DE2906070C2

DE2906070C2 - Verfahren zum Herstellen von optischen Wellenleitern

Info

Publication number: DE2906070C2
Application number: DE2906070A
Authority: DE
Inventors: Alan Curtis Horseheads N.Y. Bailey
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1983-10-06
Also published as: FR2417477A1; AT384417B; ATA116679A; GB2014558A; US4157906A; GB2014558B; IT1110639B; IT7920008A0; JPS54134136A; DE2906070A1; JPS5814370B2; CA1126066A; NL7901311A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 27 31 502 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Faser aus einem festen Glasrohling gebildet.

Aus der DE-OS 23 13 276 ist ein Verfahren zur Herstellung von Glas bekannt, bei dem ein poröser Körper aus zwei Glasrußschichten gleichzeitig gesintert wird. Ferner ist es hieraus bekannt, einen konsolidierten Körper mit einer Glasrußschicht zu überziehen und anschließend einen optischen Wellenleiter zu ziehen.

Ferner ist es bekannt, daß sich in einem durchsichtigen fadenförmigen Körper, dessen Brechungsindex größer als derjenige seiner Umgebung ist, Licht fortpflanzen kann. Daher werden bereits ummantelte Fäden aus glasartigem Materia! zur Übertragung von Licht über relativ kurze Screcken verwendet Die numerische Apertur solcher Fäden, die ein Maß für die Fähigkeit der Fäden zur Lichtbündelung darstellt, ist näherungsweise gegeben durch

NA =■

wobei η der Mittelwert des Brechungsindex von Kern und Mantel ist, welche mit /I₁ bzw. n₂ bezeichnet werden, während A von der Differenz der Brechungsindizes von Kern und Mantel abhängt und gegeben ist durch

A = (n]-n\)l2n\

Bei den bisher üblichen optischen Fäden ist der Wert Δ ziemlich groß, so daß auch die numerische Aperatur NA groß ist und diese Fäden daher einen relativ großen Anteil des von einer Lichtquelle emittierten Lichtes aufnehmen können.

Als optische Wellenleiter werden dünne optische Fäden oder Fasern mit geringen Verlusten bezeichnet, die in neuerer Zeit für optische Übertragungssysteme mit hoher Übertragungskapazität entwickelt worden sind, ^uch für optische Wellenleiter ist eine große numerische Aperatur vorteilhaft, damit sie große Lichtmengen von einer angekoppelten Lichtquelle aufnehmen können. Häufig sind zahlreiche optische Wellenleiter zu Kabeln oder Bündeln zusammengefaßt, damit für den Fall eines Faserbruches eine Redundanz gegeben ist und damit größere Lichtmengen von der angekoppelten Lichtquellen übertragen werden können. Die Dämpfung γ. die auf willkürliche Faserbiegungen bei der Kabelherstellung zurückgeht, ist gegeben durch

worin c und ρ Parameter sind, welche sich auf die Geometrie der willkürlichen Biegungen und auf den Brechungsindex beziehen, während α den Kernradius bedeutet. Die Gleichung (2) läßt erkennen, daß die Dämpfung γ unter anderem durch Vergrößerung von Δ herabgesetzt werden kann, also jener Größe, deren Zunahme gemäß Formel (I) zu einer Vergrößerung der numerischen Apertur NA führt.

Die strengen Anforderungen, die an das Übertragungsmedium in optischen Übertragungssystemen gestellt werden müssen, haben die Anwendung der üblichen Techniken zur Herstellung von optischen Glasfäden ausgeschlossen, weil die dabei anfallenden Fäden sowohl infolge von Lichtstreuung als auch infolge einer Absorption durch unvermeidbare Verunreinigungen eine zu starke Dämpfung aufweisen. Es mußten deshalb besondere Techniken zur Herstellung von sehr bo reinen Glaskörpern in Fadenform entwickelt werden. Verschiedene dieser Verfahren, bei denen eine Flammhydrolyse Anwendung findet, sind in den US-PSen Re 28.029, 37 11 262, 33 37 293, 38 23 995 und 38 26 560 beschrieben, wobei sich die beiden letzteren Patentes schriften auf die Herstellung von Wellenleitern mit Indexgradienten beziehen. Bei einer Ausführungsform des Flammhydrolyseverfahrens, die nachfolgend als »herkömmliches Verfahren« bezeichnet wird, werden

