DE2821642C3 - Faser-Lichtwellenleiter und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Lichtwellenleiters aus Thalliumbromjodid durch Extrudieren eines Kerns.

Es besteht ein Bedarf an Faser-Lichtwellenleitern, die zur Übertragung von Infrarotlicht mit Wellenlängen von 10,6 &mgr;&pgr;&igr; und mehr geeignet sind. Die bisher bekannten, besten Lichtwellenleiter dieser Art bestehen aus As₂Se₂-GIaS und haben eine Grenzwellenlänge von etwa 12 &mgr;&eegr;&eegr;. Es wurde in fast allen bedeutenden Forschungszentren der Welt sehr viel Mühe darauf verwendet, verlustarme optische Wellenleiter aus Oxidglasfasern herzustellen. Es wurden Wellenleiter entwikkelt, die einen extrem kleinen Übertragungsverlust im Bereich von 1 dB/km aufweisen. Die Durchlässigkeit im Infrarotbereich erstreckt sich bis etwa 4 oder 5 &mgr;&idiagr;&eegr;. Über nichtoxidische Fasern aus Arsensulfid (As₂S₃) und Verbindungen von Arsen, Schwefel, Selen und Tellur wurde von Kapany in seinem Buch »Fiber Optics«, Academic Press, 1967, Seiten 273, 274, berichtet. Die Durchlässigkeit dieser Chalcogenid-Fasern erstreckt sich bis zu einer Wellenlänge vcn etwa 12 &mgr;&pgr;&igr;. Die Absorption bei Wellenlängen von 10 &mgr;&pgr;&igr; und mehr ist jedoch bedeutend größer als 10~² cm"¹, so daß ihre Anwendbarkeit begrenzt ist. Bezüglich einer weitergehenden Behandlung des allgemeinen Gebietes der Faseroptik-Technologie wird auf das Buch von Michael K. Barnoski: »Fundamentals of Optical Fiber Communications«, Academic Press 1976, verwiesen.

Aus K. Nagao, »Optical Fiber« aus »Optical Engineering«, Serie 2, Kyoritsu Publishing Co., Tokyo, Japan, 10. April 1974, insbesondere Seite 67, 71 und 107, ist ein Verfahren zur Herstellung von optischen Fasern aus Silberchlorid, Alkalihalogeniden u. dgl. bekannt. Das darin beschriebene Extrusionsverfahren wurde auch bei der Extrusion von Thalliumbromjodid eingesetzt, wobei jedoch die erhaltenen Fasern Oberflächen mit unbefriedigenden Eigenschaften aufwiesen. Danach schien es nicht möglich zu sein, brauchbare Lichtwellenleiter herzustellen, die einen Kern aus extrudiertem Thalliumbrom oJid aufweisen.

Andererseits wäie es jedoch höchst wünschenswert, wenn ein Lichtwellenlp.ite.r zur Verfügung gestellt werden könnte, der einen Kern aus Thalliumbromjodid aufweist, da sich dieses Material durch seine hervorragenden Übertragungseigenschaften im Infrarot-Bereich auszeichnet.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren so fortzubilden, das die Herstellung eines solchen Lichtwellenlei

ters mit einwandfreien Eigenschaften ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Lichtwellenleiter aus Thalliuaibromjodid besitzen überraschenderweise eine einwandfreie Oberflädumqualität, mit der Folge, daß die so hergestellten Fasern im Infrarot-Bereich eingesetzt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben und erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung von Faser-Lichtwellenleitern nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Faser-Lichtwellenleiters nach der Erfindung, und

Fig. 3 einen Querschnitt iängs der Linie 3-3 durch den Lichtwelienleiter nach Fig. 2.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen einen neuartigen Faser-Lichtwellenleiter 10, der für Infrarotlicht durchlässig ist und eine wirksame Übertragung im Bereich von Wellenlängen erlaubt, der weit über den Bereich hinausgeht, der mittels bekannter Glaswerkstoffe übertragbar ist. Der neuartige Faser-Lichtwellenleiter weist einen polykristallinen Kern 11 aus Thalliumbromjodid (KRS-5) auf, der durch Extrudieren hergestellt wurde. Zur Vervollständigung des Lichtwellenleiters sind die polykristallinen Kerne in eine den Kern lose umgebende Kunststoffhülle 12 eingesetzt, die sowohl zur optischen Begrenzung der geleiteten Wellentypen auf den Kern als auch als mechanischer Schutz für den kristallinen Kern dient. Diese allgemeine Art von Fasern mit einer Kunststoffhülle, die jedoch von einem Kern aus Siliciumoxid Gebrauch machen, wurde von L. L. Blyler, Jr. et al, in einem Aufsatz: »Low-Loss, Polymer-Clad Silica Fibers Produced by Laser Drawing« behandelt, der in einer Druckschrift mit dem Titel »Optical Fiber Transmission« veröffentlicht wurde. Bei dieser Druckschrift handelt es sich um eine Sammlung der technischen Aufsätze, die bei dem »Topical Meeting on Optical Fiber Transmission« vorgetragen wurden, das vom 7. bis 9. Januar 1975 in Williamsburg, Virginia, VStA, stattfand. Herausgeber der Druckschrift ist die Optical Society of America, 1975. Wie in dem oben erwähnten Aufsatz angegeben, kann die Kunststoffhülle beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen bestehen.

