DE2835326A1

DE2835326A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines glas-rohlings fuer optische fasern

Info

Publication number: DE2835326A1
Application number: DE19782835326
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Izawa; Yuji Kameo; Toru Kuwabara; Yuichi Masuda; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1979-02-22
Also published as: GB2003131B; DE2835326C2; FR2399978B1; HK26083A; SG46882G; JPS5430853A; MY8400050A; CA1104825A; GB2003131A; FR2399978A1; US4224046A; JPS5927728B2

Description

F. A. GRÜiMECKER

H. KINKELDEY

3J.«-- W. STQCKMAIIR

K. SCHUMAMN

DR RSl NaiT. - DIFL-FWYS

P. H. JAKOB

OPL-ING.

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE Λ3

11» August 1978 P 13 017

NIPPON TEI₁EGRAPH MD TELEPHONE PUBLIC COEPOEATIQN No. 1-6, Uchisaiwai-eho, 1-cbome, Chiyoda-ku₅ Tolcyo / Japan und

SUMITOMO ELECTEIG BTOUSTEIES, LTD.
No. 15, Kitahama 5-chome, Higashi-lcu,
Osaka-shi, Osaka / Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Glas-Rohlings für optische Fasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines stabförmigen Glas-Rohlings, aus
dem optische Fasern für die Übertragung von Lichtenergie gezogen werden können.

Eine optische Faser., wie sie für Kommunikat ions zwecke eingesetzt wird, weist einen zentralen Glaskern und eine den

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TELEFON (Ο8Θ) 32 38 62 TELEX OB-QS 3BO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Kern umgebende Umhüllung aus Glas mit einem Brechungsindex auf, der kleiner als der Brechungsindex des Glases für den Kern ist. Solche zur Lichtübertragung dienende optische Fasern kann man grob in zwei Typen einteilen«, und zwar in Typen mit .stufen- bzw. schrittförmigem Verlauf des Brechungsindex, und in Typen mit kontinuierlicher bzw» eingeteilter Abstufung des Brechungsindex; bei Typen mit abgestuftem Brechungsindex ändert sich die radiale Verteilung des Brechungsindex über die Faser stufen- bzw. schrittförmig, während bei einem Typ mit kontinuierlicher Änderung des Brechungsindex die Verteilung parabelförmig ist.

Eine Glasstange, die zu einer dünnen Glasfaser gezogen werden kann, wird als "Rohling" oder "Vorformling" ("preform") bezeichnet; dieser Rohling enthält auch den Glaskern und die als Umhüllung dienenden Glasbereiche. Ein Verfahren zur Herstellung solcher Rohlinge wird in der US-PS 3 823 beschrieben; dabei wird zunächst ein Ausgangstei! mit kreis-" förmigem Querschnitt hergestellt; dann werden "Ruß"-Teilchen ("soot-particles") aus Glas, die aus gasförmigen Rohglas-Materialien durch Flammenhydrolyse hergestellt werden, auf die Oberfläche des Ausgangsteils laminiert, währe es gedreht wird. Während dieses Arbeitsgangs werden zusätzlich zu dem Quarzglas verschiedene Dotierungsmittel zu dem laminierten Glas hinzugesetzt, um seinen Brechungsindex zu variieren. Die Mengen der Dotierungsmittel werden für jede Glasschicht gesteuert, so daß der sich ergebende Rohling eine vorher bestimmte Verteilung des Brechungsindex hat. Wenn also die Glasteilchen zunächst mit konstanter Konzentration des Dotierungsmittels laminiert werden» und die Konzentration dann geändert wird, um den Brechungsindex schlagartig zu verringern, so ergibt sich ein Rohling mit stufenförmiger Verteilung des Brechungsindex; wenn die Konzentration des Dotierungsmittels allmählich geändert wird, so daß der Brechungsindex für jede laminierte Schicht

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abnimmt, so erhält man einen Rohling mit abgestufter, kontinuierlicher Änderung des Brechungsindex. Die rußähnlichen -Plättchen bzw. dünnen Schichten bzw. Lamellen aus Glas werden dann in einen Hochtemperaturofen gebracht so daß sie transparent werden; anschließend xfird das Ausgangsteil herausgenommen. Nur der zylindrische Glasteil xtfird erwärmt j und der hohle, innere Teil wird zusammengedrückt bzw. zusammengelegt, um den Rohling zus bilden.

