DE2915325A1 - Verfahren zur herstellung optischer fasern mit abgestuftem brechungsindex - Google Patents

Verfahren zur herstellung optischer fasern mit abgestuftem brechungsindex

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DE2915325A1
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Seymour Merrin
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Description

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Unsere Nr. 22 430 Ec/br
Exxon Research and Engineering
Company Florham Park, N.J., V.St.A.
Verfahren zur Herstellung optischer Fasern mit abgestuftem Brechungsindex
Die Erfindung betrifft optische Fasern und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung verlustarmer optischer Fasern mit einem weiten Bereich an numerischen Öffnungen.
Optische Fasern (oder optische Wellenleiter oder Lichtleiter, . wie sie manchmal genannt werden) sollten minimale Transmissionsverluste aufweisen und für viele Verwendungszwecke die Fähigkeit, Licht von einem weitestmöglichen Winkel zu bündeln oder aufzunehmen. Diese Eigenschaften ermöglichen die maximale Energieübertragung durch die Faser von einer Lichtquelle zu einer Lichtausgangsvorrichtung.
Bekannte optische Fasern bestehen aus einem Glaskern, der durch eine Glasumkleidungsschicht umhüllt ist, die einen Brechungsindex (n„) aufweist, der kleiner ist als der Brechungsindex des Kernmaterials (n.). Einfach ausgedrückt, der Unterschied zwischen diesen Indices verursacht, daß Lichtstrahlen in die Faser innerhalb eines bestimmten Winkels eintreten, um im Inneren reflektiert und dadurch durch die Faser übermittelt zu werden. Der Lichtkonus, der durch eine Faser aufgenommen werden kann, ist bekannt als Aufnahmewinkel, und der Sinus dieses Winkels wird als numerische Apertur oder öffnung (NA) der .Faser bezeichnet. Für jede Faser
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ν* A. mm
beträgt dieser Wert:
NA = Cn1 2 - n2 2)1/2 .
numerische
Je höher die/öffnung ist, desto größer ist die Fähigkeit der Faser t Licht zu bündeln. Für eine numerische öffnung = 1 ist der Aufnahmewinkel 90°, was bedeutet, daß das gesamte Licht, das die Oberfläche der Faser berührt, in dieselbe gekoppelt wird.
Das Ansteigen der numerischen öffnung bei Erhöhung der Lichtbundelungswirksamkext schafft Dispersionsprobleme, weil Strahlen, die bei streichenden Winkeln eintreten, längere Wege zurücklegen als Strahlen, die lotrecht zur Faserfläche eintreten. Dies bedeutet, daß verschiedene Teile eines Lichtimpulses (beispielsweise) die Faser mit unterschiedlichen Laufzeiten durchqueren. Als Ergebnis davon wird der Lichtimpuls am Faserauslaß dispergiert oder verbreitert, und dies begrenzt die datentragende Kapazität der Faser.
Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann der Brechungsindex des Kerns so abgestuft sein, daß er (z.B. parabolisch) sich vom Umfang zur Mitte des Kerns vergrößert. Dadurch legt das Licht einen sinusförmigen Weg zurück, wobei sich die Lichtgeschwindigkeit zur Peripherie hin, wo der Index niedriger ist, erhöht. Dadurch läuft das Licht, das den längeren peripheren Weg zurücklegt, mit größerer Geschwindkeit, wodurch der zusätzliche Abstand kompensiert und die Dispersion der Auslaßimpulse verringert wird.
Verfahren zur Herstellung von Fasern mit abgestuftem Index werden in den US-PSs 4 053 204 und 4 053 205 beschrieben.
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Der Grund für Verlust in einer Faser sind Materialabsorptionen, Materialstreuung, Umkleidungsverlust und geometrischer Verlust. Verluste durch Materialabsorption erfolgen wegen der Übergangsmetallionen und OH-Gruppen im Glas, die Licht absorbieren _/z,B. 1 ppm Eisen resultiert in einem Verlust von 100 db je km bei 800 nm (Nanometerj_7. Material- . streuung erfolgt wegen der Unvollkommenheiten im' Faserkern,hauptsächlich Blasen Haarrisse und_ Trümmer. Umkleidungsverlust existiert wegen der Unvollkommenheiten an der Kern-Umkleidungsgrenzflache. Geometrischer Verlust liegt vor aufgrund von Knicken in der Faser und ist eine umgekehrte Funktion der numerischen öffnung. Eine verlustarme Faser sollte Verluste haben, die nicht größer als 150 db je km sind.
