DE2850493B2

DE2850493B2 - Verfahren und Vorrichtung zur stetigen Herstellung von optischen Glasfasern

Info

Publication number: DE2850493B2
Application number: DE2850493A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Turin Cocito (Italien)
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1980-05-08
Also published as: NL173385B; SE7811843L; FR2410291A1; CA1112431A; NL7811507A; JPS6132267B2; GB2009140B; SE432418B; IT1091498B; DE2850493A1; US4202679A; ES474480A1; BE872270A; BR7806230A; NL173385C; JPS5477727A; GB2009140A; DE2850493C3; AU4171078A; AU524265B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 zur Durchführung des Verfahrens.

Bekanntlich ist die Technik der Herstellung optischer Fasern zur Verwendune im Fernmeldewesen so weit fortgeschritten, daß Fasern niedriger Dampfung hergestellt werden können, bei deren Verwendung es beispielsweise möglich ist. einen Zwischenverstärkerabstand in der Größenordnung einiger zehn Kilometer zu '» haben, wobei kommerziell erhältliche Bestandteile verwendet werden. Auf diese Weise können Fernleitungen mit Hilfe optischer Fasern verwirklicht werden.

Hierbei ist es erwünscht, daß die Fernleitung eine geringstmögliche Anzahl von Faserabschnitten umfaßt,

^lu um möglichst wenige Verbindungen zu erfordern. Selbst in den einfachsten Fällen ist nämlich das Verbinden der Fasern zeitaufwendig und erfordert zusätzliches Personal, wodurch die Installationskosten erheblich steigen. Außerdem erweist sich in vielen Fällen diese Operation "■ als besonders schwierig oder komplex. Ferner führt jede Verbindung zwischen Fasern unterschiedlicher Charakteristiken, beispielsweise unterschiedlichen Außendurchmessers, unterschiedlicher Arten und Durchmesser des Kerns usw., zu unvermeidlichen Verlusten an den

-" einzelnen Verbindungsstellen, unabhängig von der Qualität dieser Verbindungen.

Aus diesen Gründen ergibt sich das Problem, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung ausfindig zu machen, das es ermöglicht, optische Faserabschnitte zu

-^>r> schaffen, deren Länge mindestens gleich dem maximalen aufgrund der Fascrcharakieristiken zulässigen Zwischenve^stärkerabstand ist.

In dei Literatur sind Verfahren beschrieben worden, die für die stetige Herstellung optsicher Fasern geeignet

w oder an sie anpaßbar sind, beispielsweise das Doppeltiegel-Verfahren oder das Verneuil'sche Verfahren. Diese Verfahren ermöglichen jedoch das Erzielen eines gegebenen Indexprofils nur im Fall von stufigem Indexprofil und führen gelegentlich zu schwer lösbaren

)> Materialverschmutzungsproblcmcn.

Es ist auch ein Verfahren bekannt (DE-OS 2b 05 483). das ein kontinuierliches Verfahren dadurch ermöglicht, daß auf die Stirnfläche einer Glas-Vorform, die auf eine hohe Temperatur aufgeheizt ist, mindestens zwei

■"ι koaxiale Gasströme geleitet werden, die dort miteinander reagieren, und als Reaktionsergebnis Glas entsteht, welches aui' der Vorform aufwächst. Dieses Verfahren ist jedoch hinsichtlich der Einstellung des Brechungsindex beschränkt und ungenau.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu ermöglichen, das. es erlaubt, für jeden beliebigen Querschnitt jedes beliebige Brechungsindexprofil einzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1

^r>o gekennzeichnete Verfahren gelöst, mit dessen Hilfe eine genaue und beliebige Einstellung des Brechungsindex selbst bei unrundem, beispielsweise bandförmigem Faserquerschnitt möglich ist, da der lonenbeschuß präzis gesteuert werden kann.

Vi Sofern die Energie des Ionenstrahl zum Aufschmelzen der Oberseite der Vorform zu schwach ist oder eine zu lange Bestrahlungszeit erfordern würde, kann gemäß Anspruch 2 noch eine zusätzliche Wärmequelle die ergänzende Energie liefern. Die Ansprüche 3 bis 5

ho geben Maßnahmen zur Erleichterung und Vervollkommnung der Verglasung an.

Das Verfahren wird gemäß der Erfindung vorzugsweise mit Hilfe einer Vorrichtung nach Anspruch 6 durchgeführt, wobei der lonengenerator zweckmä-

tr> ßigerweise einer mit hoher lonenmengc und mittlerer Energie ist. Für den Fall einer kreissymmetrischen Faser ist die Maßnahme nach Anspruch 7 zweckmäßig, da hierbei die Stellen plnirher Rrechunpsindiucs auf

konzentrischen Ringen liegen. Hierbei können alternativ der Stab gedreht oder der lonengenerator um den Stab rotiert werden, außerdem kann auch der Ionenstrahl durch elektrische oder magnetische Felder mil entsprechender Wirkung zur Bildung einer Kreis- ^r> bahn abgedeckt werden. Das Ablenkverfahren eignet sich bei entsprechender Steuerung auch für nicht kreissymmetrische Fasern.