Ein weiteres herkömmliches Verfahren wird in der US-PS 3 737 2'93 beschrieben; dabei werden gasförmige Rohglasmaterialien nacheinander auf die Innenwand einer Quarzröhre beschichtet j während sie gedreht und erwärmt wird. Bei diesem Verfahren wird die Konzentration der Dotierungsmittel ebenfalls für jede Schicht eingestellt, so daß der schließlich erhaltene Rohling eine vorher bestimmte Yerteilung des Brechungsindex hat. Dieses Ausgangsmaterial wird anschließend auf eine hohe Temperatur erwärmt_P und der Kohle Teil wird zusammengelegt, wodurch sich der Rohling ergibt.

Die oben beschriebenen, herkömmlichen Verfahren haben jedoch die folgenden Nachteile. Bei dem Verfahren nach der US-PS 3 823 995 hat das Ausgangsteil einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das laminierte Glas; dadurch besteht jedoch die Gefahr, daß dieses laminierte Glas als Ergebnis von geringen Temperäturveränderungem oder Erschütterungen bzw. Stoßen während des Formprozesses Risse bzw. Sprünge zeigt. Bei dem Verfahren nach der US-PS 3 737 293 können die Länge, der Durchmesser und die Wandstärke des Quarzrohrs, das als Ausgangsteil dient, nur begrenzte Werte annehmen; es ist insbesondere nicht möglich, mit diesem Verfahren große Rohlinge herzustellen.

In der schwebenden, amerikanischen Patentanmeldung, Serial No. 805 893 von Fujiwara et al (Patenterteilung in Aussicht

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gestellt) wird ein Verfahren zur Herstellung von Rohlingen beschrieben, das sich prinzipiell von den oben beschriebenen Verfahren unterscheidet. Bei dem Verfahren nach Fujiwara et al stoßen mehrere Düsen oder Brenner gasförmige Rohglasmaterialien in Richtung auf ein rotierendes Ausgangssubstrat oder eine Stirnfläche eines rotierenden Ausgangsteils aus. So ergibt sich eine Art Düsenströmung. Die Düsen oder Brenner sind parallel zu der Drehachse des Ausgangsteils angeordnet oder bilden einen Winkel mit ihr, so daß die Rohglasmaterialien in einer Hochtemperatur-Atmosphäre oxidiert oder hydrolisiert werden, um Glasteilchen zu synthetisieren. Die Glasteilchen werden auf dem Ausgangssubstrat oder auf dem spitzen Ende des stangenförmigen Ausgangsteils abgelagert und in Richtung der Drehachse laminiert, wodurch sich der Rohling ergibt. Bei diesem Verfahren werden die Zusammensetzungen der Dotierungsmittel in dem gasförmigen Rohglasmaterial, das durch die Düsen oder Brenner ausgestoßen wird, so gesteuert, daß der Brechungsindex der zentralen'Glaslaminate in der Nähe der Drehachse der Stange höher ist als der Brechungsindex der Laminate, die weiter von der Drehachse entfernt sind. Dies Verfahren wird nicht durch das Ausgangsteil beeinflußt und eignet sich für die Herstellung großer Rohlinge.

In bezug auf die Transmission.- einer Lichtkommunikationsfaser müssen zwei wesentliche Eigenschaften erfüllt werden. Zunächst müssen die Verluste bei der optischen Übertragung bzw. Transmission gering sein. Außerdem sollten während der Übertragung die Deformationen der Impulswellenformen des sich fortpflanzenden Lichtes sowie die Änderungen der Impulsbreite möglichst gering sein. Die zuletzt erwähnte Eigenschaft bedeutet, daß die Übertragungsbandbreite einer Grundbandfrequenz mit geringem Verlust groß ist. Wenn die Verteilung des Brechungsindex

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der Faser sich der Form einer Parabel nähert, nimmt die Übertragungsbandbreite der Grundbandfrequenz zu. Im allgemeinen gibt es drei Faktoren, welche die Verluste bei der optischen Übertragung erhöhen. Der erste Faktor ist die Lichtstreuung, die durch Änderungen des Brechungsindex in axialer Richtung verursacht wird. Der zweitexFaktor ist die auf die Existenz von Verunreinigungen zurückzuführende Absorption des Lichtes, und der dritte Faktor ist die Lichtstreuung, die durch Strukturfehler aufgrund von Änderungen des Kerndurchmessers in longitudinaler Richtung verursacht werden.

