DE2906523A1 - Verfahren zum herstellen von optischen fasern - Google Patents

Verfahren zum herstellen von optischen fasern

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DE2906523A1 DE19792906523 DE2906523A DE2906523A1 DE 2906523 A1 DE2906523 A1 DE 2906523A1 DE 19792906523 DE19792906523 DE 19792906523 DE 2906523 A DE2906523 A DE 2906523A DE 2906523 A1 DE2906523 A1 DE 2906523A1
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Tatsuo Izawa
Yuji Kameo
Toru Kuwabara
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Shoichi Sudo
Gotaro Tanaka
Kanagawa Yokohama
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    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER
H. KINKELDEY
OH-IMG
W. STOCKMAIR
K. SCHUMANN
QR RSl NAT DPL-FMTS
F>. H. JAKOB
OCPL-ING.
G. BEZOLD
8 MÜNCHEN
MAXIMILIANSTRASSE *3
20. Feb. 1979 P 13 583
NIPPON TELEGRAPH AND TELEPHONE PUBLIC CORPORATION No- 1-6, Uchisaiwai-cho 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan
SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, LTD.
No. 15, Kitahama 5-chome,-Higashi-ku, Osaka-shi, Osaka, Japan
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON OPTISCHEN FASERN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Übertragungsfaser. Solche Glasfasern, werden, normalerweise als optische Wellenleiter und dergleichen verwendet und haben einen Kern dessen Brechungsindex großer ist als der des äußeren Teils oder der Umhüllung. Dies ist in Fig. 1 und 2 dargstellt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Herstellung von optischen Fasern bei der zuerst eine "Vorform" des Glasmaterials erstellt wird, aus der dann, die endgültige Faser gewonnen wird.
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üs ist ein Ziel der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von optischen Fasern anzugeben, das preisgünstig und wirtschaftlich in der Durchführung ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es ein Verfahren zum Herstellen optischer Fasern anzugeben, bei dem Quarzglas als.Überzugsschicht verwendet wird.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch ein Herstellungsverfahren erreicht, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet.ist: daß Glasteilchen gebildet werden durch Anwendung einer Flainmhydrolyse bei einem aus einem Glasrohmaterial bestehenden Gas, daß ein zylindrischer Körper aus Glasteilchen hergestellt wird, indem die so gewonnenen Glasteilchen einem Ausgangselement so zugeführt werden, daß sie schichtweise auf diesem Ausgangs— element aufgebracht v/erden und dort allmählich zunehmen, und daß der zylindrische Körper aus Glasteilchen gesintert wird, um einen durchsichtigen Glaszylinder herzustellen. Der durchsichtige Glaszylinder wird in eine Quarz— glasrohre eingeführt, um eine Anordnung ,bestehend aus dem durchsichtigen Glaszylinder und der Quarzglasröhre, zu bilden. Diese Anordnung wird erhitzt, so daß der Glaszylinder und die Quarzglasröhre miteinander verschmelzen und wird dann zu einer dünnen Faser gezogen.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Anordnung an einem Ende erhitzt, so daß der Glaszylinder und das Quartzglas miteinander verschmelzen, während die Anordnung zu einer dünnen Faser gezogen wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Anordnung erhitzt, so daß die Quarzröhre schmilzt und zusammenfällt. Dann wird die
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Anordnung einer Hochtemperaturbehandlung unterworfen und gezogen.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird also ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Übertragungsfaser angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Glasteilchen gebildet werden durch Anwendung einer 3?lammhydrolyse bei einem aus einem Glasrohmaterial bestehenden Gas, daß ein zylindrischer Körper aus Glasteilchen hergestellt wird, · indem die so gewonnenen Glasteilchen einen Ausgangselement so zugeführt werden,. daß sie schichtx-jeise auf diesem Ausgangselement aufgebracht werden und dort allmählich zunehmen, und daß der zylindrische Körper aus Glasteilchen gesintert wird, um einen durchsichtigen Glaszylinder herzustellen. Der durchsichtige Glaszylinder wird in eine Quarzglasröhre eingeführt, um eine Anordnung ,bestehend aus dem durchsichtigen Glaszylinder und der Quarz— glasrohre, zu bilden. Diese Anordnung wird erhitzt, so daß der Glaszylinder und die Quarzglasröhre miteinander verschmelzen und wird dann zu einer dünnen Paser gezogen.
Das 'erfindungsgemäße Verfahren xcLrd im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig., 1 und 2 in einer Sehnittdarsteirung den Aufbau und die Verteilung des Brechungsindex bei optischen Fasern;
3 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Zylinders aus Glasteilchen;
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4- eine Darstellung; zur Erläuterung des Düsen— teils eines koaxialen Hehrrohrbrenners;
Fig. 5 eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens mit dem eine Dotierstoffverteilung erreicht werden kann;
Fig. 6 and 7 in einer Schnittdarstellung den Aufbau von mit einer Ummantelung versehenen Fasern;
Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Faser; und
Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens, bei dem ein Vorformelement mit einer Ummantelung versehen wird, und die aus dem Vorformelement und der Ummantelung bestehende Anordnung durch Zusammenfallen verbunden wird.
