DE2064408A1

DE2064408A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung von Lichtleiterglasfasern

Info

Publication number: DE2064408A1
Application number: DE19702064408
Authority: DE
Inventors: Motoaki Yoshiyagawa Mitsugi Takarazuka Hyogo Yoshida (Japan)
Original assignee: Nippon Selfoc Co Ltd
Current assignee: Nippon Selfoc Co Ltd
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1971-07-01
Also published as: NL7018930A; CA952719A; DE2064408C3; FR2080895B1; NL168200C; US3806328A; GB1331515A; BE761092A; FR2080895A1; NL168200B; DE2064408B2

Description

Dr. Werner Haßler

PATEN TAN VVALT
588 LDDENSCHEID
Asenberg 36- Postfach 1704

Lüdenscheid, den 29. Dezember 1970 A 70236

Anmelderin: Firma Nippon Selfoc Kabushiki Kaisha

7-15, 5-Chome, Shiba, Minato-Ku, Tokio, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Lichtleiterglasfasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lichtleiterglasfasern, wonach eine Glasfaser, die Ionen mit hohem ] Beitrag zum Brechungsindex enthält, in eine Schmelze getaucht wird, die andere Ionen mit kleinem Beitrag zum Brechungsindex enthält und wonach eine wechselweise Wärmediffusion der beiden Ionen durch die Oberfläche der Glasfaser erfolgt. Außerdem betrifft die Erfindung eine'Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Neuerdings sind ausgedehnte Forschungen auf die Lichtübertragungstechnik unter Verwendung von Laserlicht, insbesondere auf die hierfür erforderlichen Lichtübertragungsstrecken gerichtet. Beispielsweise ist in dem Preprint S5-5, 3. 70 'the National Assembly of the Japan Electronic Communucation Society¹, 1969 eine fokussierende Lichtleiterfaser beschrieben, bei der mindestens in einem Zentralbereich eine Verteilung des Brechungsindex innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zur optischen Achse der Faser in quadratischer Abhängigkeit von dem Abstand von der optischen Achse vorhanden ist.'Eine solche fokussierende Lichtleiterfaser ist vollkommen frei von äußeren Einflüssen und läßt sich außerdem biegen, wenn es erforderlich ist.

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Das Grundverfahren zur Herstellung einer solchen fokussierenden Lichtleiterfaser ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 913 358, offengelegt am 20. November 1969, 'Lichtleitender Glasaufbau und Verfahren zur Herstellung desselben¹ beschrieben. Danach erfolgt zwischen dem Glas und einem Stoff innerhalb einer Salzschmelze ein Ionenaustausch, nämlich eine wechselseitige Diffusion zwischen zwei Arten von Kationen, damit man durch Wärmediffusion eine gewünschte Konzentrationsverteilung von Abwandlungsoxiden innerhalb des Glases erhält.

Das in der genannten Offenlegungsschrift beschriebene Verfahren erfordert eine lange Behandlungsdauer, damit in ausreichendem Maße eine Wärmediffusion auftritt, weil nur eine vergleichsweise niedrige Diffusionstemperatur angewandt wird. Die Diffusionstemperatur läßt sich deshalb nicht steigern, weil sonst die Gefahr einer Verformung der Glasfaser besteht.

Aufgabe der Erfindung ist eine wesentliche Verkürzung der erforderlichen Dauer für die Diffusionsbehandlung. In weiterer Zielsetzung soll das Verfahren nach der Erfindung einen kontinuierlichen Verfahrensablauf ermöglichen.

Diese Aufgabe wird nach.der Erfindung dadurch gelöst, daß die Glasfaser zur Beschleunigung der wechselweisen Wärmediffusion der Ionen in eine Schmelze hoher Temperatur und im wesentlichen gleichen spezifischen Gewichts wie die Glasfaser gejtaucht wird.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich die Schmelzentemperatur wesentlich anheben, damit eine höhere Diffusionsgeschwindigkeit ausgenutzt werden kann. Trotzdem ist eine Verformung der Glasfaser ausgeschlossen.

