DE2906071C2 - Verfahren zum Ziehen einer Faser aus thermoplastischem Material zur Herstellung optischer Wellenleiter - Google Patents

Verfahren zum Ziehen einer Faser aus thermoplastischem Material zur Herstellung optischer Wellenleiter

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 26 53 836 bekannt. Bei diesem Verfahren werden Schwankungen des Durchmessers der gezogenen Faser dadurch vermieden, daß während des Ziehvorganges ein Edelgas durch den Muffelofen und über den Rohling geleitet wird.
Weitere Verfahren zur Herstellung optischer Wellenleiter, die sich zum Einsatz in optischen Nachrichtensystemen eignen, sind In den US-PS Re 28 029 und 23 995 beschrieben.
Es hat sich gezeigt, daß während des Ziehvorganges bestimmter optischer Wellenleiterfasern unvermeidbare Schwankungen des Durchmessers betragsmäßig größer werden, sobald ein Teil dos Rohlings gezogen worden Ist, auch dann, wenn Einrichtungen zur Überwachung und Regelung des Durchmessers verwendet werden. Während des Ziehens einer Faser aus einem Rohling, der mehr als etwa 4 km Faserlänge ergibt, wachsen die Durchmesserschwankungen In einem typischen Fall von etwa ± 1 pm beim Ziehen des ersten Abschnittes auf etwa * 3 μιη beim Ziehen des letzten, 1 km langen Abschnittes. Zunächst wird also praktisch keine oder eine nur sehr geringe Zunahme des Durchmessers beobachtet, bis vom ursprünglichen Rohling nur noch eine Restlänge von etwa !Ocni vorhanden Ist: nach Unterschreiten die
ser Restlänge nehmen die Durchmessersclwankungen allmählich auf einen Maximalwert von ± 3 μπι zu.
Aus verschiedenen Gründen Ist es erwünscht, den Durchmesser optischer Wellenleiter so exakt wie möglich auf dem vorgeschriebenen Wert zu halten. In dem Aufsatz »Mode-Dependent Attenuation of Optical Fibers: Excess Loss« von R. Olshansky et al. Applied Optics, Band 35, 1976, Seiten 1045 bis 1047, wird erläutert, daß Durchmesserschwankungen bei optischen Wellenleitern zu Übertragungsverlusten führen. Beim Koppeln der Enden aufeinanderfolgender Wellenleiterabschnltte ist es darüber hinaus erwünscht, daß die Enden möglichst gleichen Durchmesser haben, um Kopplungsverluste zu vermeiden.
Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß Durchmesserschwankungen der gezogenen Fasern weitgehend vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem Verfahren wird vorteilhafterweise durch den Einsatz von Helium In dem durch den Muffelofen durchgeführten Gas eine Stabilisierung der Temperatur am Halsabschnitt des gezogenen Rohlings gewährleistet. Durch die Hinzugabe von Helium zu dem Muffelgas werden Abweichungen des Faserdurchmessers vorteilhafterweise weltgehend verhindert.
Die Vermeidung oder weitgehende Reduzierung von Durchmesserschwankungen durch die Zugabe von Helium In das Muffelgas hat sich als eine überraschende Wirkung erwiesen, well an sich anzunehmen war, daß das Helium Wärme vom Rohling wegleltet und dadurch die Durchmesserschwankungen ungünstig beeinflußt, nachdem die Wärmeleitfähigkeit von Helium das Vierbis Fünffache der Leitfähigkeit üblicher Muffelgase beträgt.
Im folgenden wird das Verfahren an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Flg. 1 einen Längsschnitt durch einen Rohling zur Herstellung eines optischen Wellenleiters,
Flg. 2 eine Längsschnittansicht durch einen Rohling, der vor dem Einbringen in den Ziehofen mit einer Flamme formgebend behandelt worden Ist,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Rohlings, der auf andere Weise als der Rohling nach Fig. 2 vorbehandelt wurde,
Flg. 4 eine Längsschnittansicht durch einen Muffel ofen zum Ziehen von optischen Fasern, und
Flg. 4 und Flg. 5 Diagramme zur Erläuterung von Durchmesserschwankungen gezogener Fasern abhängig vom prozentualen Hellumgehalt in dem den Muffelofen durchströmenden Gas.