Dämpfe von mehreren ausgewählten Stoffen in vorgegebenen Anteilen in ein gasförmiges Medium eingeführt und in einer Flamme oxydiert, wobei ein von Glasteilchen mit bestimmter Zusammensetzung gebildeter Ruß entsteht. Dieser Ruß wird an der Oberfläche eines rotierenden zylindrischen Domes oder sonstigen Ausgangskörpern niedergeschlagen. Nach dem Niederschlagen einer Schicht von Glasteilchen, die später den Wellenleiterkern bildet, wird die Zusammensetzung des Rußes geändert, um eine zweite Schicht aus Glasteilchen für den Wellenleitermantel zu bilden.

Nach dem Aufbringen der beiden Schichten aus Glasteilchen auf den Dorn wird ein ziemlich zeitraubendes Verfahren angewendet, um aus diesen Schichten einen Rohling herzustellen, aus dem durch einen Ziehvorgang optische Wellenleiterfäden hergestellt werden können. Der Schichtenkörper wird vom Dorn ebgenommen, und in ein Ende seiner dadurch freigelegten Öffnung wird ein Haltedraht eingeführt. An diesem Haltedraht wird der Schichtenkörpr- in einen Konsolidierungsofen eingebracht, in dem die Glasteilchen zusammensintern, um einen von Teilchengrenzen befreiten Hohlkörper zu bilden. Sodann wird der Haltedraht entfernt und die Innenwand der öffnung des Hohlkörpers mit Fluorwasserstoffsäure geätzt. Der Hohlkörper wird sodann noch auf angelagerte Fremdkörper untersucht, gereinigt, und mit einer Flamme bearbeitet, um an einem Endteil eine Einschnürung auszubilden und den anderen Endteil konisch zu verjüngen. Der so erhaltene Rohling wird sodann mit dem eingeschnürten Endteil in einen Halter eingesetzt, nochmals geätzt, gespült und getrocknet. Hierauf wird der Rohling in einen Ziehofen eingebracht, in dem er auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher sein Material für einen Ziehvorgang hinreichend viskos ist, und sodann wird der Rohling einem Ziehvorgang unterworfen, um seinen Durchmesser zu vermindern, bis die Innenwände des Hohlkörpers zusammenbrechen. Durch weiteres Ziehen wird hiernach der Durchmesser des Körpers so weit vermindert, daß ein fadenförmiger optischer Wellenleiter mit den gewünschten Abmessungen entsteht. Die große Anzahl von Verfahrensschritten, die für die Zubereitung des Rohlings für den Ziehvorgang erforderlich ist, macht die beschriebene Verfahrensweise sowohl umständlich als auch kostspielig·

Die Werte von Δ und damit der numerischen Apertur NA sind bisher bei optischen Wellenleitern aus mehreren Gründen relativ niedrig gehalten worden. Der Mantel von optischen Wellenleitern, die geringe Dämpfung haben, wurde üblicherweise aus sehr reinem Glas, meist aus Schmelzkieselsäure, hergestellt, und der Kern wurde aus dem gleichen Glas hohen Reinheitsgrades unter Zusatz einer hinreichenden Menje eines Dotiermaterials hergestellt, um den Brechungsindex des Kernes gegenüber dem des Mantels zu erhöhen. Die numerische Apertur solcher optischer Wellenleiter war jedoch relativ niedrig, weil dem Kern nur eine begrenzte Menge an Dotiermaterial einverleibt werden konnte, um eine hinreichende Übereinstimmung einiger für das Verfahren wichtiger Eigenschaften des Kernes und des Mantels, wie insbesondere des Wärmedehnungskoeffizienten und der Erweichungstemperatur, zu gewährleisten.