Trotz der Erweichung der Glasfaser bei der hohen Behandlungstemperatur wird dieselbe schwerefrei in der Schmelze getragen,' so d'aß keine resultierenden Verformungskräfte auf die Glas-

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• faser einwirken.

In weiterer Zielsetzung schlägt die Erfindung eine Vorrichtung der Kennzeichnung vor, daß eine Zieheinrichtung zur Bereitstellung einer Glasfaser, die erste Ionen mit größerem Beitrag zum Brechungsindex enthält, sowie ein Bad für eine Schmelze, die Ionen mit kleinerem Beitrag zum Brechungsindex enthält und im wesentlichen gleiches spezifisches Gewicht wie die Glasfaser hat, vorgesehen sind, daß zur kontinuierlichen Zufuhr der Glasfaser zwecks Tauchung in der Schmelze eine Transporteinrichtung zwischen der Zieheinrichtung und dem Bad angeordnet ist, daß ein Heizofen das Bad umschließt und auf einer hohen Temperatur hält und daß am Ausgang des Bades eine Äbzugseinrichtung zum kontinuierlichen Abziehen der Glasfaser aus dem Bad nach Abschluß der wechselweisen Wärmediffusion zwischen den Ionen höheren Beitrags innerhalb der Glasfaser und den Ionen geringere Beitrags in der Schmelze durch die Oberfläche des Glases ange^- ordnet ist.

Mit einer solchen Vorrichtung läßt sich eine Lichtleiterglasfaser mit der genannten Querschnittsverteilung des Brechungsindex kontinuierlich herstellen. Das Ausziehen der Glasfaser und die wechselweise Wärmediffusion erfolgen in einer Behandlung sstufe.

Die Erfindung wird im folgenden in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, welche eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung zeigt,

Es ist bekannt, daß die wechselweise Diffusionsgeschwidigkeit von Ionen durch die Außenfläche einer Glasfaser bei Eintauchung in ein Salzbad für einwertige Kationen größer ist. Wenn man jedoch eine Verteilung des Brechungsindex wünscht, die für die Lichtleitung erforderlich ist, müssen mindestens zwei Kationenarten, die einen merklichen Unterschied der elektrischen Polarisierbarkeit pro Volumeneinheit aufweisen, durch die Ober-

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fläche der Glasfaser wechselweise diffundieren. Im einzelnen muß in dem Glas ein einwertiges Kation, bspw. Tl mit größerem Beitrag zum Brechungsindex vorhanden sein. Die Tl-Ionen werden durch Diffusion durch die Oberfläche der Glasfaser gegen mindestens eine Kationenart der Salzschmelze ausgetauscht, nämlich Li-, Na-, K-, Rb- und/oder Cs-Ionen mit kleinem Beitrag zum Brechungsindex. Dieses ist in der Offenlegungsschrift 1 913 358 ausführlich dargelegt. Nach dem dort beschriebenen Verfahren kann man eine parabolische Verteilung des Brechungsindex nach der Beziehung erhalten

η = n₀ ( 1 - ar²)

mit η als Brechungsindex in einem Abstand r von der Mittelachse der Faser, η als Brechungsindex auf der optischen Achse und a als einer Konstanten. Diese Beziehung gilt innerhalb einer jeden Querschnittsebene senkrecht zur optischen Achse mindestens in einem Zentralbereich um die optische Achse. Eine solche Glasfaser ist als Lichtübertragungsstrecke in einem Laser-Nachrichtenübertragungssystem oder als Linsenkörper für optische oder Datenverarbeitungszwecke brauchbar. Als Glasfaser im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Glaskörper verstanden, dessen Länge größer als der Durchmesser im Querschnitt ist.

