisieren. Dadurch wird die Herstellung komple
xer Brechzahlverläufe erleichtert. Nach dem Verglasen kann in der Kernglasschicht des
Substratrohres eine Mischdotierung aus erstem und zweitem Dotierstoff vorliegen.
Vorteilhafterweise erfolgt das Beladen des zweiten radialen Teilbereiches durch Erhitzen-des
SiO2-Rohlings, wobei dieser einer den zweiten Dotierstoff enthaltenden Atmosphäre ausge
setzt wird. Mittels dieser - im folgenden als Dotierung über die Gasphase bezeichneten Verfah
rensweise - ermöglicht ein besonders effektives und homogenes Beladen des porösen
SiO2-Rohlings mit dem zweiten Dotierstoff.
Bevorzugt wird als zweiter Dotierstoff Fluor eingesetzt. Fluor verringert die Brechzahl von
Quarzglas. Das Beladen des porösen SiO2-Rohlings oder eines radialen Teilbereichs davon
mit Fluor, erleichtert die Herstellung eines Substratrohres mit komplexem Brechzahlprofil. So
kann das Substratrohr nach dem Verglasen eine Mantelglasschicht mit einer Brechzahl aufwei
sen, die niedriger ist als die von Quarzglas. Ein derartiges Substratrohr ist besonders geeignet
für die Herstellung einer optischen, dispersionskompensierenden Einmodenfaser (sogenannte
"DC-Faser"). Das Brechzahlprofil dieser Fasern weist im allgemeinen einen Bereich mit niedri
ger, und einen Bereich mit hoher Brechzahl auf. Im Vergleich zu den bekannten Verfahren ist
die Herstellung derartiger Fasern beim erfindungsgemäßen Verfahren besonders effektiv und
einfach, indem beide Bereiche vollständig, oder wenigstens teilweise, über das Substratrohr
zur Verfügung gestellt werden können.
Vorteilhafterweise wird als erster Dotierstoff eine Germanium enthaltende chemische Verbin
dung eingesetzt. Germanium liegt im Quarzglas in Form von Germaniumoxid, GeO2 vor. Ger
maniumoxid ist wegen seiner Transmissionseigenschaften für die Übertragung von Lichtwel
lenlängen im infraroten Spektralbereich besonders geeignet.
Als günstig hat es sich erwiesen, die Kernglasschicht auf eine Brechzahl im Bereich von
1,4593 bis 1,490 einzustellen. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige und effektive Her
stellung von optischen Fasern mit breitem Modenfelddurchmesser, insbesondere bei einer
Übertragungswellenlänge um 1550 nm. Unter der Kernglasschicht wird dabei der radiale Teil
bereich des Substratrohres verstanden, der eine Brechzahl aufweist, die in den oben angege
ben Bereich fällt. Die Brechzahl kann über die gesamte Dicke der Kernglasschicht gleich sein,
sie kann aber auch einen beliebigen Verlauf aufweisen.
Hinsichtlich des Substratrohres wird die oben angegeben Aufgabe ausgehend von dem ein
gangs genannten Substratrohr erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Substratrohr eine
Kernglasschicht mit einer Brechzahl von mindestens 1,459 umfaßt.
Das erfindungsgemäße Substratrohr umfaßt eine Kernglasschicht. Darunter wird ein radialer
Teil der Gesamtwandstärke des Substratrohres verstanden, der eine Brechzahl von minde
stens 1,459 aufweist. Die Brechzahl, die bei einer Wellenlänge von 589,3 nm gemessen wird,
ist somit höher ist als die von undotiertem Quarzglas, für das in der Literatur Werte zwischen
1,4585 und 1,4589 angegeben werden. Das Substratrohr kann eine oder mehrere Kernglas
schichten aufweisen. Außer der Kernglasschicht ist noch mindestens eine weitere Schicht vor
gesehen, die sich in ihrer Dotierung von derjenigen der Kernglasschicht unterscheidet. Über
seine Wandstärke gesehen, weist das Substratrohr somit mehrere Schichten unterschiedlicher
Dotierung auf. Diese Schichten werden nicht etwa durch Zusammenfügen mehrerer unter
schiedlich dotierter Rohre oder durch Abscheiden von Glasschichten auf der Oberfläche eines
Quarzglasrohres erzeugt, sondern direkt bei der Herstellung oder durch eine Nachbehandlung
eines porösen SiO2-Rohlings. Das Substratrohr wird - wie oben beschrieben - durch Verglasen
des SiO2-Rohlings erhalten, der üblicherweise durch Flammenhydrolyse einer siliciumhaltigen
Verbindung und Abscheiden von SiO2-Partikeln auf einem Substrat nach dem sogenannten
"Soot-Verfahren" hergestellt wird. Das Verglasen des porösen SiO2-Rohlings erfolgt - im Ge
gensatz zum sogenannten "Direkt-Verglasen" - in einem separaten Sinterprozeß.