Typischerweise ist das Umkleidungsmaterial einer optischen Faser Quarzglas (SiO3) von hoher Reinheit, obgleich andere Gläser wie Borsilikate ebenfalls verwendet werden können. .Der Kern kann ein Kieselerdeglas sein, dem Modifikatoren zur Erhöhung des Brechuhgsindexes (und der numerischen öffnung) zugesetzt wurden.· Geeignete Modifikatoren für diesen Zweck sind Bleioxid (PbO), Bariumoxid (BaO) und Germaniumdioxid (GeO-)· Diese Modifikatoren ihrerseits können Glasstabilitätsprobleme aufwerfen, wobei Mittel wie Calcium, Zink oder Tonerde als Stabilisierungsmittel zugesetzt werden können. Um das Schmelzen des Glases zu erleichtern (zum Ziehen) können außerdem Flußmittel wie die Oxide von Alkalimetallen (Kalium, Natrium und Lithium) zugesetzt werden.
Die Zugabe dieser verschiedenen Mittel oder Bestandteile in das Kernglas wirft insofern Probleme auf,als damit Verunreinigung und somit Verluste durch Materialab-
809844/0776 . . ORIGINALINSPECTED
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sorption verbunden sind. Die verschiedenen Komponenten selbst können Quellen für Verunreinigungen sein, jedoch genauso wichtig kann das Verfahren, durch das ein Mehrkoxnponentenglas hergestellt wird, Verunreinigungen einbringen, die wesentliche Materialabsorptionsverluste verursachen.
Es werden verschiedene Techniken zur Herstellung von optischen Fasern angewandt. Im einfachsten Verfahren wird ein Stab aus Kernmaterial in ein Rohr aus Umkleidungsmaterial getan, die Temperatur erhöht und der Stab und das Rohr zur gewünschten Querschnittsfläche gezogen (vgl. US-PS 3 659 915). Pasern, die nach diesem Verfahren hergestellt wurden, können in einigen Fällen nicht verwendet werden (z.B. für Verbindungen (communications)) wegen übermäßiger Verluste und Dispersion.
Die wichtigsten Verfahren zur Herstellung von verlustarmen optischen Fasern sind als Doppelschmelztiegelverfahren, chemisches Auf dampf verfahren und lonenauslaugverfahren bekannt.
Im Doppelschmelztiegelverfahren enthält ein Platin- oder Keramikaußentiegel das Umkleidungsglas. Im Inneren des Außentiegels ist ein anderer Platin- oder Keramiktiegel, in dem das Kernglas geschmolzen wird. Eine Faser wird gezogen, indem man das Kernglas innerhalb des Umkleidungsglases zieht. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Gläser mit hoher numerischer öffnung hergestellt werden, jedoch ist es auf mittleren Verlust begrenzt wegen der geometrischen Unregelmäßigkeiten, die mit dem Ziehen der Gläser verbunden sind, die in einem sehr fluiden Zustand sind und außerdem, weil die
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ORIGINAL INSPECTED
"Γ
Keramik- oder Platintiegel Verunreinigung des Glasmaterials verursachen.
In dem chemischen Aufdampfverfahren werden reine Chemikalien (beispielsweise Siliciumtetrachlorid, Germaniumtetrachlorid und Borchlorid) in einen
Krümmer mit Sauerstoff geführt. Sie werden dann vermischt und in ein rotierendes Rohr aus hochreinem Quarzglas geführt, worin eine Flamme das Rohr überquert während es rotiert. Dies hat zur Folge» daß die Kieselerde oxidiert wird und sich auf der Innenseite des Rohres aus hochreinem Quarzglas absetzt. Die Ablagerung wird dann mit Germaniumdioxid gedopt,und das Rohr wird dann erweicht und gezogen. Die Zusammensetzung kann leicht gesteuert werden, und es ist möglich, gute Zusammensetzungsgradienten und somit gute Gradienten für den Brechungsindex zu bekommen. Das Verfahren ist jedoch mit einer begrenzten Vorformgröße verbunden, . wodurch die großtechnische Herstellung beschränkt ist ^ und es können Kerndefekte auftreten, wenn das Rohr erweicht wird.
