DE2625010A1

DE2625010A1 - Verfahren zur herstellung von optischen fasern

Info

Publication number: DE2625010A1
Application number: DE19762625010
Authority: DE
Inventors: Yasushi Ikuta; Katsuyuki Imoto
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1975-06-11
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1976-12-16
Also published as: JPS51146243A; FR2314151B1; GB1501586A; FR2314151A1; DE2625010B2; DE2625010C3

Description

PAT ENTANWÄLTE SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS

MÜNCHEN 9O, MARIAHILFPLATZ 2 & 3 POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 05, POSTFACH 95 O1 6O

HITACHI, LIMITED und HITACHI CABLE, LIMITED

DIPL. CHEM. DR. OTMAR DITTMANN KARL LUDWia SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER DIPL. INS. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. ΙΝβ. DIETER EBBINQHAUS

telefon (obb) 48 20 64 telex b-23g65 auro d

auromarcpat München

3. Juni 1976 DA - 12 099

Priorität: 11. Juni 1975, Japan, Nr. 69 543

Verfahren zur Herstellung von optischen

Fasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen bzw. optisch leitenden Fasern unter Anwendung von chemischen Dampfabscheidungstechniken und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung solcher optischer Fasern mit perfekt kreisförmigem Querschnitt sowohl des Kerns als auch der äußeren oder Mantelbereiche.

Die Entwicklung von optischen Fasern ist in den letzten Jahren sehr schnell vorwärts geschritten und hat nunmehr ein Stadium erreicht, bei dem zufriedenstellende Ergebnisse bei Versuchsherstellungen und Produkte erzielt werden, die einen sehr geringen Verlustfaktor im Bereich von einigen dB/km aufweisen. Die

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bislang entwickelten verlustarmen optischen Fasern bestehen überwiegend aus Quarzglas, das durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase modifiziert worden ist und einem Quarzmaterial, das mit einer geringen Menge mindestens eines der Oxide B₃O₃, TiO₃, Ρ,Ο,, GeO₂ etc. dotiert worden ist.

Die als am wirksamsten bekannte Methode zur Herstellung solcher optischen Fasern ist das folgende Verfahren (das weiter unten genauer erläutert werden wird).

Zunächst wird ein Glasrohr, mit einer in radialer Richtung des Rohres kontinuierlich oder diskontinuierlich variierender Brechungsindexverteilung hergestellt, indem man die Innenwand eines zuvor hergestellten Basisglasrohres mit einer Glasschicht bedeckt, die einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem des Basisglasrohrs unterscheidet, oder indem man eine Glasschicht mit dem gleichen Brechungsindex wie das Basisglasrohr und eine andere Glasschicht mit unterschiedlichem Brechungsindex aufbringt, was man durch chemisches Aufdampfen oder in anderer bekannter Weise erreichen kann. Das in dieser Weise erhaltene Glasrohr wird dann durch direktes Erhitzen gezogen, oder wird zunächst zu einem massiven Glasstab (der im folgenden als Vorformling bezeichnet wird) verformt, dann erhitzt und zur Verminderung des Durchmessers gezogen, so daß man schließlich eine extrem feine und massive Faser erhält.

Zur Herstellung eines Vorformlings für die optische Faser, dessen Kern und dessen äußerer Durchmesser eine runde Querschnittsform aufweisen, mit Hilfe des genannten bekannten Verfahrens ist es erforderlich, daß man die Sauerstoff-Wasserstoff-Brennerflamme symmetrisch auf die Achse des Glasrohrs richtet (was bedeutet, daß die Heiztemperatur und der Winddruck des Sauerstoff-Wasserstoff-Brenners symmetrisch sind) und daß man eine symmetrisch zu der Achse des Glasrohrs verlaufende Zentrifugalkraft einwirken läßt. Da die durch die Zentrifugalkraft entwickelte Umfangsspannung auf den inneren Durchmesserbereich des Glasrohrs wirkt, besteht die Möglichkeit, daß selbst eine äußerst geringe Asymmetrie der durch die Zentrifugalkraft verursachten Belastung direkt zu einer

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elliptischen Verformung des Kernquerschnitts führt. Somit stellt diese Methode eine sehr instabile Technik zur Herstellung von Glasstäben aus Glasrohren (collapsing technique) dar.