Im folgenden wird auf die Herstellung eines optischen Wellenleiters Bezug genommen, dessen Rohling nach einem Flammhydrolyseverfahren gemäß der US-PS Re 28 029 und 37 11 262 hergestellt wurde; es sind allerdings auch optische Fasern herstellbar, deren Rohlinge auf andere Welse hergestellt wurden.
Nach der US-PS Re 28 029 wird zur Herstellung des Rohlings zunächst auf einen im wesentlichen zylindrischen Dorn ein erster Überzug aus Glas aufgebracht: der Brechungsindex des Glases des ersten Überzuges ist einheitlich oder In radialer Richtung veränderlich, wie dies an sich bekannt ist. Aul diesen ersten Überzug wird ein zweiter Überzug aus Glas autgebracht, dessen Brechungsindex kleiner als der Brechungsindex des ersten
Überzuges. Der Dorn wird dann nach dem Aufbringen des ersten oder des zweiten Überzuges entfernt. Der auf diese Weise erhaltene langgestreckte hohe zylindrische Rohling 10 ist in Flg. 1 dargestellt. Wie Flg. 2 erkennen läßt, werden die Enden dieses Rohling vorteilhaft mit einer Flamme bearbeitet, und zwar wird ein Ende 12 des Rohlings verjüngt, um den Beginn des Ziehvorganges zu erleichtern, während das andere Ende 14 des RohLngs mit einem Halsteil versehen wird, der in einen Halter paßt.
Das In der US-PS 37 11 262 beschriebene Herstellungsverfahren unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen dadurch, daß von einem rohrförmigen Materialstück ausgegangen wird, das später den Mantel des optischen Wellenleiters bilden kann, und an der Innenwand dieses rohrförmigen Materialstückes eine Schicht aus Glas mit einem höheren Brechungsindex aufgebracht wird, die später den Kern des Wellenleiters bildet. Die Mittelöffnung des so erhaltenen Rohlings wird geschlossen, während der Rohling noch in einer Art Drehbank abgestützt ist, die zum Aufbringen der Inneren Glasschicht benutzt wird; der so erhaltene Rohling 16, der in F1 g. 3 dargestellt ist, hat im allgemeinen kleineren Durchmesser als die Rohlinge nach den F i g. 1 und 2.
Da beim ersterwähnten Verfahren zum Herstellen eines Rohlings nach Flg. 1 eine Glasschicht (oder mehrere) auf der Außenseite eines Ausgangskörpers aufgetragen wird, wird dieses Verfahren nachfolgend kurz »Außenschlchtverfahren« bezeichnet. Das anhand von Flg. 3 beschriebene Verfahren, bei dem eine Glassch;cht (oder mehrere) auf der Innenseite eines rohrförmigen Ausgangskörpers aufgebracht wird, wird analog »Innenschlchtverfahren« bezeichnet.
Bevorzugt wird zum Herstellen einer Glasschicht für das Außenschlchtverfahren das in der US-PS Re 28 029 i'-> beschriebene Flammhydrolyseverfahrer. angewendet. Dieses Verfahren ergibt eine aus niedergeschlagenen rußartigen Glasteilchen bestehende Schicht, welche Wasser aus der rußerzeugenden Flamme enthält. Wenn diese Schicht auf eine zum Konsolidieren der rußartigen Glasteilchen ausreichende Temperatur erhitzt wird, um einen für das Ziehen geeigneten homogenen Rohling zu erhalten, kann das Wasser In dem konsolidierten Glaskörper verbleiben und in dem daraus später hergestellten optischen Wellenleiter bei bestimmten Wellenlängen hohe *"> Verluste verursachen.
