DE2908311C3 - Method and device for the continuous production of preforms for communication fibers with a gradient profile of the refractive index in the light-guiding core - Google Patents

Method and device for the continuous production of preforms for communication fibers with a gradient profile of the refractive index in the light-guiding core

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DE2908311C3 DE19792908311 DE2908311A DE2908311C3 DE 2908311 C3 DE2908311 C3 DE 2908311C3 DE 19792908311 DE19792908311 DE 19792908311 DE 2908311 A DE2908311 A DE 2908311A DE 2908311 C3 DE2908311 C3 DE 2908311C3
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Description

bObO

Düsenkopfoberfläche angeordnet sind.The nozzle head surface are arranged.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese übereinandergesetzten Ringe aus Quarzglas bestehen.12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that these superimposed Rings are made of quartz glass.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Vorformen mit einem Brechungsindex-Gradientenprofil im lichtführenden Kern, die nach dem Ausziehen Nachrichtenfasern mit Brechwertgradienten ergeben.The invention relates to a method and an apparatus for the continuous production of Preforms with a refractive index gradient profile in the light-guiding core that are made after drawing Message fibers with refractive index gradients result.

Die bekannten Vorform-Herstelltechniken erlauben keine kontinuierliche Fertigung, so daß unverhältnismäßig hohe Produktionskosten sowohl bei der Vorformherstellung als auch bei dem späteren Faserziehen anfallen. Diese bekannten Verfahren zur Vorform-Herstellung (Innenbeschichtung eines Rohres oder Außenbeschichtungsverfahren) lassen sich nicht in ein kontinuierliches System umwandeln. Deshlab ist eine Veränderung der bisherigen Technik nicht möglich, und es besteht ein dringedes Bedürfnis nach einer neuen Technologie zur kontinuierlichen Herstellung von Vorformen mit Gradientenprofil des Brechungsindex.The known preform production techniques do not allow continuous production, so that disproportionate high production costs both in preform manufacture and in the subsequent fiber drawing attack. These known processes for preform production (internal coating of a pipe or external coating process) cannot be transformed into a continuous system. Therefore it is not possible to change the previous technology, and there is an urgent need for a new technology for the continuous production of Preforms with a gradient profile of the refractive index.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Vorform besitzt einzelne Konzentrationsgradientenprofile für die verschiedenen Komponenten, wie z. B. SiO2, B2O, GeO2, P2O5, Sb2Oj usw, welche sich zonenweise in rotationssymmetrischer Form überlappen. Die Summe aller Konzentrations-Gradientenprofi-Ie ergibt ein Summen-Gradientenprofil, welches den Brechungsindex-Verlauf so beeinflußt, daß eine Exponentialkurve mit einheitlichem, variierbarem Exponenten als Brechungsindex-Gradientenverlauf über den rotationssymmetrischen Querschnitt der Vorform vorliegtThe preform produced with the device according to the invention has individual concentration gradient profiles for the various components, such as, for. B. SiO 2 , B 2 O, GeO 2 , P 2 O 5 , Sb 2 Oj, etc., which overlap in zones in a rotationally symmetrical shape. The sum of all concentration gradient profiles results in a cumulative gradient profile which influences the refractive index curve in such a way that an exponential curve with a uniform, variable exponent is present as a refractive index gradient curve over the rotationally symmetrical cross section of the preform

Bekannt ist die sogenannte Innenbeschichtungstechnik, bei der ein Rohr, meist ein Kieselglasrohr, von einem Gasgemisch durchströmt wird, welches durch von außen herangeführte Energie, z. B. über Knallgasbrenner, Acetylen-Wasserstoffbrenner oder elektromagnetische Schwingungen im Rohr oxidiert wird und zu einem Niederschlag an der Rohrinnenwand führt. Nach genügend dickem Niederschlag, der in seiner Zusammensetzung durch Variation des Gasgemisches kontinuierlich verändert wird, so daß ein Brechungsindexprofil entsteht, wird dieses Rohr zu einem Stab, der sogenannten Vorform kollabiert. Die Vorform kann anschließend zur Faser ausgezogen werden.The so-called internal coating technology is known, in which a tube, usually a silica glass tube, is flowed through by a gas mixture, which flows through energy brought in from outside, e.g. B. via oxyhydrogen burners, acetylene hydrogen burners or electromagnetic Vibrations in the pipe is oxidized and leads to a precipitate on the inner wall of the pipe. After a sufficiently thick precipitate, its composition by varying the gas mixture is continuously changed, so that a refractive index profile is created, this tube becomes a rod that so-called preform collapsed. The preform can then be drawn into fibers.

Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren, bei dem ein Quarzstab außen schichtweise mit einem Material beschichtet wird, dessen Zusammensetzung schrittweise variiert wird. Anschließend wird nach Aufbringung einer genügenden Zahl von Schichten der Quarzstab entweder herausgezogen oder im Kern belassen, jedenfalls der so erhaltene Stab zu einer Faser ausgezogen.A method is also known in which a quartz rod is coated with a material on the outside in layers is coated, the composition of which is varied gradually. Then after application a sufficient number of layers of the quartz rod either pulled out or left in the core, In any case, the rod obtained in this way is drawn out into a fiber.

Zwar ist in der DE-OS 27 15 333 ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Vorformen für optische Glasfasern beschrieben, bei welchem Glasmaterialien aus Düsen auf ein Auffangglied aus hitzebeständigem Material aufgebracht werden, wodurch ein Formling entsteht, jedoch muß dieser Formling anschließend in einen Hochtemperaturofen für die Glasbildung gebracht werden, um ihn dichtzusintern, wodurch erst die Vorform erhalten wird. Dieses bekannte Verfahren ist also auch nur ein Chargen- und kein kontinuierliches Verfahren.It is true that DE-OS 27 15 333 describes a process for the continuous production of preforms for optical Glass fibers are described in which glass materials are made from nozzles onto a collecting member made from heat-resistant Material can be applied, whereby a molding is produced, but this molding must then placed in a high-temperature furnace for glass formation in order to sinter it densely, whereby the preform is only obtained. This known method is also only a batch and not a continuous process.