Die optische Durchlässigkeit des Lichtwellenleiters 10 erstreckt sich von etwa 0,6 &mgr;&pgr;&igr; im sichtbaren Bereich bis zu etwa 35 &mgr;&igr;&eegr; im Infrarotbereich. Zum Vergleich haben die üblichen Oxidglasfasern Grenzwellenlängen im Infrarotbereich bei 4 oder 5 &mgr;&pgr;&igr; und die weniger üblichen Arsentrisulfid- und Arsentriselenid-Glasfasern Grenzwellenlängen im Bereich von 8 bzw. 12 &mgr;&pgr;&igr;.

Mögliche Anwendungen für die neuen polykristallinen Fasern umfassen die Zerlegung von Bildern, die mittels in der Brennebene gelegenen Anordnungen erzielt werden, zum Zwecke einer verbesserten Signalfeststellung und -verarbeitung, die Übertragung von Brennebenen zu entfernten Photodetektoren, die Übertragung des von Hochleistungs-CO- und -CO₂-Lasern erzeugten Lichtes zur Erwärmung oder Bearbeitung von Werkstoffen an entfernten oder schlecht zugänglichen Stellen und die Nachrichtenübertragung auf extrem verlustarmen Leitungen. Die Anwendung zur Nachrichtenübertragung erfordert beträchtliche Sorgfalt bei der Ausbildung des Lichtwellenleiters und der Reinigung des Materials. Die Verluste solcher Fasern,

wenn sie aus hochreinen Werkstoffen hergestellt sind, sind um Größenordnungen geringer als diejenigen der besten verlustarmen Glasfasern, die gegenwärtig erhältlich sind, und deren Dämpfung etwa 1 dB/km bei 1,06 &mgr;&pgr;&igr; beträgt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Extrudiervorrichtung zur Herstellung der Kerne 11 des Licntwellenleiters 10. Diese Extrudiervorrichtung umfaßt einen Zylinder 21, in den eine Werkstoffmenge lla eingebracht wird. Der Zylinder 21 weist an einem Ende eine Extrudierform 22 auf. Ein Stempel 23 ist mit einer Antriebsvorrichtung 24 verbunden, die in der Lage ist, den Stempel 23 axial in den Zylinder 21 in Richtung auf die Extrudierform 22 hineinzudrücken.

Der Durchmesser der Öffnung 25 in der Extrudierform ist so bemessen, daß polykristalline Fasern mit einem Kerndurchmesser im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm erzeugt werden. Die Extrudiertemperatur für KRS-5 liegt im Bereich von 200 bis 350° C. Die«e Temperatur ist geringer als der Schmelzpunkt von KRS-5, der 414° C beträgt. Die Extrudiergeschwindigkeit berägt einige Zentimeter pro Minute. Die Lichtwellenleiter wurden aus handelsüblichen Werkstoffen hergestellt. Die Verluste des Wellenleiters waren vornehmlich durch die Absorption von Verunreinigungen und durch Streuung an Fehlstellen des Wellenleiters bedingt. Es wurde ein Absorptionskoeffizient von weniger als 10"² cm¹ bei einer Wellenlänge von 10,6 &mgr;&pgr;&igr; beobachtet. Es wurden sogar Werte von nur 10%/m oder 10° cm"' festgestellt. Das Licht eines kontinuierlichen CO₂-Lasers mit einer Leistung von 2 W wurde durch eine Versuchsfaser ohne Qualitätseinbuße übertragen. Fasern aus KRS-5 besitzen bemerkenswerte kunststoffartige oder plastische Eigenschaften im Temperaturbereich von 200 bis 350° C. In diesem Bereich können die Fasern durch Biegen in fast jede beliebige Form gebracht werden, welche die Faser beibehält, wenn sie auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Faser-Lichtwellenieiters aus Thalliumbromjodid durch Extrudieren eines Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kern bei Temperaturen von 200 bis 350° C extrudiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung einer Extrudierform so bemessen ist, daß der Kerndurchmesser der polykristallinen Faser in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrudiergeschwindigkeit einige cm/min, beträgt.