Da nur eine sehr geringe Änderung des äußeren Durchmessers längs der Gesamtlänge des Vorformlings für die optische Faser auftritt, ist es äußerst schwierig, den Grad der Kreisförmigkeit konstant zu halten. Weiterhin ist diese Methode für die industrielle Massenproduktion, ungeeignet und die Produkte sind schlecht reproduzierbar. Dies hat weitere Schwierigkeiten bei dem Verbinden der optischen Fasern zur Folge.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein wirksames Verfahren zur Herstellung von optischen Fasern anzugeben, das keine komplizierten Schritte und Vorrichtungen erfordert und das zu optischen Fasern führt, die sowohl einen praktisch perfekt kreisförmigen Querschnitt aufweisen und bei denen auf der anderen Seite auch die Form der durch das chemische Aufdampfverfahren gebildeten Glasschicht einem perfekten Kreis angenähert ist.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von optischen Fasern gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) ein Glasrohr herstellt;

b) ein Ende des Glasrohrs hermetisch verschließt;

c) das Glasrohr zu einem Glasstab verengt, indem man ein Gas mit vorbestimmtem Druck über das offene Ende in das Glasrohr einführt, währenddem man das Glasrohr um seine Achse dreht und es lokal von außen erhitzt, wobei man den erhitzten Bereich des Glasrohrs graduell von dem geschlossenen Ende zu dem offenen Ende verschiebt, wodurch der hohle Bereich des Glasrohrs zu einem massiven Stab verformt wird; und

d) den Glasstab schmilzt und zu einer Faser auszieht.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit das geformte Glasrohr unter Erhitzen zu einem massiven Glasstab verformt, indem man ein Ende des Glasrohrs hermetisch verschließt, einen vorherbestimmten Gasdruck in dem Glasrohr vom offenen Ende her aufrechterhält und das Glasrohr um seine Achse dreht, wobei man es von außen lokal erhitzt, so daß das Glasrohr graduell vom geschlossenen zum offenen Ende hin zu einem massiven Glasstab verformt wird.

Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der weiteren Beschreibung, den Beispielen und den Zeichnungen.

Die Zeichnungen zeigen

in den Fig. 1A, 1B und 1C schematische Ansichten, die die Schritte eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung von optischen Fasern verdeutlichen;

in den Fig. 2A und 2B schematische Ansichten, die die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der optischen Fasern erläutern;

in den Fig. 3A, 3B und 3C anhand von Kurven die Meßwerte

■ der Abmessungen eines nach dem erfindungsgemäßen und nach einem herkömmlichen Verfahren erhaltenen Vorformlings oder Glasstabs, wobei die Fig. 3A die Elliptizität des äußeren ümfangs der Vorformlinge und die Fig. 3B die Elliptizität des Kerns und die Fig. 3C die äußeren Durchmesser wiedergeben;

in den Fig. 4A, 4B und 4C die Bereiche des Glasrohrs, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach dem herkömmlichen Verfahren zu dem Glasstab verformt werden;

in Fig. 5 anhand einer Kurve die Meßergebnisse, die bei der Bestimmung der Elliptizität des äußeren Umfangs eines Quarzrohrs ermittelt wurden, nachdem eine Phosphosilikatglasschicht (PSG-FiIm) auf die Innenwand des Rohrs aufgetragen wurde; und

in den Fig. 6A und 6B anhand von Kurven die Ergebnisse, die beim Ausmessen der Elliptizität des äußeren Umfangs und der Ellipti- zität des Kerns von Faservorformlingen erhalten wurden, die nach

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einem herkömmlichen Verfahren und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung des durch die Fig. 5 erläuterten Quarzrohrs hergestellt wurden.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei vor der Erläuterung ihrer bevorzugten Ausführungsformen ein typisches herkömmliches Verfahren zur Herstellung von optischen Fasern beschrieben.