Beide Techniken führen nicht zu endlosen Vorformen, »ondern zu Vorformen, deren Länge durch verschiedene Parameter stark begrenzt sind. Allgemein hat heute eine Vorform die Länge von etwa 50 cm, gleichgültig nach welchem Verfahren sie hergestellt wird. Über Vorformlängen von bis zu 1 m wurden berichtet Im übrigen sind beide Techniken so kompliziert, daß mit zunehmender Länge zusätzliche Fehler in den Vorformen auftreten und eine längere Vorform damit verbieten.Both techniques do not lead to endless preforms, but rather to preforms whose lengths vary Parameters are severely limited. In general, a preform today has a length of around 50 cm, regardless of what it is which process it is made. Preform lengths of up to 1 m have been reported both techniques are so complicated that as the length increases, additional defects occur in the preforms and forbid a longer preform.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Vorformen für Nachrichtenfasern.The aim of the present invention is therefore a method and an apparatus for continuous Manufacture of preforms for communication fibers.

Dieses Ziel wird gemäß den Patentansprüchen erreichtThis aim is achieved according to the claims

Die Erfindung wird im nachfolgenden und unter is Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in welcher beispielhafte Ausführungsformen dargestellt sind.The invention is described below and under is Explained with reference to the drawing, in which exemplary embodiments are shown.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß man mit Hilfe eines geeigneten Düsenkopfes D einen rotationssymmetrisch variierten Gasstrom erzeugen kann, welcher es erlaubt, gleichzeitig unterschiedliche Zusammensetzungen, die kontinuierlich ineinander übergehen, als oxidierbare Gasmischung auf eine Konkavform aufströmen zu lassen. F i g. 1 zeigt, wie die einzelnen Gasströme aus diesem (halb dargestellten) Düsenkopf Daustreten. Man erkennt S Düsen, durch die die Gasströme G1 bis Gs austreten. Dieser Düsenkopf D ist im wesentlichen halbkugelförmig, wobei die Austrittsschlitze für G\ bis Gs um die gesamte Halbkugel des Düsenkopfes D mit kurzen Unterbrechungen herumge ju führt sind.The invention is based on the idea that, with the aid of a suitable nozzle head D, a rotationally symmetrically varied gas flow can be generated which allows different compositions, which continuously merge, to flow onto a concave shape as an oxidizable gas mixture. F i g. 1 shows how the individual gas streams emerge from this nozzle head D (half shown). One recognizes S nozzles through which the gas streams G 1 to Gs emerge. This nozzle head D is essentially hemispherical, with the outlet slots for G \ to Gs around the entire hemisphere of the nozzle head D with short interruptions.

Der Austrittswinkel«! für den Gasstrom Gt überlappt sich beispielsweise mit dem Austrittswinkel «2 des Gasstroms G2 und berührt gerade noch den Rand des Austrittswinkels on des Gasstroms Gi an der Stelle, an « der die Austrittsöffnungswinkel auf die Niederschlagsebene (Konkavfläche) auftreffen. Diese Niederschlagsebene wird durch die Vorform gebildetThe exit angle «! for the gas stream G t overlapped, for example, the exit angle «2 of the gas stream G 2 and contacts just the edge of the exit angle on the gas stream Gi at the location of the outlet opening angle to the precipitation level (concave surface) impinge on". This precipitation level is formed by the preform

Durch die Überlagerung der verschiedenen Austrittswinkel «ι bis as wird eine ausreichende gleichmäßige Gradientenbildung der Gasströme erreicht Durch Zuführung von Energie erfolgt Oxidation der Gasströme an der konkaven Niederschlagsfläche. Quarzringe Q stützen in Bereichen, in denen noch nicht genügend Niederschlag erzeugt wurde, die Konkavfläche ab.By superimposing the various exit angles to a sufficiently uniform gradient formation of the gas flows is achieved. By supplying energy, the gas flows are oxidized on the concave precipitation surface. Quartz rings Q support the concave surface in areas in which not enough precipitation has yet been generated.

In F i g. 2 ist ein Ofen //dargestellt, in dessen Innerem Brennerköpfe B, die mit O2 und H2 beschickt werden, von außen die Halbringe Q aus Kieselglas und das übrige Ofeninnere auf Oxidationstemperatur erhitzen. Die Gasströme Gi bis Gs werden in den Düsenkopf D aus Kieselglas eingeleitet und treten aus ihm gemäß F i g. 1 aus. Die Abgase der Oxidation unter Temperatureinwirkung werden durch den Abgaskanal V2 abgeleitet. Der Abgaskanal VI dient zur Abführung der Verbrennungsgase der Brenner B. Zur Verbesserung der Oxidations- bedingungen dient ein Kühlmantel K, der eine Wasserkühlung besitzt. Die Oxidationsbedingungen werden temperaturmäßig überwacht mit einem Temperaturmeßgerät T, welches ebenso wie der Laser L, dessen Aufgabe weiter unten beschrieben wird, durch M) das Fenster F die Konkavfläche der entstehenden Vorform PF beobachtet. Die stetige Zuführung der Gasmischungen G1-G5 in rotationssymmetrischer Form sorgt für einen gradientenförmigen Niederschlag auf der Konkavfläche PF in kontinuierlicher Weise, so daß die Vorform PF'\n ummantelter Form A nach unten hin durch die Rollen R (seitliche Stützung und kontinuierlicher Abzug) abgezogen werden kann.In Fig. 2 shows a furnace in the interior of which burner heads B, which are charged with O2 and H2, heat the half-rings Q made of silica glass and the rest of the furnace interior to the oxidation temperature. The gas flows Gi to Gs are introduced into the nozzle head D made of silica glass and emerge from it as shown in FIG. 1 off. The exhaust gases from the oxidation under the influence of temperature are discharged through the exhaust gas duct V2. The exhaust duct VI serves to discharge the combustion gases from the burner B. A cooling jacket K, which is water- cooled, is used to improve the oxidation conditions. The oxidation conditions are monitored in terms of temperature with a temperature measuring device T, which, like the laser L, whose task is described below, observes the concave surface of the preform PF formed through M) the window F. The steady supply of the gas mixtures G1-G5 in a rotationally symmetrical form ensures a gradient-shaped deposit on the concave surface PF in a continuous manner, so that the preform PF '\ n of sheathed form A is pulled downwards by the rollers R (lateral support and continuous withdrawal) can be.