Die für die Wärmediffusion der Ionen zwischen dem Glaskörper und der Salzschmelze erforderliche Zeitdauer hängt wesentlich von der Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen innerhalb des Glases ab. Diese Diffusionsgeschwindigkeit ändert sich sehr stark mit der Viskosität des Glases. Da die Viskosität eines Glases exponentiell mit zunehmender Temperatur abnimmt, kann man eine exponentielle Beschleunigung der wechselweisen Wärmediffusion von Ionen mit ansteigender Temperatur des Glases erwarten.

Wenn jedoch die Temperatur über diejenige Temperatur gesteigert

10 wird, wo die Viskosität des Glases 10 Poise erreicht, wirkt eine Sinkkraft oder eine Auftriebskraft auf die Glasfaser, je nach dem Unterschied zwischen den spezifischen Gewichten von Glasfaser und Salzschmelze. Da die Temperatur dann in der Nähe

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des Erweichungspunktes der Glasfaser liegt, ändert sich der Durchmesser der Gläsfaser in Längsrichtung, es tritt eine Verjüngung auf, oder die Glasfaser verformt sich im Querschnitt "innerhalb der Salzschmelze. Dadurch werden die Lichtleitereigenschaften der Glasfaser ungünstig beeinflußt.

^! Wenn bspw. eine Glasfaser der Zusammensetzung in Mol-?*» 3,3 % Tl₂O, V7ß% Na₂O, 9,4 % PbO, 70,3 % SiO₂ in eine Lichtleiterfaser ohne Verjüngung oder teilweise Durchbiegung umgewandelt werden soll, muß die Behandlungstemperatur bei Verwendung von ΚΝΟ,-Salz unterhalb 460°C gehalten werden. Wenn die Glasfaser bei dieser Temperatur von 46O⁰C behandelt wird, ist eine Behandlungsdauer von 400 h für eine Glasfaser mit 1 mm Durchmesser erforderlich, bzw. eine Behandlungsdauer von 100 h für eine Glasfaser mit 0,5 mm Durchmesser, damit man eine parabolische Verteilung des Brechungsindex mindestens in einem Zentralbereich der Glasfaser erhält.

Wenn andererseits die Behandlungstemperatur zwecks Verkürzung der Behandlungsdauer auf 500°C angehoben wird, wird die notwendige Behandlungsdauer für eine Glasfaser mit einem Durchmesser von 0,5 mm auf 20 h verkürzt. In diesem Fall muß man jedoch eine Durchmesseränderung von 0,1 mm oder mehr pro 1 m Länge der Glasfaser in Kauf nehmen, wodurch die Fokussierungseigenschaften der Lichtleiterfaser stark beeinträchtigt werden. Die Viskosität der Glasfaser beträgt bei einer Temperatur von 46O⁰C 10¹⁰ Poise oder log η = 10.0 (mit η als Viskosität), bei einer Temperatur von 50O⁰C hat man den Went log η = 8,6. Das spezifische Gewicht der Glasfaser beträgt in diesem Fall 3,5, das spezifische Gewicht der Salzschmelze 1,7, so daß der Unterschied zwischen diesen beiden Werten 1,8 ausmacht.

Diese Änderung des Durchmessers oder die Durchbiegung der Glasfaser aufgrund der hohen Temperatur läßt sich vermeiden, indem man eine Salzschmelze im wesentlichen gleichen spezifischen Gewichts wie die Glasfaser zubereitet, womit man eine fokus-

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sierende Lichtleiterglasfaser mit der genannten Verteilung des Brechungsindex In einer weit kürzeren Behandlungszeit herstellen kann, als dies mit herkömmlichen Arbeitsweisen möglich wäre. Denn die wechselweise Wärmediffusion von Ionen läßt sich bei der höheren Behandlungstemperatur wesentlich beschleunigen.