Es sei beispielsweise der Versuch betrachtet, nach dem herkömmlichen Flammhydrolyseverfahren unter Beibehaltung der vom Dorn herrührenden Öffnung in einem Rohling aus mit GeCS dotiertem SiO₂ einen optischen Wellenleiter herzustellen. Dabei sei angenommen, daß die numerische Apertur des Wellenleiters im Hinblick auf die zur Verwendung kommende Lichtquelle und auf die Biegungen, denen der Wellenleiter unterworfen wird, den Wert 0,24 haben soll. Bei Kenntnis des zu verwendenden Mantelmaterials ist auch der Brechungsindex n₂ des Mantels bekannt Wenn beispielsweise für den Mantel mit B₂O₃ dotiertes SiO₂ verwendet wird, so kann n₂ mit etwa 1,458, entsprechend dem Brechungsindex von Schmelzkieselsäure, angenommen werden. Unter Benutzung der bekannten Beziehung für NA ergibt sich dann der Brechungsindex /?i des Kernes mit 1,477. Daraus kann wieder abgeleitet werden, daß das Kernglas aus etwa 23 Gew.-% GeO2 bestehen soll, um ein binäres GeO₂-SiO₂-GIaS mit dem Brechungsindex von 1,477 zu erhalten. Der Wärmeausdehnungskoeffizient eines solchen Kernglases beträgt etwa 15 ■ ΙΟ-^{7 0}C. In Verbindung mit einem 23 Gew.-% GeÖ2 enthaltenden Kernglas sollte nicht ein Mantel aus reinem SiCh verwendet werden, weil die große Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kern und Mantel es kaum zulassen würde, die aus dem Ruß niedergeschlagenen Glasteilchen zu konsolidieren, ohne daß dabei ein Bruch auftritt. Aus diesem Grunde kann beispielsweise ein Mantel aus Borsilikat mit einem dem Kern ungefähr angepaßten Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt werden. Ein Mantelglas von 12 Gew.-% B₂O₃ und 88 Gew.-°/o SiO₂ hut (von 25 bis 700°C) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 12 ■ 10-VC; die Differenz von 3 · 10-⁷/°C gegenüber dem Kernglas kann toleriert werden. Bei der angegebenen Kombination von Kern- und Mantelglas betragen die Erweichungspunkte für den Kern und den Mantel etwa 1630⁰C bzw. 14!0⁰C.

Die Differenz von 220⁰C der Erweichungstemperaturen von Kern- und Mantelglas führt zu erheblichen Schwierigkeiten beim Ziehen eines Fadens. Da der Kern eine viel höhere Erweichungstemperatur hat als das Mantelglas, ist die Mittelöffnung im Rohling während

«0 des Ziehens eines Fadens schwer zu schließen, und aus diesem Grunde schwankt das Verhältnis von Kerndurchmesser zu Außendurchmesser des erhaltenen Fadens. Um diese Schwierigkeriten zu vermeiden, sollte die Erweichungstemperatur des Kernmaterials ungefähr gleich der Erweichungstemperatur des Mantelmaterials oder etwas niedriger als diese sein. Eine bekannte Maßnahme zum Herabsetzen der Erweichungstemperatur des Kernmaterials besteht in einem Zusatz von B₂O₃ zum Kernglas. Ein Zusatz von B₂O₃ vermindert jedoch

'I' etwas den Brechungsindex des Kernglases und erhöht dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Um den erhöhten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kernglases anzupassen, muß dem Mantelglas mehr B₂O₃ zugesetzt werden, wodurch wieder eine Vergrößerung der Unterschiede der Erweichungstemperaturen verursacht wird. Aus diesem Grunde mußte die GeO₂-Menge im Kernmaterial auf einen Wert begrenzt werden, der eine Konsolidierung der niedergeschlagenen Glasteilchen ohne übermäßige Bruchgefahr ermöglichte, was wieder zur Folge hatte, daß die gewünschten hohen Werte der numerischen Apertur NA nicht erzielt werden konnten.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen von optisehen Wellenleitern zu schaffen, bei dem die den bekannten Verfahren innewohnenden Schwierigkeiten vermieden werden und das insbesondere die Herstellung von optischen Wellenleitern mit großer numeri-

scher Apertur ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Kennzeichnungsteil des Hauptanspruchs angegeben; durch die Merkmale der Unteransprüche wird die Erfindung weiter ausgestaltet.