Die Oxidation der Gasmischungen auf der Konkavfläche von PF wird gesteuert über die Messung des niedergeschlagenen Materials mit Hilfe des Lasers L und der Oxidationsbedingungen iuittels Temperaturmeßgeräts T, wobei ein Programmgeber P einerseits mittels der Motoren M (über die Rollen R) die Geschwindigkeiten für den Abzug U\ und für die Rotation U2 steuert, andererseits über die Temperaturkontrolle TK die Zufuhr der Brenngasmischung von O2 und H2 über die Regeleinheit BGM zu den Brennern B regeltThe oxidation of the gas mixtures on the concave surface of PF is controlled by measuring the deposited material with the aid of the laser L and the oxidation conditions by means of a temperature measuring device T, whereby a programmer P on the one hand sets the speeds for the trigger U by means of the motors M (via the rollers R) \ and controls for the rotation U 2 , on the other hand controls the supply of the fuel gas mixture of O2 and H2 via the control unit BGM to the burners B via the temperature control TK

Die Erzeugung geeigneter Gasmischungen für den Düsenkopf D ist, wie F i g. 1 zeigt, von besonderer Bedeutung für die Erfindung. In Fig.3 ist ein schematisches Verfahren beschrieben, um geeignete Gasströme Gi — Gs für einen entsprechenden Düsenkopf herzustellen. Dieses Verfahren und die dieses Verfahren ermöglichende Anlage sind wesentliche Teile der vorliegenden Erfindung.The generation of suitable gas mixtures for the nozzle head D is as shown in FIG. 1 shows of particular importance to the invention. A schematic method is described in FIG. 3 in order to produce suitable gas flows Gi - Gs for a corresponding nozzle head. This method and the plant which enables this method are essential parts of the present invention.

Ausgegangen wird von einem Trägergas, meist Sauerstoff O2 in gereinigter Form. Dieses Trägergas wird mit einem Durchflußregler geregelt in ein Gasrohrsystem eingespeist.The starting point is a carrier gas, mostly oxygen O2 in purified form. This carrier gas is fed into a gas pipe system in a controlled manner with a flow regulator S§.

Diesem Gasrohrsystem entnehmen verschiedene Bubbeigefäße K\ bis K5 den Sauerstoff als Trägergas und beladen ihn mit unterschiedlichen Gasen, z. B. Siliciumtetrachlorid, Borbromid, Germaniumtetrachlorid, Phosphoroxichlorid, Antimonpentachlorid. Das mit diesen Gasen beladene Trägergas wird in ein anderes Leitungssystem geführt, wobei jeweils ein Leitungssystem für eine Gasmischung aus einer Komponente, wie z. B. Siliciumtetrachlorid + Sauerstoff jeweils existiert Aus diesen verschiedenen Rohrsystemen entnehmen Durchflußmengenregler S unterschiedliche Mengen an Gas. Wenn beispielsweise fünf Gasgemische Gi bis Gs, wie in F i g. 3 beschrieben, zusammengemischt werden sollen unter Verwendung aller 5 Bubbeigefäße mit 5 verschiedenen Gaskcmponenten außer dem Trägergas, dann nimmt für jede einzelne Gasmischung Gi oder G2 oder Gy oder G« oder Cs jeweils ein Durchflußregler S aus dem jeweiligen Rohrsystem eine bestimmte Menge Gas und mischt sie den übrigen Gasmengen bei. So wird beispielsweise die Gasmischung G\ zusammengestellt durch den Durchflußregler S\ für die Sauerstoff-Siliciumtetrachlorid-Mischung aus dem Bubbeigefäß Ku den Durchflußregler Sl der seine Gasmenge aus dem vom Bubbeigefäß ΑΓ2 gespeisten Rohrsystem entnimmt, den Durchflußregler Si3, der seine Gasanteile aus dem Rohrsystem entnimmt, welches aus dem Bubbeigefäß K3 gespeist wird usw. Man erkennt, daß die untere Indexzahl die Ziffer des Gasstromes ist und die obere Indexzahl den Hinweis auf das Bubbeigefäß gibt. Die Gesamtmenge dieser Gasmischung Gi wird zusätzlich durch weiteren Sauerstoff, der durch den Durchflußregler X\ definiert beigegeben wird, vergrößert. Various Bubbei vessels K \ to K 5 take the oxygen as a carrier gas from this gas pipe system and load it with different gases, e.g. B. silicon tetrachloride, boron bromide, germanium tetrachloride, phosphorus oxychloride, antimony pentachloride. The carrier gas loaded with these gases is fed into another line system, with a line system for a gas mixture of a component, such as. B. silicon tetrachloride + oxygen exists in each case. Flow regulators S take different amounts of gas from these different pipe systems. For example, if five gas mixtures Gi to Gs, as shown in FIG. 3, are to be mixed together using all 5 Bubbei vessels with 5 different gas components except the carrier gas, then for each individual gas mixture Gi or G 2 or Gy or G «or Cs a flow regulator S takes a certain amount of gas from the respective pipe system and mixes it they contribute to the remaining gas quantities. For example, the gas mixture G \ is compiled by the flow regulator S \ for the oxygen-silicon tetrachloride mixture from the Bubbei vessel K u, the flow regulator Sl, which takes its gas volume from the pipe system fed by the Bubbei vessel ΑΓ2, the flow regulator Si 3 , which takes its gas proportions from the Takes the pipe system, which is fed from the Bubbei vessel K 3 , etc. It can be seen that the lower index number is the number of the gas flow and the upper index number indicates the Bubbei vessel. The total amount of this gas mixture Gi is additionally increased by further oxygen, which is added in a defined manner by the flow regulator X \.