Zur weitgehenden Verkürzung der erforderlichen Behandlungsdauer um einen Faktor 1/1O bis 1/100'oder sogar I/IOOO gegenüber dem herkömmlichen Verfahren,,wählt man vorzugsweise den Unterschied der spezifischen Gewichte von Glasfaser und Salzschmelze kleiner als 0,4 oder noch besser kleiner als 0,2.

Nach der Erfindung wird die Behandlungstemperatur auf Wert gesteigert, wo die Viskosität des Glases auf 10 Poise / oder auf eine noch höhere Temperatur gesteigert, damit in einer sehr kurzen Zeitdauer eine Lichtleiterglasfaser ohne Verformung hergestellt werden kann.

Die im Rahmen der Erfindung benutzte Glasfaser enthält Tl-Ionen mit einem vergleichsweise großen Beitrag zum Brechungsindex.

Als Verbindungen für die Salzschmelze sieht, man ein Salz oder ein Oxid aus Alkaliionen wie Li-, Na-, K-, Rb- und/oder Cs-Ionen mit geringerem Beitrag zum Brechungsindex im Vergleich zu dem in der Glasfaser enthaltenen Ionen vor. Normalerweise verwendet man eine Salzmischung aus einem AlkalimetaTLsalz und einem anderen Metallsalz mit höherem spezifischem Gewicht als das Alkalimetallsalz. Das spezifische Gewicht ,wird durch Einstellung des Mischungsverhältnisses der beiden Salze festgelegt. Der Unterschied der spezifischen Gewichte zwischen Glasfaser und Salzmischung kann dadurch auf einen Kleinstwert eingestellt werden. Für diese Salzmischung werden Chloride, Sulfate, Nitrate und Carbonate von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, von Blei und Zink gemischt. Bspw. sind folgende Salzmischungen geeignet:

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PbCl₂ + KCl, PbCl₂ + KCl + ZnCl₂, PbCl₂ + LiCl, KCl + ZnCl₂,

KCl + PbCl₂ + K₃SO₄ + PbSO₄, K₃SO₄ + PbSO₄, K₃SO₄ + ZnSO₄,

K₃SO₄ + Na₂SO₄ + ZnSO₄, Na₂SO₄ + ZnSO₄, KNO₅ + BaNO₅, KNO₅ +

BaNO₃ + PbCl.

Die Blei- und Zinkverbindungen tragen sehr viel zu der Vergrößerung des spezifischen Gewichts der Salzschmelze bei. Bariumsulfat und Calciumcarbonat erhöhen ebenfalls das spezifische Gewicht. Da jedoch diese Stoffe die Oberfläche der Glasfaser undurchsichtig machen können oder korrodierend wirken können, zieht man Blei- und Zinkverbindungen vor. Da Bleinitrat und Bleicarbonat bei der Wärmebehandlungstemperatur leicht zersetzt werden, sind Bleisulfat und Bleichlorid am meisten geeignet. Unter den Zinkverbindungen hat Zinknitrat ein sehr hohes spezifisches Gewicht; Zinkcarbonat zersetzt sich leicht bei der Wärmebehandlungstemperatur, so daß Zinksulfat und Zinkchlorid die größte Eignung haben. Kaliumsulfat und Natriumsulfat tragen zur Herabsetzung des Schmelzpunktes der Salzmischung bei, die als Ionenquelle für die Ionen mit kleinem Beitrag zum Brechungsindex dient.

Andererseits kann auch ein Einzelsalz anstelle der genannten Salzmischung benutzt werden, wenn dessen spezifisches Gewicht im Vergleich zu der Glasfaser entsprechend ausgewählt ist. Rubidiumchlorid hat ein spezifisches Gewicht von etwa 2,7 bei Zimmertemperatur und von etwa 2,4 bis 2,5 in der Schmelzphase bei hoher Temperatur. Eine Glasfaser der Zusammensetzung in Gewichts-% $$$> SiO₂, 20 % Na₂O, 10 % Tl₂O, 11,96 K₃O, 1 % Al₃O₅, 2 % MgO hat ein spezifisches Gewicht von etwa 2,6 bei Zimmertemperatur und .etwa 2,4 bei der hohen Temperatur der Wärmebehandlung. Folglich kann man Rubidiumchlorid zur Behandlung dieser Glasfaser vorsehen.

