DE2004955A1

DE2004955A1 - Herstellungsverfahren für Lichtleiterfaserkörper

Info

Publication number: DE2004955A1
Application number: DE19702004955
Authority: DE
Inventors: Ichiro Kobe; Koizumi Ken Kawanishi; Ikeda Yoshiro Nishinomiya; Matsumura Hiroyoshi Ashiya; Hyogo Kitano (Japan)
Original assignee: Nippon Selfoc Kabushiki Kaisha, Tokio (Japan)
Priority date: 1969-02-06
Filing date: 1970-02-04
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2033306B1; FR2033306A1; GB1289773A; BE745629A; NL7001442A; DE2004955B2; DE2004955C3; US3830640A

Description

Dr. Werner Häßler

PATENTANWALT

553 Lü D EN SC H Π! D
Atenberg 36-Postfach 1704

Lüdenscheid, 3. Februar 1970 ! A 7016 -3

Anmelderin: Firma Nippon Selfoc Kabushiki Kaisha, 7-15» 5-chome, Shiba, Minato-ku, Tokio, Japan

Herstellungsverfahren für Lichtleiterfaserkörper ;

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Lichtleiterfaserkörper; ^!

In jüngster Zeit wurden die Untersuchungen auf dem Gebiet der ; Lichtübertragung unter Verwendung von Licht durch induzierte j Emisäon verstärkt. Verschiedene Verfahren zur Herstellung von ' Lichtleitern für eine solche Lichtübertragung wurden entwickelt.. Unter diesen Vorschlägen ist auch ein Vorschlag von Seiji Uchida

(beschrieben in Denshi-Tsushin Gakkai Soritsu 50~Shunen-Kinen : Zenkoku Taikai Symposium lokushu "Laser Oyo Hen (Ausgabe

"Laser Applications" Vorabdruck des Symposiums der Nationalen j

Vereinigung für das fünfzigste GründungsJubiläum der Japanese I Electronic Communication Society) herausgegeben im Oktober 1967»';

S. 3» 4« Dort ist die Anwendung eines Glaskörpers beschrieben, j

dessen Brechungsindex proportional mit dem Quadrat des Abstan- ;

des von der Mittelachse des Glaskörpers abnimmt und der für j.

Lichtleiterstrecken oder Teile derselben brauchbar ist. !

Die Verwirklichung eines derartigen Lichtleiters wurde mit j hohen Erwartungen verknüpft, weil derselbe zahlreiche Vorteile wie eine hohe Beständigkeit gegenüber atmosphärischen und j Änderen äußeren Einflüssen besitzt und außerdem biegsam und nachgiebig ist. Jedoch ist ein Verfahren zur Herstellung solcher ^l

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I - 2 -

i ;

; Lichtleiterglaskörper mit einer entsprechenden Verteilung des ι j Biechungsindex bislang unbekannt. Infolgedessen konnte ein ; j solcher Lichtleiter noch nicht praktisch verwirklicht werden.

! Außerdem sind sog. Gaslinsen bekannt, vgl. The Bell System ;

i Technical Journal, März 1965, S. 465 - 4-67. Dort ist ein Gas- j

' körper oder ein anderer durchsichtiger Körper beschrieben, :

; dessen Brechungsindex proportional zum Quadrat des Abstandes '

; von der Mittelachse abnimmt oder zunimmt und der eine Linsen- '■

j Wirkung hat. Jedoch konnte bislang noch kein durchsichtiger '■

I Körper mit einer Verteilung des Brechungsindex und einer ent- J ι sprechenden Linsenwirkung verwirklicht werden, der in der Praxis

brauchbar ist. :

Durch weitere Untersuchungen wurde ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiterglaskörpers vorgeschlagen, wonach ein Glasj körper mit einem Ionengehalt, bsp. Thalliumionen, die als j Kationen Abwandlungsoxide bilden können und einen hohen Beitrag ! zur Vergrößerung des Brechungsindex liefern, in Berührung mit

; einem Salz gebracht wird, das Ionen, bspw. Alkaliionen enthält, j die ebenfalls Abwandlungsoxide bilden und einen geringeren Bei- ^; trag zur Vergrößerung des Brechungsindex als die zuerst genann- ; ten Ionen liefern. Durch einen Ionenaustausch durch die Grenz- : fläche des Glases erhält man eine Verteilung des Brechungsindex I in dem Glaskörper mit fortschreitender Änderung von der Aus-I tauschfläche ins Innere des Glases. Durch entsprechende Ein- ; i stellung der Einwirkungstemperatur und der Einwirkungsdauer kann man in jedem Querschnitt des Glaskörpers eine Verteilung des Brechungsindex von der Mittelachse gegen den Umfang erhalten, die sehr genau die quadratische Beziehung erfüllt. Wenn der Brechungsindex quadratisch von der Mittelachse gegen die Umfangsflache hin abnimmt, erhält man einen Laserlichtleiter für Zeitmultiplexübertragung oder für eine Übertragung mit mehrfacher räumlicher Ausnutzung. Wenn man eine Linsenwirkung

!wünscht, kann man eine biegsame Linse oder eine Linse mit sehr i kurzer Brennweite erhalten.

j In vielen Fällen, wo ein Glaskörper der beschriebenen Art als

- 009836/Ύ8 5Θ

_ 3 —

Lichtleiter für eine Lasernachrichtenübertragung oder als dünner_t

langgestreckter Aufbau zur Bildübertragung benutzt wird, ist >

die wünschenswerte Biegsamkeit des Glaskörpers so, daß er mit i

! einem Krümmungsradius gebogen werden kann, der zum mindesten !

!einige Zentimeter beträgt. Damit die genannten Lichtleiter- { ι glasfasern eine genügende Biegefestigkeit haben, darf ihr

j Durchmesser, höchstens 200 η betragen. Wenn außerdem eine :

j große Anzahl der genannten Glasfasern zu einer biegsamen ·

Facettenlinse zusammengesetzt werden, bspw. zur Wiedergabe ι

dreidimensionaler Bilder von Gegenständen, die nicht unmittel- ΐ

■ t

bar sichtbar sind, benötigt man außerordentlich dünne Glas- j j fasern. I

!Die Herstellung solcher sehr dünner Glasfasern ist jedoch nach I I

den bisherigen Vorschlägen nicht möglich, weil das Tauchen und ' die Halterung der sehr dünnen Einzelfasern in einer Salzschmelze während einer langen Zeitdauer bei. einer hohen Temperatur j schwierig ist, wenn man einen Bruch der Fasern verhindern will, j

Damit das Tauchen und die Halterung der Fasern in bewegungs- > losem Zustand innerhalb einer Glasschmelze zur Herstellung j langer Lichtleiter möglich ist, muß man ein sehr langes Gefäß j zur Aufnahme der Salzschmelze bereitstellen. Dadurch wird das
Herstellungsverfahren unwirtschaftlich.