Ebenso wie das Gasgemisch G, mittels der Durchflußregler X], S{, Sf, St, Sf und Sf zusammengesetzt wird, wird das Gasgemisch G2 von den Durchflußreglern X2, Si, S$, S}, Si und S^ zusammengestellt. Die Gasgemische G), G4 und G5 werden in der gleichen Art erstellt.Just as the gas mixture G is composed by means of the flow regulators X], S {, Sf, St, Sf and Sf , the gas mixture G 2 is composed by the flow regulators X 2 , Si, S $, S}, Si and S ^. The gas mixtures G), G4 and G 5 are created in the same way.

Alle Durchflußregler X und S werden in ihrem Programm durch ein Steuersystem gesteuert, welches aus einem Rechner PR, einer Bandstation ßPund einem Display TEbesteht.All flow regulators X and S are controlled in their program by a control system, which consists of a computer PR, a tape station ßP and a display TE.

Neue Programme werden über die Tastatur des Displays in das System eingegeben; bewährte Programme können in der Bandstation ^gespeichert werden.New programs are entered into the system via the display keypad; proven programs can be stored in the tape station ^.

Durch die Rotation der Vorform PF wird mit HilfeThe rotation of the preform PF will help

29 08 3Π29 08 3Π

des Düsenkopfes D ein konzentrisch gleichbleibender Niederschlag in der Konkavfläche PF erzeugt, der in den meisten Fällen glasiger Art ist.of the nozzle head D produces a concentrically constant precipitate in the concave surface PF , which in most cases is glassy in nature.

Niedrige Betriebstemperaturen, kontrolliert über T, erlauben jedoch auch amorphen Niederschlag aus der Gasphase, ebenso wie die Niederschlageigenschaften durch die Menge an Überschuß-Sauerstoff beeinflußt werden können.However, low operating temperatures, controlled by T, also allow amorphous precipitation from the gas phase, just as the precipitation properties can be influenced by the amount of excess oxygen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit aus einem Düsenkopf von bestimmter Gestalt, aus einem Mechanismus zur Erzeugung der verschiedenen Gasströme, sowie aus einer stetig verschiebbaren Umhüllung für die wachsende Vorform.The device according to the invention thus consists of a nozzle head of a certain shape, from one Mechanism for generating the various gas streams, as well as from a continuously movable envelope for the growing preform.

In F i g. 4 ist ein Düsenkopf D dargestellt, aus dessen ringförmigen Düsen Gasströme G< bis G? herausströmen. Diese Gasströme überlappen sich. In F i g. 5 schaut man aus Richtung Vorform PFauf den Düsenkopf D mit den ringförmigen Düsenschlitzen K, die von Stabilisierungsrippen unterbrochen sind. Eine bevorzugte Ausführung des Düsenkopfes ist aus Kieselglas.In Fig. 4 shows a nozzle head D , from whose ring-shaped nozzles gas flows G < to G? pour out. These gas flows overlap. In Fig. 5 one looks from the direction of the preform PF onto the nozzle head D with the annular nozzle slots K, which are interrupted by stabilizing ribs. A preferred embodiment of the nozzle head is made of silica glass.

F i g. 6 zeigt das Brechungsindexprofil, das mit einemF i g. 6 shows the refractive index profile obtained with a

IOIO

1515th

20 Düsenkopf gemäß F i g. 4 und F i g. 5 erhalten werden kann.20 nozzle head according to FIG. 4 and FIG. 5 can be obtained.

Jeweils ein kreisförmiger Düsenring wird mit einer Gasmischung G\ bis Gj beschickt. Das zentrale Loch läßt dem Gasstrom G7 entweichen. Die ringförmige Überlappung der Gasströme, gekennzeichnet durch die Winkel «ι bis «7, ist in F i g. 4 gut zu erkennen, λ, ist dabei der Austrittswinkel des Gasstromes G\, «; ist dabei der Austrittswinkel des Gasstromes G1. Die Konkavfläche PO der Vorform PF ist dabei die Niederschlagsfläche für das Material, welches durch die Oxidation des Gasgemisches unter Temperatureinfluß erzeugt wird.In each case a circular nozzle ring is charged with a gas mixture G \ to Gj . The central hole allows the gas flow G 7 to escape. The annular overlap of the gas streams, characterized by the angles to 7, is shown in FIG. 4 clearly visible, λ, is the exit angle of the gas flow G \, «; is the exit angle of the gas flow G 1 . The concave surface PO of the preform PF is the precipitation surface for the material which is generated by the oxidation of the gas mixture under the influence of temperature.

