DE2202787C3 - Lichtleitfaser zur monomoden Leitung von Lichtsignalen über große Entfernungen - Google Patents

Description

mit ihm verschmolzenen, einen niedrigeren Bre- ;. = die Wellenlänge des eingeleiteten Lichtes

chungsindex aufweisenden Mantel, dadurch = Brechungsindex des Kernmaterials,

KiS^'^Sii^LSSfSS^iÄ ¹⁰ »*Z - Brechungsindex des Mantelmaterials und

über große Entfernungen entweder der Kern oder ^Kem = Kerndurchmesser ist.

der Mantel aus einem in wasser-, wasserstoff- und

metallionenfreier Atmosphäre, insbesondere in Eine solche Leitung von Lichtsignalen wird als

reiner Stickstoff-, Sauerstoff- oder Edelgasatmo- 15 monomode Leitung bezeichnet. Die Lichtenergie

Sphäre hergestellten synthetischen Quarzglas be- wird dabei zum überwiegenden Teil im Kern trans-

steht, das weniger als 5 ppm Metallionen, weniger portiert, zum Teil aber auch in dem ihn umhüllenden

als 5 ppm OH-Ionen und weniger als 12 mit dem Mantel, und zwar dort innerhalb einer zylinderförmi-

bloßen Auge sichtbare Streuzentren pro Kubik- gen Schicht. Diese zylinderförmige Mantelschicht

Zentimeter enthält. ao grenzt an die Kernoberfläche an und ist bis 15 μπι

2. Lichtleitfaser nach Anspruch 1, dadurch ge- dick. Während nach der klassischen Theorie der Tokennzeichnet, daß der Mantel aus dem synthe- talreßexion die Lichtenergie (Lichtvektor) in dieser tischen Quarzglas besteht und eine Schichtdicke zylinderförmigen Mantelschicht in einer Schichtdicke von wenigstens 5 μπι aufweist und daß der Kern von einer Wellenlänge des eingeleiteten Lichts auf aus einem Glas mit einem SiO_ä-Gehalt von mehr 95 den Betrag Ve abgefallen ist, muß man nach neuerer als 80 Gewichtsprozent besteht? Theorie mit einem langsameren Abfall der Lichtener-

3. Lichtleitfaser nach Anspruch 2, dadurch ge- gie rechnen. Bei der Leitung des in die Faser eingekennzeichnet, daß der Mantel aus einer auf den leiteten Lichts ist daher der in der zylinderförmigen Kern aufgeschmolzenen Kapillare aus dem syn- Mantelschicht weitsrgeleitete Teil gegenüber dem im thetischen Quarzglas besteht. 3« Kern weitergeleiteten Teil nicht vernachlässigbar, ins-

4. Lichtleitfaser nach Anspruch 2 oder 3, da- besondere dann nicht, wenn die Lichtsignal-Leitung durch gekennzeichnet, daß der Kern 5 bis über große Entfernungen erfolgt. Um eine möglichst 35 ppm OH-Ionen enthält. ungeschwächte Leitung von in die Lichtleitfaser ein-

5. Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 geleiteten Lichtsignalen über große Entfernungen zu bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenz- 35 erzielen, ist es somit erforderlich, Lichtverluste im fläche Kern-Mantel weniger als 6 Streuzentren pro Kern und im Mantel der Lichtleitfaser so gering wie Quadratzentimeter aufweist. möglich zu halten.

6. Lichtleitfaser nach einem der Ansprüche 1 Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schafbis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel fung einer Lichtleitfaser der eingangs beschriebenen von einer lichtabsorbierenden oder einer Licht 40 Gattung, bei der die Lichtverluste im Kern oder im nach außen reflektierenden Schicht umhüllt ist. Mantel möglichst klein sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Verminderung der Lichtverluste und damit zur Leitung der Signale über große Entfernungen

45 entweder der Kern oder der Mantel aus einem in

wasser-, wasserstoff- und metallionenfreier Atmosphäre, insbesondere in reiner Stickstoff-, Sauerstoffoder Edelgasatmosphäre, aus Siliziumhalogenid, vorzugsweise Siliziumtetrachlorid, hergestellten synthe-

Die Erfindung betrifft eine Lichtleitfaser zur mono- 50 tischen Quarzglas besteht, das weniger als 5 ppm Memoden Leitung von Lichtsignalen aus synthetisch tallionen, weniger als 5 ppm OH-Ionen und weniger Unter Verwendung von Siliziumhalogenid hergestell- als 12 mit dem bloßen Auge sichtbare Streuzentren tem Glas mit einem Kern und einem den Kern um- pro Kubikzentimeter enthält.