Die Festigkeit einer Glasfaser, die nach dem genannten Verfahren hergestellt ist, wird geringer als vor der Tauchbehandlung in dem Salz, weil sich kleine Fehler der Glasoberfläche
durch diese Tauchbehandlung ausbilden. Dieses beruht möglicherweise darauf, daß Ionen mit größerem Ionenradius aus der Glasoberfläche in das Salz austreten, wogegen Ionen mit kleinerem
lonenradius aus dem Salz in das Glasinnere eindringen. Dadurch
treten kleine Fehler, die unbeachtet oder noch nicht völlig
ausgeprägt in dar GlasOberfläche vorhanden sind,hervor, bevor
der Glaskörper vollständig stabilisiert ist.

Eine weitere Schwierigkeit von solchen Glaskörpern liegt darin,
daß ihre chemische Beständigkeit nicht völlig befriedigt, weil
sie einen merklichen Anteil von Alkalimetallionen enthalten.

" Ö Ö 9 8 3T7T8 ΪΪ ™ " '"

Infolgedessen können dieses Glaskörper an der Glasoberfläche beschlagen oder schillern, wenn die Glaskörper lange Zeit in einer Atmosphäre hoher Feuchtigkeit liegt.

Da diese Glaskörper keine absorbierende Überflächenschicht besitzen, erleidet ein Teil des in den Glaskörper einfallenden Lichts, wenn der Einfallswinkel größer als der Öffnungswinkel ist, eine Totalreflexion an der Glasoberfläche und wird dadurch weitergeleitet. Dies ergibt einen optischen ßauschanteil und eine Verringerung des Bildkontrastes. Ein weiterer Nachteil dieser Glaskörper liegt darin, daß eine Verformung der Glaskörper auftreten kann, wenn man ein dicht gepacktes Faserbündel als Facettenlinse herstellen will, indem man gegenseitig die Glaskörper verschmilzt. Dies gilt insbesondere dann, wenn man eine möglichst dichte Packung erstrebt. Infolgedessen ist die Gleichförmigkeit des Brechungsindex in Umfangsrichtung gestört. Die Linsenwirkung ist beeinträchtigt. Infolgedessen ist die : Herstellung einer Facettenlinse hoher Güte schwierig.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von durchsichtigen Lichtleiterfaserkörpern mit Linsenwirkung aus Glas oder einem anderen durchsichtigen ütoff, die die in der Iraxis auftretenden Anforderungen erfüllen. Die Erfindung soll insbesondere die _; Herstellung von Lichtleiterfaserkörpern mit sehr kleinem Durchmesser und großer Länge ermöglichen. .Schließlich erstrebt \ die Erfindung die Herstellung von Lichtleiterfaserkörpern mit einer Umfangsdeckschicht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein durchsichtiger ötab- oder Faserkörper mit einem Gradienten des Brechungsindex unter fortschreitender Abnahme von der Mittelachse gegen die Außenfläche hin innerhalb einer Querschnitts- ' fläche senkrecht zur Mittelachse fortschreitend von einem zum ^: andern Stirnende auf eine Temperatur plastischer Verformbarkeit _f erhitzt wird und daß gleichzeitig eine kontinuierliche Längsreckung des Faserkörpers mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgt, wodurch über die gesamte Länge des durchsichtigen Körpers die Ausgangsquerabmessungen unter einem festen Vei'hältnis verringert und außerdem der Ausgangsgradient des Brechungs- ;

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i index innerhalb eines Querschnitts unter einem festen Verhältnis vergrößert wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß 1
, zur Gewinnung eines Lichtleiterglaskörpers mit Deckschicht ein

Glasrohr konzentrisch zu einem langgestreckten Lichtleiterglas- _: ! körper mit der genannten Verteilung des Brechungsindex angeordnet • wird, daß. das Innere des Rohres evakuiert und beide Glaskörper ; auf eine Temperatur plastischer Verformbarkeit erhitzt werden ι und daß in diesem Zustand eine Längsreckung von Hohr und Glas- ; 'körper zwecks gegenseitiger Verbindung derselben erfolgt.

j Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen unter ; Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, welche ; darstellen:

■ Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im ·- Längsschnitt für eine Einrichtung zur Durchführung

des Verfahrens nach der Erfindung,

j Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Teilani sieht einer abgewandelten Ausführungsform zur

Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

I Fig. 3(a)Schaubilder der Verteilung des Brechungsindex in und 3(b) einem Glaskörper vor und nach der Behandlung im Sinne der Erfindung,

: Fig. 4· ein Schaubild der Verteilung des Brechungsindex in ! radialer .Richtung für einen Glaskörper, der nach

: dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt ist,

' Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht im Längsschnitt für I eine abgewandelte Form des erfindungsgeinäßen Ver-

ί fahrens und

j Fig. Schaubilder der Verteilung des Brechungsindex in

j 6 u. 7 radialer Richtung für einen Glaskörper, jeweils vor

! und nach Durchführung des erf ind.ungsgemäßen Ver-

Ί fahrens.

INach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein durchsichtiger "Stoff (bspw. ein Glaskörper) auf eine Temperatur erhitzt, bei

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der der durchsichtige Stoff plastisch verformbar ist,und gereckt. Diese Temperatur ist eine Temperatur, bei der die Viskosität 10^'5 p bis 10?>5 ρ beträgt. Bei Glas liegt dieser Temperaturbereich oberhalb des Erweichungspunktes und unterhalb der Zusammenhalttemperatur. Bspw. liegt für eine Glaszusammensetzung aus 16 Gewichts-% TIpO, 24 Gewichts-% PbO, 12 Gewichts% O und 48 Gewichts-% SiO₂ der Erweichungspunkt bei etwa

_{2 2}

540° C und die Zusammenhalttemperatur bei etwa 975° C.

ί Nach Fig. 1 wird als Ausgangsstoff für das Verfahren nach der ' Erfindung ein Glasstab 1 benutzt, dessen Brechungsindex eine ,' fortschreitende Abnahme von der Mittelachse gegen die Außen-.fläche hin innerhalb einer jeden Querschnittsfläche hat. Dieser Glasstab 1 kann nach einem Verfahren hergestellt werden, wie . es bspw. in der deutschen Offenlegungsschrift 1 913 358 vorge- ;schlagen ist.

iDer Glasstab 1 wird an einem Stirnende durch einen Heizofen j 2 erhitzt und für die Reckung vorbereitet. Im Innern des Ofens kann durch elektrische Beheizung normalerweise eine Temperatur zwischen 500° C und 1 000° C aufrechterhalten werden, bei welcher Temperatur der Glasstab 1 verformbar ist.

ίDas Ende des erhitzten Glasstabs 1 wird gezogen und gereckt, indem über eine Aufnahmetrommel 4 eine Kraft angewandt wird, !die die Glasfasern aufwickelt, welche durch iieckung und Durch-Imesserverminderung aus dem Glasstab entstehen.

(Der Glasstab 1 wird gehalten und unter entsprechender Steuerung

jam Oberende zugeführt. Hierzu dient eine Zuführvorrichtung 3 ;zum fortschreitenden Einführen des Glasstabes in den Ofen 2, j damit der jeweils gereckte Teil des Glasstabes im wesentlichen lan einer gleichen Stelle innterhalb des Ofens verbleibt.