Mit einem Düsenkopf, welcher z. B. wie in F i g. 4, für sieben verschiedene Gasströme geeignet ist, erhält man eine Exponentialkurve des Brechungsindex im auf der Oberfläche der Vorform niedergeschlagenen Glas unter Verwendung der nachstehenden Gasgemische, ausgedrückt in Oxidmaterial ohne Trägergasanteil. Trägergas ist Sauerstoff, die Temperatur ist 1815° C.With a nozzle head, which z. B. as in FIG. 4, which is suitable for seven different gas flows, is obtained shows an exponential curve of the refractive index in the glass deposited on the surface of the preform Use of the following gas mixtures, expressed in oxide material without carrier gas content. Carrier gas is oxygen, the temperature is 1815 ° C.

GasgemischGas mixture Gewichts-%Weight% Oxidoxide B2O3 B 2 O 3 Sb2O3 Sb 2 O 3 P2O5 P 2 O 5 GeO2 GeO 2 BrechungsRefractive SiO2 SiO 2 5,05.0 0,10.1 - - index
nd
index
nd
G,G, 943943 5,05.0 0.10.1 1.01.0 4,04.0 1,4501,450 G2 G 2 893893 5,05.0 0,10.1 2,252.25 9,09.0 1,4531.453 G3 G 3 83,6583.65 5,05.0 0,10.1 3,123.12 12,512.5 1,4561.456 G4 G 4 79,2879.28 5,05.0 0,10.1 3,753.75 15,015.0 1,4601,460 G5 G 5 76,1576.15 5,05.0 0,10.1 4,254.25 17,017.0 1,4621.462 G6 G 6 73,6573.65 5,05.0 0,10.1 " 4,50"4.50 18,018.0 1,4641.464 CC. 72,472.4 1,4651.465

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Abstützung der wachsenden und nach unten abgezogenen Vorform. Diese Abstützung wird erfindungsgemäß erreicht mittels halbkreisförmiger Ringe Q, die in geeigneter Höhe um den Düsenkopf D kreisförmig aufeinandergesetzt werden. Diese Ringe Q bestehen vorzugsweise aus Quarzglas. Da der Niederschlag auch an diesen Ringen anwächst, bilden diese Ringe später selbst einen Teil der Vorform.An essential feature of the invention is the support of the growing preform that is pulled downwards. This support is achieved according to the invention by means of semicircular rings Q, which are placed on top of one another in a circle around the nozzle head D at a suitable height. These rings Q are preferably made of quartz glass. Since the precipitate also grows on these rings, these rings themselves later form part of the preform.

Eine vereinfachte Form des Düsenkopfes D ist in F i g. 7 dargestellt mit kreisförmigen Austrittsöffnungen K für vier verschiedene Gasströme Ci bis G4. Mit dieser Anordnung lassen sich vor allem Störungen vermeiden, die durch Verstopfung der feinen Düsenschlitze gemäß ">» F i g. 4 auftreten können, jedoch nicht auftreten müssen.A simplified form of the nozzle head D is shown in FIG. 7 shown with circular outlet openings K for four different gas flows Ci to G 4 . With this arrangement, it is possible, above all, to avoid disruptions which can, but do not have to, occur due to the clogging of the fine nozzle slots according to FIG. 4.

Besondere Bedeutung hat für einen reibungslosen Ablauf der Vorformdarstellung und damit auch für ihre spätere Qualität in bezug auf die Gleichmäßigkeit des Brechungsindexprofils der relative Abstand des Düsenkopfes D von der Konkavfläche PO. Der Abstand wird dabei bestimmt durch die Abmessungsverhältnisse von PF und D, den Temperaturbedingungen, der Materialbeschaffenheit von D, der Mengenverteilung der Gasströme Ci bis Gx. der Form und Größe und w> Anordnung der Austrittsöffnungen K. Es wurde gefunden, daß ein Mindestabstand von D zu PO von einem Zehntel des Durchmessers der Vorform PF recht gute Vorformqualitäten in genügender Ausbeute pro Zeiteinheit ergibt Geringere Abstände ergeben zwar b5 bessere Profilqualität, wenn mehr Austrittsöffnungen Verwendung Finden, doch verlangsamt sich der Brechungsindex beträchtlich, wenn man weniger Abstand als V20 vom Durchmesser der Vorform PFbenutzt Eine Vergrößerung des Abstandes von D zu PO erlaubt demgegenüber höhere Niederschlagsraten: es kommt jedoch zu stärkerer wechselseitiger Beeinflussung der verschiedenen Gasströme Ci bis Gx, so daß sich die Profilqualität des Brechungsindex verschlechtert. Mit Abständen größer als dem doppelten Vorformdurchmesser erhält man Vorformen, welche deutliche Störungen des Brechungsindexprofiles zeigen; das Profil läßt sich nicht mehr durch eine einzige Exponentialkurve beschreiben. The relative distance of the nozzle head D from the concave surface PO is of particular importance for a smooth process of the preform representation and thus also for its later quality with regard to the uniformity of the refractive index profile. The distance is determined by the dimensional ratios of PF and D, the temperature conditions, the material properties of D, the quantity distribution of the gas flows Ci to G x . the shape and size and w> arrangement of the outlet openings K. It has been found that a minimum distance from D to PO of one tenth the diameter of the preform PF results in very good preform qualities with sufficient yield per unit of time. Smaller distances result in better profile quality, if more Outlet openings are used, but the refractive index slows down considerably if a distance less than V20 from the diameter of the preform PF is used.In contrast, increasing the distance from D to PO allows higher precipitation rates: however, there is a stronger mutual influence of the various gas flows Ci to Gx, see above that the profile quality of the refractive index deteriorates. With distances greater than twice the preform diameter, preforms are obtained which show clear disturbances in the refractive index profile; the profile can no longer be described by a single exponential curve.

