DE2855550A1

DE2855550A1 - Verfahren zur herstellung optischer fasern fuer fernmeldezwecke

Info

Publication number: DE2855550A1
Application number: DE19782855550
Authority: DE
Inventors: Henricus Matheus Jacobus M Ass
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-01-06
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1979-07-12
Also published as: CA1114613A; GB2011881B; SE7900045L; IT7919040A0; US4242117A; DE2855550C2; SE440075B; NL7800157A; AU4299278A; BE873309A; JPS54101924A; FR2415083A1; IT1166558B; GB2011881A; FR2415083B1; AU529474B2

Description

30.8.1978 K PIiN 9015

Verfahren zur Herstellung optischer Fasern für Fernmeldezwecke.

Die Erfindung bezieht sich auf

ei'n Verfahren zur Herstellung q±ischer Fasern und auf die aus diesen Fasern aufgebauten Kabel.

Zur Herstellung derartiger Fasern werden nach einem in der US-PS 3,Jh].h^k beschriebenen Veriahreii zwei Glaszusammensetzungen, die in bezug auf die Art des Kations voneinander verschieden sind, in einem Doppeltiegel mit koaxialen Ausströmungsöffnungen in den Böden eines Innen- und eines Aussentiegels geschmolzen.

Das Kernglas der Faser weist die hi5Iiere und das Mantelglas die niedrigere Brechungszahl auf. Wenn keine Diffusion auftreten würde, würde eine Faser mit einem schrittförmlgen Brechungszahlprofil entstehen. Abhängig von der Temperatur, die in dem Gebiet vorherrscht, in dem die Gläser aneinander grenzen, von der Verweilzeit des Glases in diesel" Zone, von dem Diffusionsverhalten der Kationenbestandteile der beiden Gläser und von ihrem Beitrag zu den Brechungszahlen wird das schrittförmlge Brechnngszahlprofil zu einem abgesttiften Profil ausdiffundieren, Ein der-artig-es Profil ist erwünscht, weil dadurch die Impuls streuung in Mehrmodenf asem herabgesetzt wird. Berechnungen haben gezeigt, dass dieses Profil annulierend parabolisch sein muss, um eine minimale Morlr !-'-■> {.-.■-·· uiiii;¹; /_\\ ei'proi ν .

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens zum Erhalten, eines Faserprofils ist, dass die

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Form des Brechungszahlprofils, das endgültig nach Diffusion erhalten wird, in zu geringem Masse dem gewünschten para-

blischen Verlauf entspricht«, Es ist bekannt, dass die Form eines Pr fils, das durch Diffusion mit einem von der Lage unabhängigen Diffusionskoeffizienten erhalten wird, durch einen sich mit zunehmenden Radius langsam ändernden Konzentrationsabfall (einen sogenannten Diffusionsschweif) gekennzeichnet wird. Es ist zwar möglich, dieProfilfbrm etwas dadurch zu korrigieren, dass man die Diffusion au der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel weiter oder weniger weit fortschrciten lässt, aber der Nachteil der Abweichung von der paralxli sehen Form des Profils, vor allem am Ende, kann dadurch nicht elirainiex't werden. Die einzige Möglichkeit scheint darin zu bestehen, nach einem anderen. Diffusionsverhalten zu suchen, bei dem die Diffusion wegen der Abhängigkeit von Konzentration und/oder Tenvperatur wohl von der Lage abhängig ist und dadurch auf die gewünschte Weise verläuft. Die Glaszusammensetzungen, die für die Herst ellung von FasexTi nach dem Doppeltiegelverfahren verwendet werden, bestehen aus vier oder mehr Bestandteilen

?-° und müssen eine Mehrzahl physikalischer Anforderungen erfüllen, um mit Erfolg zu Fasern verarbeitet werden zu können. Es beansprucht viel Zeit, auf empirischem Wege nach Zusammensetzungen zu suchen, die allen Anforderungen, einschliesslich des gewünschten Diffusionsverhaltens, entsprechen; ausserdem steht der Erfolg einer solchen Suche nicht von vorn herein fest.

Die Erfindung hat die Aufgabe,

•ein Verfahren zu schaffen, nach dem es auf einfache Weise möglich ist, ein in bezug auf das gegenseitige Diffusionsverhalten ungeeignetes Paar von Glaszusammensetzungen derart zu modifizieren, dass ein Paar von Glaszusammensetzungen erhalten wird, das eine derartige gegenseitige Diffusion aufweist, dass annähernd ein parabolischer Verlauf des Brechungszahl profils erzielt wird.

Das Vorführen zur Herstellung

einc'i¹ Glasf a.je.c nrll. c iru-iu ,.:!^..;:uu; I uü iJr'ochujj.gsKalilpi'-ofil mittels eines Diffusionsvorgruigs zwischen einem Paar von Zusauimensetzungoii (einer "Kerngias-- und einer- Wanfcolglaszu-

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sainmensetzung) , wobei diese Zusammensetzungen in bezug auf die Art des Kations voneinander verschieden sind, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Kernzusammensetzung eine derartige Konzentration des Kations der Mantelzusammensetzung zugesetzt wird, dass infolge des dadurch abgeänderten gegenseitigen Diffusionsverhaltens der beiden Alkaliionen der parabolische Verlauf des BrechungS!- zahlprof ils^^mö glich st gut angenähert wird.