Ein wesentlicher Faktor bei der Übertragung von Licht in einer Glasfaser ist, daß der Faserquerschnitt in radialer !Richtung einen unterschiedlichen Brechnungsindex hat.
Bei den normalerweise verwendeten Glasfasern ist der Brechnungsindex eines mittleren Teils (oder Kerns) (1) größer als der eines äußeren Teils (oder einer Umhüllung) (2), wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich. Der Brechungsindex von Glas kann gegenüber dem von reinem Siliziumdioxid erhöht werden, indem man das Siliziumdioxid (SiO2) mit einem Zusatz von Germanium (Ge)-, Phosphor (P)- oder Titan (Ti)-Oxid versieht; und er kann verringert werden,
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indem man das Siliziumdioxid mit einem Zusatz von Bor (B)- oder Fluor (F)-Oxid versieht. Das Glasmaterial aus dem die Glasfaser durch Querschnittsverringerung gewonnen tiird, wird als "Vorforiaelement" bezeichnet. Die Verteilung des Brechungsindex auf dem Querschnitt des Vorformelements ist aus Pig. 1 oder 2 ersichtlich.
Bei einem der Verfahren zur Herstellung des Vorformele— ments, das in Fig. 3 dargestellt ist, wird ein sich drehendes Ausgangseleiaent (3), z.B. eine Glasstange oder eine Glasplatte, vorgesehen und Glasteilchen (4-) mit einer relativ zum Abstand von der Mitte radial verteilten Zusammensetzung werden schichtweise, in zylinderfÖrmiger Anordnung aufgebracht, zur Ausbildung eines zylindrischen Glasteilchenkörpers (5). Dann wird dieser Körper (5) gesintert um einen durchsichtigen Glaszylinder (oder ein Vorformelement) herzustellen. Dieses Verfahren wird in der von Fujiwara et al. angemeldeten US-PS Nr. 805 893 und in der von Izawa et al. angemeldeten US-PS Rr. 932 968 beschrieben. Beim schichtweisen Aufbringen der Glasteilchen, die eine radial verteilte Zusammensetzung aufweisen, wird das aus einem Glasrohmaterial bestehende Gas, das eine radial verteilte Dotierstoffdichte aufweist, zusammen mit Sauerstoff und Wasserstoff durch, einen Brenner (6) zugeführt, um den Wasserstoff zu verbrennen, wobei durch Flammhydrolyse Glasteilchen gebildet und abgelagert werden. Dia Dotierstoffdichte kann radial verteilt werden durch Verwendung eines koaxialen Mehrrohrbrenners mit den Rohren (7$ 8, 9 und 10), wie in Fig. 4 dargestellt. Die Rohre (7 und 8) führen aus Glasrohmateri— al bestehende Gase verschiedener Zusammensetzung zu, und die Rohre (9. und 10) führen .jeweils gasförmigen Wasserstoff und Sauerstoff zu. Die gleiche Wirkung kann durch ein Verfahren erzielt werden, bei dem, wie in Fig. 5 dargestellt, mehrere Sauerstoff/Wasserstoff Brenner (11) vor-
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gesehen werden und aus G-lasrohnaterial "bestehende Gase verschiedener Zusammensetzung in die Mitte der verschiedenen flammen eingebracht werden.
Wird das so hergestellte Vor forme lenient su einer Glasfaser ausgebildet, so bringt die Anordnung einer Quarzglasummantelung (oder Überzugsschicht) (12) auf der Aussenfläche des Vorfomelements die folgenden Vorteile mit sich:
(1) Ein Dotierstoff, wie z.B. Bor oder Phosphor, zeigt ein hygroskopisches Verhalten, iirodurch. die optische Übertragungsfähigkeit verringert wird; die Aufnahme von Feuchtigkeit kann jedoch durch die Anordnung ■ der ■ Ummantelung verhindert werden.
(2) Da die Festigkeit von reinem Quarzglas größer ist als die von Quarzglas das einen Dotierstoff enthält, kann die Festigkeit der Glasfaser erhöht werden, indem man sie mit einer Quarzglasummantelung überzieht.
(3) Wenn der Außendurchmesser der Glasfaser auf einen konstanten Wert festgesetzt ist, so wird die Produktionsleistung erhöht, da die Anzahl der nach der im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Methode hergestellten Vorformelementegeringer ist.
(4-) Auch wenn das einen ilern und eine UnhüHungsschicht aufweisende Vorformelement mit einer Quarzglasummantelung übersogen ist, hat die Umnantelung keinen Einfluß auf die übertragung des Lichts. Aus
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diesem Grund kann man als Ummantelungsmaterial ein Quarzglas verwenden, das einen hohen optischen Übertragungsverlust aufweist und entsprechend preisgünstig ist. Das hat zur Folge, daß man preisgünstige optische Fasern, herstellen kann. Ein Querschnitt der oben erwähnten Art ist in Fig. dargestellt.
