DE2907650A1 - Optische faser - Google Patents

Optische faser

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DE2907650A1 DE19792907650 DE2907650A DE2907650A1 DE 2907650 A1 DE2907650 A1 DE 2907650A1 DE 19792907650 DE19792907650 DE 19792907650 DE 2907650 A DE2907650 A DE 2907650A DE 2907650 A1 DE2907650 A1 DE 2907650A1
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    • G02B6/0285—Graded index layer adjacent to the central core segment and ending at the outer cladding index

Description

Hanau, den 26. Februar 1979 ZPL-Dr.Hn/W
Heraeus-Quarzschmelze GmbH, Hanau (Main)
Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
"Optische Faser"
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Faser mit einem Kern, dessen Werkstoff im wesentlichen aus Quarzglas besteht, und mit einem wenigstens auf einer Länge von 10 m, gerechnet vom Lichteinkoppelende der Faser, optisch wirksamen Mantel aus Kunststoffj der einen Brechungsindex nM besitzt, der kleiner ist als der des Kerns.
Optische Fasern der vorstehend charakterisierten Art sind bekannt aus der US-PS 3 869 194. Gegenüber optischen Fasern, deren Kern und Mantel aus glasigem Werkstoff besteht, besitzen die optischen Fasern mit einem Kunststoffmantel den Vorteil, daß sie preiswerter herstellbar sind. Die kunststoffummantelten optischen Fasern mit Glaskern weisen eine hohe numerische Einkoppel-Apertur auf im Vergleich zu optischen Fasern mit. Kern und Mantel aus glasigem Werkstoff,
An der Grenzschicht zwischen^ dem Kern aus glasigem Werkstoff und dent Mantel aus Kun&tstaf£~ &g£qlgt eineu Totalreflexion des im Kern der Faser geführten^ Siehteg.^ 2Me Vexübindusgf von Kern-
und Mantelwerkstoff erfordert ein Höchstmaß an Sorgfalt, jedoch sind Streuverluste an der Grenzfläche zwischen Kern- und Mantelwerkstoff auf Grund von Fehlstellen, Staubteilchen oder aeirgleichen unvermeidbar^
Deshalb wurde auch sehon vorgeschlagen, zur Verminderung der Streuverluste die optischen Fasern mit Glaskerrt und Kunststoffmantel durch solche optische Fasern zu ersetzen, die nur aus einem Kernmaterial bestehen. Zu diesem Zweck hat man gemäß der DE-AS 1 901 053 die Außenschicht des Kernmaterials durch einen Diffusionsprozeß so verändert, daß sie wie ein Mantel wirkt. Dann liegt aber wieder die schon eingangs erwähnte optische Faserform vor, die nur-aus glasigen Werkstoffen besteht und die eine niedrige numerische Einkoppel-Apertur besitzt
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine optische Faser zu schaffen, die unter Beibehaltung der hohen numerischen Einkoppel-Apertur bessere Lichtleiteigenschaften gewährleistet als die bekannten kunststoffummantelten optischen Fasern, wobei ferner der Vorteil der preiswerten Herstellung erhalten bleibt.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer optischen Faser der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäß dadurch, daß der Kern eine Außenschicht aufweist, deren Brechungsindex n. kleiner als der konstante Brechungsindex nK des übrigen inneren Kernteils und größer als; der Brechungsindex des Mantels nM ist und nAus im Bereich von nK -(nK - ηΜ)·(0,25 bis 0,8) liegt und deren Dicke zwischen· 0,8/um und 8/um beträgt. Bewährt hat sich eine Außenschicht, deren Dicke 2 bis 6 ,um beträgt und deren Brechungsindex nAus im Bereich von nK-(nk~nM)·(0,4 bis 0,6 liegt. Besonders gute Resultate liefern optische Fasern gemäß der Erfindung, bei denen die Dicke der Außenschicht 4/um und
lAus
ηΚ ~(ηΚ ~ 1W
beträgt. Der Brechungsindex der
Außenschicht des Kerns ist vorteilhafterweise über die gesamte
0 30 03 5/055 3 - ο -
Schichtdicke konstant. Die Erfindung umfaßt aber auch solche Fasern, bei denen sich der Brechungsindex der Außenschicht mit zunehmendem Abstand von der Kernachse verkleinert. Voraussetzung ist lediglich, daß der Brechungsindex innerhalb des beanspruchten Bereichs liegt. Bewährt haben sich optische Fasern, bei denen die Außenschicht des Kerns aus fluor- oder bordotiertem Quarzglas besteht. Der innere Kernteil der erfindungsgemäßen optischen Faser besteht aus Quarzglas oder aus mit den Brechungsindex erhöhendem Mittel dotiertem Quarzglas. Als solche den Brechungsindex erhöhenden Mittel werden, wie bekannt , Germanium-,. Phosphor-, Titan-, Aluminium-Verb indungen benutzt. Wenn der innere Kernteil der erfindungsgemäßen Faser aijis mit den Brechungsindex erhöhendem^ Mittel dotiertem Quarzglas besteht, so läßt sich als Außenschicht eine undotierte Quarzglasschicht verwenden.