In bezug auf die beiden oben beschriebenen Eigenschaften der Transmission hat das"Verfahren nach der amerikanischen Patentanmeldung, Serial No. 805 893 bestimmte Nachteile. So ist bei mehreren Düsen oder Brennern die Verteilung der laminierten Dotierungsmittel sogar dann nicht vollständig gleichmäßig in Umfangsrichtung, wenn das Ausgangssubstrat oder das stangenförmige Ausgangsteil während der Laminierung des Glases gedreht werden. Es soll beispielsweise der Fall betrachtet werden, daß dieAchse eines Brenners für die Synthetisierung des Glaskerns so angeord- · net ist, daß sie mit der Drehachse des Ausgangsteils zusammenfällt. Im allgemeinen beträgt das Volumen oder die Menge des laminierten Glases 20 bis 50 g/h. Wenn die Laminierung mit,einer Geschwindigkeit von 36 g/h oder 0,01 g/sec durchgeführt wird, und dieses in eine Faser mit einem Durchmesser von 150 pm umgewandelt wird, dann entspricht die Menge des laminierten Glases einer Faser, die mit einer Geschwindigkeit von 25 cm/sec hergestellt wird. Wenn das Substrat oder das Ausgangsteil während des Laminierens mit einer Geschwindigkeit von einer Umdrehung pro Sekunde gedreht itfird, dann hat jede Änderung des Brechungsindex der Faser eine Periode von 25 cm/sec, da das Dotierungsmittel, das durch den Brenner für das Mantelglas ausgestoßen wird,

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spiralförmig mit einer Periode von 25 cm/sec verteilt ist. Das gleiche Resultat wird sogar dann erhalten, wenn ein weiterer Brenner für das Mantelglas symmetrisch in bezug auf die Drehachse angeordnet wird; dieses Problem läßt sich also nicht lösen, indem einfach mehrere Düsen vorgesehen werden. Die sich ergebende Ungleichmäßigkeit des Brechungsindex in axialer Richtung erhöht die Obertragungsverluste.

Die Tatsache, daß sich die Verteilung des Brechungsindex spiralförmig und periodisch ändert, bedeutet, daß diese Verteilung auf irgendeinem bestimmten Abschnitt der Faser keine kreisförmige Symmetrie hat. Das heißt also, daß auf geraden Linien, die parallel zu der Mittelachse des Rohlings verlaufen, keine Verteilungen des Brechungsindex identisch oder konstant sind, wodurch sich die Überti~agungsbandbreite einer Faser mit abgestuftem Brechungsindex verkleinert» Mit der Verwendung mehrerer Düsen oder Brenner ist außerdem noch der weitere Nachteil verbunden: Die Zahl der zu steuernden Gase nimmt zu, so daß die Vorrichtung zwangsläufig sehr groß und außerdem sehr kompliziert und empfindlich wird; dies bedeutet wiederum, daß es äußerst schwierig ist, Rohlinge mit hoher Reproduzierbarkeit oder Gleichmäßigkeit zu fertigen.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile der herkömmlichen Verfahren zu vermeiden, indem statt mehrerer Brenner nur ein einziger Brenner mit koaxial angeordneten Vielfach-Röhren für die Bildung des Lichtfortpflanzungsbereiches einer optischen Faser verwendet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei gasförmige Rohglas-Materialien eingesetzt, die Dotierungsmittel enthalten, um die verschiedenen Brechungsindizes zu bilden;