Im folgenden wird, unter Bezugnahme auf Fig. 8, das Verfahren zum Überziehen des Vorformelements mit der Quarzglasuminantelung (12) beschrieben. Ein Vorfornelement (13)» das nach der im Zusammenhang mit Fig. 3 oder Fig. 5 beschriebenen Methode hergestellt wurde, wird in eine Quarz— glasrohre (14) eingebracht, die später die Ummantelung "bildet, Anschließend durchlaufen das Vorformelemen-fc (13) und die Quarzglasröhre (14) einen Ilochtemperaturofen (bei ungefähr 200O0C) und xirerden dabei miteinander verschmolzen; das Vorformel einen t (13) und die Quarzglasröhre .(14) T auf diese Weise miteinander verschmolzen, werden, gezogen, um eine Faser (16) auszubilden.
Die gleiche Wirkung kann auch durch die Anwendung eines anderen, in Fig. 9 dargestellten Verfahrens erzielt werden« Bei diesem Verfahren wird das nach dem in Fig. 3 oder dargestellten Verfahren hergestellte Vorformelement (13) in die Quarzglasröhre (14) eingebracht. Die aus dem Vorformelement (13) und der Röhre (14) bestehende Anordnung wird durch einen.Brenner (1?)
oder einen Ofen auf eine hohe Temperatur (ungefähr 18000O) erhitzt, bis die Quarzglasröhre zusammenfällt, trodurch das Vorformelement (13) und die Röhre (14) miteinander verbunden werden«. Während eines nachfolgenden Arbeitsgangs
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/to
wird die so behandelte Anordnung von einem Ende aus einer hohen Temperatur (ungefähr 20000C) ausgesetzt, so da3 sie zu einer dünnen Faser verformt wird.
In der vorangehenden Beschreibung wird das mit der in Fig. 1 oder 2 dargestellten Umhüllung versehene or— foraeleinent nach dem Verfahren gsmäß Fig.3 oder 5 hergestellt, und wird dann axt der Ummantelung (12) überzogen, wodurch der in Fig. 6 dargestellte Aufbau erreicht wird. Die gleiche Wirkung kann aber auch ersielt werden durch Anwendung eines Verfhrens, bei dem zuerst nur der in 51Ig. 1 oder 2 dargestellte Kern erzeugt wird, und zwar nach dem aus Fig. 3 ersichtlichen Verfahren, und bei dem dieser Eern dann mit der Ummantelung überzogen wird, nach deia in den Figuren 8 oder 9 dargestellten. Verfahren. 3ex diesen letztgenannten Verfahren dient die Ummantelung als Umhüllung, wie aus Fig. 7 ersichtlich.
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Leerseite

Claims (2)

  1. P A ΐ S N T A N S P H ff G E E
    Verfahren zum Herstellen einer optischen Ubertragungsfaser, dadurch gekennzeichnet daß Glasteilchen gebildet werden durch Anwendung einer Flamm— hydrolyse bein einen aus einen Glasrohnaterial bestehenden Gas, daß ein zylindrischer Körper aus Glasteilchen hergestellt wird, indem die so gewonnenen Glasteilchen einem Ausgangselement so zugeführt werden, daß sie schichtweise auf diesem Ausgangselement aufgebracht werden und indem sodann die schichtweise aufgebrachten Glasteilchen in axialer Sichtung zunehmen, daß der zylindrische Körper aus Glas— teilchen gesintert wird, um einen durchsichtigen Glaszylinder herzustellen, daß der durchsichtige Glaszylinder in eine Quarzglasröhre eingeführt wird, um eine Anordnung, "bestehend aus dem durchsichtigen .Glaszylinder und der Quarz— glasrohre, zu bilden, und· daß die Anordnung zu einer dünnen Easer verformt wird. - ..
  2. 2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verformen der Anordnung die Anordnung eine Heizvorrichtung durchläuft, um den Glaszylinder und die Quarzglasröhre miteinander zu verschmelzen una die so verschmolzene Anordnung zu einer dünnen Faser gezogen wird.
    3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verformen der Anordnung der Außenfläche der Anordnung Wärme zugeführt
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    tri.rd, so daß das Quarzglas zusammenfällt und sich mit den durchsichtigen Glaszylinder verbindet, und daß die zusammengefallene Anordnung erwärmt und zu einer dünnen Faser gesogen wird.
    4-, Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet daß der durchsichtige Glaszylinder einen Kern und eine Umhüllung aufweist, wobei der Brechungsindex des Kerns größer ist als der der Umhüllung, und daß die Quarzglasröhre über der Umhüllung angebracht wird.
    5- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet daß der durchsichtige Glaszylinder einen Kern aufweist und daß die Quarzglas— röhre als eine über diesem Kern angebrachte Umhüllung dient.
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