Eine mögliche Zwischen-Vorheizkammer zur Vervollständigung der Verglasung vor dem Ausziehen der iu Vorform nach Anspruch 10 kann sich, sofern vorhanden, an die Kammer nach Anspruch 9 für die Wärmebehandlung der Vorform in kontrollierter Atmosphäre anschließen oder auch mit ihr zusammenfallen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ι ί ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Durchführungsform bzw. Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, deren einzige Figur eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt und das j<> erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt im wesentlichen eine Vakuumkammer !,einen Kanal 2, der ein Lager zunächst für eine Anfangsstange 8 und dann für eine Vorform bildet und mit Vorschubeinrichtungen 3 >·> für die fortschreitende Bewegung der Stange 8 in Axialrichtung ausgestattet ist. eine Wärmckam ner 4 und eine Faserziehvorrichtung 5. Die Vakuumkammer 1 ist mit einer Vakuumpumpe 6 ausgestattet und mit einer Verteilvorrichtung 7 zum Verteilen von pulverisierte n in glasartigem oder verglasbarem Material wie z. U. reiner synthetischer Kieselsäure oder Glasmaterial mit niedrigem Erweichungspunkt verbunden. Dieses Material fällt stetig oder unstetig auf die Oberseite der Stange bzw. Vorform 8 und schlägt auf dieser aufeinanderfolgende r> Malcrialschichten nieder. Den Bereich, innerhalb dessen das Material niederfällt, umgibt eine Randbegrenzungsvorrichtung 9, die diesen Bereich dem Querschnitt der Vorform im wesentlichen gleich macht. Beim Weiterschieben der Anfangsstange setzt sich diese dann als die Vorform 8 fort. Die Vorform 8 weist schon die .schließliche Materialzusammensetzung auf.

Innerhalb der Kammer 1 befindet sich ein lonengenerator 10 von bekannter Art, der in das niedergeschlagene Material Ionen implantiert, die zum Erzielen einer Materialdotierung notwendig sind. Diese Dotierung bewirkt bekanntlich die erforderlichen Änderung im Brechungsindex der aus der Vorform 8 erhaltenen Faser. Die Ionenimplantation bewirkt eine mehr oder weniger vollständige Verglasung des niedergeschlagc- w nen Materials in Abhängigkeit von der Energie des vom Generator lOemittierlen Ionenstrahl.

Die Verglasung kann in der Kammer I mit Hilfe eines Elektronenbeschusses ergänzt werden, der von einer innerhalb der Kammer 1 montierten Elektronenquelle i^r> 11 ausgeht, welcher eine Einrichtung zur Erzeugung eines gestrichelt eingezeichneten Magnetfelds 13 zugeordnet ist, das den Elektronenstrahl antreibt und ihn auf der Oberseite der Vorform 8 konzentriert.

Alternativ kann die Verglasung auch in Schritten t>o vervollständigt werden, die sich an das Material-Abladen und die Ionenimplantation anschließen, also in Schritten während der fortlaufenden Bewegung oder auch während des Ziehens zur Faser. Bevor eine völlige Verglasung erhalten wird, kann das Material einer ι,ί thermischen Behandlung in einer geeigneten Gasatmosphäre unterworfen werden, um beispielsweise bestimmte Verbesserungen der Ubcrtru^un^schariiktcristiken der erzeugten optischen Faser zu erzielen, etwa durch einen verringerten Hydroxylgehali oder Oxidation der Reduktion ir-öglicher metallischer Verunreinigungen usw.

Der vom lonengenerator 10 emittierte Strahl ist allgemein in radialer Richtung so abzulenken, daß er eine gewisse gesteuerte Änderung der lonenkonzentration in der Vorform 8 und so Brechungsindexvariationen in der Faser erzeugt. Vorteilhafterweise kann der Strahl auch innerhalb der Kammer 1 rotierend dargestellt werden, so daß bei Bedarf eine hinsichtlich der Achse der Vorform 8 gleichmäßig symmetrische Dotierungsverteilung erhalten wird. Durch Beeinflussen der Steuerungen des Generators 10 kann die Ionenimplantation auch so verändert werden, daß eine axiale Brechungsindexänderung bewirkt wird, wie es speziellen Verwendungen der Faser notwendig sein kann.