Bei einer optischen Faser, die aus einer unter Verwendung des Substratrohres hergestellten
Vorform erhalten wird, trägt die Kernglasschicht zur Lichtführung bei, wobei sie üblicherweise
Teil eines komplexen Brechzahlprofils ist. Daher werden Bereiche der Vorform durch das
Substratrohr bereitgestellt, die bei den bekannten Verfahren ansonsten unter großem Aufwand
bei der Herstellung des Kernglases erzeugt werden. Dies erleichtert eine effektive Herstellung
großvolumiger Vorformen mit komplexen Brechzahlprofilen. Das Substratrohr selbst kann
durch ein kostengünstigeres und produktiveres OVD-Verfahren hergestellt werden. Dabei trägt
die durch das Substratrohr bereitgestellte Kernglasschicht zur Lichtführung bei, und gehört in
soweit zum Kernbereich der optischen Faser. Die Menge an darüberhinaus hinzuzufügendem
Kernglas wird dadurch verringert.
Das erfindungsgemäße Substratrohr kann für die Herstellung einer Vorform für optische Ein
modenfasern, als auch für Mehrmodenfasern eingesetzt werden. In jedem Fall wird in das
Substratrohr ein Kernglas eingebracht. Dies geschieht üblicherweise nach dem MCVD- oder
PCVD-Verfahren durch Abscheidung von Quarzglasschichten auf der Innenwandung des
Substratrohres und nachfolgendes Kollabieren des innenbeschichteten Substratrohres. Das er
findungsgemäße Substratrohr ist auch zur Herstellung einer Vorform mittels der Stab-in-Rohr-
Technik geeignet. Zur Einstellung einer vorgegebenen Oberflächenqualität oder Geometrie
des Substratrohres kann eine chemische und mechanische Behandlung erforderlich sein, bei
spielsweise durch Ätzen und Polieren der Oberflächen, oder ein Elongieren des Substratroh
res auf das gewünschte Endmaß.
Auf die vorstehenden näheren Erläuterungen hierzu im Zusammenhang mit der erfindungsge
mäßen Herstellung einer Vorform wird verwiesen.
Vorteilhafterweise ist die Kernglasschicht angrenzend an das Kernglas der Vorform vorgese
hen. Dabei wird ein wesentlicher Teil des lichtführenden Bereiches der Vorform vom Substrat
rohr bereitgestellt, wobei die Kernglasschicht einen Teil eines homogen dotierten, zentralen
Kernglasbereiches bilden, oder einen Teil eines komplexen Brechzahlprofils bereitstellen kann.
Je nachdem können die Brechungsindices von Kernglasschicht und angrenzendem Kernglas
identisch oder verschieden sein.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn das Substratrohr eine Mantelglasschicht
aus fluordotiertem Quarzglas umfaßt. Ein derartiges Substratrohr ist besonders geeignet für
die Herstellung einer optischen, dispersionskompensierenden Einmodenfaser (sogenannter
"DC-Faser"). Das Brechzahlprofil dieser Fasern weist im allgemeinen einen Bereich mit niedri
ger, und einen Bereich mit hoher Brechzahl auf. Im Vergleich zu den bekannten Verfahren ist
die Herstellung derartiger Fasern beim erfindungsgemäßen Verfahren besonders effektiv und
einfach, indem beide Bereiche vollständig, oder wenigstens teilweise, über das Substratrohr
zur Verfügung gestellt werden können.
Vorteilhafterweise enthält die Kernglasschicht Germanium. Germanium erhöht die Brechzahl
von Quarzglas, wobei es im Quarzglas in Form von GeO2 vorliegt. Germaniumoxid ist wegen
seiner Transmissionseigenschaften für die Übertragung von Lichtwellenlängen im infraroten
Spektralbereich besonders geeignet.
Als günstig hat sich eine Kernglasschicht mit einer Brechzahl im Bereich von 1,4593 bis 1,490
erwiesen. Ein derartiges Substratrohr ermöglicht eine besonders kostengünstige und effektive
Herstellung von optischen Fasern mit breitem Modenfelddurchmesser bei einer Übertragungs
wellenlänge um 1550 nm. Unter der Kernglasschicht wird dabei der radiale Teilbereich des
Substratrohres verstanden, der eine Brechzahl aufweist, die in den oben angegeben Bereich
fällt, unabhängig davon, ob die Brechzahl über die gesamte Dicke der Kernglasschicht gleich
ist, oder einen anderen Verlauf aufweist.
Insbesondere im Hinblick auf eine geringe Dämpfung der unter Verwendung des erfindungs
gemäßen Substratrohre hergestellten Fasern im infraroten Wellenlängenbereich ist es vorteil
haft, wenn der Gehalt an Hydroxylionen in der Kernglasschicht maximal 1 Gew.-ppm beträgt.