Mit einem Düsenkopf gemäß F i g. 1 wurde z. B. bei einem Abstand PO zu D von 26 cm eine Vorformdicke von 22 cm erreicht; die noch zusätzlich von 4 mm dicken Quarzring-Halbschalen Q umgeben war. Die Aufwachsgeschwindigkeit betrug 8 μπι pro Minute, die Temperatur zwischen PO und D lag zwischen 1800 und 1840° C Das annähernd parabelförmige Brechzahlprofil konnte über mehr als 56 h aufrechterhalten werden.With a nozzle head according to FIG. 1 was z. B. at a distance PO to D of 26 cm, a preform thickness of 22 cm is achieved; which was additionally surrounded by 4 mm thick quartz ring half-shells Q. The growth rate was 8 μm per minute, the temperature between PO and D was between 1800 and 1840 ° C. The approximately parabolic refractive index profile could be maintained for more than 56 h.

Die Vorform wurde direkt im Anschluß daran ausgezogen. Die daraus resultierende Faser hatte zu Beginn Verluste von 12 dB/km, gegen Ende 8 dB/km (bei 860 nm). Erste Prüfungen solcher Fasern zeigen, daß mindestens eine Übertragungshandbreite von 200 MHz zu erreichen istThe preform was then drawn out immediately afterwards. The resulting fiber had to Beginning of losses of 12 dB / km, towards the end of 8 dB / km (at 860 nm). Initial tests of such fibers show that at least a transmission hand width of 200 MHz can be achieved

Zur Gaserzeugung könnten z.B. die bekannten Gasmischungen verwendet werden, die vom Hochtemperaturverfahren zur Herstellung kurzer, dünner Vorformen bekannt sind.For gas generation, for example, the known gas mixtures could be used, those from the high-temperature process for the production of short, thin preforms are known.

Die fertigen rotationsrunden Vorformen zeichnen sich durch folgenden Aufbau aus: sie besitzen einen relativ dünnen Kieselglasmantel, gebildet aus denThe finished rotationally round preforms are characterized by the following structure: they have a relatively thin silica glass cladding, formed from the

vorherigen, zu ganzen Kreisformen zusammengestellten Halbschalen. Das Innere bildet das glasige Abscheidungsprodukt PF mit dem zur Achse ansteigenden Brechungsindex. Dieses Innere ist an jedem Ort ein Mehrkomponentenglas, gebildet aus wahlweise den Oxiden SiO2, B2Oj, GeO2, TiO2, Sb2O3, P2O5. Die Länge der Vorform ist prinzipiell unbegrenztprevious half-shells put together to form complete circular shapes. The interior forms the vitreous deposition product PF with the refractive index increasing towards the axis. This interior is a multi-component glass at every location, formed from optionally the oxides SiO 2 , B 2 Oj, GeO 2 , TiO 2 , Sb 2 O 3 , P 2 O 5 . The length of the preform is in principle unlimited

Die Vorform, die kontinuierlich nach unten abgezogen werden kann, wird durch geeignete Vorrichtungen abgebrochen und in einer Faserziehanlage zur Faser ausgezogen. Man kann ebensogut von Zeit zu Zeit, je nach der Aufwachsgeschwindigkeit, auch die nach unten abgezogene Vorform mit einem Laserstrahl abtrennen und zum Ziehen weiterverwenden. Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Vorform nicht abzutrennen, sondern direkt in den Faserziehofen einmünden zu lassen und die Faserziehgeschwindigkeit der Vorformherstellgeschwindigkeit anzupassen.The preform, which can be continuously withdrawn downwards, is made by suitable devices broken off and drawn out into fibers in a fiber drawing machine. One may as well from time to time ever after the growth speed, also cut off the preform pulled downwards with a laser beam and continue to use to pull. A particularly favorable embodiment of the invention consists in not to separate the preform, but to let it flow directly into the fiber drawing furnace and the fiber drawing speed to adapt to the preform production speed.

In den nachstehenden Ausführungsbeispiel wird die Erzeugung von fünf Gasströmen in der in der Zeichnung dargestellten Apparatur erläutert.In the following exemplary embodiment, the generation of five gas streams is shown in the drawing illustrated apparatus explained.

AusführungsbeispielEmbodiment

Es werden als Ausgangsmaterialien in flüssiger Form verwendet:The following are used as starting materials in liquid form:

K1 als SiCl4 in Optiput-Qualität K 1 as SiCl 4 in Optiput quality

(Fa. Merck, Darmstadt);
K 2 als GeCU in 4 χ 9-Qualität
(Merck, Darmstadt);
K 2 as GeCU in 4 χ 9 quality

(Fa. Preußag, Goslar);
K 3 als POCb in Optipur-Qualität
(Preussag, Goslar);
K 3 as POCb in Optipur quality

(Fa. Merck, Darmstadt);
K 4 als SbCl5 in 5 χ 9-Qualität
(Merck, Darmstadt);
K 4 as SbCl 5 in 5 9 quality

(Fa. Preußag, Goslar);
K 5 als BBr3 in Optipur-Qualität
(Preussag, Goslar);
K 5 as BBr 3 in Optipur quality

(Fa. Merck, Darmstadt).(Merck, Darmstadt).