Erfindungsgemäß ausgebildete optische Fasern besitzen den Vorteil, daß an der Kernaußenschicht, deren Brechzahl und Dicke den beanspruchten Bedingungen genügt, ein wesentlicher Teil des eingekoppelten Lichts total reflektiert wird, während ein verminderter Teil an der Grenzschicht zwischen der Kernaußenschicht und dem Kunststoffmantel total reflektiert wird. Der letztgenannte Anteil ist zwar nicht mehr so hoch wie bei den bekannten optischen Fasern mit Quarzglaskern und Kunststoffmantel, er ist aber nicht vernachlässigbar gering, was bedeutet daß der Kunststoffmantel der erfindungsgemäßen optischen Faser eine optische Wirkung hat. Die erfindüngsgemäßen Fasern weisen eine etwa gleich hohe numerische Einkoppelapertur auf wie die bekannten kunststoffummantelten Quarzglasfasern, die der Brechzahldifferenz zwischen dem Brechungsindex des inneren Kernteils und dem Kunststoffmantel entspricht. Gegenüber den bekannten optischen Fasern mit Quarzglaskern und Kunststoffmantel besitzen die erfindungsgemäßen optischen Fasern mit der speziellen Kernaußenschicht eine höhere Lichtausbringung, die umgerechnet auf eine Länge von 1 i_a etwa um 50 % höher liegt als die der bekannten kunststölTfummantelten Quarzglasfaser. 030035/0553
Als Werkstoffe für den Kunststoffmantel haben sich insbesondere bewährt Silikonharze, wie beispielsweise das Silikonharz der Firma SMn-Et su Chemicals KE 103 RTV, und Polyt et raf luo rät hyl en.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen optischen Faser können die bekannten Herstellungsverfahren für kunststoffummantelte Quarzglasfasern benutzt werden, wie sie beispielsweise in der eingangs genannten US-PS 3 869 194 in den Figuren 8 und 9 beschrieben sind. Als Ausgangsmaterial kann anstelle eines Quarzglasstabes ein Stab benutzt werden, dessen innerer Kernteil aus Quarzglas besteht und dessen Außenschicht aus fluordotiertem Quarzglas besteht. Solche Ausgangsmaterialien können beispielsweise in der Weise hergestellt werden, wie dies in der DE-AS 25 36 456 beschrieben ist.
In der Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine optische Faser gemäß der Erfindung dargestellt.
In der Figur 2 ist schematisch die Herstellungsweise der erfindungsgemäßen Faser dargestellt."
In der Figur 1 ist der innere Kernteil mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Er besteht aus Quarzglas, und zwar aus synthetischen aus gasförmigen Siliziumhalogeniden gewonnenem Quarzglas, das weniger als 10 ppm OH-Ionen und im nahen Infrarotspektralbereich optische Totalverluste von weniger als 4 dB/km, in der Masse gemessen, aufweist. Die Außenschicht 2 des Kerns besteht aus fluordotiertem, synthetischem Quarzglas mit einem Fluorionengehalt von 30.000 ppm Fluor-Ionen und weniger als 10 ppm OH-Ionen. Mit der Bezugsziffer 3 ist der Kunststoffmantel bezeichnet, der aus Silikonharz besteht.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Faser ist der schemataschejn Figur 2 zu entnehmen. Mit der Bezugsziffer 4 ist ein stabförmiges Halbzeug bezeichnet, das aus einem inneren Kernteil
von synthetischem Quarzglas besteht und einem Außenteil aus fluordotiertem synthetischem Quarzglas (die übrigen Materialeigenschaften von innerem Kernteil und Außenschicht entsprechen den Angaben zu Figur 1). Der Stab 4 ist innerhalb einer Heizeinrichtung 5 angeordnet und wird dort auf Ziehtemperatur erhitzt. Die gezogene Faser durchläuft dann eine Kunststoff beschickungseinrichtung 6, worin sich der Mantelwerkstoff aus Silikonharz in flüssigem Zustand befindet. Die aus der Vorrichtung 6 austretende Faser besitzt dann einen Aufbau, wie er in Figur 1 dargestellt ist. Sie kann danach in üblicher Weise auf eine Trommel 7 aufgewickelt werden. Wenn für die Kunststoffbeschichtungsvorrichtung ein Extruder verwendet wird, ist keine Aushärtungsanlage zwischen der Beschickungsvorrichtung und der Aufwickeltrommel 7 einzuschalten, wie dies beim Ausführungsbeispiel durch die Bezugsziffer 8 dargestellt wird*
< O3OO35/0SS-3
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Leerseite