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diese gasförmigen Rohglasmaterialien werden durch ein Argon-Trägergas befördert und aus der inneren und ersten konzentrischen Düse eines Brenners mit fünf Spitzen bzw. insgesamt fünf Düsen ausgestoßen; eine Argon-Schutzgasatmosphäre wird durch das Gas aus der zweiten, konzentrischen Düse gebildet, während Wasserstoff und Sauerstoff durch die dritte bzw. vierte, konzentrische Düse zugeführt werden. Rußähnliche Glasteilchen werden durch Flammenhydrolyse gebildet und auf dem unteren Ende einer Ausgangsstange abgelagert, die allmählich bzw. kontinuierlich gedreht und abgezogen wird, wodurch ein zylindrischer Rohling aufwächst. Bei der Mischung der aus den beiden Glasmaterialien gebildeten Teilchen entsteht ein Rohling mit einer im wesentlichen parabelformigen, radialen Verteilung des Brechungsindex; diese Eigenschaft wird auch in der optischen Faser für den Transport von Lichtenergie beibehalten, die durch Sintern und Ziehen des Rohlings hergestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, scheniatischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise weggeschnittene Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Rohlings mit kontinuierlich variierendem Brechungsindex (graded index preform) nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von oben auf die Spitze bzw. das vordere Ende des Brenners nach Figur 1,

Fig. 3 Brechungsindex-Kurven für einen Rohling, der mit dem Verfahren der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist,

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Fig. 4 eine Brechungsindex-Verteilungskurve für den Rohling,

Fig. 5 eine Kurvendarstellung, in der für eine Faser, die aus dem Rohling gezogen worden ist, der Übertragungsverlust gegen die Wellenlänge aufgetragen ist, und

Fig. 6 eine Kurvendarstellung, in der die Grundbanddämpfung pro km gegen die Frequenz für die Faser aufgetragen ist.

Wie sich aus den Zeichnungen und insbesondere Figur 1 ergibt, wird ein erstes Rohglas-Material, das den Brechungsindex erhöhen kann, aus einer mittleren Düse 11 eines Quarzglas-Brenners 1. ausgestoßen, wobei Argon als Trägergas dient. Bei diesem gasförmigen Rohglasmaterial handelt es sich um SiCl.; GeCl und PoCl, werden als Dotierungs-Gase verwendet, um den Brechungsindex zu erhöhen. PqCI, als Dotierungsinittel erhöht nicht nur den Brechungsindex, sondern steuert auch den Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Verglasungstemperatur des Glases.

Ein zweites Rohglasmaterial, das einen niedrigeren Brechungsindex hat, wird aus der zweiten Brennerdüse 12 ausgestoßen, wobei wieder· Argon als Trägergas verwendet wird. Bei diesem Rohglasmaterial handelt es sich ebenfalls um SiCl., wobei gasförmiges BBr als Dotierungsmittel verwendet wird, um den Brechungsindex zu senken.

Die erwähnten Materialien SiCl., GeCl., PoCl₃ und BBr₃ werden im flüssigen Zustand in Glasbehältern 31 bis 35 gehalten, wie in Figur 1 dargestellt ist; diese Flüssigkeiten werden von dem Argon-Trägergas durchströmt, das in Form von Blasen, also sprudelnd, durch die Flüssigkeit

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aufsteigtc Die Glasbehälter 31 bis 35 sind in Kammern bis 45 angeordnet, deren Wärmehaushalt und Temperatur genau eingestellt werden können; die Mengen der zugeführten, gasförmigen Rohglasmaterialien werden in geeigneter Weise eingestellt, indem die Temperaturen der Kammern und die Strömungsgeschwindigkeiten des Trägergases gesteuert werden. Auf die Rohre, welche die Auslässe der Behälter mit dem Brenner verbinden, sind Heizeinrichtungen 46 gewickelt. Dadurch werden die Rohre auf Temperaturen gehalten, die höher als die Temperaturen der Kammern sind, so daß die die Rohre durchströmenden Gase nicht abkühlen können und schließlich verflüssigen.