Als O2 wird 4 χ 9-Qualität aus Stahlflaschen benutzt Aus diesen Grundkomponenten werden mit Hilfe der in BP gespeicherten Rezeptur über den Rechner PR unter Nutzung der Anzeigemöglichkeit 7Edie Gasströme G1 bis G 5 wie folgt erzeugt: die Durchflußregeleinheät S·, sorgt für einen kontinuierlichen Gasstrom von 3 Ltrymin O2, von dem jeder Durchflußregler Si bis S| seinen Anteil entnimmt für die Trägergasmenge, wobei die Durchflußregeier Λ1 bis X5 den jeweiligen Gasstrom G1 bis G 5 auf eine Gesamt-O2-Menge von 600 ml/min auffüllen.4 9 quality from steel bottles is used as O 2. From these basic components, with the help of the recipe stored in BP , the gas flows G1 to G 5 are generated via the computer PR using the display option 7E as follows: the flow control unit S ensures a continuous flow Gas flow of 3 liters of O 2 , of which each flow regulator Si to S | takes its share for the amount of carrier gas, the flow regulators Λ 1 to X 5 filling the respective gas stream G1 to G 5 to a total O 2 amount of 600 ml / min.

Der Gasstrom Gi wird so verschnitten, daß er aus 170 ml O2, gesättigt mit SiCl4 via Sj, aus 14,5 ml Ch, gesättigt mit BBr3 via Si aus 3,2 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S4, aus 3,2 ml O2, gesättigt mit POCl3 via S], und aus 10 ml O2, gesättigt mit GeCl4 via S2, sowie 399,1 Exzess-O2 via DurchfluQmesser X\ besteht.The gas stream Gi is blended in such a way that it consists of 170 ml O 2 , saturated with SiCl 4 via Sj, from 14.5 ml Ch, saturated with BBr 3 via Si from 3.2 ml O 2 , saturated with SbCl 5 via S 4 , of 3.2 ml of O 2 , saturated with POCl 3 via S], and of 10 ml of O 2 , saturated with GeCl 4 via S 2 , and 399.1 excess O 2 via the flow meter X \ .

Der Gasstrom G2 wird so gemischt, daß er aus 170 ml O2, gesättigt mit SiCI4 via S2, aus 10,5 ml O2, gesättigt mit BBr3 via Si, aus 5,7 ml O2, gesättigt mit SbCIs via S4 2, ausThe gas stream G 2 is mixed so that it consists of 170 ml of O 2 , saturated with SiCl 4 via S 2 , from 10.5 ml of O 2 , saturated with BBr 3 via Si, from 5.7 ml of O 2 , saturated with SbCls via S 4 2 , out

ίο 6,3 ml O2, gesättigt mit POCl3, aus 42,5 ml O2, gesättigt mit GeCU via Sf, sowie 365,0 ml Exzess-Oz via Xi besteht.ίο 6.3 ml of O 2 , saturated with POCl 3 , consists of 42.5 ml of O 2 , saturated with GeCU via Sf, and 365.0 ml of excess Oz via Xi .

Der Gasstrom G3 wird so gemischt, daß er aus 170 ml O2, gesättigt mit SiCI4 via Sl aus 6,5 ml O2, gesättigt mitThe gas stream G 3 is mixed so that it consists of 170 ml of O 2 , saturated with SiCl 4 via Si from 6.5 ml of O 2 , saturated with

BBr3 via Sl aus 9,1 ml O2, gesättigt mit SbCi5 via S4 3 aus 10,OmI O2, gesättigt mit POCl3 via S3 3, aus 61,0 ml O2, gesättigt mit GeCl4 via S2 3, sowie 343,4 ml Exzess-O2 via X3 bestehtBBr 3 via S1 from 9.1 ml O 2 , saturated with SbCi 5 via S 4 3 from 10, OmI O 2 , saturated with POCl 3 via S 3 3 , from 61.0 ml O 2 , saturated with GeCl 4 via S. 2 3 , as well as 343.4 ml excess O 2 via X 3

Der Gasstrom G4 wird so gemischt, daß er aus 170 mlThe gas stream G 4 is mixed so that it consists of 170 ml

O2, gesättigt mit SiCU via S4, aus 4,2 ml O2, gesättigt mit BBr3 via Si aus 12,2 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S4 4, aus 13,4 ml O2, gesättigt mit POCl3 via Si, aus 93,0 ml O2, gesättigt mit GeCl4 via S2, sowie 307,2 ml Exzess-O2 via A4 besteht.O 2 saturated with SiCU via S 4 , from 4.2 ml O 2 , saturated with BBr 3 via Si from 12.2 ml O 2 , saturated with SbCl 5 via S 4 4 , from 13.4 ml O 2 , saturated with POCl 3 via Si, of 93.0 ml of O 2 , saturated with GeCl 4 via S 2 , and 307.2 ml of excess O 2 via A 4 .

Der Gasstrom G5 wird so gemischt, daß er aus 170 ml O2, gesättigt mit SiCl4 via Sf, aus 2,5 ml O2, gesättigt mit BBr3 via Si, aus 16,0 ml O2, gesättigt mit SbCl5 via S4 5, ausThe gas stream G 5 is mixed so that it consists of 170 ml of O 2 , saturated with SiCl 4 via Sf, from 2.5 ml of O 2 , saturated with BBr 3 via Si, from 16.0 ml of O 2 , saturated with SbCl 5 via S 4 5 , out

15.4 ml O2, gesättigt mit POCl3 via Si aus 126,0 ml O2, gesättigt mit GeCl4 via S2, sowie 272,1 ml Exzess-O2 via15.4 ml O 2 , saturated with POCl 3 via Si from 126.0 ml O 2 , saturated with GeCl 4 via S 2 , and 272.1 ml excess O 2 via

κι Xi besteht.κι Xi consists.