'Der Glasstab 1 mit der oben genannten Verteilung des Brechungsindex wird entsprechend der Zufuhr in den Ofen 2 fortschreitend 'in Längsrichtung von einem Ende (dem Unterende) aus zum andern :Ende (dem Oberende) erhitzt. Infolge der Wirkung der Aufnahme-• trommel ^;-f beim Aufwickeln des einen Endes des Glasstabes ergibt isich eine Durchmesserverringerung, wobei die Verteilung des

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- 7 - ■

Brechungsindex unverändert bleibt. Während des Verfahrensgangs geht die Ausgangsverteilung des Brechungsindex nicht verloren. ^rDurch entsprechende Auswahl der Zusammensetzung des Glasstabes 'kann die Differenz Δ η zwischen den Brechungsindices im ' \Mittelteil und im Umfangsteil des Glasstabes im wesentlichen ) auf dem gleichen Wert vor und nach dem Recken gehalten werden. • Der Gradient des Brechungsindex innerhalb des Glasstabes wird in einem festen Verhältnis gegenüber dem Ausgangszustand des Glasstabes 1 vergrößert.

Nach einer v/eiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 ; ; wird die Reckkraft auf das Unterende des Glasstabes durch eine

■ Antriebseinrichtung 5 aus zwei endlosen Bändern übertragen, die ! die gereckte Glasfaser zwischen sich festklemmen und mitnehmen. ; Diese Antriebseinrichtung wird anstelle der Aufnahmetrommel nach Fig. 1 benutzt. Die Antriebseinrichtung mit endlosen Bändern ist dann vorzuziehen, wenn der Glasstab in eine Faser

■ mit größerem Durchmesser gereckt wird, wo eine Aufnahmetrommel j mit sehr großen Durchmessern notwendig wäre.

Die wichtigsten Anwendungsfälle und Vorteile für eine Lichtleiterglasfaser nach der Erfindung sind folgende.

! Bei einer Lichtleiterglasfaser, wo sich der Brechungsindex ; , fortschreitend senkrecht zu der gewünschten Ausbreitungsrich-. tung des Lichts ändert, nutzt man den Effekt aus, wonach der Lichtweg fortschreitend in der Richtung gekrümmt ist, in welcher der Brechungsindex quer zur Lichtausbreitungsrichtung ansteigt, j Hierfür gilt die bekannte Gleichung ;

1 1 dn (1)

"T" ⁼ T" "dir ;

mit P als Krümmungsradius des Lichtwegs ^:

η als Brechungsindex des Ausbreitungsmediums und ·

dn/dN als Gradient des Brechungsindex senkrecht zur Tan- ^; gentenrichtung des Lichtweges.

Dementsprechend breitet sich ein in Längsrichtung in eine otirnfläche eines langgestreckten Lichtleiterglaskörpers eintreten- ,

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des Lichtbündel auf einer wellenförmig gegenüber der Mittelachse des Glaskörpers verlaufenden Bahn aus, wenn der Einfallswinkel ; des Lichtbündels innerhalb eines bestimmten to'inkelbereichs liegt. Insbesondere wenn die Verteilung des Brechungsindex die . folgende Gleichung

N = No ( 1

- ar²)

(2)

mit No als Brechungsindex auf der lviittelachse,

N als Brechungsindex im Abstand r von der Mittelachse und _: a als einer positiven Konstanten erfüllt, ist der Glaskörper für viele Zwecke brauchbar, bspw. als Lichtleiter bei i der Laserlichtübertragung für ein Zeitmultiplexsystem oder ein ßaummultiplexsystem oder zur Bildübertragung unter Ersatz von Linsen.

Es hat sich gezeigt, daß dünne und lange Glaskörper mit einer ι Verteilung des Brechungsindex der angegebenen Art auf einfache Weise nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden können,

Ein Lichtstrahl, der einen Glaskörper der Länge Z und der angegebenen Verteilung des Brechungsindex in einer Stirnfläche an ι einer Stelle r = r,, und unter einem Winkel P = P,. gegenüber der ^! Mittelachse innerhalb einer Axialebene durch den Punkt r^ _: erreicht, verläßt den Glaskörper an der gegenüberliegenden Stirnfläche in der Stelle r = r~ unter einem Winkel P = P₂ ^: gegenüber der Mittelachse gemäß der folgenden i/Iatrix >

2 I

cos<

- j(2a sin(

/2a
cos(

sin( /2a Z

¹ / (3)

Selbst wenn Einfallsort und Einfallswinkel in der Eintrittsfläche verschieden sind, breiten sich einfallende Lichtstrahlen i die gleichzeitig die Einfallsfläche erreichen, auf sinusförmigen Bahnen gleicher Periodenlunge aus, in denen keine Phasenände-

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rungen vorhanden sind. Wenn auch die Lichtstrahlen im Allgemein-; fall einer schraubenförmigen Bahn geneigt zur Mittelachse fol-, gen, bleiben die Phasen auch in diesem Fall erhalten und die Periodizität geht nicht verloren. Wenn ein dünner und biegsamer ^!'Glaskörper nach der Erfindung zu einem Bogen gekrümmt wird, ; verschiebt sich die optische Achse nur um einen Verschiebungs- ' ¹ betrag Δ nach außen, der durch die folgende Gleichung in Abhängigkeit von dem Krümmungsradius R dargestellt wird

■■ Infolgedessen bleibt die Laserübertragur©wirkung und die BiId- ; Übertragungwirkung des Glaskörpers erhalten.

: Die Brennweite des Glaskörpers als Linse wird durch die folgende ^: Gleichung dargestellt

f = j No /iä sin ( fzä Z) j "¹ (5)

■ V»enn m eine positive ganze Zahl ist, erhält man eine Linse mit

j I

sehr kurzer Brennweite, wo die Länge Z nahezu der folgenden ^: ¹ Gleichung genügt

( 2m - 1 ) TC (6)

2 ==
2 /2a

Da der Lichtleiterglaskörper nach der Erfindung einen Linsenkörper mit Nachgiebigkeit und langer dünner Form darstellt, kann der Glaskörper nicht nur als Einzelkörper, sondern auch · als Bündel aus einer großen Anzahl von Einze!körpern benutzt werden, womit man neue Anwendungsmöglichkeiten erhält. Bspw, ermöglicht ein Glasaufbau aus einer großen Anzahl von Einzelelementen nach der Erfindung, die zu einem Gesamtbündel unter gegenseitiger Bindung nur in den beiden .Endbereichen zusammengefügt sind, die Verwirklichung einer biegsamen Facettenl.inse, die vor allem in solchen Fällen wirkungsvoll eingesetzt werden kann, wo dreidimensionale Bilder von Gegenstanden an Orten abgebildet werden sollen* die nicht unmittelbar einsehbar sind.