Wasserstoff und Sauerstoff werden aus der vierten' bzw. fünften Düse 14 bzw. 15 des Brenners, ausgestoßen, während Argon durch die dritte Brennerdüse 13 zugeführt wird, um die Ablagerung der synthetisierten Glasteilchen auf den Düsen zu verhindern. Wenn gasförmiger Wasserstoff verbrannt wird, entsteht Wasser, das mit den gasförmigen Rohglasmaterialien reagiert; auf diese Weise werden durch Hydrolyse Glas-Rußteilchen 4 aus SiO₂, GeO₂, ^₂ ⁰S ^und B₉O synthetisiert. Die Glasteilchen werden, auf.den Boden eines rotierenden, hitzebeständigen Ausgangsteils 3, wie beispielsweise einer Quarzglasstange, gesprüht, so daß darauf rußähnliche Glasablagerungen.,entstehen. Wenn die Rohglasmaterialien kontinuierlich zugeführt werden, wachsen diese Teilchen in axialer Richtung, so daß schließlich eine rußähnliche Glasstange 2 entsteht. Bei der Ablagerung der Glasteilchen wird das Ausgangsteil 3 kontinuierlich entsprechend der Wachstumsgeschwindigkeit der Stange in der Weise angehoben, das der Abstand zwischen der Oberfläche 5 der Stange, auf der das Glas abgelagert wird, und der Spitze des Brenners konstant gehalten wird. Dadurch wird wiederum der Außendurchmesser der Stange 2 im wesentlichen konstant gehalten. Ein Teil des ersten Rohmaterials₉ das aus der Düse

11 ausgestoßen wird, mischt sich mit einem Teil des zweiten Rohmaterials, das aus der Düse 12 ausgestoßen wird, wodurch sich die Konzentration des Dotierungsmittels allmählich in radialer Richtung ändert und ein Rohling mit kontinuierlicher Brechungsindex-Verteilung entsteht. Wenn das Ausmaß bzw. die Stärke dieses Mischvorgangs in geeigneter Weise gesteuert wird, ist es möglich, eine im wesentlichen parabelförmige Verteilung des Brechungsindex zu erhalten, wie im folgenden erläutert werden soll.

Dabei soll von folgenden Annahmen ausgegangen werden: Die allgemeine Konzentrationsverteilungjdes SiCl, durch die Gase von den Düsen 11 und 12 wird im wesentlichen gleichmäßig gehalten; und die Diffusion des Dotierungsmittels von der Düse 12 erfolgt durch die Zuführung von zwei parallelen Ebenen. Dann können die Verteilungen der Dotierungs-Konzentration aufgrund der Gase, die von den Düsen 11 und 12 zugeführt werden, durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

10 2 /2 rr¹

2Q— exp (-r /4 D,t,) / exp (r¹ /4 D-jt-j) I_Q (^-, )r'dr

11 * ο "11

(Die Verteilung der Dotierungskonzentration aufgrund des Gases, das von der Düse 11 zugeführt wird), und

C₂Cr)

(Die Verteilung der Dotierungskonzentration aufgrund des Gases, das von der Düse 12 zugeführt wird); dabei bedeuten

<) 0 9 8 0 R / 1 f) 1 2

r den Abstand von der zentralen Achse des Brenners,

a den Radius der Düse,
b die Breite der Düse 12,

h die Dicke der Trennwand zwischen den Düsen 11 und 12, und

Di, ti, Cio (i = 1 oder 2) die Diffusionskoeffizienten, die Diffusionszeiten bzw. die Anfangskonzentrationen der Dotierungsmittel der Düsen 11 bzw. 12.

In der Praxis ist die Konzentration des Dotierungsmittels im wesentlichen proportional zu der Änderung des Brechungsindex. Dementsprechend haben die Beiträge der zugeführten Gase aus den Düsen 11 und 12 den Verlaufs wie er durch die durchgezogenen Linien angedeutet ist, und die vorhersehbare, allgemeine Verteilung des Brechungsindex eine Form, wie sie in Figur 3 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Wenn also die Abmessungen des Brenners, die Zusammensetzung des Rohmaterials und die Zuführgeschwindigkeiten in geeigneter Weise ausgewählt werden^ wird es möglich eine im wesentlichen parabelförmige Verteilung des Brechungsindex zu erreichen.