Anhand der Fig. 1 sei ein Verfahren zur Herstellung von optischen Fasern erläutert, bei dem bekannte chemische Aufdampftechniken Anwendung finden. Die Fig. 1A gibt die Stufe wieder, in der ein hohles Glasrohr (üblicherweise ein Rohr aus Quarz, Vycor (einem Borsilikat mit ca. 96 % SiO„) oder dgl.) in eine Glasdrehbank eingespannt und in Richtung des Pfeils 4 (oder in entgegengesetzter Richtung) gedreht wird, während ein eine Glasschicht bildendes Material in Richtung des Pfeils 1 eingeführt wird. Unterdessen wird die Wärmequelle 3 (ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner bei dieser Ausführungsform) in Richtung des Pfeils 6 (oder in Richtung des Pfeils 6¹) bewegt, um auf der inneren Oberfläche der Wandung des hohlen Glasrohrs 2 einen Glasfilm 5 abzuscheiden, der schließlich zum Kern der fertigen optischen Faser'wird. Die Fig. 1B verdeutlicht den nächsten Schritt, bei dem das hohle Glasrohr, auf dessen Innenwandung ein Glasfilm abgeschieden ist, mit Hilfe der Wärmequelle 3 erhitzt und zu einem Stab verengt wird, so daß das Rohr einen massiven Querschnitt besitzt und man in dieser Weise einen stabförmigen Verformung für eine optische Faser mit kreisförmigem Querschnitt erhält, der einen zweischichtigen (oder mehrschichtigen) Glasaufbau besitzt. Die Fig. 1C erläutert die dritte Stufe, bei der der Vorformling 7 mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Heizofen 9 geführt wird, um in dieser Weise ein Erhitzen, ein Schmelzen und ein Ziehen des Materials unter Bildung einer länglichen, feinen optischen Faser 8 zu erzielen.

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Die Untersuchungen der Anmelderin zeigten jedoch, daß bei der Stufe, die in der Fig. 1A wiedergegeben ist, eine Verformung des hohlen Glasrohrs und eine Verschiebung der zentralen Achse des Rohrs mit großer Wahrscheinlichkeit erfolgen, währenddem das hohle Glasrohr 2 kontinuierlich mit Hilfe der Heizquelle 3 während mehrerer Stunden auf eine Temperatur von mehr als 1000⁰C erhitzt wird, wobei der Grad der Verformung und der Achsenverschiebung von einer Untersuchung zur anderen verschieden sind. Bei der durch die Fig. 1B verdeutlichten Verengung des Glasrohrs zu einem massiven Stab verursachen die genannten Verformung und die genannte Achsenverschiebung eine Schwankung des Außendurchmessers des Vorformlings für die optische Faser, wodurch die Rundheit sowohl des Kerns als auch des äußeren Bereichs des Vorformlings stark beeinflußt werden. Es ist insbesondere festzuhalten, daß die Neigung des Kern und des äußeren Bereiches des Rohres zur elliptischen Verformung um so größer werden, je geringer der Erweichungspunkt des auf der Innenwand des hohlen Glasrohrs abgeschiedenen Glasfilms im Vergleich zu dem Erweichungspunkt des hohlen Glasrohrs ist. Außerdem führt eine Verschiebung der Mittelachse zu einer starken elliptischen Verformung des Vorformlings, wenn die Drehgeschwindigkeit des hohlen Glasrohrs nicht vermindert wird. Weiterhin muß die Bewegungsgeschwindigkeit der Wärmequelle in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Verschiebung der Mittelachse gesteuert werden.

Anhand der Fig. 2A und 2B seien die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von optischen Fasern erläutert.

Ein Ende eines hohlen Glasrohrs (das aus einer äußeren Schicht 2 und einer inneren Schicht 5 besteht) und das in gleicher Weise wie das in der Fig. 1A dargestellte erhalten wurde, wird {durch Verschweißen oder Verstopfen) an der in der Fig. 2A dargestellten Stelle a verschlossen, worauf, wie in der Fig. 2B dargestellt, von der anderen Seite b ein Druck in dem hohlen Glasrohr aufgebaut wird (beispielsweise durch Einführen und

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Ausführen eines oxidierenden Gases oder eines inerten Gases (das ein einen Glasfilm bildendes Material enthalten kann) mit konstanter Geschwindigkeit in das hohle Rohr) währenddem das Erhitzen des Rohrs mit Hilfe der Heizquelle 3 in der Weise erfolgt, daß das Rohr nach und nach schmilzt und sich von der geschlossenen Seite a her zu einem massiven Stab verjüngt und in dieser Weise den Vorformling für die optische Faser bildet.