Hauptanwendung&gebieteder Lichtleiterkörper nacu der Erfindung sind die Anwendungen alß sehr biegsame Lichtleiter, als Linsen

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- ίο -

mit sehr kleinem Durchmesser, als sehr biegsame Linsen und in- \ form von Faserbündeln als Facettenlinsen. Außerdem sind die im
folgenden genannten Anwendungen gegeben.

i)ie Herstellung eines Glasstabes, wo der Brechungsindex in einen jeden Querschnitt vergleichsweise schnell-nach außen in Bereichen in der Nähe des Umfangs abfällt, ergibt sich leicht
durch Anwendung des Verfahrens nach der genannten Offenlegungsschrift. Einen solchen Glasstab kann man nach der vorliegenden
Erfindung erhitzen und zu einer Faser mit kleinem Durchmesser
von einigen u bis mehreren zehn ja recken, wodurch man eine
neue optische Faser erhält.

Eine herkömmliche optische Faser besteht aus zwei konzentrischen Schichten im Querschnitt gesehen, nämlich einem Kernteil mit
vergleichsweise hohem Brechungsindex und einer Deckschicht mit
vergleichsweise niedrigem Brechungsindex, wobei zwischen den
beiden Teilen eine Grenzschicht vorhanden ist. Die an dieser
Grenzschicht auftretende Totalreflexion wird zur L,ichtleitung ' ausgenutzt. Im Gegensatz dazu wird in einer Lichtleiterglasfaser mit kleinem Durchmesser nach der Erfindung die Lichtbrechung zur Lichtleitung ausgenutzt. Der Wirkungsgrad der : beiden Arten von optischen Fasern läßt sich durch Vergleich der . Lichtverluste auf Längen von mehr als einem Meter erkennen. ;

Die herkömmliche optische Faser besitzt zusätzlich zu dem Ver- ί lust durch Absorption und Streuung einen Verlust durch eine
unvollständige Totalreflexion, so daß man i;j.cht mehr als 80 % i pro Meter Länge an Lichtdurchlässigkeit erzielt. Im Gegensatz j dazu kann die Lichtdurchlässigkeit bei einer Faser nach der ^; Erfindung leicht auf einen Wert zwischen 85 und 90 % angehoben
werden. Es ist auch nicht unmöglich, Werte über 90 % bis nahe
100 % zu erreichen.

Folglich kann man durch Verwendung von Lichtleiterglasfasern ί

nach der Erfindung anstelle von herkömmlichen optischen Fasern ^:

und Bündelung derselben in den meisten Faller· die Lichtdurch- j liisa.'.^kt-'it steigern. Diese Wirkung einer Glasfaser nach der

Erfirlur-g ist besonders nützlich bei der Anwendung in sog. |

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■Fasersichtgeräten, deren Lange mehrere Meter beträgt. :

¹ Es hat sich gezeigt, daß bei Durchführung des erfindungsge- :

mäßen Verfahrens die Verteilung des Brechungsindex innerhalb
; des Glasstabes vor der Erhitzungsbehandlung nicht beseitigt
^; oder beeinträchtigt wird. Die Größe der Verteilung wird nicht

merklich verringert. Die Ergebnisse eines Vergleichsversuchs
^! der Verteilung des Brechungsindex in einem Querschnitt eines
'. Glasstabes vor der Erhitzung und Reckung sowie nach Durchführung dieses Verfahrens sind in den Fig. 3(a) und 3(b) angegeben.
Diese Fig. zeigen jeweils die Verteilungen des Brechungsindex
innerhalb des Glasstabes vor der Behandlung und in der Faser
nach der Behandlung.

In einem Beispiel wurden Glasstäbe einer Zusammensetzung von ! 16 Gewichts-% Tl₂ ⁰* ²^ Gewichts-% PbO, 12 Gewichts-% Ka₂O und
4-8 Gewichts-% SiOp von unterschiedlichem Durchmesser in einer

, Salzschmelze von Kaliumnitrat bei einer Temperatur von 460° C
' während einer langen Zeitdauer behandelt, damit ein Ionenaus- . ■ tausch erfolgt und damit man Glasstäbe mit hoher Linsenwirkung ; _: erhält. Diese Glasstäbe wurden dann erhitzt und nach der Erfinj dung gereckt, so daß man langgestreckte Glasfasern mit verringertem Durchmesser erhält. ;

> Die Temperaturverhältnisse bei den Versuchen, die Brechungs- j

I i

. indices Ii _ev und N'_ä__ auf der Mittelachse sowie die Brechungs- _; ! indices N . ^und-'N' . ^an der Außenfläche sowie die Durchmesser¹ i d und d¹ der Glaskörper jeweils vor und nach der Behandlung ι I durch Erhitzung und Reckung sind in Tabelle 1 angegeben. Die ; Verteilungen des Brechungsindex innerhalb der Glaskörper je- ,

weils vor und nach der Behandlung sind in Tabelle 1 durch die
Größe a der Gleichung (2) ausgedrückt. j

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vor der Behandlung

d
(mm)

max

min

	Tabelle 1	nach	der Behandlung	I min	(mm"-
	Aufheiz- tempera- tur	d¹ N (mm)	¹ N max	1,577 1,579	0,1 0,6
^a -2	(⁰C) )	0,59 0,30	1,600 1,600	1,578	1,4
0,06 0,06	800 850	0,2	1,601	1,579	0,3
0,06	850	0,4	1,599	1,580	0,6
0,05	900	0,28	1,599
0,06	900

! 1,0 1,601 1,576
0,95 1,600 1,578

; 0,98 1,601 1,577

i 1,10 1,600 1,577

1,00 1,601 1,578

^; Nach Tabelle 1 bleiben die Werte des Brechungsindex auf der I Mittelachse und im Bereich der Außenfläche des Glaskörpers vor und nach der Behandlung im wesentlichen unverändert.

: Die Erhitzung und Keckung führt nicht zu einer Doppelbrechung I innerhalb des Glaskörpers und beeinträchtigt auch nicht die j Linsenwirkung. Für die oben angegebene Glaszusammensetzung ί tritt auch keine Entglasung bei der Behandlung auf. Eine Zui nähme des Lbertragungsverlustes kann nicht nachgewiesen werden.

' Durch Änderung der Erhitzungs- und Heckgeschwindigkeit bei der ^; Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man einen ; Lichtleiterkörper erhalten, in dem sich Durchmesser und Gra- ; dient des Brechungsindex in Längsrichtung ändern, bspw. einen i verjüngt ausgebildeten Lichtleiterkörper. Da der Lichtfluß innerhalb des breiten Abschnitts des Lichtleiterkörpers gedehnt werden kann, läßt sich ein solcher Lichtleiterkörper für j Anschlußstücke von Lichtleitern und zur Bildvergrößerung benutzen.

, Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt I in der einfachen Anwendung zur Herstellung eines Glasfaserj Laserelements mit kleinem Durchmesser, wo sich der Brechungs- ; index fortschreitend vom Zentrum zur Umfangsflache ändert. Ein ; solches Laserelement ist insbesondere dort vorteilhaft, wo es

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— Ί 3 — '

als Verstärkerelement bei der übertragung von Laserlicht, das
von dem gleichen aktiven Medium ausgeht, benutzt wird, weil
: keine Phasenverzerrung auftritt.

; Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ausgehend
; von einem einzigen durchsichtigen Faserkörper mit einem be- ' I stimmten Gradienten des Brechungsindex Lichtleiterkörper mit ^:

unterschiedlichen,jeweils gewünschten Gradienten des Brechungs- ; index hergestellt werden können, wobei die erhaltenen Gradienten

größer als der Gradient des einzelnen .Faserkörpers sind. Der
; Gradient des Brechungsindex läßt sich durch die Konstante a i ^; der Gleichung (2) darstellen. Der Wert dieser Konstanten a :

bestimmt die optimale Fleckgröße, die Brennweite der Linse und ; • andere Lbertragungseigenschaften. ■

I j

; Der durchsichtige Faserkörper entsprechend der Lrfindung ist I ^; nicht auf eine Einzelfaser eingeschränkt, sondern kann auch
■■ inform eines Faserbündels aus einer Vielzahl von Fasern zur
' Anwendung kommen, wo ein lichtabsorbierender Glasstoff und an-■ dere Stoffe zwischen den Glasfasern angeordnet sind und eine ^: : Schmelzverbindung des Bündels ermöglichen. Ein solcher Licht- ί ; leiterfaserkörper nach der Erfindung ist bereits als solcher
vorteilhaft, doch wird er noch brauchbarer, wenn eine Behänd- i lung im Sinne der Erfindung ist bestimmter Ausbildung erfolgt.
! j

, Ein Lichtleiterglasstab oder eine Lichtleiterglasfaser mit der

, genannten Verteilung des Brechungsindex unter Anwendung eines \ , Kernteils laßt sich nach dem in der genannten Offenlegungü- _; I schrift angegebenen Verfahren herstellen. Ein Bohr als Deck-. schicht wird aus einem thermoplastischen Stoff, normalerweise , J Glas hergestellt. Dieses Hohr hab einen Erweichungspunkt, der
ι etwa gleich oder kleiner als derjenige des Kernglaskörpers ist; ; : der Innendurchmesser des Eohree ist vorzugsweise etwa:; größer ; j als der Durchmesser des Kerngiaskörpers. bei* Kernglasköi-per
i wird in dao Hohr eingebrac' '·> wobei minderüer,s ein ctirnende
! an eine Vakuumapparatur, bpaw, eine Vakuumpumpe ^geschlossen ! ist. V/enn nur ain Ende a,r..?cschlossen ist, w.i:?ö das armiere oLirn-I ende dicht abgeschlosoen. Indem das Rohrinnere

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; - 14 -

ί
ι

j evakuiert wird, läßt man die Anordnung in einen Heizofen eini treten, wo eine Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb des Erj weichungspunktes erfolgt. In anderer Weise kann die Rohranord-' nung zuvor an beiden Stirnenden dicht abgeschlossen werden, !wo das Innere in evakuiertem Zustand verbleibt. Darauf erfolgt i eine Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes. In erhitztem Zustand erfolgt eine Heckung des Rohrs ¹ mittels einer Trommel oder eines Gewichtes, wobei das Rohr

; eine Durchmesserkontraktion erleidet und sich fest mit dem ί

. j Kernteil verbindet. Im Zuge dieses Reckvorgangs kann man eri forderlichenfalls auch den Glaskernteil- recken, um dadurch ; einen steileren Gradienten des Brechungsindex innerhalb des <Kernteils zu erhalten oder den Kerndurchmesser im bestimmten

j Maße herabzusetzen, damit die Anordnung eine größere Biegsam-I keit erhält.

i Wenn der Kontraktionsdruck infolge der Zugkraft vonseiten einer ₍ Trommel oder eines Gewichts für eine feste Haftung der konj zentrischen Teile ungenügend ist, kann die Anordnung bspw. in ^: einem dicht abgeschlossenen Ofen erhitzt werdän, in den eri hitzte Druckluft zur Druckerhähung eingespeist wird. Es hat

■ sich gezeigt, daß eine feste Haftung zwischen den Teilen ohne i Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem Äußeren und dem . Inneren des Rohrteils erzeilt werden kann, indem man ein sehr ·, kleines Spiel vonbspw. 0,1 mm oder weniger zwischen dem Durch- ! • messer des Kernteils und dem Innendurchmesser des Rohrs vorsieh^.

■ \ i Nach der Erfindung läßt sich ein Lichtleiterglaskorper mit einer

i !

j Deckschicht genau und leicht herstellen, wobei die Dicke der ·

ι Deckschicht leicht gesteuert werden kann. Die Bildung dieser j

! Deckschicht in der beschriebenen Weise bringt zahlreiche Vor- | I teile, von denen die wichtigsten aufgeführt werden. Die Deck-

! schicht auf einem Lichtleiterglaskorper schaltet bspw. die ge- I

i j ' nannten kleinen Fehlstellen in der Oberfläche des Glaskern-

' ί

; teils infolge der Eintauchung in das Salzbad aua, weil die I

ι Deckschicht durch eine üchmelzbindung aufgebracht ist, wodurch [ I die festigkeit des Glaakernkö'rpers wieder hergestellt ist. Wenn·' j außerdem der Lichtleiterglaskörper eine ungenügende chemische :

" * " 009836/T8~68 ~" ~~"~

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!Beständigkeit aufweist, kann diese Beständigkeit für eine lange S . Gebrauchsdauer durch eine Deckschicht mit genügend großer j ; chemischer Beständigkeitverbessert werden, ' ■. ;■ "■''-■

■'_ Ein weiterer Vorteil der'Erfindung^^" kommt dadurch zur Auswar- · i ikung, daß man eine lichtisolierende Schicht an der Außenfläche j ; eineß Lichtleiterglaskörpers mit einer Verteilung des Brechungs-¹ index nach gleichung (2) erhält, wodurch eine Herabsetzung des \. - HelligkeitkonträBtes vermieden wird, die sonst bei der Bildüber-; ■tragung auftreten kann. - -J

iEin weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß man eine ;

• Anordnung mit der Wirkung einer J.acettenlinse erhalten kann, ^!

I. indem man jeweils Deckschichten auf den Außenflächen einer j

f großen Anzahl von Lichtleiterkorpern· mit der genannten Vertei- ;

j lung des Brechungsindex aufbringt und eine Schmelzverbindung ; ! dieser; Deckschichten..vornimmt* Indem man für die genannten

•Deckschichten einen thermoplastischen Stoff mit niedrigerem ^!

I Erweichungspunkt als der LichtleiterglaskÖrp'er verwendet, wird \ ! .- - ■ ■■■-■-,.. .:. .■.-.·.- ι

; eine Temperatur ausnutzbar, bei der der thermoplastische Stoff ;

\ der Deckschicht erweicht,. je,doch nicht der Kernteil* Dadurch .