Bei dem obigen Beispiel wird Argon als Trägergas verwendet;, statt dessen können jedoch auch ein anderes inertes Gas, wie z.B. Helium_;/oder Sauerstoff und/oder Stickstoff eingesetzt werden. Außerdem muß nicht Argon als Gas verwendet werden, das von der Düse 13 zugeführt wird, um die Ablagerung der Glasteilchen auf dem Brenner zu verhindern, sondern statt dessen können auch Stickstoff oder Helium eingesetzt werden. Bei dem gasförmigen Dotierungsmittel, das von der Düse 11 zugeführt wird, muß es sich nicht um GeCl., oder PoCl, handeln; statt dessen können auch wenigstens eine Halogen-Verbindung oder eine Sauerstoff-Verbindung von Germanium, Phosphor, Titan und Gallium eingesetzt werden. Und schließlich muß es sich bei dom gasförmigen Dotierungsmittel, das von der Düse 12

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zugeführt wird, nicht um BBr, handeln; statt dessen kann auch ein Gas eingesetzt werden, das Bor oder Fluor enthält , beispielsweise wenigstens eine der Substanzen BCl.,,:'; SiF₄, CF₄ und CCl₂F₂-

Bei der obigen Beschreibung wird SiCl. als Rohglasmaterial verwendet, um SiO₂ zu synthetisieren; dieses Material kann jedoch durch gasförmiges Monosilan (SiH₄) oder gasförmige Silan-Halogenide, wie beispielsweise SiHCl,, ersetzt werden. Entflammbare Gase, die Wasserstoff enthalten, wie beispiels- weise CH₃ und C₂H₅, können auch statt des Wasserstoffgases für die Verbrennung .eingesetzt werden« Im Prinzip ist es nicht erforderlich, das Ausgangsteil zu drehen; für die Praxis wird es jedoch empfohlen, das Ausgangsteil zu drehen, um dadurch etwaige Umfangs-Ungleichmäßigkeiten der Schichten bzw. des Laminates zu vermeiden, die durch die Exzentrizität der Brennerdüsen oder durch Flackern der Flammen verursacht werden könnte.

Bei der obigen Ausführungsform weist der Brenner zwei Düsen auf, aus denen Rohglasmaterialien ausgestoßen werden; die-;.^: ser Brenner kann jedoch durch einen Brenner mit drei odermehr dieser Düsen oder Rohre ersetzt werden. Die Konzentrationen der Dotierungsmittel müssen nur in der Weise ausgelegt werden, daß sich der Brechungsindex allmählich von der mittleren Düse zu der am weitesten außen liegenden Düse verringert. Wenn außerdem ein Rohling mit stufenförmiger Verteilung des Brechungsindex hergestellt werden soll, so muß nur jede Mischung zwischen dem ersten und zweiten, gasförmigen ,Rohglasmaterial verhindert werden; dies kann beispielsweise erreicht werden, indem das zweite Gas durch die dritte Düse 13 und das inerte Gas durch die zweite Düse 12 zugeführt wird, um die beiden Gas zu trennen.

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Die so hergestellte, rußförmige Glasstange wird in einem Ofen erhitzt, um sie transparent zu machen. Die Erhitzungstemperatur beträgt nach einer bevorzugten Ausführungsform 1400⁰C bis 1600⁰C. Aus folgendem Grund werden zwei Schritte verwendet, um die rußähnliche Glasstange auszubilden und sie zu sintern, wodurch sie transparent wird, statt die transparente Glasstange direkt aus dem Rohglas herzustellen: Bei der Laminierung der feinen Glasteilchen wird die Temperatur so stark erhöht, daß das Glas transparent wird; gleichzeitig verflüchtigt sich jedoch das Dotie-ΐ rungsmittel. Auf diese Tatsache wird in der amerikanischen Patentanmeldung Serial No. 321.109 hingewiesen. Bei dem obigen Beispiel wird das Glas durch Flamraenhydrolyse synthetisiert, weil die Glasausbeute bei diesem Verfahren besser ist als bei den anderen Oxydationsverfahren.