Es sind schon verschiedene Techniken angewendet worden, um während des Konsolidieren des Rußes das Wasser auszutreiben, wie Insbesondere die Verwendung von Heilum als konsolidierende Atmosphäre. Das ">" Helium tritt dabei in die Zwischenräume zwischen den Glasteilchen ein und spült das Wasser während des Konsolidierungsvorganges heraus. Der so erhaltene Rohling enthält etwas Helium, und dieses Gas muß während des Anfangsteiles des Ziehvorganges aus dem Rohling her- " aus diffundieren. Aus diesem Grund wird nachfolgend eine Modifikation des bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, die Insbesondere beim Ziehen einer Faser von einem hellumhaltlgen Rohling anwendbar Ist. Zuweilen werden nach dem Außenschichtverfah- b0 ren hergestellte Ausgangskörper für Ziehrohlinge auch In anderen Gasen als Helium konsolidiert. Nach dem nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren können auch solche heliumfreie, nach dem Außenschlchtverfahren hergestellte Rohlinge sowie auch Roh- b5 linge verarbeitet werden, die nach dem Innenschlchtverfahren hergestellt worden sind.
Fig. 4 zeigt den wesentlichen Teil eines Ziehofens, der In der DE-OS 28 50 969 beschrieben ist.
Die Muffel 26 dieses Ziehofens ist von einem Widerstandsheizelement 22 umgeben. Ein oben auf der Muffel 26 angeo/dneter Ringteil 36 wird von einer Rohrleitung 34 durchsetzt, über welche der Muffel ein Gas zugeführt werden kann. Auf dem Ringteil 36 sitzt eine Endkappe 38 mit einem Rohrstutzen 40, durch den sich ein Haltestab 42 für den Rohling 30 erstreckt. Der Rohrstutzen 40 und der benachbarte Teil des Haltestabes 42 sind dicht von einer Metallfolie 44 umschlossen, die mittels eines O-Ringes 46 am Haitestab 42 befestigt ist.
Zum Befestigen des Rohlings 30 am Haltestab 42 können beliebige bekannte Mittel verwendet werden, wie beispielsweise ein geschlitzter Halter 50 aus Glas. Während des Ziehens eines optischen Wellenleiterfadens 52 vom Rohling 50 bewegt sich der Stab 42 In der Muffel 26 langsam nach unten, damit die Wurzel des Fadens 52 und der verjüngte Endteil des Rohlings 30 stets in der Ofenzone mit der für das Ziehen richtigen Temperatur gehalten werden. Die Ziehtemperatur hängt von der Zusammensetzung des Rohlings ab; für Rohlinge mit hohem Gehalt an Kieselsäure sind Ziehtemperaturen von 1600 bis 185O0C üblich.
Während des herkömmlichen Ziehens des Fadens 52 wird der Rohling 30 mit einem Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff bespült, um die Verbrennung von allfälligen Verunreinigungen Im Faden 52 zu gewährleisten, eine Aufwärtsströmung von Luft Innerhalb der beheizten Muffel zu verhindern und allenfalls aus dem heißen Rohling und aus der heißen Muffel austretende Stoffe wegzuspülen. Diese Gase werden über die Rohrleitung 34 in den Ringteil 36 eingeführt und strömen, da die Muffel durch die Teile 36, 38, 40 und 44 nach oben verschlossen Ist, in der Muffe! nach unten und am Rohling 30 vorbei, um am unteren Ende der Muffel aus dieser auszutreten.