Als Schmelzstoff innerhalb des Salzbades kann man auch eine Glasschmelze mit wesentlich niedrigerem Schmelzpunkt als die Glasfaser verwenden, die Ionen mit geringerem Beitrag zum

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Brechungsindex inform eines Oxides enthält, bspw. ein Oxidglas mit niedrigem Schmelzpunkt, das ein Alkalimetall enthält, also ein B_o0--Pb0-Zn0-Na_o0-Glas. In diesem Fall kann die Glasschmelze auf der Oberfläche der behandelten Glasfaser als Schutzschicht verbleiben.

Die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt eine Ausziehvorrichtun zum kontinuierlichen Ausziehen einer Glasfaser mit Ionen höheren Beitrags zum Brechungsindex. Eine Salzschmelze ist durch einen Heizofen auf eine so hohe Temperatur erhitzt, bei der eine Verformung der eingetauchten und erweichten Glasfaser auftreten würde, wenn das spezifische. Gewicht der Schmelze von demjenigen der Glasfaser verschieden wäre. Außerdem sind Förder- und Zufuhreinrichtungen für die Glasfaser zum Transport derselben durch die Salzschmelze vorhanden. Diese Vorrichtung ermöglicht eine kontinuierliche Behandlung der Glasfaser durch Wärmediffusion von Ionen mit höherem Beitrag zum Brechungsindex im Austausch mit Ionen von geringerem Beitrag zum Brechungsindex«?

Die Erfindung ermöglicht eine wesentliche Verkürzung der Behandlungsdauer für die Glasfaser. Außerdem kann man infolge der kontinuierlichen Herstellung eine Lichtleiterglasfaser sehr großer Länge erzeugen. Das Ausziehen der Glasfaser und die Formierung des Brechungsindex erfolgen in einem Arbeitsgang.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Einzelbeispiele. *

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Beispiel 1

Eine Glasfaser der Zusammensetzung in MoI-Ji von 3,3 % Tl₂O, 17,0 % Na₂O, 9,4 % PbO, 70,3 % SiO₂ mit einem Durchmesser von 1 mm wird in einem Bad behandelt, das eine Schmelze eines Salzgemischs der Zusammensetzung in Mol-% von 45 % PbCl₂ und 55 % KCl.enthält. Die Wärmebehandlungstemperatur beträgt in diesem Fall 534°C gegenüber einer Temperatur von 460⁰C, die bei alleiniger Verwendung von KNO, nicht überschritten werden kann. Dadurch läßt sich die zur Einstellung der Fokussierungseigenschäften innerhalb der Lichtleiterglasfaser erforderliche Zeitdauer von 400 h auf 18 h verkürzen. Die Behandlungstemperatur läßt sich noch weiter auf 608⁰C steigern, wodurch die Behandlungsdauer auf nur 2,3 h verkürzt wird. In einem jeden Fall erhält man eine Lichtleiterglasfaser von etwa 30 cm Länge ohne Durchmesseränderung, oder Verbiegung.-Die Verteilung des Brechungsindex innerhalb der Glasfaser genügt der oben angegebenen Gleichung mit a = 0,05 mm innerhalb eines Kreises -"-on etwa 0,25 mm Durchmesser in einer QuerSchnittsebene der Glasfaser.

