DE2503598A1 - Verfahren zur herstellung einer lichtleitfaser - Google Patents
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Description
- Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser, deren Kern und deren Mantel aus dem gleichen Material bestehen, sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Lichtleitfaser.
- Fasern aus dielektrischem Material sind nur dann als Lichtleiter brauchbar, wenn sie optisch isoliert sini, d.h., wenn der lichtführende Teil des Faserquerschnittes von einem nichtlichtführenden Mantel umgeben ist. Die optische Isolation wird bei einem dielektrischen Mantel üblicherweise dadurch bewirkt, daß er gegenüber dem Kernmaterial optisch dünner ist, also eine kleinere Brechzahl aufweist.
- Der notwendige Brechzahlunterschied läßt sich z.B. dadurch herstellen, daß Glassorten mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung verwendet werden oder eine Kombination von einem Glasmantel mit einem Flüssigkeitskern oder durch Anbringung eines Glaskerns mit einem Luftmantel in einem Schutzrohr.
- Bei lichtführenden Glasfasern beeinträchtigt jedoch die Güte der Kern-Mantel-Grenzfläche die Lichtführungseigenschaften, wobei z.B. bei Fasern mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung von Kern und Mantel Entgiasung mit starker Streuung in der Grenzfläche auftreten kann. Des weiteren ist man dabei auf Materialien mit gleicher Wärmeausdehnung beschränkt.
- Fasern, die aus einem Glaskern mit Luftmantel in einem Schutzrohr bestehen, umgehen zwar die Materialprobleme, erfordern aber hohen Aufwand bei der Herstellung und Einhaltung der geeigneten Stützgeometrie.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser anzugeben, deren Kern und deren Mantel aus dem gleichen Material bestehen, sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Lichtleitfaser zu schaffen.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Mantel durch Veränderung der physikalischen Dichte so lange optisch verdünnt wird, bis das gewünschte Brechzahlprofil erzielt wird.
- Die optische Verdünnung kann dabei durch einen Auslaugungsprozeß, durch einen Phasenumwandlungsprozeß oder durch einen Aufdampfprozeß erzielt werden.
- Eine erfindungsgemäße Lichtleitfaser weist einen Mantel auf, der eine schaumartige oder schwammige Struktur besitzt, wobei die Porengröße wesentlich kleiner als eine Lichtwellenlänge ist und vorzugsweise im Bereich einiger Moleküldimensionen des verwendeten Mantelmaterials liegt.
- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Lichtleitfasern herzustellen, die absolut frei von störenden Einflüssen und Einflüssen der Kern-Mantel-Schicht sind und die besonders einfach und kostensparend kontinuierlich gefertigt werden können.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand von einigen Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
- Als erstes Beispiel sei der Herstellungsprozeß von Vycorglas beschrieben. Hier wird ein Borsilikatglas geeigneter Zusammensetzung einer Wärmebehandlung unterworfen, die zur Entstehung zweier glasiger Phasen im erkalteten Material führt. Die ene Phase liegt in Form eines praktisch reinen SiO2-Skeletts, die andere als dazwischengelagertes säurelösliches Alkaliborat vor.
- Nach dem physikalischen Herauslösen der löslichen Phase bleibt ein SiO2-Skelett mit der scheinbaren Dichte 1,4 übrig, während die Dichte von durch Schmelzen geformten Quarzglas 2,2 beträgt.
- Das beim Vycorprozeß entstehende SiO2-Glas ist nun milchig trüb, so daß es für optische Anwendungen ungeeignet ist. Durch einen modifizierten Phasentrennungsprozeß wird nun die Porengröße wesentlich kleiner als die Lichtwellenlänge gemacht, so daß die Poren, die an sich eine submikroskopische lokale Dichtevariation darstellen, makroskopisch als Änderung der optischen Dichte, also brechzahlvermindernd, wahrgenommen werden. Obwohl :1 Eigenstreuung des strukturverdünnten Materials auch bei submikroskopischen Poren noch größer als die eines homogenen Glases ist, wird die Fasertransmission davon noch nicht vermindert, das das ausgelaugte Porenglas nur als Mantelglas wirkt und nur einen kleinen Teil des insgesamt in der Faser geführten Lichtstroms enthält.