Wie in der Fig. 2B dargestellt, bezeichnet die Bezugsziffer 10 ein rotierendes Gaseinlaßrohr, während die Bezugsziffer 11 für ein Lager steht. Die Bezugsziffer 4 verdeutlicht die Drehrichtung des Glasrohrs, während durch die Bezugsziffern 6 und 6' die Bewegungsrichtung der Heizquelle wiedergegeben wird.

Somit wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein an einem Ende verschlossenes Glasrohr mit Hilfe einer Heizeinrichtung 3, beispielsweise einem Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner erhitzt und geschmolzen, währenddem von innen her auf das Rohr ein Druck ausgeübt wird, der geringer ist als der Winddruck des Brenners, jedoch größer als die Umfangsspannung, die durch die auf das erweichte Glasrohr einwirkenden Zentrifugalkräfte verursacht wird, was zur Folge hat, daß das Glasrohr sich nach und nach von seinem geschlossenen Ende zum offenen Ende hin in seinem Querschnitt verengt, so daß man schließlich in hervorragend reproduzierbarer Weise einen Vorformling für optische Fasern erhält, der eine Querschnittsform besitzt, die dem perfekten Kreis stark angenähert ist und der nur geringe Schwankungen des äußeren Durchmessers aufweist. Da das Schmelzen des Rohrs in einer stets reinen Atmosphäre erreicht werden kann, kann man optische Fasern mit niedrigem Verlustfaktor herstellen. Da der Druck stets von der Innenseite des Glasrohrs nach außen ausgeübt wird, werden die in dem Glasfilm dotierten Oxidmaterialien zur äußeren Oberfläche des Glasrohrs verschoben, was eine kontinuierliche Verteilung des Brechungsindex' zur Folge hat.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

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Beispiel 1

Nach der in Bezug auf die Fig. 1A beschriebenen Methode scheidet man auf der inneren Oberfläche eines hohlen Glasrohres einen Glasfilm ab. Hierzu verwendet man als hohles Glasrohr ein Quarzrohr (mit einem Außendurchmesser von 14 mm, einer Wandstärke von 1 mm und einer Gesamtlänge von 91,5 cm) und führt in Richtung des Teils 1 Sauerstoffgas, das mit SiCl,-Dampf (mit einer Temperatur von 20⁰C) und POClg-Dampf (mit einer Temperatur von 20⁰C) beladen ist, in Richtung des Pfeils 1 in das Rohr ein. SiCl. wird durch Einleiten von 120 ecm Sauerstoff pro Minute zugeführt, während POCl₃ durch Einleiten von 80 ecm Sauerstoff pro Minute eingespeist wird. Weiterhin werden weitere 400 ecm Sauerstoff pro Minute als Trägergas zugeführt. Als Wärmequelle 3 wird ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner eingesetzt. Das Quarzrohr wird auf 1100⁰C (mit einem optischen Pyrometer gemessen) erhitzt, wobei der Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner drei hin-und-her-Bewegungen längs der Länge des Rohres mit einer Geschwindigkeit von 1 mm pro Sekunde in Richtung des Pfeils 6 und einer Geschwindigkeit von 5 mm pro Sekunde in Richtung des Pfeils 6¹ bewegt wird. In dieser Weise wird auf der inneren Oberfläche des Quarzrohrs eine Phosphosilikatglasschicht (die einen Unterschied in bezug auf den Brechungsindex gegenüber Quarz mit 0,2 % aufweist) mit einer Dicke von etwa 60 μπι abgeschieden. Dann wird dieses Quarzrohr in der Nähe seines einen Endes an der Stelle a erhitzt und geschmolzen, wodurch der auf der Innenseite abgeschiedene Glasfilm zu einer massiven Masse zusammenschmilzt, wie es die Fig. 2A wiedergibt. Dieses Quarzrohr wird dann in eine Glasdrehbank eingespannt, worauf ein drehbares Verbindungsglasrohr 10 (wozu in diesem Fall ein auf der Markt unter der Bezeichnung "blow tube" erhältliches Glasrohr eingesetzt wird) vom anderen Ende her in das Quarzrohr eingeführt und Sauerstoffgas (mit einer Geschwindigkeit von 100 ecm pro Minute (bei einem Druck von 0,2 kg/cm²) wobei diese Werte den Werten entsprechen, die man unmittelbar vor der Einführung des Gases in das Rohr 10 mißt) eingeführt wird, währenddem das Quarzrohr in Richtung des Pfeils 4 gedreht und