Bei dem Verfahren wird eine zweite Schicht aus Glasteilchen enthaltendem Ruß auf eine erste Schicht auf einen Dorn aufgebracht, wobei der Brechungsindex der zweiten Schicht kleiner gewählt ist als der der ersten Schicht. Während dieser zusammengesetzte Rohling konsolidiert wird, wird von ihm ein optischer Wellenleiterfaden mit vollem Querschnitt abgezogen.

Bevorzugte Ausfiihrungsformen des Verfahrens werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. i und 2 das Aufbringen einer ersten und einer zweiten Schicht aus einem Glasteilchen enthaltenden Ruß auf einen Dorn, und

F i g. 3 im Längsschnitt einen Ziehofen, in dem der Glasfaden von dem Rohling abgezogen wird.

Die Zeichnungen sind nur schematisch gehalten und nicht maßstabsgerecht. Ferner sei vorausgeschickt, daß das Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern angewendet werden kann, die nur in einem einzigen Wellenmodus betrieben werden, als auch zur Herstellung von sogenannten Multimoden-Wellenleitern. Ferner können danach Wellenleiter hergestellt werden, deren Kern einen konstanten Brechungsindex aufweist, aber auch solche mit einem Brechungsindexgradienten. Im Falle von Wellenleitern mit Brechungsindexgradienten kann der Mantel durch den äußeren Teil des Kerns gebildet werden oder es kann sich hierbei um eine zusätzliche Schicht handeln, deren Brechungsindex kleiner ist als der des angrenzenden Kernmateriais. und zwar um einen solchen Betrag, daß sich an der Zwischenfläche von Mantel und Kern eine sprunghafte Änderung des Brechungsindexes ergibt.

Rohlinge, die sich für die Herstellung von optischen Wellenleitern der beschriebenen Art eignen, werden nach den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Verfahren hergestellt. Mit Hilfe eines Flammhydrolyse-Brenners 14 wird ein Glasteilchen enthaltender Ruß erzeugt, und aus diesem wird auf einen zylindrischen Dorn 12 eine Schicht iO aus Glasteilchen niedergeschlagen. Dem Brenner 14 werden von einer nicht dargestellten Quelle Brenngas und Sauerstoff oder Luft zugeführt. Dieses Gasgemisch wird verbrannt, um eine Flamme 16 zu erzeugen, die aus dem Brenner 14 austritt. In dieser Flamme 16 wird ein Gas-Dampf-Gemisch oxydiert, um Giasruß zu bilden, der die Flamme in Form einer Strömung 18 verläßt, welche gegen den Dorn 12 gerichtet wird. Das Fiammhydroiyseverfahren zur Herstellung von Überzügen aus einem Glasteilchen enthaltenden Ruß auf zylindrischen Dornen ist genauer in den berteits erwähnten US-PSen Re 28.029 und 38 23 995 beschrieben. Der Dorn 12 wird von einem Halter 20 abgestützt und - wie in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet — in Drehung versetzt und axial verschoben, um eine gleichmäßige Ablagerung der Glasteilchen aus dem Ruß zu ermöglichen. Diese Verfahrensweise kann auch angewendet werden, um Wellenleiter mit abgestuftem Brechungsindex oder mit einem stetigen Brechungsindexgradienten zu erzeugen.

Gemäß Fig. 2 wird über der ersten Schicht 10 eine zweite Schicht 22 aus Glasruß niedergeschlagen. In bekannter Weise wird dabei der Brechungsindex der Schicht 22 kleiner als jener der Schicht 10 gemacht, indem die Zusammensetzung des Rußes 24, der in der Flamme 16 erzeugt wird, geändert wird. Zu diesem Zweck kann entweder die Konzentration oder die Art des Dotiermaterials geändert werden, das der Flamme zugeführt wird, oder auch das Dotiermaterial weggelassen werden. Der Dorn 12 wird wieder in Drehung versetzt und axial verschoben, um eine gleichmäßige Ablagerung des Rußes in Form einer Schicht 22 zu gewährleisten, worauf der erhaltene, aus den beiden Schichten 10 und 22 bestehende Körper als Rohling für U) die Herstellung eines optischen Wellenleiters durch Ziehen verwendet wird.