Der Innendurchmesser der Muffel 26 wird üblicher weise im Vergleich zum Außendurchmesser des Rohlings 30 so groß gemacht, daß kein Teil des Rohlings die Muffel berühren kann. Die über den Ringteil 36 zugeführte Strömung von Sauerstoff und Stickstoff wird beim Durchtritt durch den Ringkanal zwischen der Muffel 26 und dem Rohling 30 erwärmt. Solange der Rohling eine Länge von mehr als etwa 10 cm hat, können die Gase auf die beschriebene Weise im wesentlichen gleichmaßig erhitzt werden, so daß sie keinen wesentlichen Einfluß auf den Durchmesser der gezogenen Faser ausüben. Nach teilweisem Verbrauch des Rohlings werden die Gase hingegen nicht mehr hinreichend gleichmäßig erwärmt, und die entstehenden Temperaturgradienten und die daraus resultierende Turbulenz am Ende des Rohlings bzw. an der Spitze der Faser führt zu der schon erwähnten Zunahme der störenden Schwankungen des Faserdurchmessers.
Während des herkömmlichen Ziehens von optischen Wellenleiterfasern aus Rohlingen der in den Flg. 1, 2 und 4 dargestellten Art wird der Faserdurchmesser üblicherweise von einem Monitor in Form eines elektrischen Mikrometers überwacht, der Durchmesseränderungen von weniger als 0,25 pm feststellen kann und Bestandteil eines automatisch arbeitenden Durchmesser-Regelsystems Ist. Die Dämpfungszeltkonstante wurde auf 1,0 sek. eingestellt. Der Durchsat? von Sauerstoff und Stickstoff durch die Muffel beträgt üblicherweise 0,028 mVh und der Nennwert des Fadendurchmessers etwa 125 pm. Solange die Länge des Rohlings größer als etwa 10 cm ist. halten sich die Schwankungen des Fadendurchmessers im allgemeinen zwischen 1 pm und 2 pm. Sobald jedoch die Länge des Rohlings unter etwa 10 cm absinkt, nimmt
der Schwankungsbereich des Fadendurchmessers allmählich zu, bis er bei den letzten cm der Länge des Rohlings einen Betrag von etwa 4 bis 5 pm erreicht.
Da Rohlinge, die nach dem Innenschlchtverfahren hergestellt werden, wie etwa der Rohling 16 nach Flg, 3, Im allgemeinen dünner sind als nach dem Außenschichtveriahren hergestellte Rohlinge, ergeben sich beim Ziehen solcher Rohlinge In einem Muffelofen, der zum Ziehen von nach dem Außenschichtverfahren hergestellten Rohlingen bestimmt Ist, Fasern, die über die gesamte Länge relativ große Durchmesserschwankungen aufweisen.
Es Ist anzunehmen, daß das Gas, während es am Rohling vorbei nach unten strömt und erhitzt wird, sich rasch ausdehnt, so daß seine Strömungsgeschwindigkeit zunimmt, und daß dabei im Gas Temperaturgradienten >5 entstehen, die zu kleinen Temperaturschwankungen an der Spitze des jeweils verarbeiteten Rohlings führen. Die sich dadurch ergebenden, relativ raschen Änderungen der Viskosität des Glases ändern die Geschwindigkeit der Größenabnahme des Rohlings, was zu den Schwankungen des Faserdurchmessers führt. Die geringen Beträge der Durchmesserschwankungen, die beim Ziehen einer Faser aus einem Rohling von mehr als 10 cm Länge auftreten, beruhen wahrscheinlich darauf, daß das die Muffel durchsetzende Gas Im Bereich des Rohlings gezwungen 1st, den engen Ringkanal zwischen dem Rohling und der Muffelwand zu durchströmen, so daß es gleichmäßig erhitzt wird. Mit zunehmendem Verbrauch des Rohlings wird dieser Ringkanal Immer kürzer, bis er nicht mehr im Sinne einer gleichmäßigen Erhitzung des Gases wirken kann.
Bei einer Untersuchung der Möglichkeit, optische Wellenleiter von Rohlingen aus niedergeschlagenem Glasruß zu ziehen, die nicht vorher konsolidiert worden sind, wurde dem Muffelgas Helium zugesetzt. Außer der erwarteten Verminderung des Wassergehaltes In der gezogenen Faser ergab sich hierbei überraschend eine Verminderung der Durchmesserschwankungen In der gezogenen Faser. Es war an sich anzunehmen, daß das Helium, dessen Wärmeleitfähigkeit das 4- bis 5fache der Wärmeleitfähigkeit der üblichen Muffelgase beträgt, Wärme vom Rohling weglelten und dadurch die Durchmesserschwankungen ungünstig beeinflussen würde. Vermutlich, well die Strömungsgeschwindigkeit der Gase In der Muffel relativ gering Ist, war das Helium aber zu einer Stabilisierung der Temperatur an der Spitze des Rohlings befähigt.