Claims (9)

Hanau, den 26. Februar 1979 ZPL-Dr.Hn/W Heraeus-Guarzschmelze GmbH, Hanau (Main) Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung "Optische Faser" Patentansprüche
1. Optische Faser mit einem Kern, dessen Werkstoff im wesentlichen aus Quarzglas besteht,und mit einem wenigstens auf einer Länge von 10 m, gerechnet vom Lichteinkoppelende der Faser, optisch wirksamen Mantel aus Kunststoff, der einen Brechungsindex η™ besitzt, der kleiner ist als der des Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Außenschicht aufweist, deren Brechungsindex 1Ia115 kleiner als der konstante Brechungsindex nR des übrigen inneren Kernteils und größer als der Brechungsindex nM des Mantels ist und nAus im Bereich von nK - (nK~ ηΜ)·(0,25 bis 0,8) liegt und deren Dicke zwischen 0,8 /um und 8/um beträgt.
2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex der Außenschicht des Kerns über die gesamte Schichtdicke konstant ist.
3. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Brechungsindex der Außenschicht des Kerns mit zunehmendem Abstand von der Kernachse verkleinert.
030035/-QS5-3
29137650
4. Faser nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht des Kerns aus fluor- oder Ibordotiertem Quarzglas besteht,
5. Faser nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kernteil aus mit den Brechungsindex erhöhendem Mittel dotiertem Quarzglas besteht.
6. Faser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht des Kerns aus Quarzglas und der innere Kernteil aus mit den Brechungsindex erhöhendem Mittel dotiertem Quarzglas besteht.
7. Faser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzglas des inneren Kernteils und der Außenschicht ein synthetisches aus Siliziumhalogeniden hergestelltes Quarzglas ist, dessen OH-Gehalt weniger als 10 ppm beträgt.
8. Faser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht einen Brechungsindex nAus besitzt, der im Bereich von nK "" ^ηκ " nM^ * ^0'^ ^*3 °»^) liegt und deren Dicke 2 bis 6/um beträgt.
9. Faser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmantel aus Silikonharz oder Polytetrafluoräthylen besteht.
030035/0553
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