Bei der Herstellung von optischen Wellenleitern sollen für den Kern und den Mantel Gläser mit möglichst geringer Lichtdämpfung verwendet werden; obgleich sich hierfür alle optischen Glassorten eignen, kommt vor aiiem Schmeizkieseisäure in Betracht. Aus verschiedenen, hauptsächlich die Struktur betreffenden Überlegungen, ist es erwünscht, für den Kern und den Mantel Gläser zu verwenden, die ähnliche physikalische Eigenschaften haben. Da das Kernglas einen größeren Brechungsindex haben muß als das Mantelglas, wird hierfür vorzugsweise dieselbe Glassorte wie für den Mantel, aber dotiert mit einer kleinen Menge eines anderen Materials, verwendet, welcher den Brechungsindex des Glases etwas erhöht. Wenn beispielsweise als Mantelglas reine Schmelzkieselsäure verwendet wird, kann als Kernglas Schmelzkieselsäure mit einer den Brechungsindex erhöhenden Dotierung verwendet werden.

i·¹ Als den Brechungsindex von Schmelzkieselsäure erhöhende Dotierungen können zahlreiche Stoffe für sich allein oder in Kombination mit anderen verwendet werden. Hierzu gehören Titanoxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Phosphoroxid und Germa-3") niumoxid. In Verbindung mit einem mit Germaniumoxid dotierten Kern aus Schmelzkieselsäure wird vorzugsweise eine Mantelschicht aus Schmelzkieselsäure verwendet, die mit Boroxid dotiert ist, wodurch einerseits der Brechungsindex gegenüber reiner Schmelzkieselsäure etwas erniedrigt, und andererseits der Wärmeausdehnungskoeffizient gegenüber reiner Schmeizkieseisäure etwas erhöht wird, so daß sich eine bessere Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kern und Mantel ergibt.

'*'' Bisher ist der Dorn üblicherweise vor dem Konsolidieren des Rohlings entfernt worden, worauf in die freigelegte Mittelöffnung des Rohlings ein Haltedraht eingeführt wurde, mit dessen Hilfe der Rohling in einen Ofen eingebracht werden konnte, in dem er für eine >" hinreichend lange Zeit auf Konsolidierungstemperatur erhitzt wurde, um ein Zusammensintern der aus dem Ruß niedergeschlagenen Giasteiichen zu bewirken und so einen von Teilchengrenzen freien Glaskörper zu erhalten. Der so erhaltene Glaskörper wurde sodann >> den bereits einleitend beschriebenen Verfahrensschritten unterworfen, um aus ihm einen fadenförmigen optischen Wellenleiter herzustellen.

Wegen der im Kernbereich zur Erhöhung des Brechungsindex zugesetzten Dotierung ist der Wärme- >(' ausdehungskoeffizient dieses Bereiches größer ais der im Mantelbereich. Wenn sich der Rohling nach dem Konsolidieren abkühlt, wird daher sein mittlerer Bereich in einen Zugspannungszustand versetzt. Die Öffnung in der Mitte des Rohlings, die nach dem '5 Entfernen des Domes verblieben ist, weist in diesem Zugspannungsbereich eine freie Oberfläche auf, an der leicht Brüche auftreten. Die Notwendigkeit, den Wärmeausdehnungskoeffizienten im Kernbereich auf

einen näher dem im Mantelbereich vorhandenen niedrigen Wert zu halten, ist eine der Anforderungen, die bisher die Herstellung von optischen Wellenleitern mit hohen Werten der numerischen Apertur verhinderten. ">

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein gesonderter Konsolidierungsvorgang vermieden und das gesamte Verfahren der Herstellung eines fadenförmigen Wellenleiters aus dem Rohling wird sehr vereinfacht. Der Dorn wird vorzugsweise aus dem Rohling 30 i« herausgezogen, worauf ein Ende des Rohlings an einem Halter befestigt wird. Sodann wird der Rohling in den Oberteil eines Ziehofens 40 eingebracht, in dem von ihm ein Faden 38 abgezogen wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Einfachheil halber ist der Ziehofen 40 nur schcmatisch dargestellt; der gesamte Aufbau des Ofens ist in der DE-OS 28 50 969 beschrieben.