Aus diesem Grund Ist versuchsweise Helium dem Muffelgas während des Ziehens von Fasern aus Rohlingen aus konsolidiertem Glas beigemischt worden. Der Hellumgehalt wurde zwischen 0 und 84% des Muffelgases variiert, wobei die gesamte Gasströmung zwischen 0,056 und 0,420 mVh variiert wurde. Bei Verwendung eines Muffelgases mit 84% Hellumgehalt konnte der Schwankungsbereich des Fadendurchmessers auf ein Drittel vermindert werden.
Die Auswirkungen einer Änderung der Heliumkonzentration wurden durch Ziehen einer großen Anzahl von optischen Wellenlelterfäden von mehreren Rohlingen untersucht, und zwar wurden mehrere je 100 m lange Faserabschnitte In Gasgemischen mit verschiedener Heliumkonzentration gezogen.
Ein Rohling mit einem Brechungslndex-Gradlenten, der nach dem Außenschichtverfahren hergestellt worden war, wurde für eine Versuchsserie A verwendet. In welcher der prozentuale Hellumgehalt Im Muffelglas nacheinander auf die Werte 0, 33, 60 und 84% eingestellt wurde, wobei das übrige Gas zu gleichen Anteilen aus Sauerstoff und Stickstoff bestand. Der Durchsatz des gesamten Muffelgases wurde mit 0,140, 0,280 und 0,420 mVh (5, 10 und 15 CHF) bemessen. Zu Verglelchszwekken wurden einige Faserabschnitte auch In einer üblichen Atmosphäre mit 0,028 mVh Sauerstoff und 0,02 mVh Stickstoff (je 1,0 CHF) gezogen. Es wurden aile Kombinationen der vorstehend angegebenen Gasgemische und Durchsätze angewendet, wobei fünf von Ihnen in willkürlicher Folge wiederholt wurden. Die Tabelle I gibt die Versuchsbedingungen, nämlich die prozentuale Muffelgas-Zusammensetzung, den gesamten Muffelgasdurchsatz in m3/h, die gezogene Faserlänge L In m, die Ziehgeschwindigkeit ν in m/min, sowie den ermittelten Schwankungsbereich d des Faserdurchmessers in pm an.
Tabelle I
(Versuchsreihe A)
Versuch
Nr.
Muflelgas-Zusammensetzung
He% O2% N2%
Gesamtdurchsatz (mVh)
(μΓΠ)
L
(m)
(m/min)
i ö 5ö 50 0,056 -» c
J, J		 100 15,0
2 33 33 33 0,280 3,0 100 16,5
3 33 33 33 0,420 2,5 100 16,5
4 60 20 20 0,280 2,3 100 18,0
5 84 8 8 0,280 1,3 100 18,0
6 84 8 8 0,420 1,3 100 15,0
7 84 8 8 0,140 1,5 100 15,0
8 60 20 20 0,280 2,0 100 13,5
9 33 33 33 0,140 2,7 100 15,0
10 84 8 8 0,420 1,3 100 13,5
11 84 8 8 0,140 1,5 100 15,0
12 60 20 20 0,420 2,5 100 13,5
13 83 8 8 0,168 1,3 100 16,5
Fortsetzung
Versuch
Nr.