Die Erfindung benutzt den an sich bekannten sogenannten "mixed alkali"-Effekt, der z.B. in einem Aufsatz von J.P. Lacharme mit dem Titel "Mecaiiisme de diffusion des ions Na et K dans les verres raixtes de silicates" in "Silicates industriels" 1976-3, S. 169 beschrieben ist. Xn einem gemischten Alkali-Silikatglas sind, wie gefunden wurde, die Diffusionskonstanten beweglicher Na — .und K — Ionen von dem Konzentrationsverhältnis der Alkaliionen abhängig.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand-*der Figuren 1 , 2 und 3 der Zeichnung näher erläutert Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, in der log D (D = die Diffusionskonstante) und η- (die Brechungszahl für Licht der Yellenlänge, die der D-Linie in dem Na-Spektrum entspricht) als Funktion von χ einer Reihe alkalihaltiger Gläser aufgetragen sind, von denen die Fraktion χ KpO und (i-x) Na„0 ist.

Für Xonenaustauschvorgänge,

wie die Diffusion, die in dem Doppeltiegelverfahren auftritt, sind die fett gezeichneten Teile der Geraden entscheidend. Das Ion mit der kleinsten Beweglichkeit bildet den begrenzenden Faktor.

Das Kern-Mantel-Gebilde mit

beliebig gewählten Zusammensetzungen A und C weist einen gegenseitigen Brechungszahlunterschied Δ H₁ auf. Da währexl des Diffusionsvorgangs die Elektroneutralität aufrechter-

^j5 halten werden muss, gilt, dass für jedes Na -Ion, das von dem IvGj.iT. her die Grenzfläcbo überselix-eitet, ein K -Ion aus dem Mantel in e/itgegengesetzter Richtung durch die Grenzfläche in den Kern hineindiffundieren muss. Die hat u.a.

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zur Folge, dass die Zusammensetzung an derGrenzflache annähernd in dex- Mitte zwischen den Zusammensetzungen des Kern- und des Mantelglases liegt (Zusammensetzung G..). Die Eindringtiefe, die die K -Ionen in das Na -reiche Kemglas nach einer gewissen Diffusionszeit erreicht haben, . wird grösstenteils durch den Wert von D„, d.h. die Diffusionskonstante für die K -Ionen in der Zusammensetzung A_} bestimmt ο Die K -Ionen durchlaufen auf ihrem Wege durch die Grenzfläche zu ihrer endgültigen Lage zwar alle Zusammen-

^⁰ Setzungen, die zwischen G₁ und A liegen, aber die Schicht mit der Zusammensetzung A bildet den grössten Diffusionswider stand und ihr Einfluss wird daher vorherrschend sein. Aus ähnlichen Gründen wird die Eindringtiefe der Na -Ionen in den Mantel im wesent3.ich.en durch den Wert von D_>T in der

Na

Zusammensetzung C bestimmt*

Aus Fig. 1 lässt sich ablesen,

dass D,, in der Zusammensetzung A erheblich kleiner als D^. in der Zusammensetzung C ist, ras bedeutet, dass K in den Kern träger eindringt als Na in den Mantel. Dies hat zur Folge, dass ein asymmetrisches Brechungszahlpwofil mit einer verhältnismässig scharfen Spitze im Kern und mit langen Schweifen im Mantel erhalten wird (Fig. 2). Das Profil weicht sehr stark von einem parabolischen Profil ab.

Für das Paar von Zusammensetzungen B, E (B für das Kernglas und Efür das Mantelglas), zwischen denen ein Brechungszahlunterschiecl Δη besteht, werden die Eindringtiefen in den Kern und den Mantel durch D_K in B bzw. D^. in E bestimmt. Der Wert von D„ ist nun erheblich grosser als der von D geworden, wodurch ein Brechungszahlprofil mit einer stärker abgerundeten Spitze und nur einem kurzen Schweif in dem Mantel erhalten wird. Dies ergibt eine sehr gute Annäherung an ein parabolisches Profil. Das Brechungszahlprofil zwischen dem Kern™ und dem Mantelglas ist nahezu dasselbe ( /Vn₁ rsj V), Die Zu-

sammensetzung an der Grenzfläche ist in diesem Falle G„.

JJi-ji. 'Hx -cLuM^szahlxDro^il nach

Fig. 2 wird mit z.B. dem folgenden Paar von Zusammensetzungen (Angaben in Mol. $) erhalten :

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30.8.1978	Kern	Yc
	43.95	Mantel
SiO_?	• 29	48,45
GeO_?	2	28,5
Al₂O₃	10	—
CaO	15	8
Na₂O	—,	—
^K2°	0,05	15
As₂O₃	0,05

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Das Profil nach Fig. 3 wii^d mit dem folgenden Paar von Zusammensetzungen (angaben in Mol %]

erhalten:

SiO₂	43	,95	48	,45
GeO₂	'· 29		28	,5
Al₂O₃	2		—
CaO	10		8
Na₂O	14		__.
κ₂ο	1		15
As₂O₃	0	,05	0	,05 ·

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE?

/ 1·, ' Verfahren zur Herstellung einer

VJäiasfaser mit einem abgestuften Brechungszahlprofil mittels eines Diffusionsvorgangs zwischen einem Paar von Zusammensetzungen (einer Kernglas- und einer Mantelglaszusarnmenset-ZUiLg) , wobei diese Zusammensetzungen in bezug auf die Art des Kations voneinander verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernzusainmensetzung eine derartige Konzentration des Kations der Mantel/.usaramensetzung zugesetzt wird, dass infolge des dadurch abgeänderten gegenseitigen Diffusionsverhal~ tens der beiden Alkaliionen der parabolische Verlauf des Brechungszahlprofils möglichst gut angenähert wird.
2. Faser mit einem abgestuften

Brechungszahlprofil, die durch das Verfahren nach Anspruch 1, hergestellt ist.

3· Kabel, das aus Fasern nach Anspruch 2 aufgebaut ist.

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