DE2714909C2 - Optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten, bei der sowohl der Kern als der Mantel aus GeO↓2↓-haltigen Gläsern bestehen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung - Google Patents

Optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten, bei der sowohl der Kern als der Mantel aus GeO↓2↓-haltigen Gläsern bestehen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten.
Derartige Fasern, die als Übertragungsmittel in der Fernmeldetechnik Anwendung finden, sind u. a. aus der DE-OS 19 13 358 bekannt Sie bestehen aus einem Glas, in dem zwei Kationen, die genügend schnell gegeneinander austauschbar sind, vorhanden sind, und zwar derart, daß die Konzentration des einen Ions von innen nach außen abnimmt und die des anderen von innen nach außen zunimmt Dieser Aufbau hat zur Folge, daß in radialer Richtung die Brechungszahl über einen bestimmten Abstand kontinuierlich verläuft. Um dabei in der Praxis einen brauchbaren optischen Wellenleiter zu erhalten, muß der relative Unterschied in der Brechungszahl Δη/η der beiden Bestandteile, und zwar des Bestandteiles mit nur dem einen lon und des Bestandteiles mit nur dem anderen Ion, nicht zu klein, und zwar >0,5% und vorzugsweise >1%, sein (diese Prozentangabe bezieht sich auf AnIn).
Es sind verschiedene Verfahren möglich, durch welche Fasern mit diesem Aufbau erhalten werden können. Ein Verfahren arbeitet mit einem doppelten Tiegel, bei dessen Verwendung Fasern mit Kern- und Mantelglas unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt werden können, die sich lediglich in dem austauschbaren Ion unterscheiden. Beim Ziehen der Fasern muß es dann in genügendem Maße möglich sein, daß in diesen Materialien ein gegenseitiger Austausch der beiden Ionen durch Diffusion stattfindet
Eine weitere Möglichkeit ist, eine Faser aus einer Glaskombination zu ziehen, die aus einem konzentrisch angeordneten Stab und einem Rohr, also aus Kern- und Mantelglas unterschiedlicher Zusammensetzung besteht, wobei auch in genügendem Maße Diffusion stattfinden können muß. Auch kann noch eine Faser mit einem radialen Gradienten in der Brechungszahl dadurch erhalten werden, daß ein Stab einer bestimmten Zusammensetzung der Einwirkung eines geschmolzenen Salzes unterworfen wird, wobei ein Austausch von Ionen in dem Stab gegen Ionen eines anderen Typs in dom geschmolzenen Salz eintritt; danach wird der in dieser Weise behandelte Stab zu einer Faser ausgezogen.
Wie oben bemerkt wurde, muß der Austausch genügend schnell vor sich gehen. Dies bedeutet, daß lediglich einwertige Ionen in Betracht kommen. Aus der Literatur geht hervor, daß bei Gläsern, die gegeneinander austauschbare einwertige Ionen enthalten, dieser Unterschied nur in genügendem Maße zwischen einerseits Na, K, Rb und Cs und andererseits Li und Tl auftritt Lithiumhaltige Gläser sind im allgemeinen durch eine geringe Stabilität in bezug auf Kristallisation gekennzeichnet, so daß dem Glas auch noch stabilisierende Bestandteile zugesetzt werden müssen. Durch diesen Zusatz wird ein erheblicher Teil des ursprünglichen Unterschiedes zwischen der Brechungszahl des lithiumhaltigen Glases und der des entsprechenden Glases mit dem anderen Alkaliion wieder beseitigt Die gegenseitigen Brechungszahlenunterschiede von Gläsern mit Na bis einschließlich Cs sind in den bisher bekannten Gläsern zu klein, so daß bisher Thallium erforderlich war. Nun weist die Anwendung von Tl2O als Glasbestandteil wesentliche Nachteile auf. Thalliumoxid ist flüchtig, wodurch man auf Zusammensetzungen mit niedriger Schmelztemperatur beschränkt ist; das Thalliumion nimmt leicht andere Wertigkeiten als TI+, wie Tl0 oder Tl3+, an, wodurch Absorptionsverluste auftreten. Der optische Verlust Thalliumionen enthaltender Fasern wird erheblich von ionisierender Strahlung beeinflußt und schließlich ist die Giftigkeit von Thalliumoxid ein wesentlicher Nachteil in der Praxis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile, die mit der Verwendung von Thalium verknüpft sind, zu umgehen. GeO2-haltige Gläser sind bekannt, und sie sind auch bereits in Glasfasern verwendet worden, der Erfindung liegt jedoch die Erkenntnis zugrunde, daß Glaszusammensetzungen, in denen eine genügende GeO2-Menge vorhanden ist, einen gut brauchbaren Brechungszahlunterschied zwischen jeweils zwei Gläsern aus der durch das Na2O-haltige Glas, das entsprechende K2O-haltige Glas und das entsprechende Li2O-haltige Glas gebildeten Gruppe aufweist
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sowohl ihr Kern als auch ihr Mantel aus GeO2-haltigen Gläsern bestehen, und zwar:
mindestens 25 Mol-% GeO2
mindestens 25 Mol-% SiO2 und/oder B2O3
mindestens 15 Mol-% Li2O und/oder Na2O bzw. Na2O und/oder K2O,
sowie gegebenenfalls weiteren kompatiblen Oxiden,
wobei im Kern und Mantel unterschiedliche Alkalioxide vorliegen, und zwar das Aikalioxid mit der jeweils niedrigsten Ordnungszahl im Kernglas und das Alkalioxid mit der jeweils höchsten Ordnungszahl im Mantelglas.