MufTelgas-Zusammensetzung
He% 0;% N2"/,,
Gesamtdurchsatz
(mVh)
d
(μηι)
(m)
(m/min)
14 33 33 33 0,140 3,0 100 18,0
15 60 20 20 0,140 2,5 100 19,5
16 33 33 33 0,420 4,5 100 16,5
17 0 50 50 0,056 5,0 1113 18,0
Es ist zu beachten, daß bei den Versuchen Nr. 1 und 17 übliches Muifeigas mit 0,028 rrr/h Sauerstoff und 0,028 mVh Stickstoff angewendet wurde. Infolge eines Einstellfehlers wurde ferner bei Versuch Nr. 13 ein Durchsatz von 0,168 m3/h statt von 0,140 m3/h angewendet. Das Diagramm nach Fig. 5 beruht auf den in der Tabelle I angegebenen Werten und gibt die Beziehung zwischen dem prozentualen Heliumgehalt im Muffelgas und dem Schwankungsbereich d des Faserdurchmessers an.
Tabelle II
(Versuchsreihe B)
In einer weiteren Versuchsreihe B, deren Ergebnisse In der nachfolgenden Tabelle II zusammengefaßt sind, wurden die Schwankungen des Faserdurchmessers bei konstantem Durchsatz, aber veränderlichen Anteilen von Helium, Sauerstoff und Stickstoff ermittelt. Nach Stabilisierung des Faserdurchmessers wurde jeweils ein 100 m langer Fadenabschnitt auf eine Spule gewickelt und sodann wurde die Zusammensetzung des Muffelgases wieder geändert.
Versuch
Nr.
Muflelgas-Zusammensetzung
He% O7% N2%
Gesamtdurchsatz
(mVh)
(μΓΠ)
(m)
(m/min)
- 0 50 50 0,056 2,1 100 13,5
1 0 0 100 0,280 3,0 100 12,0
2 75 25 0 0,280 0,7 100 19,5
3 72 14 14 0,280 1,0 100 18,0
4 50 50 0 0,280 2,0 100 18,0
5 0 50 50 0,280 4,2 100 16,5
6 50 50 0 0,280 1,5 100 16,5
7 17 83 0 0,280 3,0 100 15,0
8 37 63 0 0,280 2,5 100 18,0
9 83 17 0 0,280 1,5 100 22,5
10 50 50 0 0,280 2,0 100 18,0
11 0 100 0 0,280 4,0 100 18,0
12 0 50 50 0,280 4,0 100 18,0
13 33 33 33 0,280 2,5 100 16,5
14 50 η 50 0,280 1.5 100 16,5
15 75 25 0 0,280 0,8 100 21,0
Das Diagramm nach Fig. 6 gibt die Beziehung zwischen dem prozentualen Hellumgehalt Im Muffelgas und dem Schwankungsbereich d des Fadendurchmessers bei der Versuchsreiche B an. Es ist erkennbar, daß die Durchmesserschwankungend auf ungefähr die Hälfte vermindert werden können, wenn ein Muffelgas mit 50% Heliumgehalt verwendet wird.
Aufgrund der In den Tabellen I und II angegebenen Werte können die Durchmesserschwankungen d für in einem heliumhaltigen Gas gezogene Fasern wie folgt angegeben werden:
= D(\-FHrIFT) + C.
wobei D der ohne Helium erhaltene Fadendurchmesser ist. C eine Verfahrenskonstante bedeutet, in welche Daten des Überwachungs- und Regelgerätes für den Durchmesser sowie des Aufzeichnungsgerätes eingehen, FHr der Heliumdurchsatz und FT der Gesamtdurchsatz Ist; das Verhältnis FHeIFT liegt zwischen 0 und 0,85. Die Gleichung (1) gilt für einen Gesamtdurchsatz zwischen 0,056 und 0,420 mVh (2 und 15 CHF). Der Durchmesser des Rohlings betrug bei allen den Tabellen I und II zugrunde liegenden Versuchen 25 mm, während der Muffelofen einen Durchmesser von 45 mm hatte.
