DE2531237B2 - Vorrichtung zum ziehen von lichtleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von Lichtleitern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein erstes Verfahren zum Ziehen von Lichtleitern aus einem innenbes~hichteten Trägerrohr ist aus der DT-OS 21 22 895 bekannt. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist die Aufteilung des Herstellungsprozesses eines Lichtleiters in einzelne, voneinander getrennte Prozeßschritte. So wird zunächst durch Innenbeschichtung eines Trägerrohrs eine Ausgangsform hergestellt, wobei der durch Flammhydrolyse abgeschiedete Dotierungsbelag erst in einem zusätzlichen Sinterungsprozeß an das Trägerrohr gebunden werden muß. In einem anschließenden weiteren Zwischenschritt wird unter Erhitzung der Querschnitt dieser Ausgangsform derart verringert, daß ein Gebilde aus einem Kern- und Mantelbereich entsteht. Erst darauf entsteht in einer Faserziehmaschine aus diesem Zwischenprodukt die fertige Lichtleitfaser. Da die verschiedenen Prozeßschritte in unterschiedlichen Vorrichtungen ablaufen, ist der Faserherstellungsprozeß nach diesem bekannten Verfahren relativ umständlich und zeitaufwendig.

Zur Herstellung von Glasfaserlichtleitern, die aus einem innenbeschichteten Glasrohr abgezogen werden, ist ein weiteres Verfahren bekannt (DT-OS 23 28 930), bei dem Ausziehvorgang und Beschschtungsvorgang in der Weise vereinigt sind, daß während des Ausziehvorgangs durch ein in das ausgezogene Rohr eintauchendes Zuführungsrohr gasförmige Beschichtungssubstanzen eingeleitet werden, die sich an der heißen Rohrwandung zu einer Innenbeschichtung zersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der in einem Arbeitsgang mehrere übereinanderliegende Schichten auf der Innenwandung eines Rohrs aufgebracht werden können, während das Rohr gleichzeitig zu einer Lichtleitfaser ausgezogen wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich der Vorgang des Beschichtens mit mehreren Schichten, der Vorgang der Querschnittsreduzierung und der Vorgang des Ausziehens zur fertigen Lichtleitfaser in einem einzigen Arbeitsgang zusammenfassen. Bei gleicher optischer Qualität des fertigen Lichtleiters ergibt sich auf diese Weise gegenüber bekannten Verfahren zur Lichtleiterherstellung eine wesentliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses und eine beachtliche Senkung der Herstellungskosten.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert Bei der Herstellung eines Lichtleiters wird von einem vorzugsweise aus reinem Quarz bestehenden Trägerrohr 1 ausgegangen, welches in einer in der Figur nicht dargestellten Vorrichtung derart befestigt ist, daß es in axialer Richtung, also in Richtung des mit 17 bezeichneten Pfeils, verschiebbar ist Vor Anordnung des Trägerohrs 1 in dieser Vorrichtung ist das Rohr selbstverständlich nach an sich bekannten Verfahren sorgfältig zu reinigen und zu trocknen. Es ist besonders darauf zu achten, daß die Innenwandung des Trägerrohrs, auf der die Beschichtungen aufgebracht werden, völlig frei von irgendwelchen Verunreinigungen ist

Zweckmäßig werden die dotierten Schichten auf der Innenwandung eines Rohrs durch thermische Zersetzung gasförmiger Verbindungen der Dotierungsmittel in Anwesenheit von Sauerstoff erzeugt. In das Rohr 1 tauchen dazu konzentrisch angeordnete Rohre 6, 7 ein, die an ihrem einen Ende Einlaßöffnungen aufweisen, in die durch die Pfeile 8 und 9 gekennzeichnet gasförmige Verbindungen zur Herstellung der Innenbeschichtung eingeleitet werden, und die andererseits in unterschiedlicher Höhe Auslaßöffnungen 10,1 i aufweisen, aus denen die gasförmigen Verbindungen austreten können, um auf der Jnnenwandung des Rohrs 1 die Innenbeschichtungen zu erzeugen. In der Figur ist weiterhin ein fest angeordneter Ofen 12 dargestellt, der einerseits die für die Abscheidung der Innenbeschichtungen notwendige Temperatur erzeugt und der andererseits das untere Ende des bereits beschichteten Glasrohrs 1 so stark erhitzt, daß daraus in Richtung des Pfeils 13 eine Lichtleitfaser 12 abgezogen werden kann. Zur Erzeugung der innenbeschichtungen — mit der in der Figur dargestellten Vorrichtung werden zwei Innenbeschichtungen hergestellt — wird das Rohr 1 durch die Ofenzone 12 hindurchbewegt. Der Ofen 12 und die koaxial angeordneten Rohre 6 und 7, die in das Rohr 1 eintauchen, sind dagegen fest angeordnet. Die aus der Auslaßöffnung 10 des Rohrs 7 austretenden gasförmigen Verbindungen erzeugen auf der Innenwandung des Rohrs 1 eine erste Innenbeschichtung 14. Die aus der Auslaßöffnung 11 des Rohrs 6 austretenden gasförmigen Verbindungen erzeugen eine zweite, auf der ersten Schicht 14 angeordnete Innenbeschichtung 15. Während das Rohr 1 durch die Ofenzone 12 hindurchbewegt wird, werden mit dieser Vorrichtung nacheinander die Schichten 14 und 15 aufgebracht. Da die Dotierungsmittel als gasförmige Verbindungen eingeleitet werden, ist es besonders leicht, die Konzentration des jeweiligen Dotierungsmittels so einzustellen, daß sich in der Lichtleitfaser der gewünschte Brechzahlverlauf ergibt.