Da Hydroxylgruppen im infraroten Wellenlängenbereich absorbieren, ist ein geringer OH-Ge
halt für Anwendungen optischer Fasern besonders wichtig, bei denen es auf eine geringe Ab
sorption in diesem Wellenlängenbereich ankommt. Dies gilt beispielsweise für Übertragungs
wellenlängen um 1310 nm, um 1550 nm oder im dazwischenliegenden Wellenlängenbereich,
die in der optischen Nachrichtentechnik verwendet werden.
Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Substratrohres,
bei dem benachbart zur Kernglasschicht eine Diffusionssperrschicht vorgesehen ist. Die Diffu
sionssperrschicht erleichtert die Herstellung von Brechzahlprofilen mit Stufenform, indem sie
bei einer nachträglichen Behandlung des porösen SiO2-Rohlings in einer einen Dotierstoff ent
haltenden Atmosphäre eine unerwünschte Eindiffusion des Dotierstoffes in Teilbereiche jen
seits der Diffusionssperrschicht behindert. Es können auch mehrere Diffusionssperrschichten
vorhanden sein. Die Diffusionssperrschicht wird auf einfache Art und Weise beispielsweise
durch bereichsweise Verdichtung des SiO2-Rohlings während des Abscheidens gebildet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung nä
her erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer Darstellung
Fig. 1a ein erstes Brechzahlprofil einer optischen Einmodenfaser, die aus einer
erfindungsgemäß hergestellten Vorform erhalten wurde,
Fig. 1b ein erfindungsgemäßes Substratrohr zur Herstellung der Faser mit dem
Brechzahlprofil gemäß Fig. 1a,
Fig. 2a ein zweites Brechzahlprofil einer optischen Einmodenfaser, die aus einer
erfindungsgemäß hergestellten Vorform erhalten wurde,
Fig. 2b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substratrohres zur
Herstellung der Faser mit dem Brechzahlprofil gemäß Fig. 2a,
Fig. 3a ein drittes Brechzahlprofil einer optischen Einmodenfaser, die aus einer
erfindungsgemäß hergestellten Vorform erhalten wurde, und
Fig. 3b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substratrohres zur
Herstellung der Faser mit dem Brechzahlprofil gemäß Fig. 3a.
Bei den nachfolgend anhand der Fig. 1a, 2a und 3a näher erläuterten Brechzahlprofilen ist
auf der y-Achse jeweils eine relative Brechzahldifferenz Δ = (n1 - n2)/n2 [in %] aufgetragen, wo
bei n1 die absolute Brechzahl im entsprechenden lichtführenden Bereich der optischen Faser
bezeichnet. Der Bezugspunkt n2 entspricht der Brechzahl im Außenmantelbereich der jeweili
gen optischen Faser, der in den folgenden Ausführungsbeispielen jeweils 1,4589 bei 589,3 nm
beträgt. Auf der x-Achse ist der Faserradius in µm angegeben.
Das Brechzahlprofil gemäß Fig. 1a ist typisch für eine sogenannte "LEAF-Faser" (large
effective area fiber). Eine derartige Faser ist in der EP-A2 775 924 beschrieben. Das Brech
zahlprofil führt im Vergleich zu einer dispersionsverschobenen Faser zu einem vergrößerten
Modenfelddurchmesser, und dadurch zu einer geringeren mittleren Energiedichte in der opti
schen Faser. Dies ist wünschenswert zur Verringerung nichtlinearer Effekte, wie der soge
nannten Selbstphasenmodulation (SPM). Darüberhinaus bewirkt das Profil eine geringere
Dispersionssteigung
Das Brechzahlprofil zeichnet sich durch insgesamt 5 Kernsegmente aus. Im inneren Kernseg ment A mit einem Durchmesser von ca. 4,5 µm (Radius 2,25 µm) beträgt die relative Brech zahldifferenz Δ = 0,6%. Im nach außen hin daran anschließenden Kernsegment B, mit einer Schichtdicke von 2,25 µm, beträgt die relative Brechzahldifferenz Δ = 0 (dort gilt: n1 = n2). Auf das Kernsegment B folgt das Kernsegment C, das eine Schichtdicke von 1,875 µm und eine relative Brechzahldifferenz Δ = 0 aufweist. Die relative Brechzahldifferenz des Kernsegmentes D liegt bei Δ = 0,234% und seine Schichtdicke bei 1,125 µm. Das Kernsegment D ist wiederum von einem Kernsegment E mit einer relative Brechzahldifferenz Δ = 0 umgeben, das eine Schichtdicke von 1,18 µm aufweist. Auf das Kernsegment E folgt der äußere optische Mantelbereich der Faser, der aus undotiertem Quarzglas besteht.