Bezüglich der das Muffelgas betreffenden Arbeltsdaten hat bei der Versuchsreihe A eine Änderung des Durchsatzes zwischen 0,140 und 0,420 m3/h nur einen Im Vergleich mit einer Änderung des Heliumgehaltes zwischen 33% und 84* vernachlässigbaren Einfluß auf die Durchmesserschwankungen. Eine Verstärkung der Gasströ-
mung ohne Zusatz von Helium führt aber, wie Tabelle II zeigt, zu einem starken Anstieg der Durchmesserschwankungen. Der Schwankungsbereich steigt nämlich von 2,1 pm auf etwa 4 pm an, wenn der Gesamtdurchsatz von Sauerstoff und Stickstoff bei Standardbedingungen von 0,056 auf 0,280 mVh erhöht wird, was aus der ersten Zelle der Tabelle II und aus den Versuchen Nr. 5 und 12 hervorgeht.
Die Ergebnisse weiterer Versuchsreihen C bis F sind aus der Tabelle III ersichtlich, In der auch die bei einer Wellenlänge von 820 nm (Infrarot) gemessene Dämpfung In dB/km angegeben ist.
Tabelle III
(Versuchsreihen C bis F)
Versuchs- Versuchs- He% d D L reihe Nr. (μίτι) (μπι) (m)
Dämpfung bei 820 nm (dB/km)
1 0 3,0 125 1315 6,6
2 0 3,5 125 1315 4,4
3 60 1,0 125 1315 4,5
1 0 2,5 125 1015 7,8
2 0 2,0 125 1015 7,7
3 0 2,5 125 1015 11,4
5 75 1,5 125 1015 9,4
2 0 2,5 125 1115 6,1
3 0 2,5 125 1115 6,6
5 0 3,5 125 1240 6,9
7 75 1,5 125 1115 8,1
8 75 1,5 125 1650 K),l
1 0 4,5 115 1015 10,5
2 60 1,5 115 1015 8,7
Bei der Versuchsreihe A wurde ein Rohling mit abgestuftem Brechungsindex, hergestellt nach dem Außenschlchtverfahren, bei den Versuchsreihen B und C ein Rohling mit Brechungsindexgradienten, hergestellt nach dem Außenschlchtverfahren, und bei der Versuchsreihe F ein Rohling mit Brechungsindexgradienten, hergestellt nach dem Innenschlchtverfahren, verwendet.
Bei allen Versuchsreihen C bis F wurden die Sauerstoff- und Stickstoffanteile auf je 0,028 mVh gehalten und es wurde im angegebenen Ausmaß Helium zugesetzt. Die gezogenen und aufgespulten Fasern hatten eine Lange von mehr als 1 km. Bei Verwendung eines Muffelgases, das 60 bis 75% Helium enthält, ergab sich eine signifikante Verminderung der Durchmesserschwankungen auf die Hälfte bis zu einem Drittel.
Während das Muffelgas beim Ziehvorgang durch den Ringkanal zwischen dem In Behandlung befindlichen Rohling und der Muffelwand strömt, wird es durch die Muffel erhitzt. Diese Erhitzung dürfte gleichmäßiger erfolgen, wenn das Gas eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit hat und wenn die lichte Weite des Kanals klein ist.
Wenn Im Muffelgas In der Nähe der Spitze des Rohlings, von welcher die Faser abgezogen wird, ein Wärmegradient besteht, so führt die dadurch verursachte rasche Änderung der Viskosität des Materials Im Rohling zu Schwankungen des Faserdurchmessers. Der Zusatz von Helium zum Muffelgas dürfte den erwähnten Wärmegradlenten vermindern, weil die Wärmeleitfähigkeit des Heliums etwa fünfmal größer als jene von Sauerstoff und Stickstoff ist.