^: kann man eine große Anzahl.von beschichteten Körpern durch ^!

j Schmelzbindung aneinänderbinden, ohne die iinsenwirkung der )'

j Kernkörper zu.beeinträchtigen. . ;

I Es läßt sich eine Facettenlinse,hoher Güte herstellen, indem mari

ι- ■'""".■■"-■■ ^:- ■ ' !

I ein Bündel söl.cher miteinanderverbundenen Lichtleiterkörper j in der erforderlichen Länge abschneidet und die Stirnflächen \ poliert/ :V V ; : '■. - '■ "'■ . .-.:" ; ;

! Ein weiterer 'Vorteil des Lichtleiterglaskörpers mit einer Deckj" schicht nach der/Erfindung liegt, darin, daß .demselben durch
eine thermochemische Behandlung eine sehr hohe mechanische 1 Festigkeit verliehen werden kann. Indem man die Außenfläche ■ j eines Lichtleiterglaskörpers mit einer Verteilung des Brechungs-t index nach Gleichung (2) mit einer Deckschicht aus einem Glas [ versieht, das Ionen eines Alkalimetalls mit· vergleichsweise
kleinem Ionenradius, bspw. lia -Ionen enthält, und den erhaltener! Glaskörper längere Zeit in eine Glasschmelze mit einem Gehalt I

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von Alkalimetallionen mit vergleichsweise großem Ionenradius,

• bspw. K -Ionen, bei einer Temperatur in der Nähe der Tranaformationstemperatur des Glases eintaucht, kann man eine Druck-

^: spannung in der Oberfläche der Glasdeckschicht erzeugen. Dies ] ist ein bekanntes Verfahren zur thermochemischen Verfestigung 'von Glas. Wenn zusammen mit der Ausbildung der Druckspannung _; ' eine Zugspannung in dem Glas erzeugt wird, erreicht diese Zugspannung nicht den Kernteil des Körpers, in dem die Lichtüber- ; tragung erfolgt, so daß die Lichtleitereigenschaften nicht be- ^! _ .eint rächt igt werden. ;

' Die Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen zur Einstellung der ^: ; Verteilung des Brechungsindex bspw. der Tl⁺-Ionen ist innerhalb , i des Glases beträchtlich kleiner als diejenige anderer Alkalijmetallionen bei der Transformationstemperatur. Infolgedessen ist' ; zu erwarten, daß bei der thermochemischen Behandlung innerhalb ,

des Kernteils des Lichtleiterglaskörpers keine änderung der i Verteilung des Brechungsindex auftritt. Infolgedessen kann ein ι

• Lichtleiterglaskörper mit hoher Festigkeit erzeugt werden.

·■ Nach der Erfindung erhält man außerdem ein verbessertes Glaslaserelement mit einer Deckschicht, die bspw. Licht einer uner- \ wünschten Wellenlänge absorbieren kann.

; Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt i darin, daß die zur Schmelzbindung von Glasfasern mit üeck- : schicht erforderliche Zeitdauer vergleichsweise kurz ist und j daß außerdem die Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen zur Eini stellung der Verteilung des Brechungsindex innerhalb des Glases j klein ist, so daß der Einfluß der Verteilung des Brechungsindex i auf den Kernteil des Lichtleiterglaskörpers vernachlässigt j werden kann. Durch Erhitzen und Recken des Lichtleiter-Kernglasj körpers zusammen mit dem Rohr während der Aufformung der üeck- ! schicht auf den Kernkörper wird der Querschnitt des Kernkörpers ! ! zusammengezogen, wodurch der Kernkörper einen noch steileren ι Gradienten des Brechungsindex erhält.

J Spannungen, die sich in dem Kernkörper bei der Beschichtung mit einer Glasdeckschicht leicht ausbilden können, lassen sich durch.

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•Auswahl der Glaszusammensetzung der Deckschicht verhindern,

indem man den ttärmeausdehnungskoeffizienten der Deckschicht ge^ ίnügend nahe demjenigen des Kernteils wählt.

; Einzelheiten der Erfindung werden anhand der folgenden Einzel- ^: Beispiele erläutert.

. Beispiel 1

, Ein 1 mm im Durchmesser und 2 m in der Länge messender Glasstab ■ ' einer Zusammensetzung in Gewichts-% von 48 % SiOp, 12 % Na-O, ι [ 16 % Tl₂O, 24 % PbO wird gefertigt und 200 h lang in ein Kalium- I nitratbad einer Temperatur von 460° C getaucht. Man erhält da- ; durch einen Glasstab mit einem Brechungsindex No auf der Mittelachse von 1,601 und einem Brechungsindex auf der Umfangsflache ,von 1,576, die Verteilung des Brechungsindex im Innern des ;

Glasstabes folgt im wesentlichen der Gleichung η = N (1 - ar ) ;

-2 ·

: mit a = 0,061 mm . Danach wird dieser Glasstab in einer Appa- ■

' ratur nach Fig. 1 erhitzt und gereckt. Während dieser Behandlung - wird der Glasstab mittels einer Vorschubeinrichtung 3 mit einer ; ; konstanten Geschwindigkeit von 11 cm/min innerhalb des Ofens 2 i vorgeschoben, der auf einer Temperatur von 900 G gehalten wird. * Der innerhalb des Ofens 2 befindliche Teil des Glasstabs 1 wird örtlich erhitzt und zu einer faser gereckt, die auf einer ' Aufnahmetrommel 4 mit 265 mm Durchmesser aufgenommen wird, : welche mit 1,5 Umdrehungen pro min gedreht wird. Dadurch erhält man eine 300 u im Durchmesser messende Faser von etwa j ¹ 20 m Lange.

ι Die Verteilung des Brechungsindex in einem Querschnitt der Faser j wird gemessen und hat einen Verlauf nach Fig. 4 mit einem zen- ! j tralen Brechungsindex N^ von 1,599, einem Oberflächenbrechungs-: ,' index von 1,580 und einer Verteilung des Brechungsindex ^: ¹ η im Innern der Faser im wesentlichen nach der Beziehung . ! η « N^ (1 - ar²) mit ε = 0,53 mm"².

; üodann wird dieselbe Arbeitsweise mit einem Vorschub des Gleis- ',

j Stabes 1 bei einer Geschwindigkeit von 1,5 cm/min und einer ι

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Drehzahl der Aufnahmetrommel 4 von 1,8 Umdrehungen pro min aus- '.

-geführt, alle anderen Verfahrensbedingungen bleiben unverändert. Damit erhält man eine Glasfaser mit 100 u Durchmesser und I einer Länge von etwa 200 m. Die Verteilung des Brechungsindex in einem Querschnitt dieser Faser wird gemessen, und man erhält •einen zentralen Brechungsindex N' von 1,599» einen Oberflächen-

■ brechungsindex von 1,580 sowie eine Verteilung des Brechungsindex η im Innern der Faser im wesentlichen nach der Beziehung |n = LT (1 - ar²) mit a = 4,75 nun"².

j !