Der Halter 42 kann aus einem Rohr 44 aus Glas mit geringer Wärmeausdehnung bestehen, an das ein kurzes Rohrstück 46 mit kleinerem Durchmesser angesetzt ist. 2» Als Material für das Rohrstück 46 eignet sich besonders Quarz, weil ein Quarzrohr der zwischen 1600 und 1850°C liegenden Ziehtemperatur ohne wesentliche Verformung standhalten kann und weil aus dem Quarz keine Verunreinigungen auf den Rohling übergehen können.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel hatte das Rohr 44 einen Außendurchmesser von 12,7 mm und bestand aus Schmelzkieselsäure. Das Rohrstück 46 war 50 mm lang, hatte einen Durchmesser von b.3 mm und i" bestand aus Quarz; an dem zum Einführen in den Rohling bestimmten Ende hatte das Rohrstück 46 auf gegenüberliegenden Seiten durch Flammenbehandlung erzeugte Hocker von 0,5 mm Höhe. Nach dem Einführen des Rohrstückes 46 in den Rohling wurde es um 90° gedreht, um es mittels der Hocker 48 im Rohling zu verankern. Mit trockenem, gefiltertem Stickstoff wurden sodann durch den Verankerungsvorgang abgelöste und sonstige lose Rußteilchen von der Außen- und Innenseite des Rohlings weggeblasen. Der bei ^4(l diesem Ausführungsbeispiel verwendete Rohling hatte einen Außendurchmesser von 32 mm, so daß sich zwischen dem Rohling und der Muffelwandung des Ofens, die einen Durchmesser von etwa 44 mm hat, ein für eine Gasströmung hinreichender freier Ringraum ergab.

Der Halter 44 wird in ein oberhalb des Ziehofens vorgesehenes Futter eingesetzt und der Rohling wird sodann im Ziehofen 40 abgesenkt, bis er eine Lage knapp oberhalb der heißesten Ofenzone erreicht. Der Ofen wird hernach oben verschlossen. Anschließend von oben her in den Ofen eingeleitetes Muffclgas strömt längs des Rohlings 30, wie durch Pfeile 52 angedeutet worden ist, sowie durch die Zwischenräume zwischen den Glasieilchen nach unten und spült aus dem Rohling während des Konsolidierens austretende Gase weg. Am unteren Ende des Ziehofens wird das Muffelgas abgesaugt. Das Muffelgas wird so gewählt, daß es ein blasenfreies Konsolidieren des Rohlings ermöglicht und nicht mit den Bestandteilen des Rohlings in einer Weise reagiert, welche die optische Eigenschaften des zu erzeugenden Fadens beeinträchtigen würde. Je nach den jeweils verwendeten Dotiermaterialien kann eine oxidierende oder reduzierende Atmosphäre angewendet werden. Bevorzugt wird ein Muffelgas, das reich an Helium ist, weil dieses Gas leicht durch die Zwischenräume zwischen den Glasteilchen des porösen Rohlings hindurchtreten kann, um Restgase und Wasser aus diesem zu entfernen. Unter einer »heliumreichen Atmosphäre« ist eine wenigstens 95% Helium enthaltende Atmosphäre zu verstehen. Andere Gase, wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Neon und Gemische davon können ebenfalls beim Konsolidieren des Rohlings als Spülgase verwendet werden. Unter Umständen empfiehlt sich die Verwendung eines Halogens, vorzugsweise von Chlor, um den Rohling besser zu trocknen, als dies bei Verwendung von Helium allein möglich ist. Für die Zwecke des Konsolidierens von Glasteilchen, die aus einem Ruß abgeschieden worden sind, können insbesondere Kombinationen von Helium und Chlorverbindungen verwendet werden, die in der US-PS 39 33 454 beschrieben sind. Während der Anfangsperiode des Spülens des Rohlings und der Muffe! mit Gas wird der Vorschubmechanismus für den Rohling stillgesetzt, so daß der Rohling während dieser Zeit nicht in die heißeste Ofenzone eintritt. Während dieser Zeit kann auch von einer Quelle 54 her Spülgas durch das Halterohr 44 in die Mittelöffnung des Rohlings 30 eingeführt werden, um hier eine zusätzliche Spülung zu bewirken. Eine angemessene Spülung kann durch Einleitung von Helium in den Oberteil der Muffel mit einem Durchsatz von 0,76 mVh während 15 Min. und durch gleichzeitiges Einleiten von Helium in die Mittelöffnung des Rohlings mit einem Durchsatz von 0,084 mVh erzielt werden. Die optimalen Durchsätze dieses Spülgases hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise von der Vorschubgeschwindigkeit des Rohlings, der Konsolidierungstemperatur, der angewendeten Spülgaszusammensetzung und dergleichen ab.