Beispielsweise werden nun einige Glaszusammensetzungen nach der Erfindung jeweils paarweise gegeben, wobei der einzige wichtige Unterschied der Unterschied in bezug auf das vorhandene Alkaliion zu sehen ist.
Diese Paare können dann als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Fasern verwendet werden, wobei der Bestandteil mit der höchsten Brechungszahl als Kern, und der mit der niedrigsten Brechungszahl als Mantel verwendet wird, und wobei dann außerdem der
Zusammensetzungsgradient, von dem oben die Rede ist, und damit der Brechungszahlgradient erhalten werden. Die Glaszusammensetzungen wurden auf eine in der Glastechnik für diese Anwendung übliche Weise erhalten, ausgehend von einem reinen Gemenge, das sehr reine, vorzugsweise synthetische Ausgangsstoffe, namentlich S1O2 und/oder Bortrioxid, Germaniumdioxid, Natriumcarbonat bzw. Kaliumcarbonat und gegebenenfalls Calciumcarbonat enthielt und in einem elektrischen Ofen in reinem Tiegelmaterial, wie Platin oder Quarzglas, an der Luft geschmolzen wurde.
Probe Zusammensetzung Na2O (Mol-%) GeO2 SiO2 B2O3 Al2O3 CaO "D
Li2O 22,5 K2O 35 37,5 3 2
la - _ 35 37,5 - 3 2 1,577
b - 20 22,5 40 20 20 - - 1,557
2a - - - 40 20 20 - - 1,597
b - 20 20 40 - 40 - - 1,574
3a - - - 40 - 40 - - 1,576
b - 11,25 20 30 37,5 5 3 2 1,558
4a 11,25 - - 30 37,5 5 3 2 1,581
b - 25 22,5 30 40 - 3 2 1,554
5a - _ - 30 40 _ 3 2 1,560
b _ 25 1,549
Von diesen Zusammensetzungen wurden paarweise mit Hilfe des sogenannten Doppeltiegelverfahrens, das z. B. in der bereits genannten DE-OS beschrieben ist, Fasern gezogen. Von jedem Paar wurde die Zusammensetzung a) als Kern und die Zusammensetzung b) als Mantel verwendet.
Dazu wurden direkt aus dem Tiegel Stäbe gezogen, und es wurden die Stäbe in ein Doppeltiegelsystem aus Platintiegeln eingeführt. Daraus wurden bei einer Temperatur von 800 bis 10000C und mit einer Geschwindigkeit von 1 km/Stunde Fasern gezogen, wobei ein nahezu parabolisches Profil erhalten wurde.
Die Stäbe wiesen Dämpfungsverluste von weniger als
jo lOdB.'km und die Fasern Dämpfungsverluste von weniger als 30 dB/km auf.
Aus den Fasern wurden Kabel hergestellt, wobei jede Faser mit einem Kunststoffmantel versehen wurde. In einem einzelnen Kabel befinden sich mehrere Glasfa-
ii sern zusammen mit für die Speisung von Verstärkerstationen erforderlichen Metalleitern.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ihr Kern als auch ihr Mantel aus GeO^haltigen Gläsern bestehen, und zwar:
mindestens 25 MoI-1Vb GeO2
mindestens 25 Mol-% SiO2 und/oder B2O3
mindestens 15 Mol-% Li2O und/oder Na2O bzw. Na2O und/oder K2O,
sowie gegebenenfalls weiteren kompatiblen Oxiden,
wobei im Kern und Mantel unterschiedliche Alkalioxide vorliegen, und zwar das Alkalioxid mit der jeweils niedrigsten Ordnungszahl im Kernglas und das Alkalioxid mit der jeweils höchsten Ordnungszahl im Mantelglas.
2. Verfahren zur Herstellung der optischen Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser aus einem, die Schmelzen für das Kern- und das Mantelglas enthaltenden Doppeltiegel im Temperaturbereich zwischen 800 und 1000° C gezogen werden.
3. Verwendung der optischen Faser gemäß Anspruch 1 in einem optischen Mehrfaserkabel.
DE2714909A 1976-04-12 1977-04-02 Optische Glasfaser mit radialem Brechungsgradienten, bei der sowohl der Kern als der Mantel aus GeO↓2↓-haltigen Gläsern bestehen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung Expired DE2714909C2 (de)

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