Konkrete Beispiele dieses Verfahrens und ihre Ergebnisse werden im folgenden beschrieben, wobei die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorrichtung verwendet wird.

Die SiCl., GeCl. und POCl_-Gase werden von der Düse 11 zugeführt, während die SiCl₃ und BBr₃-GaSe von der Düse-12 zugeführt werden; dabei wird Argon als Trägergas verwendet; außerdem wird Argon auch von der Düse 13 zugeführt. Die Strömungsgeschwindigkeiten"der Gase und die Temperaturen der Kammern 41 bis 45 hatten die in den Tabellen 1 bzw. angegebenen Werte.

Tabelle 1 - Geschwindigkeit der Gasströmung

Düse	Düse ·	11	PoCl₃	Düse	Ü	Düse 11	14	°2
Gas	SiCl₄	GeCl₄	40 cc/min	SiCl₄	BBr₃	Ar	H2	5 J/min
GasstrÖ- mungsge- schwindigk	120 cc/min	60 cc/min	30 cc/min	30 cc/min	1 Λ/min	4 .6/min

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Tabelle 2 - Temperatur der Kammer

	41	42	43	44	45
Kammer	35	40	50	35	50
Temperatur °C

Unter den beschriebenen Bedingungen wurde eine rußähnliche Glasstange 2 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 70 mm/h aufgezogen; nach 3 Stunden wurde eine Stange . erhalten, die einen Durchmesser von 50 mm und eine Länge von 200 mm hatte. Eine transparente Glasstange mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 100 mm wurde dann durch Sinterung der rußähnlichen Glasstange bei einer Temperatur von ungefähr 145O°C hergestellt. Die tatsächlich gemessenen Werte des Brechungsindex dieser Stange in radialer Richtung sind in Figur 4 aufgetragen, wobei man dieser Kurve entnehmen kann, daß es sich näherungsweise um eine Parabel handelt« Dieser Rohling wurde zu einer Faser mit einer Länge von 2 km gezogen, deren Übertragungskennlinien gemessen wurden» Der Übertragungsverlust als Funktion der Wellenlänge ist in Figur 5 aufgetragen. Der Dämpfungswert bei einer Wellenlänge von Ο,85 pm war sehr gering - 3*2 dB/km. Die Dämpfung der Grundbandfrequenz pro km ist in Figur 6 aufgetragen!. Die Frequenz, bei welcher der Übertragungsverlust um 6 dB verringert ist, beträgt 1,100 MHz, so daß diese Faser ein sehr breites Frequenzband hat.

Zum Vergleich wurde unter Verwendung von zwei Brennern, wie es in der amerikanischen Patentanmeldung Serial No.

805 893 beschrieben ist, eine rußähnliche Glasstange hergestellt und zu einer Faser gezogen. In diesem Fall lag das Übertragungsband in der Größenordnung von 100 MHz/km/

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betrug also weniger als ein Zehntel der Übertragungsbandbreite, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht wird.

Da die Zahl der Gasarten, die zugeführt werden müssen, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verringert werden kann, läßt sich der Betrieb der Vorrichtung leich t steuern, so daß sich mit hoher Reproduzierbarkeit eine Faser mit ausgezeichneten Eigenschaften ergibt.

Mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann also der Lichtfortpflanzungsbereich einer optischen Faser hergestellt werden. Der diesen Bereich umgebende, zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit oder als Schutz dienende Mantel, in dem die Lichtfortpflanzung nicht durchgeführt wird, kann unter Verwendung eines zusätzlichen Brenners oder durch Einführung der Faser in einen kreisförmigen Zylinder oder ein Rohr ausgebildet werden.

- Patentansprüche -

0 9 8 0 Β / 1 0 1 7

Claims

PATENTAMWÄLTE A. GRÜNECKER

DtPL-ING.

H. KINKELDEY

DRING.

W. STOCKMAIR

Da-ING. · AeE (CALTEO*

K. SCHUMANN

Dft RER. NAT. - DlPL-PHVS

P. H. JAKOB

D(PL-UNXa.