Der Rohling wird sodann in die heiße Zone des Ofens vorgeschoben, um die Glasteilchen zusammenzusintern, wie dies in F i g. 3 in der Region 60 angedeutet worden ist. Die Temperatur in der heißen Ofenzone wird vorzugsweise so gewählt, daß die Viskosität des Kernglases einen Wert zwischen 10⁷ und 10²Pa ■ s annimmt. Die günstigste Viskosität hängt von der Ziehgeschwindigkeit des Fadens ab. Bisher sind Ziehgeschwindigkeiten zwischen 23 cm und 30,5 m angewendet worden, doch ist die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf diesen Bereich beschränkt. Wenn die Heliumquelle 54 angewendet wird, soll sie abgeschaltet werden, sobald der konisch verjüngte Tei! des Rohlings sich zu konsolidieren beginnt. Mit dem konsolidierten Glas am Ende des Rohlings wird das Ende eines Stabes aus Glas mit geringer Wärmeausdehnung in Berührung gebracht, um den Vorgang des Fadenziehens einzuleiten. Der Rohling wird kontinuierlich in die heiße Zone des Ofens vorgeschoben, wo er sich in einer hcliurnreichen Atmosphäre kontinuierlich konsolidiert, um sodann zu einem Faden gezogen zu werden. Da den Stoffen, die aus der die Mittelöffnung des Rohlings begrenzenden Oberfläche austreten, ein Entweichen ermöglicht werden muß, soll das vom Rohling abgekehrte Ende des Rohres 44 nach dem Abschalten der Heliumquelle 54 geöffnet werden, so daß diese Stoffe nach oben in die Atmosphäre austreten können. Die durch die Pfeile 52 angedeutete Spülgasströmung wird bis zum Konsolidieren des gesamten Rohlings aufrechterhalten.

Beispiele

Es wurden nach dem beschriebenen Flammhydrolyseverfahren mehrere Rohlinge angefertigt. Die Kernbereiche dieser Rohlinge bestanden aus mit GeÜ2 dotiertem S1O2, wobei die Konzentration von GeÜ2 und

damit auch der Brechungsindex in axialer Richtung abnahm. Die Mantelbereiche der Rohlinge bestanden aus mit B2O3 dotiertem S1O2. Die Rohlinge wurden nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren unmittelbar zu fadenförmigen Wellenleitern ausgezogen. Die heißeste Zone des hierzu verwendeten Muffelofens hatte eine Temperatur zwischen 1700 und 1835°C. Nach Reinigung des Muffelofens unter Austreibung von Restgasen wurde der Ziehvorgang eingeleitet und Helium mit einem Durchsatz von 0,76 m³/h durch die Muffel geleitet. Während des Ziehens eines Fadens von den Rohlingen wurde der Fadendurchmesser mit einem elektronischen Mikrometer überwacht, mit dem Durchmesseränderungen von weniger als 0,25 μιτι festgestellt werden konnten. Diese Überwachungseinrichtung war Bestandteil eines automatischen Regelsystems für den Fadendurchmesser. Der Nenndurchmesser des Fadens wurde auf ΙΙΟμηι eingestellt. Die Schwankungen des Durchmessers gegenüber diesem Nennwert betrugen etwa ± 1 μιτι. Die beim Ziehen der Fäden unter diesen Arbeitsbedingungen erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle

Rohling Nr.	Fadenlänge	Dämpfung	NA
	(m)	bei 820 nm	(90%)
		(dB/km)
1	210	11,7	0,170
2	127	13,5	0,160
3	255	14,4	0,177
4	742	5,7	0,170
5	225	19,0	0,194
6	414	10,0	0,184
7	198	8,1	0,184
8	198	9,6	0,187
9	173	12,0	0,194

In der Tabelle sind die größten Fadenlängen, die von den Rohlingen gewonnen werden konnten, ferner die Dämpfung bei einer Wellenlänge von 820 nm und die numerische Apertur angegeben. Es scheint, daß das Vorhandensein von Körnern nahe der Miltelöffnung des konsolidierten Rohlings örtliche Durchmesserspränge verursacht hat, durch welche die vom Rohling abziehbare und brauchbare Fadenlänge begrenzt wurde.