Imllenden, mit ihm verschmolzenen, einen niedrigeren In bevorzugter Ausführungsform weist die erfin-

Brechungsindex aufweisenden Mantel. 55 dungsgemäße Lichtleitfaser einen Kern aus Glas mit

Lichtleitfasern zur Leitung von Lichtsignalen mit einem SiO₂-GehaIt von mehr als 80 Gewichtsprozent tmem Kern und einem Mantel aus Glas, bei denen auf. Dieser Kern ist von einem Mantel aus dem synder Brechungsindex des Kerns größer ist als der des thetischen Quarzglas mit den vorgenannten Eigen-Mantels, sind bekannt. Als Kernwerkstoffe werden schäften eingehüllt. Diese synthetische Quarzglas-Glas, Quarzglas oder synthetisch unter Verwendung 60 schicht ist wenigstens 5 μπι dick. Als Mantel ist vorvon Siliziumhalogenid hergestelltes Glas und als Man- teilhafterweise eine Kapillare aus dem synthetischen telwerkstoffe Glas oder Kieselsäureglas benutzt. Das Quarzglas auf den Kern aufgeschmolzen Es wurde m den Kern der Lichtleitfaser eingeleitete Licht wird festgestellt, daß sich bei einer so aufgebauten Lichtander Grenzflache Kern-Mantel durch Totalreflexion leitfaser durch Verwendung von Glas, dessen OH-in den Kern reflektiert. Das eingeleitete Licht durch- 65 Gehalt auf Grund besonderer, bekannter Behandlunlauft optisch-geometrisch gesehen die Faser in Zick- gen während seiner Herstellung und/oder Verformung zack-Form. Kerndurchmesser im Bereich von etwa auf Werte im Bereich von 5 bis 35 ppm OH-Ionen 0,5 bis 30 μπι gewährleisten üblicherweise eine Lei- vermindert wurde, als Kernmaterial die Lichtverluste

für durch diese Faser geleitete Lichtsignale noch verinindern lassen.

Auch Lichtleitfasern, bei denen der Kern aus dem synthetischen Quarzglas mit deD obengenannten Eigenschaften besteht, haben sich bewährt. Diese Fa- $ern weisen einen auf den Kern aufgeschmolzenen Mantel aus Quarzglas oder Glas auf, das einen niedrigeren Brechungsindex als der Kernwerkstoff besitzt. Für einen Brechungsindex von /?_dä: 1,4588 für den Kemwerkstoff aus synthetischem Quarzglas ist als _xo Mantelwerkstoff ein Quarzglas oder Glas zu verwenden, dessen Brechungsindex kleiner Ut als dieser Wert.

Um zu vermeiden, daß von außen Falschlicht in die Lichtleitfaser gelangen kann, ist es vorteilhaft, den _t5 Mantel mit einer lichtabsorbierenden oder Licht nach außen reflektierenden Schicht za umhüllen. Dies kann durch Aufbringen eines Farbanstriches, durch Aufschmelzen einer Kapillare aus einem lichiabsorbierenden Quarzglas oder Glas erfolgen, oder man bringt _Λ0 auf die Mantel-Außenoberfläche einen Reflexionsbelag, beispielsweise einen Spiegelbelag, auf.

Die bisher verwendeten glasigen Werkstoffe zur Herstellung von Lichtleitfasern weisen bei einer Wellenlänge von 1,06 um Lichtverluste in der Größen-Ordnung von 10 bis 50 dB/km (Decibel pro Kilometer) auf, in der Masse gemessen. Bei erfindungsgemäßen Lichtleitfasern mit einem Kern oder Mantel aus dem synthetischen Quarzglas ergeben sich geringere Lichtverluste, was darauf zurückzuführen ist, daß das synthetische Quarzglas mit weniger als 5 ppm Metallionenverunreinigungen, weniger als 5 ppm OH-Ionen und weniger als 12 mit dem bloßen Auge sichtbaren Streuzentren pro Kubikzentimeter bei der Wellenlänge von 1,06 μΐη nur Lichtverluste mit einigen dB/km, beispielsweise 2,5 dB/km, in der Masse gemessen, besitzt

Die Herstellung einer ertindungsgemäßen Lichtleitfaser mit einem Kern aus einem Glas mit einem SiO,-Gehalt von mehr als 80 Gewichtsprozent und mit ₊₀ einem Mantel aus synthetischem Quarzglas erfolgt beispielsweise wie nachstehend beschrieben:

Ausgangsprodukte bilden ein Stab aus hochsilikatischem Glas mit kreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser von beispielsweise 5 mm sowie ein Kapillarrohr mit kreisförmigem Querschnitt aus dem synthetischen Quarzglas mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 5,5 mm und einem Außendurchmesser im Bereich von 50 bis 80 mm. Es ist selbstverständlich darauf zu achten, daß die Oberfläche des Stabes und die Innenoberfläche des Kapillarrohres sauber und unbeschädigt sein müssen. Der den Kern der Faser bildende Stab wird in dem den Mantel der Faser bildenden Kapillarrohr koaxial angeordnet und die so gebildete Einheit in eine Glasdrehbank eingespannt. Die Einheit aus Stab und Kapillarrohr wird dann von außen mittels wasser- und wasserstoffreier Heizquellen stetig steigend bis auf eine Temperatur dicht unter dem Erweichungspunkt des Teils, der den niedrigsten Schmelzpunkt besitzt, erhitzt. Während dieser Erhitzung wird durch den beispielsweise 0,5 mm breiten Spalt zwischen Stab und Kapillarrohrinnenoberfläche reinstes, partikelfreies Spülgas, wie beispielsweise Saueistoff, Stickstoff oder ein Edelgas oder eine Mischung aus solchen Spülgasen, hindurchgeleitet. Hierdurch werden alle während der Erhitzung abdampfenden Oberflächenverunreinigungen weggespült. Streuzentren bildende und damit Extinktion verursachende Verunreinigungen, wie Flecken, Punkte oder Einschlüsse, zeigen als artfremde Stoffe ein vom Werkstoff des Stabes oder des Kapillarrohres unterschiedliches Emissionsverhalteii. Sie sind mit dem bloßen Auge, besonders, wenn in einem abgedunkelten Raum gearbeitet wird, beim Abkühlen der Einheit gut zu erkennen. Den Spül- und damit Reinigungsvorgang kann man also leicht mil dem Auge kontrollieren dadurch, daß man die Beheizung der Einheit aus Stab und Kapillarrohr kurzzeitig unterbricht und den Abkühlvorgang der stark glühenden Einheit beobachtet. Das oben beschriebene Durchleiten von Spülgas durch den Spalt zwischen dem erhitzten Stab und dem Kapillarrohr wird so lange fortgesetzt, bis nur noi'h weniger als 6 Streuzentren pro Quadratzentimeter an der Grenzfläche Stab/Kapillarrohr, d. h. an der Innenoberfläche des Kapillarrohres bzw. der Außenoberfläche des Stabes, beobachtet werden. Danach wird im Spalt zwischen Stab und Kapillarrohr eine Spülgasatmosphäre aufrechterhalten, deren Druck kleiner als Atmosphärendruck ist, und die erhitzte Einheit von einem Ende her fortschreitend so stark erhitzt, daß Kapillarrohr und Stab miteinander verschmelzen. Das so gewonnene Produkt kann dann in einem oder mehreren Arbeitsgängen in üblicher Weise zu einer Lichtleitfaser mit einem Kerndurchmesser im Bereich von 0,5 bis 30 μΐη ausgezogen werden.

Bewährt hat es sich, das Produkt zu einem Stab von beispielsweise 5 mm Durchmesser auszuziehen und diesem Stab in der vorbeschriebenen Weise wiederum ein Kapillarrohr aus synthetischem Quarzglas aufzuschmelzen und erst dann aus diesem zylinderförmigen Produkt die Lichtleitfaser auf den gewünschten Kerndurchmesser im Bereich von 0,5 bis 30 um auszuziehen.

Die so hergestellte Lichtleitfaser kann nun noch mit einer lichtabsorbierenden Schicht oder einer Licht nach außen reflektierenden Schicht versehen werden, um das Eindringen von Falschlicht von außen in die Faser zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann die ausgezogene Lichtleitfaser durch ein Farbstoffbad hindurchgezogen werden. Eine reflektierende Schicht an Stelle der Farbstoffschicht kann beispielsweise durch Aufdampfen eines Metalls erzeugt werden.

Claims (1)

1 2 tung des Lichtsignals ohne Phasenänderung, wenn sie Patentansprüche: dabei der Gleichung

1. Lichtleitfaser zur monomoden Leitung von , <· Ä . 2,405

Lichtsignalen aus synthetisch unter Verwendung 5 ^K«ⁿ = ^T ' i/„-> _ „->

von Siliziumhalogenid hergestelltem Glas mit . ^{l Kern MaDtel}

ftinem Kern und einem den Kern umhüllenden, genügen, wobei