Das Brechzahlprofil zeichnet sich durch insgesamt 5 Kernsegmente aus. Im inneren Kernseg ment A mit einem Durchmesser von ca. 4,5 µm (Radius 2,25 µm) beträgt die relative Brech zahldifferenz Δ = 0,6%. Im nach außen hin daran anschließenden Kernsegment B, mit einer Schichtdicke von 2,25 µm, beträgt die relative Brechzahldifferenz Δ = 0 (dort gilt: n1 = n2). Auf das Kernsegment B folgt das Kernsegment C, das eine Schichtdicke von 1,875 µm und eine relative Brechzahldifferenz Δ = 0 aufweist. Die relative Brechzahldifferenz des Kernsegmentes D liegt bei Δ = 0,234% und seine Schichtdicke bei 1,125 µm. Das Kernsegment D ist wiederum von einem Kernsegment E mit einer relative Brechzahldifferenz Δ = 0 umgeben, das eine Schichtdicke von 1,18 µm aufweist. Auf das Kernsegment E folgt der äußere optische Mantelbereich der Faser, der aus undotiertem Quarzglas besteht.
Die Kernsegmente C, D und E werden durch ein erfindungsgemäßes Substratrohr bereitge
stellt, die Kernsegmente A und B werden im Substratrohr durch Innenabscheidung erzeugt.
Die Grenzfläche zwischen den Kernsegmenten B und C ist in Fig. 1a durch eine gestrichelte
Linie angedeutet.
Das für die Herstellung der Faser mit diesem Brechzahlprofil eingesetzte Substratrohr ist sche
matisch in Fig. 1b dargestellt. Das Substratrohr 1 hat einen Außendurchmesser von 25 mm
und eine Gesamtwandstärke von 3 mm. Die innere Schicht 2 des Substratrohres 1 besteht aus
undotiertem Quarzglas mit einer Brechzahl von ca. 1,4589 bei 589,3 nm. Die Dicke der inne
ren Schicht 2 beträgt 1,21 mm. Daran schließt sich eine mit ca. 3 Gew.-% GeO2 dotierte Zwi
schenschicht 3 an, wodurch die oben genannte Erhöhung der normierten Brechzahl von Δ = 0,234%
im Kernsegment D resultiert. Die Schichtdicke der Zwischenschicht 3 beträgt 0,84 mm.
Die äußere Schicht 4 des Substratrohres 1, die eine Dicke von 0,95 mm aufweist, besteht wie
derum aus undotiertem Quarzglas. Bei dem Brechzahlprofil der unter Verwendung des Sub
tratrohres 1 erhaltenen optischen Faser entspricht das Kernsegment G der inneren Schicht 2,
das Kernsegment D der Zwischenschicht 3, und das Kernsegment E der äußeren Schicht 4.
Das Substratrohr 1 wird nach dem OVD-Verfahren hergestellt. Hierzu werden mittels Flam
menhydrolyse von SiCl4 nach dem bekannten Verfahren SiO2-Partikel erzeugt und auf einem
rotierenden Dorn schichtweise abgeschieden. Die Germanium-dotierte Zwischenschicht 3 wird
dadurch erhalten, daß dem SiCl4 während der Abscheidung der Zwischenschicht GeCl4 beige
mengt werden. Es wird ein poröser SiO2/GeO2-Sootkörper erhalten. Zur Entfernung von
Hydroxylgruppen auf einen Wert von unter 30 Gew.-ppb wird der so hergestellte Sootkörper
einer Chlorbehandlung bei erhöhter Temperatur unterzogen. Anschließend wird der poröse
SiO2-Sootkörper unter Bildung eines Hohlzylinders verglast. Die Oberflächen des Hohlzylin
ders werden mechanisch geglättet und anschließend chemisch geätzt. Der derart vorbehan
delte Hohlzylinder wird dann auf das Substratrohr-Endmaß elongiert.
Zur Herstellung der Vorform für die optische Faser mit dem in Fig. 1a dargestellten Brech
zahlprofil wird auf der Innenwandung 5 des Substratrohres 1 gemäß Fig. 1b zunächst mittels
MCVD-Verfahren eine undotierte SiO2-Schicht mit einer Dicke von etwa 1,01 mm abgeschie
den und dabei direkt verglast. Anschließend wird eine Ge-dotierte Schicht mit einer Dicke von
0,37 mm erzeugt, indem dem Ausgangsmaterial GeCl4 beigemengt wird, derart, daß ein
Quarzglas mit einer Germanium-Konzentration von etwa 9 Gew.-% erhalten wird. Dies führt zu
einer Brechzahlerhöhung von ca. 9 × 10-3, die dem in Fig. 1a gezeigten Kernsegment A
entspricht.
Anschließend wird das innenbeschichtete Substratrohr 1 kollabiert. Der so hergestellte Kern
stab weist einen Außendurchmesser von 19 mm auf. Er wird mit einem Außenrohr aus undo
tiertem Quarzglas überfangen. Die so hergestellte Vorform hat einen Außendurchmesser von
etwa 137 mm. Daraus werden optische Fasern mit einem Außendurchmesser von 125 µm und
mit dem in Fig. 1a gezeigten Brechzahlprofil im Kernbereich gezogen.