Die Dämpfung durch einen Wassergehalt wurde für den aus dem Rohling Nr. 4 gezogenen Faden bei einer Wellenlänge von 950 nm mit 30 dB/km ermittelt. Diese Dämpfung ist niedriger als die bei Wellenleitern aus optischen Standardflächen, die nach dem Flammhydrolyseverfahren hergestellt worden sind, und weist auf einen relativ niedrigen Wassergehalt hin. Diese geringe Dämpfung durch den Wassergehalt des Rohlings scheint die Folge eines langsameren Konsolidierens der Glasteilchen sowie einer höheren Konsolidierungstemperatur zu sein, die etwa 400° über der normalen Konsolidierungstemperatur lag. Die üblichen Konsolidierungstemperaturen werden durch den Durchhang des Rohlings begrenzt. Die erfindungsgemäß verwendete höhere Konsolidierungstemperatur begünstigt den Entgasungsvorgang und erlaubt überdies ein gleichzeitiges Ziehen des Wellenleiters.

Die Erfindung ist zwar vorstehend im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen erläutert worden, läßt jedoch verschiedene Abwandlungen zu. Während der Dorn 12 vorzugsweise vor dem Konsolidieren des Rohlings aus diesem entfernt wird, kann er auch im Rohling verbleiben und mit diesem gezogen werden, so daß er den Mittelteil des entstehenden Wellenleiters bildet. Es ist jedoch zu beachten, daß ein solcher Dorn aus einem Glas mit optischer Güte bestehen muß. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Halter 20 nach F i g. 1 auch zur Abstützung des Rohlings während des Konsolidierens und Ziehvorganges verwendet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Glasteilchen aus dem Ruß gemäß der US-PS 37 11 262 an der Innenseite eines Glasrohres niedergeschlagen werden, in das sodann der Halter 42 nach Fig. 3 angesetzt werden kann, um das Konsolidieren und Ziehen durch Einbringen des Rohlings in einen Ziehofen zu ermöglilchen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von optischen Wellenleitern, durch Flammhydrolyse, wobei auf die Außenfläche eines im wesentlichen zylindrischen Domes eine oder mehrere Schichten aus Glasteilchen aufgebracht und der erhaltene Schichtkörper vom Dorn abgezogen wird, um einen Rohling mit einer Mittelöffnung zu bilden, wobei der sich ergebende Rohling zur Bildung eines optischen Wellenleiters weiterbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Weiterbehandlung der Rohling an dem einen Ende beginnend hinreichend lange auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird, um die Glasteilchen zu konsolidieren, und daß gleichzeitig der konsolidierte Teil des Rohlings einem seinen Querschnitt vermindernden und seine Mittelöffnung verschließenden Ziehvorgang unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander mehrere Schichten aus Giasruß derart aufgebracht werden, daß jede Glasrußschicht für sich im wesentlichen gleichmäßige Zusammensetzung hat und daß die Zusammensetzung der verschiedenen Schichten von Schicht zu Schicht unterschiedlich ist, wodurch ein abgestufter, sich in Radialrichtung ändernder Aufbau erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Entfernen des Domes auf die erste Schicht eine zweite Glasrußschicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als der Brechungsindex der ersten Glasrußschicht ist, aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schließen der Mittelöffnung des Rohlings Helium in die Mittelöffnung eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling während des Erhitzens einer heliumreichen Atmosphäre ausgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling auf eine Temperatur, die ausreicht, daß die Viskosität des Kernglases einen Wert zwischen 10" und 10¹X 10-' Nsm-² annimmt, erhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Restgase aus den Zwischenräumen des Rohlings vor dem Ziehvorgang durch Einblasen von Helium in die Mittelöffnung herausgespült werden.