! Beispiel 2 . '·

Ein 10 mm im Durchmesser und 1 m in der Länge messender Glasstab • einer Zusammensetzung in Gewichts-% von 48 % UiO₂, 12 % Na₂O, 16 % Tl₂O und 24 % PbO wird hergestellt und 10 h lang in ein

Kaliumnitratbad einer Temperatur von 460° C getaucht. Dadurch ^!

erhält man einen Glasstab mit einem Brechungsindex von 1,576 j an der Außenfläche und 1,601 im Zentrum gemäß Fig. 6. Nach Fig.

6 hat dieser Glasstab einen Gradienten des Brechungsindex in j einer etwa 0,3 mm dicken Randschicht unterhalb der Umfangsflächei.

. i

Dieser Glasstab wird in einer Apparatur nach Fig. 1 erhitzt und ' : gereckt, wobei der Glasstab 1 in Axialrichtung durch die Zufuhreinrichtung 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit von \ ; 1,1 cm/min innerhalb de3 Ofens 2 vorgeschoben wird, der eine

Temperatur von 850° C hat. Dtibei wird der Glasstab erhitzt und i , zu einer Faser gereckt, indem er auf eine *·' nähme trommel 4 \ von 400 mm Durchmesser gewickelt wird, die sich mit etwa '■ 88 Umdrehungen pro min dreht. Man erhält eine Faser mit einem j Durchmesser von 100 u und einer Länge von einigen 1 000 m. .· j Die Verteilung des Brechungsindex in einem Querschnitt dieser < ! Faser wird gemessen und ist in Fig. 7 dargestellt. Der Bre- ■> ■ chungsindex beträgt 1,577 in der Außenfläche und zeigt einen ! ' Gradienten in einer etwa 3 M dicken Randschicht. Der Brechunpjsindex in den übrigen Bereichen hat einen konstanten <vert ;

' von 1,600. ^;

ι '.

[ Diese Glasfaser hat einen Öffnungswinkel von etwa 32°. In die :

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Glasfaser unter einem Winkel innerhalb der durch den üffnungs- - winkel festgelegten Grenzen einfallendes Licht breitet sich
'■. innerhalb der Faser reflexionsfrei aus. Weiterhin ergibt sich,
' daß diese Glasfaser eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 90 % ■ pro m Länge hat, was etwa 10 % größer als eine Durchlässigkeit
. von etwa 80 % bei einer herkömmlichen beschichteten optischen
Faser ist, die aus einem Glas mit einem im wesentlichen gleichen Absorptionskoeffizienten wie das Glas der Glasfaser besteht, wobei ; die Lichtausbreitung unter Ausnutzung der Totalreflexion er-• folgt.

' Beispiel *>

i Ein 1 mm im Durchmesser messender Glasstab einer Gewichtszusam-

■ mensetzung von 16 % Tl₀O, 24 % PbO₃, 12 % Na₉O und 48 % 3iO_P
wird etwa 2 'Wochen lang in eine Kaliumnitrat-Salzschmelze einer

■ Temperatur von 450° G getaucht. Damit erhält man einen Licht-

\ leiterglasstab mit einem zentralen Brechungsindex von 1,60 ^: ! und einer QuerSchnittsverteilung des Brechungsindex nach der

■ Formel N · 1,60 (1 - ar²) mit a = 7»5 cm"². "

' I

Gesondert wird ein lichtabsorbierendes Glasrohr einer Gewichts- _: ; zusammensetzung von 16 % Tl₂O, 22 % PbO, o,5 % CoO, 1,5 % \ i NiO, 12 % NapO, 48 % SiOp mit einem Innendurchmesser von 1,2 mm ! und einem Außendurchmesser von 1,5 mm fertiggestellt. Der : \ Lichtleiterglasstab wird in dieses Glasrohr eingesetzt; nach ; j Evakuierung des Rohrinneren werden beide Enden luftdicht ab- ^: ! geschlossen. !

j Sodann wird der Glasaufbau mit einer Geschwindigkeit von ^! ^! 50 mm/min unter gleichzeitiger Anwendung einer Zugspannung ; : durch einen Ofen ähnlich wie in Fig. 1 vorgeschoben, der auf ; \ einer Temperatur von 650° C gehalten ist. vVie man am besten
; aus Fig*. 5 erkennt, wird dieser Glasaufbau 12 aus dem Glasstab ■ ; 10 und dem Glasrohr 11 in den Ofen 13 vorgeschoben und dabei ■,

erhitzt, damit der Glasstab 10 und das Rohr 11 eine ochmelz-
! bindung miteinander eingehen. Gleichzeitig wird der Glasveri bundaufbau in Pfeilrichtung durch eine Zugspannung gereckt.

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^: - 20 -

'Der erhaltene dünne Glasstab wird aus dem Ofen mit einer Ge-•schwindigkeit von etwa 200 mm/min ausgezogen. Damit erhält
!man einen Glasstab mit einem Kernteil von 0,5 mm Durchmesser
und einer Deckschicht mit einem Außendurchmesser von 0,65

' Die Verteilung des Brechungsindex innerhalb dieses Glasstabes
ergibt sich im Zentrum zu 1,60 mit einem Verlauf des Brechungs-

: index N im Abstand r vom Zentrum im wesentlichen nach der
Gleichung N = 1,60 (1 - ar²) mit a = 30 cm"².

Die beiden Stirnenden dieses Glasstabes werden nach Flächen
senkrecht zur Stabachse poliert, so daß man eine Stablinse mit
guter Linsenwirkung erhält, bei der der Bildkontrast nur sehr

• geringfügig herabgesetzt wird.

• Beispiel 4

'· Ein Glasstab der Gewichtszusammensetzung von 16 % Tl₂O, 24 %

iPbO, 12 % Na₀O, 48 % SiO₀ mit einem 'Durchmesser von 1,5 mm wird ^!

I etwa 2 Wochen lang in eine Kaliumnitrat-Salaschmelze von 450 C !

getaucht. Dadurch erhält man einen Lichtleiterglasstab mit ' j einer Verteilung des Brechungsindex innerhalb einer (ctuerschnitts- ; fläche, wo der zentrale Brechungsindex 1,60 und der Brechungs-

j index N im Abstand r vom Zentrum im wesentlichen einen Äert

2 —2 i

• nach der Gleichung N=1,60(1-ar) mit a = 7,5 cm" hat. ι

i i

, Gesondert wird ein lichtabsorbierendes Glasrohr einer Gewichts- ι

• zusammensetzung von 41 % SiO₂, 5,5 % Na₂O, 4,5 # K₂O, 47 % .