Der Kanal 2, der beliebigen Querschnitt haben kann, weist entlang seinen Wänden die Vorschubeinrichtungen 3 auf, die die Axialbewegung der Vorform 8 und des oben auf ihr niedergeschlagenen Materials zu weiteren Wärniebehandlungskanimern oder -zonen und weiterhin zur Wärmekammer 4 bewirken. Die Vorschubeinrichtungen können wie dargestellt aus Rollen oder auch aus Zugsystemen oder anderen geeigneten Systemen bestehen. Zu den weiteren möglichen Kammern oder Behandlungsbereichen gehören wenigstens eine Kammer für eine Wärmebehandlung in kontrollierter Atmosphäre und Vorheizbereieh zum Vervollständigen der Verglasung des Materials der Vorform. Dieser Bereich kann sich an eine Kammer oder an die letzte Kammer für die Wärmebehandlung in gesteuerter Atmosphäre anschließen oder mit ihr zusammenfallen.

Die Wärmekammer 4, von der nur die Außenwände dargestellt sind, kann von bekanntem Aufbau sein oder auch eine nicht vorveröffentlichte im Prioritätsland angemeldete Konstruktion aufweisen (italienische Patentanmeldungen 7OOO5-A/76, 70O06-A/76). In der Wärmekammer 4 wird die Verglasung des niedergeschlagenen Materials, falls erforderlich, verbessert und ist die Temperatur auf eine Höhe justiert, die sich zum Ziehen der Stange zu einer Faser eignet, was mit Hilfe der Faserziehvorrichtung 5 von irgendwelcher bekannten Konstruktion bewirkt wird.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das von der Verteilvorrichtung 7 kommende pulverisierte Material rieselt oben zunächst auf die Anfangsstange und nach einiger Betriebsdauer auf die Vorform 8 und wird mit geeigneten Dotierungsionen so bombardiert, daß die geforderte radiale und axiale Verteilung des Brechungsindex in der entstehenden optischen Faser erzeugt wird. Gegebenenfalls wird es zusätzlich von den von der Elektronenquelle 11 emittierten Elektronen bombardiert, um so eine mehr oder weniger vollkommene Verglasung zu erzielen.

Gleichzeitig wird die Vorform 8, die aus dem aufgebrachten und mehr oder weniger verglasten Material besteht, entlang dem Kanal 2 zut Wärniekammer 4 vorgeschoben und durchquert dabei mögliche Zwischenbehandlungszonen. Die in der Wärmekammer 4 geschmolzene Vorform 8 bildet eine Konusform, die sich zum Ziehen zu einer Faser eignet, und zwar als Folge des von der Faserziehvorrichtung 5 durchgeführten Strecken, wodurch eine Faser mit den geforderten Eigenschaften entsteht. Derjenige Teil, der Faser, der der Anfangsstange entspricht, die zum Ingangsetzen des Verfahrens verwendet wird, wird vor Gebrauch

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur stetigen Herstellung von optischen Glasfasern, bei dem eine kontinuierlich hergestellte, stangenförmige Vorform zu einer optischen Faser nach unten gezogen wird, wobei gleichzeitig auf die Oberseite der Vorform Glasbestandteile und Dotierungsmaterial zur Herstellung eines Brechungsindexprofils aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Vakuum pulverförmiges, glasiges oder verglasbares Material mindestens teilweise durch die Energie eines Ionenstrahl auf der Oberseite der Vorform aufgeschmolzen wird, der aus Ionen des Dotierungsmaterials besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 zusätzliche Wärmt zum Verglasen des Materials durch einen Elektronenstrahl aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform vor dem Ausziehen einer thermischen Behandlung in einer Gasatmophäre unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform durch eine thermische Nachbehandlung voll verglast wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Materialien synthetisches Kieselsäureglas oder Gläser mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Vorrichtung zum Erhitzen der Unterseite der Vorform und einer Faserziehvorrichtung zum Ziehen der Vorform zu einer Faser, gekennzeichnet durch eine Vakuumkammer(l) mit einer Zugabcvorrichtung (7,9) für das pulverförmige Material an der Oberseite und mit einem Kanal (2) an der Unterseile zur Aufnahme und Hinausführung der Vorform, und durch einen lonengenerator(lO).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl des lonengencrators (10) um die Achse der Vorform (8) rotierbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Elektronenquelle (11), deren Strahl durch ein Magnetfeld (13) auf die Oberfläche der Vorform lenkbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Vakuumkammer (1) und der Vorrichtung zum Erhitzen der Unterseite der Vorform eine Kammer für die Wärmebehandlung der Vorform in kontrollierter Atmosphäre befindet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich entlang dem Kanal (2) zwischen der Vakuumkammer (1) und der Vorrichtung zum Erhitzen der Unterseite der Vorform ein Zwischen-Vorheizbereich befindet.