Das Brechzahlprofil gemäß Fig. 2a zeigt eine Variante des in Fig. Ia dargestellten Faserde
signs. Dieses Brechzahlprofil führt ebenfalls zu einem vergrößerten Modenfelddurchmesser,
und dadurch zu einer geringeren mittleren Lichtintensität in der optischen Faser. Eine derartige
Faser ist ebenfalls in der EP-A2 775 924 beschrieben.
Das Brechzahlprofil gemäß Fig. 2a weist insgesamt vier Kernsegmente aus. Im inneren Kern
segment A, mit einem Durchmesser von ca. 7 µm (Radius 3,5 µm), nimmt die relative Brech
zahldifferenz A von einem Maximalwert von 0,9 (entspricht etwa 13 × 10-3 über n2, bei n2 =
1,4589) linear auf n2 ab. Im darauf folgenden Kernsegment B, mit einer Schichtdicke von
2,5 µm, beträgt die relative Brechzahldifferenz Δ = 0 (die absolute Brechzahl ist dort = n2). Das
dritte Kernsegment C hat eine Schichtdicke von 1 µm, innerhalb von der die relative Brech
zahldifferenz 0,1485 eingestellt ist. Im sich daran nach außen anschließenden vierten Kern
segment D beträgt die relative Brechzahldifferenz wiederum n2, und die Schichtdicke 4,08 µm.
Die Kernsegmente C und D werden durch ein erfindungsgemäßes Substratrohr bereitgestellt,.
Die Kernsegmente A und B werden in diesem Substratrohr durch Innenabscheidung erzeugt.
Die Grenzfläche zwischen äußerem und innerem Teil der Kernsegmente ist in Fig. 2a durch
eine gestrichelte Linie angedeutet.
Das für die Herstellung der Faser mit dem Brechzahlprofil gemäß Fig. 2a eingesetzte
Substratrohr ist schematisch in Fig. 2b dargestellt. Das Substratrohr 21 hat einen Außen
durchmesser von 25 mm und eine Gesamtwandstärke von 3 mm. Die innere Schicht 22 des
Substratrohres 21 besteht aus Germanium-dotiertem Quarzglas. Die Dicke der inneren Schicht
22 beträgt etwa 0,45 mm, die Germaniumkonzentration etwa 2 Gew.-%, wodurch die in Fig.
2a im Kernsegment C dargestellte Brechzahlerhöhung resultiert. Die äußere Schicht 23 des
Substratrohres 21, die eine Dicke von 2,55 mm aufweist, besteht wiederum aus undotiertem
Quarzglas. Bei dem Brechzahlprofil der unter Verwendung des Subtratrohres 21 erhaltenen
optischen Faser entsteht das Kernsegment C somit aus der inneren Schicht 22, und das Kern
segment D aus der äußeren Schicht 23.
Das Substratrohr 21 wird nach dem OVD-Verfahren hergestellt. Hierzu werden mittels Flam
menhydrolyse von SiCl4 nach dem bekannten Verfahren SiO2-Partikel erzeugt und auf einem
rotierenden Dorn schichtweise abgeschieden. Die Germanium-dotierte innere Schicht 22 wird
dadurch erhalten, daß dem SiCl4 während der Abscheidung der inneren Schicht GeCl4 beige
mengt wird. Nachdem eine die der inneren Schicht 22 entsprechende Schichtdicke von Ger
manium-dotiertem Sootmaterial abgeschieden ist, wird die Zufuhr von GeCl4 gestoppt, und
weiter undotiertes Sootmaterial aufgebaut. Es wird ein poröser SiO2-Sootkörper erhalten. Nach
dem Entfernen des Trägers wird der so hergestellte Sootkörper einer Chlorbehandlung bei er
höhter Temperatur unterzogen, um den Hydroxylgruppen-Gehalt auf einen Wert von unter
30 Gew.-ppb zubringen. Anschließend wird der poröse, dehydratisierte SiO2-Sootkörper unter
Bildung des Substratrohres 21 verglast. Innere und äußere Oberflächen des Substratrohres 21
werden abschließend mechanisch geglättet und chemisch geätzt.
Zur Herstellung der Vorform für die optische Faser mit dem in Fig. 2a dargestellten Brech
zahlprofil wird auf der Innenwandung 24 des Substratrohres 21 gemäß Fig. 2b zunächst mit
tels MCVD-Verfahren eine undotierte SiO2-Schicht mit einer Dicke von etwa 0,88 mm abge
schieden und dabei direkt verglast. Anschließend wird eine Ge-dotierte Schicht mit einer Dicke
von 0,49 mm erzeugt, indem dem Ausgangsmaterial GeCl4 beigemengt wird. Der Brechzahl
verlauf im Kernsegment A (Fig. 2a) wird durch einen entsprechenden Konzentrationsgradien
ten an GeO2 in der Ge-dotierten Schicht erzeugt.