Bei der Behandlungstemperatur von 534⁰C beträgt die Viskosität

7 8

der Glasfaser 10'» Poise (log η = 7,8), be.i einer Behandlungstemperatur von 608⁰C 10 '^ Poise (log η = 6,5). Das spezifische

ewicht der Glasfaser beträgt 3,5, das spezifische Gewicht der Salzmischung 3,3, also der Unterschied 0,2_#

Beispiel 2

Eine Glasfaser der Zusammensetzung in Gewichts-^ von 58,0 % iO₂, 14,0 % Na₂O, 19,0 % Tl₂O, 6,0 % K₂O, 1,0 % Al₃O₃, 2,0 % gO mit einem Durchmesser von 1 mm wird.in einem Bad wärmebehandelt, das eine aufgeschmolzene Salzmischung der Zusammensetzung in Uol-% von 65 % BaNO, und 35 % KNO₃ enthält. Die Wärmebehandlungstemperatur wird auf 53O⁰C gesteigert, so daß man eine Lichtleiterglasfaser von etwa 30 cm Länge ohne Ver-

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formung nach einer Behandlungsdauer von 15h erhält.

Die Verteilung des Brechungsindex innerhalb der Glasfaser folgt der oben angegebenen Gleichung mit einem Wert der Konstanten

—2 ■

a = 0,08 mm innerhalb eines zentralen Kreisbereichs mit einem Radius von 0,3 mm.

Das spezifische Gewicht der Glasfaser beträgt 2,8, dasjenige der Salzschmelze 2,7, also der Unterschied 0,1.

■ Beispiel 3

Entsprechend der anliegenden Zeichnung wird ein Glasstab 1 der Zusammensetzung in Mol-% von 3,3 % Tl₂O, 17 % Na₂O, 9,4 % PbO, 70,3 % SiO₂ mit 15 mm Durchmesser einem Heizofen 3 einer Temperatur von 650⁰C mittels einer Vorschubeinrichtung 9 mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,90 mm/min zugeführt. Mithilfe von Ziehwalzen 6 wird eine Glasfaser 2 von 0,5 mm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 77 cm/min ausgezogen. Diese Glasfaser wird über mehrere Vorschubrollen 10,7 und 11 in einen Heizofen 4 eingeführt. In demselben befindet sich ein Bad aus einer Salzmischung 5 der Zusammensetzung in Mol-% von 31,0 % PbSO₄, 31,0 % Li₂SO₄, 16,0 % Na₃SO₄, 22,0 % K₂SO₄ auf einer Temperatur von etwa 700⁰C. Die Viskosität der durch die Salzschmelze 5 laufenden Glasfaser beträgt etwa 10^v>> Poise, das spezifische Gewicht der Glasfaser beträgt etwa 3,5'. Das spezifische Gewicht der Salzschmelze 5 bei einer Temperatur von 700⁰C beträgt etwa 3,3, so daß die Differenz der spezifischen Gewichte von Glasfaser und Salzschmelze etwa 0,2 ausmachen.

Während sich die Glasfaser 2 auf einer Weglänge von etwäi 5 mm in einer Zeitdauer von 13 min durch die Salzschmelze 5 bewegt, erfolgt eine wechselweise Wärmediffusion zwischen Ionen mit größerem Beitrag zum Brechungsindex aus dem Inneren der Glasfaser, bspw. Tl-Ionen und Ionen mit kleinrem Beitrag zum Brechungsindex aus der Salzschmelze bspw. Li-, Na- und K-Ionen