In dem Ionenauslaugverfahren wird ein Borsilikatglasstab hitzebehandelt. Während der Hitzebehandlung trennt sich die Glasphase und die Verunreinigungen migrieren in die zweite Phase. Das Glas wird dann mit Säure ausgelaugt und die zweite Phase zusammen mit den Verunreinigungen vom Kernglas entfernt, wodurch man ein hochreines mikroporöses Kieselerdeglas erhält. Ein hochreines Dopmittel (beispielsweise Cäsium) wird zugegeben und die Oberfläche gewaschen, so daß dieselbe dopmittelfrei ist, während das Innere immer noch das Dopmittel enthält. Dann werden die Mikroporen bei hohen Temperaturen erweicht , um eine Vorform zu bilden, und die Faser wird gezogen. Dieses Verfahren ergibt niedrige oder
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mittlere numerische Öffnungen und einen mittleren Verlust, obgleich auch die Erzielung eines niedrigen Verlustes mit diesem Verfahren möglich ist. Die Abstufung der Fasern mit Hilfe dieses Verfahrens würde schwierig sein. Außerdem umfaßt es viele Stufen,und in vielen der frühen Stufen ist die Vorform unstabil aufgrund der mechanischen Schwäche, so daß das Endprodukt ein Problem sein kann.
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung optischer Fasern bereitzustellen, deren Kern einen abgestuften Brechungsindex aufweist, so daß die Dispersion auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Die Figuren 1A bis 1E der Zeichnungen zeigen schematisch die Stufen eines Verfahrens, das· als Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist; Figur 2 zeigt den Brechungsindex quer über die Faser, die nach dem Verfahren der Figuren 1A bis 1E erhalten wurde;
die Figuren 3A bis 3E zeigen schematisch die Stufen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer Faser mit abgestuftem Index; Figur 4 ist ein Querschnitt einer Faser, die nach dem Verfahren der Figuren 3A bis 3E hergestellt wurde; und
Figur 5 zeigt den Brechungsindex quer über die Faser, die nach dem Verfahren der Figuren 3A bis 3E erhalten wurde.
Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das
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Kernglas einer optischen Faser hergestellt, indem man innerhalb eines aus dem ümkleidungsmaterial bestehen·?- den, geschlossen Rohres das Material, aus dem der periphere Teil des Kernglases hergestellt werden soll, schmilzt und läutert. Das Rohr aus dem Ümkleidungsmaterial hat eine höhere Schmelztemperatur als das Kernglas und dient während des Schmelzens und Läuterns als Schmelztiegel für das Kernglas. Das geschmolzene Kernglas wird dann auf die Innenwand des Umkleidungs- f rohres aufgebracht. In gleicher Weise kann ein weiteres
Material, aus dem ein Kernglas mit einem höheren Brechungsindex gebildet werden kann, in das überzogene Rohr gegeben, darin geschmolzen und auf die Innenwand aufgebracht werden, um auf diese Weise einen Kern aus einzelnen ringförmigen Schichten aus Glas mit in Richtung auf die Mitte zunehmend höheren Brechungsindices aufzubauen. Das Rohr und das Kernglas werden dann auf die Ziehtemperatur erhitzt und zu der optischen Faser ge-1 zogen.
Die vorliegende Erfindung ist besonders abgestellt auf die Anwendung mit dem Verfahren der deutschen Patent-
v anmeldung (entsprechend US-Ser.No.
898 840, unsere Nr. 22 431)j die gleichzeitig eingereicht wird. Das Verfahren jener Anmeldung wird schematisch in den Figuren 1A bis 1E gezeigt.
Bei der Beschreibung der Erfindung wird auf die Verwendung eines Beschickungsmaterials zur Herstellung eines Kernglases aus mehreren Bestandteilen verwiesen; wie jedoch nachstehend noch näher erläutert wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren beginnen mit einem reinen Bruchglas.
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ORIGINAL INSPECTED
"V -: '." ^15325
Der hier verwendete Ausdruck "Beschickungsmaterial" bedeutet einen Bestandteil, der zur Bildung von Glas verwendet wird. In den meisten Fällen sind diese Bestandteile Oxide, die mechanisch gemischt und geschmolzen werden^ Beim Kühlen wird das Glas gebildet. Gewöhnlich werden diese Bestandteile als Glasbildner, Glasmodifizierungsmittel und Flußmittel bezeichnet. In einigen Fällen kann ein Beschickungsmaterial vorher umgesetzt werden, z.B. durch Erhitzen, um ein Entgasen zu er-V^, leichtern. Je nach den gewünschten Eigenschaften kann
das Glas einen oder mehrere dieser Bestandteile enthalten. Im Fall optischer Fasern sind die wichtigsten Eigenschaften (neben der Reinheit) der Brechungsindex, die Viskosität, die thermische Ausdehnung und die Beständigkeit.