Anschließend wird das innenbeschichtete Substratrohr 21 kollabiert. Der so hergestellte Kern
stab weist einen Außendurchmesser von 19 mm auf. Er wird mit einem Außenrohr aus undo
tiertem Quarzglas überfangen. Die so hergestellte Vorform hat einen Außendurchmesser von
etwa 103 mm. Daraus werden optische Fasern mit einem Außendurchmesser von 125 µm und
mit dem in Fig. 2a gezeigten Brechzahlprofil im Kernbereich gezogen.
Das in Fig. 3a dargestellte Brechzahlprofil ist typisch für eine sogenannte "DC-Faser". Eine
derartige Einmodenfaser ist in der EP-A2 598 554 beschrieben. Die DC-Faser zeichnet sich
durch eine starke negative Dispersion bei einer Übertragungswellenlänge von 1550 nm aus.
Sie wird eingesetzt, um die positive Dispersion bei 1550 nm von Standard-Einmodenfasern zu
kompensieren, die in der Literatur mit ca. 17 ps/(nm.km) angegeben wird. Damit können hohe
Übertragungsraten auch mit Standard-Einmodenfasern bei einer Übertragungswellenlänge von
1550 nm erreicht werden.
Das Brechzahlprofil zeichnet sich durch insgesamt 4 Kernsegmente aus. Innerhalb eines inne
ren Kernsegment A mit einem Durchmesser von ca. 3,8 µm (Radius 1,9 µm) nimmt die relative
Brechzahldifferenz parabolisch von einem Maximalwert Δ = 1,9% auf 0 ab. Im daran nach au
ßen hin anschließenden Kernsegment B, mit einer Schichtdicke von 3,8 µm, beträgt die relati
ve Brechzahldifferenz Δ = -0,4%. Auf das Kernsegment B folgt das Kernsegment C, das eine
Schichtdicke von 1,9 µm und eine relative Brechzahldifferenz Δ = 0,4% aufweist. Die relative
Brechzahldifferenz des Kernsegmentes D beträgt wiederum 0 und seine Schichtdicke 1,49
µm. Auf das Kernsegment D folgt der äußere optische Mantelbereich der Faser, der aus undo
tiertem Quarzglas besteht.
Die Kernsegmente B, C und D werden durch ein erfindungsgemäßes Substratrohr bereitge
stellt. Die Grenzfläche zwischen den Kernsegmenten A und B ist in Fig. 3a durch die gestri
chelte Linie angedeutet.
Eine erste Ausführungsform des für die Herstellung der Faser mit dem Brechzahlprofil gemäß
Fig. 3a eingesetzten Substratrohres ist schematisch in Fig. 3b dargestellt. Nachfolgend wird
das Substratrohr sowie ein Verfahren für seine Herstellung näher beschrieben.
Das Substratrohr 31 hat einen Außendurchmesser von 25 mm und eine Gesamtwandstärke
von 3 mm. Die innere Schicht 32 des Substratrohres 31 besteht aus fluordotiertem Quarzglas
mit einer um 5,8 × 10-3 niedrigeren Brechzahl als reines Quarzglas. Die Fluorkonzentration im
Kernsegment B beträgt etwa 2 Gew.-%, und die Schichtdicke 1,19 mm. Daran schließt sich ei
ne mit ca. 10 Gew.-% GeO2 und gleichzeitig mit 2 Gew.-% Fluor dotierte Zwischenschicht 33
an, wodurch die oben genannte Erhöhung der normierten Brechzahl von 0,4% im Kern
segment C resultiert. Die Schichtdicke der Zwischenschicht 33 beträgt 0,95 mm. Die äußere
Schicht 34 des Substratrohres 31, die eine Dicke von 0,86 mm aufweist, besteht ebenfalls aus
Quarzglas mit einer Mischdotierung von Fluor- und Germanium, wobei die Fluorkonzentration
2 Gew.-% beträgt und die GeO2-Konzentration 5 Gew.-%. Die brechzahlanhebende Wirkung
von GeO2 und die brechzahlabsenkende Wirkung von Fluor resultiert bei den oben genannten
Konzentrationen dieser Dotierstoffe in einer Brechzahlveränderung von 0 gegenüber undotier
tem Quarzglas. Bei dem Brechzahlprofil der unter Verwendung des Subtratrohres 31 erhalte
nen optischen Faser entspricht das Kernsegment B der inneren Schicht 32, das Kernsegment
C der Zwischenschicht 33, und das Kernsegment D der äußeren Schicht 34.
Das Substratrohr 31 wird nach dem OVD-Verfahren hergestellt. Hierzu werden mittels Flam
menhydrolyse von SiCl4 nach dem bekannten Verfahren SiO2-Partikel erzeugt und auf einem
rotierenden Dorn schichtweise abgeschieden. Während der Abscheidung von Zwischenschicht
33 und äußerer Schicht 34 wird GeCl4 beigemengt. Es wird ein poröser SiO2/GeO2-Sootkörper
erhalten.