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ί * -11- ■ 206Α408 durch die Oberfläche der Glasfaser hindurch. Anschließend wird die Glasfaser aus dem Heizofen 4 mithilfe von Leitrollen 12,13,14,15 und 8 herausgeführt sowie schließ lich abgekühlt. Die Glasfaser erleidet innerhalb des Heizofens 4 keine Verformung. Eine Lichtleiterglasfaser mit fokussierenden Eigenschaften aufgrund einer parabolischen Verteilung des Brechungsindex läßt sich damit kontinuierlich herstellen. Die Verteilung des Brechungsindex innerhalb eines Querschnitts der Glasfaser folgt der oben angegebenen Gleichung mit einer 2 Konstanten a = 0,2 mm innerhalb eines zentralen Kreisbereichs mit einem Durchmesser von 25 w. .; Glasfasern der oben angegebenen Zusammensetzung mit ver schiedenen Durchmessern von 0,25 mm, 0,5 mm und 1,0 mm werden in die genannte Salzgemischschmelze bei einer Temperatur von 660⁰C bzw. 800⁰C getaucht. Dadurch werden fokussierende Licht leiterfasern hergestellt. Die jeweils erforderliche Behandlungs dauer ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1	Durchmesser der" Glasfaser (mm)	erforderliche Behandlungsdauer (min)
	0,25 " 0,5 1,0 1,0	4,5 18 72 15
Temperatur rc)
660 660 660 800

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Die optimale Ziehgeschwindigkeit für eine Glasfaser des angege« benen Durchmessers ergibt sich für einen Ausgangsglasstab' mit 15 mm Durchmesser bei einer Ausziehtemperatur von 65O⁰C mit '300 cm/min für eine Glasfaser von 0,5 mm Durchmesser und mit 600 cm/min für eine Glasfaser von 0,25 mm Durchmesser.

Die Länge des Eintauchweges innerhalb des Salzbades in den Heizofen , die für eine ausreichende wechselweise Wärmediffusion der Ionen notwendig ist, errechnet sich aus den angegebenen Ausziehgeschwindigkeiten unter Berücksichtigung der Tabelle 1 gemäß der folgenden Tabelle 2.

Tabelle 2

Auszieh-

ge schwindigkeit

der Glasfaser

cm/min

Länge des Salzbades für 0,5 mm Faserdurchmesser (m)

Länge des Salzbades für 0,25 mm Faserdurchmesser (m)

Beha^dl

Behänd!·,

temp.

800°G

Behandl.

temp.

660⁰C

Behandl,

temp.

800°C

300·
600

12

27

Nach den Werten der Tabelle 2 kann man durch entsprechende Auswahl der Ausziehgeschwindigkeit und der Wärmebehandlungstemperatur eine kontinuierliche Herstellung der Glasfaser mithilfe eines Salzbades einer Längenausdehnung von 12m . . für eine Glasfaser mit 0,5 mm Außendurchmesser und in einer Längenausdehnung von 6 m für eine Glasfaser mit 0,5 mm Außendurchmesser erreichen. ... ■ < ^: '

Die Erfindung ist für eine Glasfaser erläutert, die aus einem

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Glässtab ausgezogen ist. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch in dem Fall anwenden, wo eine Glasschmelze in einem Ausziehgefäß enthalten und über eine Düse am Unterende des Ausziehgefässes ausgezogen wird. Eine Glasfaser-kann nach dem Ausziehen auch zunächst aufgewickelt werden und erst dann von einer Vorratstrommel in das Salzbad mit.einer Vorschubgeschwindigkeit abgespult werden, wie von den Werten der Tabelle verschieden ist.

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Claims

Patentansprüche

rl J Verfahren zur Herstellung von Lichtleiterglasfasern, wonach eine Glasfaser, die Ionen mit hohem Beitrag zum Brechungsindex enthält, in eine Schmelze getaucht wird,^die andere Ionen mit kleinem Beitrag zum Brechungsindex enthält und wonach eine wechselweise Wärmediffusion der beiden Ionen durch die Oberfläche der Glasfaser erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser zur Beschleunigung der wechselweisen Wärmediffusion der Ionen in eine. Schmelze hoher Temperatur und im wesentlichen gleichen spezifischen Gewichts wie die Glasfaser getaucht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionen mit hohem Beitrag zum Brechungsindex Thalliumionen benutzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionen mit niedrigem Beitrag zum Brechungsindex Alkaliionen, nämlich Li-, Na-,, K-, Rb- und/oder Cs-Ionen benutzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelze eine Salzmischung verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß .

als Salzmischung ein Alkalisalz und mindestens ein Erdalkalisalz Bleisalz und/oder Zinksalz verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Salzmischung Chloride, Nitrate und Carbonate von Metallen verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Salzmischung PbCIg +KCl, PbCl₂ + KCl + ZnCV₂1 FbCl₂ + LiCl, KCl H- ZnCl₂, KCl + PbCl₂ + K₂SO₄ + PbSC^ odor KNO₅ + BaNO₃ verwendet werden® .