Beispielsweise werden auf die Innenwandung eines Quarzglasrohrs eine oder mehrere Schichten erzeugt, die entweder eine Sauerstoffverbindung des Phosphors oder des Elementes Germanium als Dotierungsmittel enthalten. Dazu wird das Dotierungsmittel in Gasform zusammen mit Sauerstoffgas in das Trägerrohr 1 eingeleitet. Als gasförmiges Dotierungsniittel eignet sich die Verbindung POCI3 oder GermaniMm'etrachlorid (GeCU). In dem Bereich des Trägerrohrs 1, der durch die Ofenzone 12 stark erhitzt wird, reagiert das gasförmige Dotierungsmittel mit dem gleichzeitig eingeleiteten Sauerstoff und schlägt sich als entsprechende Sauerstoffverbindung auf der Innenwandung des Rohrs 1 nieder.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, auf die Innenwandung des Rohrs 1 vor Aufbringen der mit

Dotierungsmitteln dotierten Schichten zunächst eine Zwischenschicht aufzubringen, die entweder aus reinstem Quarzglas oder aus Quarzglas mit einem geringen Anteil von Bor besteht. Dazu wird in das Trägerrohr 1 im ersten Falle das leicht in gasförmige Gestalt überführbare Siliciumtetrachlorid (SiCU) eingeleitet, dem Sauerstoffgas beigemischt ist. Soll dagegen eine Bor enthaltende Schicht erzeugt werden, wird zusätzlich die Verbindung BBrj eingeleitet Diese Zwischenschicht verhindert, drß sich geringe Störungen der Innenfläche des Trägerrohrs 1, beispielsweise in Form kleiner Kratzer oder Vertiefungen, in nachteiliger Weise auf die Lichtübertragungseigenschaften der fertiggestellten Faser auswirken. Zudem verhindert sie das Eindiffundieren von Verunreinigungen aus dem Rohr in den späteren Kernbereich der Lichtleitfaser.

Während also beim Durchwandern des Trägerrohrs durch die Ofenzone 12 auf seiner Innenwandung in der zuvor beschriebenen Weise ein oder mehrere dotierte Schichten abgeschieden werden, wird gleichzeitig am Ausgang der Ofenzone 12, wo das innen beschichtete Rohr 1 derartig hoch erhitzt wird, daß eine zum Ausziehen geeignete Viskosität erreicht ist, eine aus Kern- und Mantelbereichen bestehende Lichtleitfaser 16 abgezogen.

Neben den bereits erwähnten Dotierungssubstanzen ist eine große Anzahl weiterer Substanzen als Dotierungsmittel für die auf die Innenwandung des Rohrs 1 aufgebrachte Innenbeschichtung geeignet. Neben Sauerstoffverbindungen der Alkalielemente werden Sauerstoffverbindungen der Elemente Al, Ga, B, Ge, Pb, P, Si, As, Zr und Ti vorteilhaft als Dotierungsmittel angewendet. Dem Fachmann sind leichtflüchtige Verbindungen dieser Elemente bekannt, die auf einfache Weise in Gasform überführt werden 3«; können und die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft anwendbar sind. Durch Reaktion dieser Verbindungen mit gleichzeitig eingeleitetem Sauerstoffgas gelingt die Abscheidung der als Dotierungsmittel geeigneten Sauerstoffverbindungen.

Sollte die gasförmige Dotierungsmittelverbindung bereits bei niedrigen Temperaturen mit Sauerstoffgas reagieren, erweist es sich als zweckmäßig, die koaxial in das zu beschichtende Rohr 1 eintauchenden Zuführungsrohre 6 und 7 zu kühlen, so daß die Reaktionspartner tatsächlich erst nach dem Austritt aus den Austrittsöffnungen 10 bzw. 11 miteinander reagieren.