Diese fünf Gasströme strömen durch den Düsenkopf D aus Quarz (F i g. 1) und treten aus den Austrittsöffnungen K in den Raum zwischen POund Dx der 1830±5°C heiß ist, aus. Dort und/oder spätestens auf der konkavenThese five gas streams flow through the nozzle head D made of quartz (FIG. 1) and emerge from the outlet openings K into the space between PO and D x which is 1830 ± 5 ° C. There and / or at the latest on the concave

J5 Fläche PO oxidieren die Halogenide und werden kontinuierlich auf der Fläche PO mit einer Aufwachsgeschwindigkeit von 60 μηι/min glasig niedergeschlagen. Der Durchmesser von PF betrug bei diesem VersuchJ5 area PO oxidize the halides and are continuously deposited glassy on the area PO with a growth rate of 60 μm / min. The diameter of PF in this experiment was

22.5 cm, der Abstand PO nach D auf der Achse betrug 26,0 cm. Die Quarzringe (Halbringe) hatten einen Innendurchmesser von 22,5 cm, eine Wandstärke von 4 mm und eine Höhe von 20 mm. A rotierte mit 40 Upm. Der Versuch lief über eine Gesamtdauer von 480 h und ergab eine 170 cm lange Vorform.22.5 cm, the distance PO to D on the axis was 26.0 cm. The quartz rings (half rings) had an inside diameter of 22.5 cm, a wall thickness of 4 mm and a height of 20 mm. A rotated at 40 rpm. The test ran for a total of 480 hours and resulted in a preform 170 cm long.

Nach Ausziehen der Vorform zu Fasern mit 100 μπι Dicke lagen die optischen Verluste im Durchschnitt bei 43 dB/km bei einer Meßwellenlänge von 853 nm; der höchste Verlust lag bei 6,7 dB/km, der niedrigste Bei 2,7 dB/km; die Impulsverbreiterung lag zwischen 0,9 ns/km und 2,7 ns/km.After pulling out the preform into fibers with 100 μm Thickness the optical losses averaged 43 dB / km at a measurement wavelength of 853 nm; the highest loss was 6.7 dB / km, the lowest 2.7 dB / km; the pulse broadening was between 0.9 ns / km and 2.7 ns / km.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims (11)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Herstellen einer Vorform zum Ausziehen von optischen Glasfasern mit Brechwertgradienten, bei dem die Vorform durch Oxidation von Gasen unter Bildung von Glas hergestellt wird, wobei mehrere unterschiedlich zusammengesetzte Gasströme auf eine Stirnseite der Vorform unter Drehbewegung zwischen Vorform und Gasströmen aufgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich überlappende Gasströme auf eine konkav ausgebildete, innerhalb von Stützringen angeordnete Stirnseite der Vorform aufgegeben werden.1. A method for producing a preform for drawing out optical glass fibers with a refractive index gradient, in which the preform is made by oxidizing gases to form glass, several differently composed gas streams on one end face of the preform below Rotary movement between preform and gas flows are given, characterized in that that overlapping gas flows on a concave, within support rings arranged face of the preform are abandoned. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die Vorform und/oder der die sich überlappenden Gasströme erzeugende Düsenkopf rotieren gelassen werden.2. The method according to claim 1, characterized shows that the preform and / or the nozzle head generating the overlapping gas flows rotated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform kontinuierlich nach unten abgezogen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the preform is continuous is withdrawn downwards. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gasströme derart überlappen, daß jeder Punkt auf der Stirnseite der Vorform von mindestens zwei Gasströmen beaufschlagt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the gas flows overlap such that each point on the face of the preform is covered by at least two gas streams is applied. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf in einem Abstand zu der Vorformstirnseite gehalten5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the nozzle head in kept a distance from the preform face wird, der etwa — bis — des Vorformdurchmeissersthat is about - to - of the preform diameter ausmachtmatters 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als drei Gasströme verwendet werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that more than three gas flows be used. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Oxidation durch einen Abgaskanal definiert abgezogen werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the exhaust gases Oxidation can be deducted in a defined manner through an exhaust duct. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen halbkugelförmigen Düsenkopf D, bei dem die Austrittsöffnungen für die Gasströme auf die gesamte Fläche verteilt sind.8. Device for performing the method according to one of claims 1 to 7, characterized by a hemispherical nozzle head D, in which the outlet openings for the gas flows are distributed over the entire surface. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch9. Apparatus according to claim 8, characterized by a) eine Anlage zur Erzeugung von η unterschiedlichen Gasströmen, die sich untereinander in ihrem Gehalt an oxidierbaren Metallverbindungen unterscheiden,a) a system for the generation of η different gas streams which differ from one another in their content of oxidizable metal compounds, b) einen Düsenkopf, aus welchem diese η Gasströme in zur Vorformachse zueinander konzentrischen Strömen austreten,b) a nozzle head, from which these η gas flows are concentric to the preform axis Streams emanate, c) ein Vorformende mit konkaver Endoberfläche, auf welchem sich die in den Gasströmen oxidierbaren Metallverbindungen in Form konzentrischer Ringe abscheiden, undc) a preform end with a concave end surface on which the in the gas streams deposit oxidizable metal compounds in the form of concentric rings, and d) eine Umhüllung für diese Vorform, welche aus einer Vielzahl von übereinandergesetzten Ringen besteht.d) a casing for this preform, which consists of a large number of rings placed one on top of the other consists. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die- Gasaustrittsöffnungen an dem Düsenkopf konzentrisch um die Düsenkopfachse angeordnete Schlitze sind.10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the gas outlet openings the nozzle head are concentrically arranged around the nozzle head axis slots. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen kreisrunde öffnungen und symmetrisch auf der11. The device according to claim 9, characterized characterized in that the gas outlet openings are circular and symmetrical on the 5050
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