- Die optimale Porengröße liegt im Molekularbereich, d.h. in~der Größe einiger Moleküldimensionen des verwendeten Mantelmaterials so daß der Faserkern aus einem kompakten Quarzglas mit geringem Borgehalt besteht, während der Mantel aus Quarzglas mit einer schaumartigen oder schwammartigen Struktur mit verminderter optischer und spezifischer Dichte besteht. Eine so erzeugte Faser kann als Einmaterialfaser aufgefaßt werden, bei der die optische Isolation nicht durch eine geometrische Stützkonstruktion also makroskopische Luftkammer, sondern durch mikroskopische, physikalische Verdünnung eines homogenen Mantelbereichs bewirkt wird.
- Bei einem anderen Ausführungsbeispiel läßt sich der beschriebene Effekt der Strukturverdünnung auch auf andere Weise erzielen.
- Da in Boratgläsern Koordinationswechsel möglich sind, die zu - starken Dichteänderungen führen (Borsäureanomalie) wird zunächst eine homogene Faser aus Boratglas hergestellt. Anschließend wird durch geeignete Temperaturbehandlung, wie Abflammen oder Abschrecken die gewünschte Koordinationsänderung des Bors an der Faseroberfläche erzeugt und konserviert. Dies ist möglich, da die Dichte und Brechzahl von aus der Reaktionsphase abgeschiedenen Borsilikatglas stark von den Prozeßbedingungen, d.h. von der Temperatur und dem Druck, sowie von Spurenbeimenungen abhängt.
- Des weiteren ist es auch möglich, eine Einmaterialfaser mit strukturverdünntem Mantel durch Aufdampfen des Mantels-herzustellen. Da Dichte und Brechzahl einer im Vakuum aufgedampften Schicht meist nicht gleich der des kompakten Ausgangsmaterials sind, kann beim Aufdampfen von Glas dieser Effekt, der zum Teil durch unterschiedliche Flüchtigkeit der einzelnen Komponenten bedingt ist, zum Teil aber auch durch die besonderen molekularen Anlagerungsbedingungen in der aufgedampften Schicht bedingt ist, ausgenutzt werden.
- Fasern mit strukturverdünntem Mantel haben den Vorteil potentiell hoher Brechzahldifferenz und des Wegfalls von chemischen Grenzflächenproblemen zwischen Kern und Mantel. Die Prozesse des Auslaugens, Abflammens und Aufdampfens lassen sich vorteilhaft bei der kontinuierlichen Faserherstellung verwenden.
- 5 Patentansprüche
Claims (4)
- Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Lichtleitfaser, deren Kern und deren Mantel aus dem gleichen Material bestehen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mantel durch-Veränderung der physikalischen Dichte so lange optisch-verdiinnt wird, bis das gewünschte Brechzahlprofil erzielt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die optische Verdünnung durch einen Auslaugungsprozeß erzielt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e fl n z eic h -n e t , daß die optische Verdünnung durch einen Phasenumwandlungsprozeß erzielt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e ic h -n e t , daß die optische Verdünnung durch einen Aufdampfprozeß erzielt wird.W Lichtleitfaser, hergestellt nach dem in den Ansprüchen 1 bis 4 beschriebenen Verfahren, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Mantel eine schaumartige oder schwammige Struktur aufweist und daß die Porengröße wesentlich kleiner als eine Lichtwellenlänge ist und vorzugsweise im Bereich einigs Moleküldimensionen des verwendeten Mantelmaterials liegt.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2488872A1 (fr) * | 1980-08-22 | 1982-02-26 | Nippon Telegraph & Telephone | Procede de production d'un materiau de base en forme de baguette pour fibre de transmission optique |
| EP0145392A3 (en) * | 1983-11-25 | 1985-07-31 | Eastman Kodak Company | Optical element with a varying refractive index and a method for its manufacture |
| DE3435772A1 (de) * | 1984-09-28 | 1986-04-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur herstellung von vorformen aus klarem glas fuer die herstellung von lichtleitfasern |
-
1975
- 1975-01-29 DE DE19752503598 patent/DE2503598A1/de active Pending
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| DE3435772A1 (de) * | 1984-09-28 | 1986-04-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur herstellung von vorformen aus klarem glas fuer die herstellung von lichtleitfasern |
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