Sofern auch eine Kühlung der Zuführungsrohre nicht ausreicht, um eine vorzeitige Reaktion der zugeführten gasförmigen Bestandteile zu verhindern, kann selbstvers'indlich das jeweilige Zuführungsrohr dera.t aufgeteilt werden, daß sich die Reaktionspartner erst unmittelbar nach dem Austreten aus den Austrittsöffnungen vermischen und miteinander reagieren können.

Die Herstellung eines Lichtleiter;, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit einer großen Zeit- und Kosteneinsparung verbund ^n. weil sich alle Teilschritte des Prozesses, wie Innenbeschichtung eines Trägerrohrs, dessen Erhitzung und das Ausziehen des innen beschichteten Trägerrohrs zu einem Lichtleiter. f,₀ nahezu gleichzeitig in einem kontinuierlichen Arbeitsgang durchführen lassen.

Darüber hinaus erfolgt die Innenbeschichtung des Trägerrohrs im Vergleich zu bekannten Verfahren zur Lichtleiterherstellung bei wesentlich höheren Temperaturen mit der Folge, daß eine gut zusammenhängende Beschichtung von hervorragender optischer Qualität entsteht. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren ist zum Erreichen dieses Ziels kein zusätzlicher Sinterungsprozeß notwendig. Da die Innenbeschichtung bei höheren Temperaturen erfolgt, ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erweiterte Auswahlmöglichkeit zischen geeigneten Dotierungssubstanzen. Eine Reihe von Dotieru.ngssubstanzen kann nämlich erst bei derart hohen Temperaturen abgeschieden werden, bei denen das Trägerrohr bereits in einen viskosen Zustand übergeht.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß der Schichtaufbau kaum Gelegenheit hat, sich erheblich abzukühlen, bevor er zur Faser ausgezogen wird. Dadurch kann nämlich besonders in den später den Kernbereich des Lichtleiters bildenden Innenschichten eine Kristallisation verhindert werden, die in dem fertigen Lichtleiter infolge von Streuprozessen Anlaß zu großen Übertragungsverlusten geben würde. Daher können auch Dotiersubstanzen, die sich tür das herkömmliche Herstellverfahren wegen zu starker Kristallisationsueigung nicht eignen, eingesetzt werden.

Besonders bei Anwendung leichtflüchtiger Dotierungssubstanzen, wie beispielsweise Sauerstoffverbindungen des Phosphors oder des Germaniums, konnte bei herkömmlichen Verfahren zur Lichtleiterherstellung festgestellt werden, daß bei Erhitzen der aus einem 'nnen beschichteten Rohr bestehenden Vorform zum Zwecke der Sinterung oder zürn Zwecke der Qi-.erschnittsreduzierung ein erheblicher Anteil des Dotierungsmittels vornehmlich aus der zuletzt aufgebrachten Innenbeschichtung verdampfte.

Dies führte dann in nachteiliger Weise dazu, daß der Brechzahlverlauf in der fertigen Faser, die ja im wesentlichen durch den Dotierungsmittelanteil bestimmt ist, nicht wie gewünscht eingehalten werden konnte. Diese nachteilige Erscheinung ist bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Lichtleiters nicht festzustellen. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, daß ein relativ hoher Dampfdruck der unmittelbar an die Beschichtungssielle herangefühlten Dotierungssubstanzen ein wesentliches Ausdampfen verhindert. Andererseits wird ja ddi innen beschichtete Rohr bereits kurze Zeit später zu einem Lichtleiter ausgezogen, in dem die Dotierungsmittelanteile im Kernbereich eingeschlossen sind.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern wird die Vorform vor dem endgültigen Faser/iehprozeß zusätzlichen Behandlungsschr'.nen bei hohen Temperaturen unterworfen, die gelegentlich dazu führen können, daß der Schichtaufbau mehr oder weniger deformiert wird. Diese Deformation überträgt sich maßstabsgerecht auf einen aus dieser Vorform abgezogenen Lichtleiter. Es wurde festgestellt, daß bei Herstellung eines Lichtleiters unter Anwendung der '•rfindungsgemäßen Vorrichtung derartige Mangel nicht auftreten.

llier/u 1 Blatt Zcichnuncen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Ziehen von Lichtleitern aus einem Trägerrohr, insbesondere aus Quarzglas, bei 5 der in das Innere des Trägerrohres über ein Zuführungsrohr eine mit einer Dotierungssubstanz versehene, gasförmige Verbindung einleitbar ist, die sich aufgrund von Wärmezufuhr thermisch zersetzt und als Schicht an der Innenwand des Trägerrohres niederschlägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr aus mindestens zwei koaxialen Rohren (6, 7) besteht, deren Austrittsöffnungen (10,11) in der Höhe gegeneinander versetzt sind.