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIM1LIANSTRASSE

P 13 017

11. August 1978

Pateritansprüche

(1. Verfahren zur Herstellung eines .Glasformlings bzw. Glas-Rohlings mit zylindrischem Querschnitt, aus dem eine optische Kommunikationsfaser gezogen werden kann, dadurch gekennze ich net, daß wenigstens ein erstes und zweites, gasförmiges Rohglasmaterial mit einer ersten und zweiten, unterschiedlichen Konzentration an Dotierungsmittel durch wenigstens eine erste und zweite konzentrische Düse CIl* 12) eines Brenners CD mit mehreren Spitzen und mit einer konzentrischen Düsenanordnung zugeführt wird» die mehrere, konzentrische Düsen einschließlich der ersten und zweiten Düsen enthält, daß ein entflammbares, Wasserstoff und Sauerstoff enthaltendes Gas durch diese konzentrische Düsenanordnung (11 - 15) des Brenners(1) zugeführt wird, wobei durch Flammenhydrolyse mittels Verbrennung des entflammbaren Gases rußähnliche Glasteilchen in der Nähe der Brennerspitze synthetisiert werden, daß die rußähnlichen Glasteilchen auf einem rotierenden Ausgangsteil (3) abgelagert werden, daß dieses Ausgangsteil (3) von der Brennerspitze abgezogen wird, um einen im wesentlichen konstanten Abstand zxvischen ihnen aufrecht zu erhalten, wobei eine rußähnliche Glasstange mit kreisförmigem Quer-

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TELEFON (OS9) 222363 TELEX O5-293BO TELEQHaMME MONAF¹AT TELEKOPIEHER

ir*- ,

ORIGINAL INSPECTED

schnitt mit vorher bestimmte, radialer Verteilung der Konzentration des Do.tierungsmittels wächst, und daß diese rußähnliche Glasstange erhitzt wird, wodurch ein transparenter Glas-Rohling mit vorher bestimmter--, radialer-Verteilung des Brechungsindex entsteht..

2„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Düse eine zentrale, rohrförmige Düse (11) und eine diese umgebende_} ringförmige Düse C12) sind, daß das erste Dotierungsmittel den Brechungsindex des Glases erhöht, daß das zweite Dotierungsmittel den Brechungsindex des Glases senkt, und daß die vorher bestimmte, radiale Verteilung des Brechungsindex parabelförmig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein inertes Gas durch eine dritte, konzentrische Düse C13) des Brenners CO zugeführt wird, die zwischen der zweiten Düse (12) und der äußeren Düsenanordnung (14, 15) angeordnet ist, wodurch das inerte Gas eine ringförmige Abschirmung bildet, um die Ablagerung der Glasteilchen auf dem Brenner (1) zu verhindern.

4» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite, gasförmige Rohglasmaterial durch ein Trägergas transportiert werden, das aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Argon, Helium, Sauerstoff und Stickstoff enthält.

5.' Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Düsenanordnung vierte und fünfte konzentrische Düsen (14, 15) enthält, durch die Wasserstoff bzw. Sauerstoff zugeführt werden.

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6. Verfahren zur Herstellung einer optischen Kommunikationsfaser aus einem Rohling, der mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gefertigt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die rußähnliche .Glasstange in einer Atmosphäre bei einer Temperatur von 1400⁰C bis 1600⁰C erhitzt wird, um sie transparent zu machen, und daß der geschmolzene Rohling zu einer kontinuierlichen, langgestreckten Faser gezogen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Mehrspitzen-Brenner (1) mit einer zentralen, rohrförmigen Düse (11) und mehreren, diese Düse umgebenden, konzentrischen Düsen (12, 13, 14, 15), durch eine als Ausgangsteil dienende Stange (3), die axial mit dem Brenner (1) ausgerichtet ist, durch eine Einrichtung zur Drehung der Stange, und durch eine Einrichtung, um die Stange (3) axial von dem Brenner (1) weg zu bewegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen weiteren Brenner zum Aufbringen eines Flächengebildes auf den Glasrohling.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einführung des Glasrohlings in ein kreisförmiges Rohr.

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