Anschließend wird der poröse SiO2-Sootkörper in einer Fluor enthaltenden Atmosphäre auf ei
ne Temperatur von etwa 800°C erhitzt und dabei über seine gesamte Wandstärke homogen
mit Fluor dotiert. Gleichzeitig wird dadurch der Hydroxylgruppen-Gehalt gesenkt.
Der poröse SiO2-Sootkörper wird dann unter Bildung eines Hohlzylinders verglast. Die Oberflä
chen des Hohlzylinders werden mechanisch geglättet und anschließend chemisch geätzt. Der
derart vorbehandelte Hohlzylinder wird auf das Substratrohr-Endmaß elongiert.
Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform eines Substratrohres für die Herstellung der
Faser mit dem Brechzahlprofil gemäß Fig. 3a, sowie ein Verfahren für seine Herstellung nä
her beschrieben.
Das Substratrohr hat einen Außendurchmesser von 25 mm und eine Gesamtwandstärke von 3
mm. Die innere Schicht des Substratrohres besteht aus fluordotiertem Quarzglas mit einer um
5,8 × 10-3 niedrigeren Brechzahl als reines Quarzglas. Die Fluorkonzentration im Kernsegment
B beträgt etwa 1 Gew.-%. Die Schichtdicke ist 1,19 mm. Daran schließt sich eine mit ca.
5,4 Gew.-% GeO2 dotierte Zwischenschicht an, wodurch die in Fig. 3a gezeigte Erhöhung der
normierten Brechzahl Δ = 0,4% im Kernsegment C resultiert. Die Schichtdicke der Zwischen
schicht beträgt 0,95 mm. Die äußere Schicht des Substratrohres, die eine Dicke von 0,86 mm
aufweist, besteht aus undotiertem Quarzglas. Bei dem Brechzahlprofil der unter Verwendung
dieses Substratrohres erhaltenen optischen Faser entspricht das Kernsegment B der inneren
Schicht, das Kernsegment C der Zwischenschicht, und das Kernsegment D der äußeren
Schicht.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung dieser Ausführungsform des erfindungsgemä
ßen Substratrohres beschrieben. Das Substratrohr wird nach dem OVD-Verfahren hergestellt.
Hierzu werden mittels Flammenhydrolyse von SiCl4 nach dem bekannten Verfahren
SiO2-Partikel erzeugt und auf einem rotierenden Dorn unter Einsatz von Abscheidebrennern
schichtweise abgeschieden. Die Oberflächentemperatur des sich bildenden Sootkörpers be
trägt während der Abscheidung ca. 1400°C. Zur Erzeugung der inneren Schicht wird SiCl4 ein
gesetzt, dem während der Abscheidung der Zwischenschicht GeCl4 beigemengt wird. Für die
Erzeugung der äußeren Schicht wird die GeCl4-Zufuhr wieder gestoppt. Es wird so ein poröser
SiO2-Sootkörper mit einer Germanium-dotierten Zwischenschicht erhalten. Eine Besonderheit
des Verfahrens besteht darin, daß unmittelbar vor Abscheidung der Zwischenschicht eine Dif
fusionssperrschicht mit einer Dicke von ca. 0,5 mm erzeugt wird. In der Diffusionssperrschicht
weist der SiO2-Sootkörper eine höhere Dichte auf. Dies wird erreicht, indem während der Ab
scheidung der die Diffusionssperrschicht bildenden Soot-Schichten eine höhere Oberflächen
temperatur des sich bildenden SiO2-Sootkörpers von ca. 1600°C aufrechterhalten wird. Hierzu
wird die Zufuhr der Brenngase zu den Abscheidebrennern entsprechend erhöht.
Zur Herstellung der inneren, mit Fluor dotierten Schicht wird der poröse SiO2-Sootkörper erhitzt
und dabei ein fluorhaltiges Gas durch seine Innenbohrung geleitet. Die Eindiffusion des fluor
haltigen Gases in die Germanium-dotierte Zwischenschicht wird durch die Diffusionssperr
schicht behindert. Dadurch wird lediglich die innere Schicht mit Fluor beladen, jedoch nicht
Zwischenschicht und äußere Schicht. Durch die Behandlung mit einem fluorhaltigen Gases
wird gleichzeitig die OH-Konzentration in der inneren Schicht auf einen Wert unterhalb von
50 ppb gesenkt.
Anschließend wird der poröse SiO2-Sootkörper unter Bildung des Substratrohres verglast. Die
Oberflächen des Substratrohres werden mechanisch geglättet und anschließend chemisch
geätzt.