■ PbO, 0,5 % CoO, 1,5 % NiO mit einem Innendurchmesser von 1,2 mm j j und einem Außendurchmesser von 1,6 mm fertiggestellt. Der Licht-· I leiterglaskörper wird in dieses Glasrohr eingesetzt. Nach Eva- j ! kuierung des Rohrinnern werden beide Stirnenden luftdicht ab- I ! geschlossen. Man läßt diesen Glasaufbau durch einen Elektroofen; ι einer Temperatur von 600° C laufen und reckt denselben ähnlich ' ¹ wie im Beispiel 3· Dadurch kommt eine Schmelzbindung zwischen

; dem Glaastab und dem Rohr in der Grenzfläche zustande. Man er- ", hält einen Glaskörper aus einem Kernteil mit 0,5 mm Durchmesser'

■ und einer Deckschicht mit einem Außendurchmesser von 0,6 mm. i

..Dieser .Glasstab wird in eine ..Anzahl Abschnitte geschnitten, i

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■ - 21 -

die dann parallel zueinander in einem Bündel angeordnet werden. !.Dasselbe wird auf 550 G unter Anwendung einer Druckkraft über

den Umfang in einem Vakuumgefäß erhitzt. Dadurch erhält man ^: einen Glasverbundkörper, in den die Glasstäbe fest aneinander-' haften. Dieser Verbundkörper wird geschliffen und poliert, so .daß man einen Verbundkörper einer Länge von 5 mm erhält. Damit ! hat man eine Facettenlinse aus Lichtleiterstäben mit einer je- ; weiligen Brennweite von 1,73 πιπί.

; Beispiel $

; Ein Glasstab der Gewichtszusammensetzung von 16 % Tl₂O, 24 % j PbO, 12 % Na₂O, 48 % SiO₂ mit einem Durchmesser von 1,5 mm ¹ wird etwa 2 '.Vochen lang in eine Kaliumnitrat-oalzschmelze von

45O⁰ C getaucht. Damit erhält man einen Lichtleiterstab mit ■ einem zentralen Brechungsindex von 1,60 und einer Verteilung

des Brechungsindex N in Abhängigkeit vom Abstand r von der • ο

Inittelachse im wesentlichen nach der Gleichung N = 1,60 (1-ar )

-2
, mit a = 7»5 cm

Gesondert wird ein Glasrohr der gleichen Zusammensetzung wie ; der Glasstab mit einem Innendurchmesser von 1,2 mm und einem '. Außendurchmesser von 1,4 mm gefertigt. In dieses Glasrohr wird i der Glasstab eingeführt. Nachdem das Rohrinnere evakuiert ist, werden beide otirnenden luftdicht abgeschlossen.

; Den Glasaufbau läßt man durch einen Ofen mit einer Temperatur ' von 650° C laufen; dabei erfolgt eine Heckung zu einer be-J schichteten Glasfaser mit einem Kernteil von 0,20 mm Lurch- : messer und einer Deckschicht mit einem Außendurchmeaser von I 0,24 mm. Diese beschichtete Glasfaser wird dann in eine Kaliumnitrat-oalzschmelze von 370° C etwa 16 h lang gebaucht und dann aus dem Bad herausgezogen.

Dadurch wird eine Druckspannungsschicht im Oberflächenbereich j der Glasfaser ausgebildet. Die Biegefestigkeit der Faser wird merklich gesteigert. Die Faser läßt sich mit einem Krümmungsradius von 5 cm biegen, vtfenn unter Lodusanpassung Laserlicht _in die Faser eintritt, wird dasselbe unter fortgesetzter J

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Brechung innerhalb der Paser weitergeleitet, selbst wenn die Faser mit einem Krümmungsradius von 5 cm gebogen ist.

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Claims

Patentansprüche ^;

/iJ Herstellungsverfahren für Lichtleiterfaserkörper, dadurch
' gekennzeichnet, daß ein durchsichtiger Stab- oder Faserkörper
: mit einem Gradienten des Brechungsindex unter fortschreitender '■

■ Abnahme von der Mittelachse gegen die Außenfläche hin inner-

■ halb einer Querschnittsfläche senkrecht zur Mittelachse fortschreitend vom einen zum andern Stirnende auf eine Temperatur

plastischer Verformbarkeit erhitzt wird und daß gleichzeitig
eine kontinuierliche Längsreckung des Faserkörpers mit einer
i solchen Geschwindigkeit erfolgt, wodurch über die gesamte Länge
. des durchsichtigen Körpers die Ausgangsquerabmessungen unter

• einem festen Verhältnis verringert und außerdem der Ausgangs-

\ gradient des Brechungsindex innerhalb eines Querschnitts unter
' einem festen Verhältnis vergrößert wird.

^:; 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stab- ' ; oder Faserkörper aus Glas. ;

• 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

' daß zur Vorbereitung des durchsichtigen Glaskörpers ein lang- I

• ■ ί ; gestreckter Glaskörper mit einem Gehalt von ersten Ionen, die ·, ; ala Kationen Äbwandlungsoxide bilden und in bestimmtem Maße
' zur Vergrößerung.des Brechungsindex des Glaskörpers beitragen, ! ' über eine Kontaktfläche der Einwirkung eines Salzes mit einem
; Gehalt anderer Ionen ausgesetzt wird, die ebenfalls Äbwandlungs-' ι oxide mit kleinerem Beitrag alB die ersten Ionen bilden, wo- ; i durch ein Ionenaustausch der ersten Ionen mit den anderen Ionen ' j durch die Kontaktflache erfolgt, so daß der Glaskörper die ge- '

ι nannte Verteilung'Brechungsindex erhält. j

! ι

^: 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- ^; j zeichnet, daß zur Gewinnung eines Lichtleiterglaskörpers mit

Deckschicht ein Glasrohr konzentrisch zu einem langgestrecktem .

Lichtleiterglaskörper mit der genannten Verteilung des Bre- ; chungsindex angeordnet wird, daß das Innere des Rohres evakuiert

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und beide Glaskörper auf eine Temperatur plastischer Verform- ; barkeit erhitzt werden und daß in diesem Zustand eine Längs- · ■ reckung von Rohr und Glaskörper zwecks gegenseitiger Verbindung . , derselben erfolgt. ;

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterglaskörper mit einer Glasdeckschicht, die ein erstes

! Alkalimetall enthält in Berührung mit einer Salzschmelze, die ein zweites Alkalimetall mit größerer Atomgröße als das erste Alkalimetall enthält, gebracht wird, damit durch die Außenfläche'

; der Deckschicht ein Austausch der beiden Alkalimetalle erfolgt ^: und dadurch eine Verstärkung der Deckschicht eintritt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß ι mehrere Lichtleiterglasfasern mit einer Deckschicht aus einem : Glas mit niedrigem Erweichungspunkt parallel zueinander, sich ^: gegenseitig berührend gebündelt werden und daß dieses Bündel i auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Deckschicht erweicht, jedoch der Glaskörper des Kerns festbleibt, damit das ; ' Bündel zu einem Verbundkörper wird. ^!

: ι

ι 7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn-ί zeichnet, daß die Abnahme des Brechungsindex in radialer ' Richtung im wesentlichen proportional zum Quadrat des Abstandes !

i von der Mittelachse erfolgt.

j 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- , ■i zeichnet, daß der Brechungsindex des Glaskörpers nur in einem oberflächennahen Bereich abfällt.

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L e e r*s e i t e