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der Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner mit einer Geschwindigkeit von 0,6 mm/sec in Richtung des Pfeiles 6' von der Stelle a zu der Stelle b bewegt wird. Das Erhitzen erfolgt auf eine Temperatur von 1600⁰C (wobei diese Temperatur mit Hilfe eines optischen Pyrometers gemessen wird). Dann wird der Sauerstoff-Wasserstoff -Brenner mit einer Geschwindigkeit von 14,5 mm/sec von der Stelle b zu der Stelle a zurückbewegt, wonach der Brenner erneut und diesmal mit einer Geschwindigkeit von 0,2 mm/sec von der Stelle a zu der Stelle b geführt wird (wobei das Rohr auf eine mit dem optischen Pyrometer bestimmte Temperatur von 1650⁰C erhitzt wird) um in dieser Weise den Vorformling für die optische Faser zu bilden. In diesem Fall bewegt sich das durch das Rohr 10 eingeführte Sauerstoffgas in Richtung der in der Fig. 2B nach rechts zeigenden Pfeile und strömt nach dem Ausüben eines gewissen Druckes auf den Bereich c durch eine öffnung in dem Lager 11 aus dem Rohr wieder aus.

Die Fig. 3A, 3B und 3C geben Kurven wieder, die die Ergebnisse von Vergleichsmessungen hinsichtlich der Elliptizität des äußeren Urafangs, der Elliptizität des Kerns und der Schwankungen des Außendurchmessers von Vorformlingen von optischen Fasern erkennen lassen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt sind, wie es in den Fig. 1A bis 1C verdeutlicht wird. Bei diesen Kurven sind die Ergebnisse des Beispiels 1 mit ausgezogenen Linien wiedergegeben, während die gestrichelten Linien zwischen den Meßpunkten (x) die Ergebnisse des herkömmlichen Verfahrens angeben.

Die Elliptizität wird mit Hilfe der folgenden Formel errechnet:

_ größter Durchmesser - kleinster Durchmesser _{9nn o} - gj-oßtgj. Durchmesser + kleinster Durchmesser ^x ^^υυ *'

Wie aus den obigen Figuren zu ersehen ist, werden erfindungsgemäß sowohl die Elliptizität als auch die Schwankungen des Außendurchmessers erfindungsgemäß verbessert, wobei f-estzuhalten ist, daß insbesondere die Elliptizität äußerst

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gering ist und im wesentlichen über die gesamte Länge des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Vorformlings für die optische Fasern konstant ist.

Beispiel 2

Man wiederholt das Verfahren des Beispiels 1, wobei jedoch die Geschwindigkeit der Zuführung des Sauerstoffs durch das Zuführungsrohr 10 auf 500 ecm pro Minute (bei Anwendung eines Drukkes von 0,2 kg/cm²) erhöht wird (wobei diese Werte die Werte sind, die vor der Einführung des Gases in das Rohr 10 gemessen wurden). Hierdurch erzielt man die noch weiter verbesserten Ergebnisse, die in den Fig. 3A, 3B und 3C durch ausgezogene Linien wiedergegeben sind, die zwischen den kreisförmigen Meßpunkten verlaufen. Es hat sich gezeigt, daß man die angegebenen Ergebnisse mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit selbst dannerreichen kann, wenn eine gewisse Verschiebung der Mittelachse des Quarzrohrs vorliegt. Bei Anwendung des herkömmlichen Verfahrens erhält man eine Schicht mit einem niedrigen Brechungsindex, der von der Anzahl der hin-und-her-Bewegungen des Sauerstoff-Wasserstoff-Brenners abhängt, wobei die Brechungsindexverteilung in dem Kern nicht kontinuierlich ist. Erfindungsgemäß werden diese Phänomene auf ein äußerstes Minimum beschränkt, und es wird eine im wesentlichen konstante Verteilung des Brechungsindex¹ in dem Kern erreicht. Dies ist offenbar der erhöhten Dispersionsneigung in dem Glasfilm als Folge der Ausübung des Druckes von der Oberfläche des Glasfilms in Richtung auf die äußere Oberfläche des Quarzrohrs hin, wie es bereits erwähnt wurde, zuzuschreiben. Hieraus ist ohne weiteres zu erkennen, daß, wenn man ein Oxidmaterial, wie GeO₂/ Ti^o' ^P2^5' etc. zusammen mit dem Sauerstoffgas über das Einführungsrohr 10 zuführt, man einen Vorformling für optische Fasern, dessen Brechungsindex in dem Kern sich kontinuierlich ändert, herstellen kann. Wie auch aus den schematischen Zeichnungen der Fig. 4A, 4B und 4C, die die Stufe der Verengung des Rohrs zu einem Stab wiedergeben, zu erkennen ist, kann der Grad der Kreisförmigkeit des Kernbereiches durch eine Steigerung der Zuführungs-