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterschied der spezifischen.Gewichte von Glasfaser und Salzschmelze kleiner als 0,4 bei der Wärmebehandlung st emperatur gewählt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze auf eine Temperatur oberhalb derjenigen Temperatur erhitzt wird, bei der die Viskosität

1Ω

der Glasfaser 10 Poise beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wärmediffusion eine Verteilung des Brechungsindex innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zur optischen Achse unter fortschreitender quadratischer Abnähme mit dem Abstand von der optischen Achse mindestens in einem; .Zentralteil der Glasfaser erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchung der Glasfaser in der Schmelze bei einer Temperatur und während einer Zeitdauer durchgeführt werden, daß sich in einer Querschnittsebene^: senkrecht zur optischen Achse innerhalb der Glasfaser zumindest in der Nähe der optischen Achse eine im wesentlichen quadratische Abnahme des Brechungsindex mit dem Abstand von der optischen Achse einstellt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaser kontinuierlich ausgezogen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausziehen der Glasfaser ein Glasstab mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in eine Heizvorrichtung eingeführt und am Austrittsende mit größerer Geschwindigkeit als die genannte Vorschubgeschwindigkeit abgezogen wird. ■

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2 Q 6 4 A O Β
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet> daß; zum Ausziehen der Glasfaser eine Glasschmelze in ein Vorratsgefäß eingefüllt und durch eine Düse am Unterende des Vorratsgefässes ausgezogen wird.
15. Vorrichtung, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zieheinrichtung zur Bereitstellung einer Glasfaser, die erste Ionen mit größerem Beitrag zum Brechungsindex enthält, sowie ein Bad für eine Schmelze,· die Ionen mit kleinerem Beitrag zum Brechungsindex enthält und im wesentlichen gleiches spezifisches Gewicht wie die Glasfaser hat, vorgesehen sind, daß zur kontinuierlichen Zufuhr der Glasfaser zwecks Tauchung in der Schmelze eine Transporteinrichtung zwischen der Zieheinrichtung und dem Bad angeordnet ist, daß ein Heizofen das Bad umschließt und auf einer hohen Temperatur hält und daß am Ausgang des Bades eine Äbzugseinrichtung zum kontinuierlichen Abziehen der Glasfaser aus dem Bad nach Abschluß der wechselweisen Wärmediffusion zwischen den Ionen höheren Beitrags innerhalb der Glasfaser und den Ionen geringeren Beitrags in der Schmelze durch die Oberfläche des Glases angeordnet ist. · .
16. Vorrichtung nach Anspruch 1*5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der spezifischen Gewichte von Glasfaser und Salzmischung bei der hohen Wäraebehandlungstemperatur kleiner al 0,4 ist. /.S

17· Vorrichtung nach Anspruch 1^ oder 16, dadurch gekennzeichnet daß das Bad eine ausreichende Länge in Durchlaufrichtung der eingetauchten Glasfaser- hat, damit man mindestens" in einem Zentralbereioh; eine Quersc'luaittsverteilung des Brechungsindex r senkrecht '-zur* -'-öptieoiien Äehs® mit quadratischer Abnahme ent-j ' sprechend einem zm@lim©ja<teAbstand- von/der ©pti@eh#n Achse",-. ■--"-erhält« -- ^;. " --'.' \^:^ " .'" -"■ * .. V '.- " /:^; . ' :■ .- ■■': · ■

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