Der ungünstige Einfluß einer größeren lichten Weite des Ringkanals geht aus Tablle III hervor; bei der Versuchsreihe F wurde nämlich ein nach dem Innenschichtverfahren hergestellter Rohling mit einem relativ kleinen Durchmesser von 10 mm verwendet, der gegenüber der Innenwand der Muffe! mit dem Durchmesser von 45 mm einen relativ weiten Ringkanal für die Strömung des Muffelgases frei Heß. Bei Verwendung von üblichem Muffelgas wurde das nahe der Oberfläche des Rohlings strömende Gas nicht so stark erhitzt wie das nahe der Muffelwand strömende Gas. Der Schwankungsbereich d des Faserdurchmessers war daher relativ groß, nämlich 4,5 pm bei einem Nenndurchmesscr von 125 pm, wenn das Muffelgas aus gleichen Anteilen von Sauerstoff und Stickstoff bestand. Der Zusatz von Helium hat sich unter diesen Umständen als besonders günstig erwiesen; der Schwankungsbereich d sank bei 60% Hellumgehalt Im Muffelgas auf 1,5 μ ι ab.
Wenn ein Rohling nach dem Außenschlchtverfahren hergestellt wird, wird ein Rauch aus Glasteilchen auf der Außenfläche eines rotierenden Domes niedergeschlagen, und die erhaltene Teilchenschicht wird In einer heliumhaltlgen Atmosphäre konsolidiert. Der Ziehvorgang soll in diesem Fall in Abwesenheit von Helium begonnen werden, damit das im Rohling enthaltene Helium aus diesem heraus diffundieren kann. Die für diesen Diffusionsvorgang erforderliche Zelt hängt von verschiedenen Parametern, etwa von der Ziehtemperatur und dem Durchmesser des Rohlings ab. Es hat sich gezeigt, daß beim Konsolidieren von üblichen, nach dem Außenschichtverfahren hergestellten Rohlingen, die eine Faserlange von etwa 10 km zu liefern vermögen, der Rohling nach Ziehen etwa der Hälfte des Rohlings In einer nur Stlckstofl" und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre im wesentlichen heliumfrei wird. Sodann soll Helium während des Ziehens der restlichen 5 km Faserlänge zugesetzt werden. Wie schon erwähnt, kann der Schwankungsbereich des Faserdurchmessers während des Ziehens der letzten 10 cm des Rohlings wieder anwachsen. Wenn jedoch während des letzten Teiles des Ziehvorganges Helium verwendet wird, kann auch dieser Schwankungsbereich auf einem niedrigen Wert gehalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zwar unter besonderer Bezugnahme auf das Ziehen von Rohlingen erläutert worden, die nach den einleitend geschilderten Innenoder Außenschlchtverfahren hergestellt worden sind, doch 1st die Erfindung nicht auf die Verarbeitung solcher Rohlinge beschränkt. Beispielsweise können brauchbare Rohlinge in bekannter Welse auch dadurch hergestellt werden, daß ein Stab aus transparentem Material in ein Rohr aus transparentem Material mit kleinerem Brechungsindex eingeführt wird. Der Rohling kann aus Glas, Kunststoff oder dergleichen bestehen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Ziehen einer Faser aus thermoplatischem Material zur Herstellung optischer Wellenleiter aus einem langgestreckten Rohling, wobei der Rohling in einen zylindrischen Muffelofen eingebracht und der Muffelofen auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die ausreicht, um ein Ende des Rohlings auf die Ziehtemperatur seines Materials zu bringen, worauf von diesem einen Ende des Rohlings eine Faser abgezogen wird, und wobei zumindest während eines Teils des Ziehvorgangs ein Gas mit einer im wesentlichen konstanten Strömungsgeschwindigkeit durch den Muffelofen und über den Halsansatz der Faser strömt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas mit wenigstens 33% Helium verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas mit bis zu 84% Helium verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas, das neben Helium Sauerstoff und Stickstoff enthält, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein heliumfreies Gas durch den Muffelofen geleitet wird, bis die Länge des Rohlings etwa 10 cm beträgt, bevor das Helium enthaltende Gas durch den Muffelofen geleitel wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Helium enthaltende Gas mit bis zu 0,420 mVStunde durchgesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff- und Stickstoffanteil Im hellumhaltlgen Gas auf jeweils 0,028 mVStunde gehalten wird.
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