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geschwindigkeit des Sauerstoffs durch das Zuführungsrohr 10 verbessert werden. So verdeutlichen die Fig. 4A das herkömmliche Verfahren, die Fig. 4B das Verfahren gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung und die Fig. 4C das Verfahren gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Wenn man die bei der Verengung des Rohrs zu einem Zylinder auftretenden Winkel des Konus¹ θ- , Θ« bzw. Θ-, bezeichnet, so zeigen die Untersuchungsergebnisse folgende Reihenfolge des zunehmenden Winkels: Θ- <C ^θο ^ ^Θ3* ^{Es w}^^r<^ angenommen, daß die Neigung zur elliptischen Verformung um so größer ist, je kleiner der Konuswinkel ist, da die an der ümfangsrichtung auftretende Zentrifugalkraft dann nicht mehr konstant ist, wenn der Erweichungspunkt des Glasfilm niedriger liegt als der des Quarzrohrs und wenn eine Verschiebung der Mittelachse vorliegt.

Bei einer anderen Ausführungsform, bei der die Geschwindigkeit des durch das Einlaßrohr 10 geführten Sauerstoffs auf 1000 ecm/ min (bei einem Druck von 0,2 kg/cm) erhöht wurde, bildete sich in dem erhitzten Bereich des Quarzrohrs aufgrund des starken Druckes ein Loch. Daher muß der angewandte Druck in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie der Größe und dem Material des hohlen Glasrohrs, der Heiztemperatur und dem Material and der Dicke des Glasfilms, in geeigneter Weise ausgewählt werden ο Wenn man anstelle von Sauerstoff Argon verwendet, so kann man ein dsenso hohes Ausmaß der Kreisförmigkeit erreichen, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.

Beispiel 3

Nach der Abscheidung eines Phosphosilikatglasfilms (PSG) auf der inneren Wandung eines Quarzrohrs nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise bereitet man einen Vorformling für optische Fasern. Die Schwankung des Außendurchmessers des Quarzrohrs nach dem Aufbringen des Phosphosilikatglasfilms (jedoch vor der Verengung zu dem Glasstab) liegt innerhalb eines Bereiches von +1,22 %. Das Ergebnis der Vermessung der Elliptizität in Längsrichtung ist in der Fig. 5 angegeben. Die Fig. 6A