Zur Herstellung der Vorform für die optische Faser mit dem in Fig. 3a dargestellten Brech
zahlprofil wird das das Kernsegment A (Fig. 3a) bildende Kernglas durch MCVD-Innenab
scheidung im Substratrohr erzeugt. Nachfolgend wird die diese anhand Fig. 3b näher
erläutert:
Auf der Innenoberfläche 35 des Substratrohres 31 gemäß Fig. 3b wird mittels MCVD-Verfah ren eine mit GeO2 dotierte SiO2-Schicht abgeschieden und direkt verglast. Dabei wird die Bei mengung von GeCl4 im Verlauf der Abscheidung kontinuierlich erhöht, so daß sich ein GeO2- Konzentrationsprofil einstellt, das dem in Fig. 3a gezeigten parabolischen Brechzahlprofil in Kernsegment A entspricht. Die so erzeugte Ge-dotierte Schicht hat eine Dicke von 0,16 mm. Die Germanium-Konzentration der Schicht beträgt im Maximum etwa 30 Gew.-%, was zu einer Brechzahlerhöhung von ca. 30 × 10-3 führt, wie dies in Fig. 3a gezeigt ist.
Auf der Innenoberfläche 35 des Substratrohres 31 gemäß Fig. 3b wird mittels MCVD-Verfah ren eine mit GeO2 dotierte SiO2-Schicht abgeschieden und direkt verglast. Dabei wird die Bei mengung von GeCl4 im Verlauf der Abscheidung kontinuierlich erhöht, so daß sich ein GeO2- Konzentrationsprofil einstellt, das dem in Fig. 3a gezeigten parabolischen Brechzahlprofil in Kernsegment A entspricht. Die so erzeugte Ge-dotierte Schicht hat eine Dicke von 0,16 mm. Die Germanium-Konzentration der Schicht beträgt im Maximum etwa 30 Gew.-%, was zu einer Brechzahlerhöhung von ca. 30 × 10-3 führt, wie dies in Fig. 3a gezeigt ist.
Anschließend wird das derart innenbeschichtete Substratrohr kollabiert. Der so hergestellte
Kernstab weist einen Außendurchmesser von 16,6 mm auf. Er wird mit einem Außenrohr aus
undotiertem Quarzglas überfangen. Die so hergestellte Vorform hat einen Außendurchmesser
von etwa 114 mm. Daraus werden optische Fasern mit einem Außendurchmesser von 125 µm
und mit dem in Fig. 3a gezeigten Brechzahlprofil im Kernbereich gezogen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser für die optische Nach
richtentechnik, durch Bereitstellen eines Quarzglas-Substratrohres, das in radialer Rich
tung Bereiche unterschiedlicher Dotierung aufweist, Einbringen eines Kernglases aus
synthetischem Quarzglas in das Substratrohr, und Überfangen des Substratrohres mit
einem Mantelglas-Rohr, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Verglasen eines
rohrförmigen, porösen SiO2-Rohlings erhaltenes Substratrohr eingesetzt wird, das mit ei
ner Kernglasschicht versehen ist, die erzeugt wird, indem einem ersten radialen Teilbe
reich des SiO2-Rohlings vor dem Verglasen ein die Brechzahl von Quarzglas erhöhender
erster Dotierstoff hinzugefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse SiO2-Rohling
durch Flammenhydrolyse einer Siliciumverbindung und Abscheiden von SiO2-Partikeln
auf einem Träger gebildet wird, und daß der erste Dotierstoff während der Abscheidung
hinzugefügt wird.
3. Verfahren nach Anspruch Ioder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernglas durch In
nenabscheidung in das Substratrohr eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein zweiter radialer Teilbereich des porösen SiO2-Rohlings nach dem Ab
scheiden und vor dem Verglasen mit einem die Brechzahl von Quarzglas veränderndem,
zweiten Dotierstoff beladen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beladen des zweiten ra
dialen Teilbereiches, der SiO2-Rohling erhitzt und dabei einer den zweiten Dotierstoff
enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Dotierstoff
Fluor eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
als erster Dotierstoff eine Germanium enthaltende chemische Verbindung eingesetzt
wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kernglasschicht auf eine Brechzahl im Bereich von 1,459 bis 1,490 eingestellt wird.
9. Substratrohr aus Quarzglas für die Herstellung einer Vorform für eine optische Faser für
die optische Nachrichtentechnik, wobei die Vorform ein Kernglas aufweist, das von ei
nem Mantelglas umgeben ist, von dem mindestens ein Teil in Form des Substratrohres,
das in radialer Richtung Bereiche unterschiedlicher Dotierung aufweist, bereitgestellt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratrohr eine Kernglasschicht mit einer
Brechzahl von mindestens 1,459 umfaßt.
10. Substratrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernglasschicht an
grenzend an das Kernglas der Vorform vorgesehen ist.
11. Substratrohr nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratrohr
eine Mantelglasschicht aus fluordotiertem Quarzglas umfaßt.
12. Substratrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kernglasschicht Germanium enthält.
13. Substratrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kernglasschicht zusätzlich Fluor enthält.
14. Substratrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kernglasschicht eine Brechzahl im Bereich von 1,4593 bis 1,490
aufweist.
15. Substratrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Gehalt an Hydroxylionen in der Kernglasschicht maximal 1 Gew.-ppm
beträgt.
16. Substratrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß benachbart zur Kernglasschicht eine Diffusionssperrschicht vorgesehen
ist.
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