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und 6B verdeutlichen anhand von Kurven die Elliptizität des äußeren Umfangs bzw. die Elliptizität des Kerns in Längsrichtung der nach dieser Ausführungsform und einer herkömmlichen Verfahrensweise bereiteten Vorformlinge für optische Fasern. In den Kurven stehen die gestrichelten Linien für die Ergebnisse, die mit den Verfahren des Standes der Technik erhalten wurden. Aus den graphischen Darstellungen ist eine deutliche Verbesserung der Elliptizität durch das erfindungsgemäße Verfahren zu ersehen.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Neigung sowohl des Kerns als auch der äußeren Bereiche als Folge der Asymmetrie und der durch die Zentrifugalkräfte auftretenden ümfangsspannungen sich elliptisch zu verformen dadurch zu verzögern, daß man auf die Innenwände des zu verformenden Glasrohrs einen Druck ausübt, der geringer ist als der Winddruck des Sauerstoff-Wasserstoff-Brenners, jedoch größer als die durch die Zentrifugalkraft verursachte Umfangsspannung. Weiterhin kann die Neigung des Vorformlings für die optische Fasern sich durch asymmetrisches Erhitzen des Glasrohrs mit einer Wärmequelle, wie einem Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner elliptisch zu verformen, unterbunden werden. Selbst wenn das Glasrohr vor der Schmelzbehandlung in gewissem Ausmaß elliptisch verformt ist, ist es möglich, die Elliptizität mit der Schmelzbehandlung zu vermindern oder auf ein Minimum zu bringen, indem man einen ständigen Druck im Inneren des Glasrohrs aufrechterhält, das auf eine Temperatur in der Nähe seines Verflüssigungspunkts erhitzt ist. Insbesondere wenn man einen Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner als Wärmequelle verwendet, ist es möglich, den Grad der Kreisförmigkeit des Vorformlings für die optischen Fasern dadurch zu steuern, daß man die Beziehung zwischen dem Winddruck des Brenners und dem Druck des (oxidierenden oder inerten) Gases, das in das Glasrohr eingeführt wird, entsprechend anpaßt«, Dieser Verbesserungseffekt hinsichtlich der Elliptizität von Vorformlingen für optische Fasern kann weiter dadurch gesteigert werden, daß man den Druck des in das Glasrohr eingeführten Gases innerhalb eines Bereiches erhöht, in dem kein Bruch des Glases zu befürchten ist.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Geschwindigkeit der Verformung eines Glasrohrs in einen Vorformling für optische Fasern dadurch gesteuert werden, daß man die verschiedenen Faktoren entsprechend einstellt, wie die Temperatur der Wärmequelle, den auf die äußere Oberfläche des Glasrohrs ausgeübten Außendruck, die Drehgeschwindigkeit des Glasrohrs, die Bewegungsgeschwindigkeit der Wärmequelle und den Druck des in das Glasrohr eingeführten Gases. Es ist festzuhalten, daß es bei den herkömmlichen Verfahrensweisen erforderlich ist, die Drehgeschwindigkeit des Glasrohrs und die Bewegungsgeschwindigkeit der Wärmequelle derart zu steuern, daß die äußere Oberfläche des Glasrohrs möglichst symmetrisch zur Rohrachse erhitzt wird, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein breiterer Bereich hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit des Glasrohrs und der Bewegungsgeschwindigkeit der Wärmequelle als bei den herkömmlichen Verfahren möglich ist, da konstant ein gleichmäßiger Innendruck auf die innere Oberfläche des Glasrohrs ausgeübt wird.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Vorformling für optische Fasern mit hoher Reproduzierbarkeit herstellen, der eine eng an einen perfekten Kreis angenäherte Querschnittsgestalt und geringe Schwankungen des Außendurchmessers aufweist. Da die Verteilung des Brechungsindex im Kernbereich gleichmäßiger ist als es mit den herkömmlichen Verfahren möglich ist, und weil das Schmelzen des Rohrs in einer stets reinen Atmosphäre erfolgen kann, ist es möglich, optische Fasern mit geringen Verlustfaktoren herzustellen. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Massenproduktion geeignet.

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Claims

- .14 - Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von optischen Fasern, dadurch · gekennzeichnet, daß man

a) ein Glasrohr herstellt;

b) ein Ende des Glasrohrs hermetisch verschließt;

c) das Glasrohr zu einem Glasstab verengt, indem man ein Gas mit vorbestimmten! Druck über das offene Ende in das Glasrohr einführt, währenddem man das Glasrohr um seine Achse dreht und es lokal von außen erhitzt, wobei man den erhitzten Bereich des Glasrohrs graduell von dem geschlossenen Ende zu dem offenen Ende verschiebt, wodurch der hohle Bereich des Glasrohrs zu einem massiven Stab verformt wird; und

d) den Glasstab schmilzt und zu einer Faser auszieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Stufe c) von der offenen Seite her in das Glasrohr eingeführte Gas ein oxidierendes Gas und/oder ein Inertgas enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas ein einen Glasfilm bildendes Material enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Glasfilm bildende Material mindestens einen Vertreter aus der Gruppe GeO₂, TiO₂ und P₃O₅ enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des in das Glasrohr eingeführten Gases niedriger ist als der Winddruck des als äußere Wärmequelle verwendeten Brenners, jedoch höher als die Umfangsspannung , die aufgrund der auf das erweichte Glasrohr einwirkenden Zentrifugalkräfte verursacht wird.

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