Erfindungsgemäß wird ein Rohr 10 aus dem ümkleidungsmaterial an seinem unteren Ende geschlossen, wie in Figur 1B gezeigt wird. Ein im Handel erhältliches Rohr aus geschmolzener Kieselerde von hoher Reinheit kann als Rohr 10 verwendet werden. Sodann werden die
# Bestandteile, aus denen das aus mehreren Bestandteilen
bestehende Kernglas gebildet werden soll, als Beschickungsmaterial 12 in das Rohr 10 eingeführt (Figur 3). Beispielsweise kann das Beschickungsmaterial 12 SiO2 (68 Gew.-%), BaO (22 Gew.-%) und K2O (10 Gew.-%) enthalten. Das Beschickungsmaterial 12 kann(und sollte) von hoher Reinheit und wesentlich geringerer Feuerfestigkeit sein als das Rohr 10, so daß das Rohr 10 als Schmelztiegel dienen kann, in dem das Beschickungsmaterial geschmolzen werden kann. Durch einen Ofen 14 (Figur 1D) oder eine andere Heizvorrichtung wird Wärme angewendet, um das Beschickungsmaterial 12 zu schmelzen
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und in dem Rohr 10 eine glasige Flüssigkeit 12A zu bilden.
Die glasige Flüssigkeit 12Ά wird anschließend geläutert, d.h. ausreichend wärmebehandelt, um sie homogen und blasenfrei zu machen. Das Rohr 10 muß ausreichend feuerfest sein, um während der Läuterungsstufe, die einen bedeutenden Teil des Verfahrens ausmacht, wenn ein Kernglas mit geringem Verlust gewünscht wird, als Schmelztiegel zu dienen.
Aus Produktionsgründen können (beispielsweise) als Ofen eine Einrichtung mit Widerstandsheizung, Induktionsheizung und/oder Laserheizung eingesetzt werden.
In der letzten Stufe .des Verfahrens (Figur 1E) wird die Temperatur weiter, erhöht, bis das Rohr 10 aus geschmolzener Kieselerde erweicht und eine Faser gezogen werden kann. Die erhaltene Faser hat einen geringen Verlust · und eine numerische Apertur, die
durch die ausgewählten Beschickungsmaterialien definiert ist. Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist der Brechungsindex abgestuft. Dies bedeutet, daß der Kern einen Brechungsindex (n,.) und das ümkleidungsmaterial einen anderen (n2) aufweist, wobei an der Berührungsfläche eine Diskontinuität besteht.
In der vorstehend erwähnten deutschen Patentanmeldung (unsere Nr. 22 431) sind Beispiele für verschiedene unterschiedliche Beschickungsmaterialien angegeben, die zur Herstellung optischer Fasern nach dem Verfahren der Figuren 1A bis 1E verwendet wurden.
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■j 2 ν-- ι ο J 2
Anstatt das Kernglas in dem Rohr 10 aus Beschickungsmaterial 12 herzustellen, kann als Rohmaterial auch ein zuvor erschmolzenes ultrareines Glas verwendet werden,das als Pulver oder in granulierter Form vorliegt (hier anschließend auch als "Bruchglas" bezeichnet). Um ein hochgereinigtes Bruchglas zu erhalten, das zur Verwendung bei der Herstellung einer Faser mit geringem Verlust geeignet ist, kann die glasige Flüssigkeit 12A in dem Rohr 10 (beispielsweise) in einem ultrareinen entionisierten Wasser abgeschreckt werden. Hierdurch wird das Glas in Form eines granulierten oder pulverigen Bruchglases verfestigt. Das Bruchglas kann dann (unter ultrareinen Bedingungen) gelagert werden, bis es verwendet werden soll, zu welcher Zeit das Bruchglas in dem Rohr 10 wie beschrieben geschmolzen und geläutert wird. Der Vorteil bei der Verwendung eines Bruchglases besteht darin, daß die beiden Schmelzstufen eine bessere Entgasung ergeben und somit zu weniger Blasen und einer besseren Homogenität führen.
Es können auch andere Techniken angewendet werden, um ein geeignetes Bruchglas zu erhalten. Beispielsweise wird in einem "Pfannenbär"-Schmelzverfahren zuerst ein "Pfannenbär" ("skull") aus reinem Glas auf einen Behälter aufgebracht. Dann wird die reine glasige Flüssigkeit, aus der das Bruchglas gebildet werden soll, in dem Pfannenbär erschmolzen und das Bruchglas durch Abschrecken der glasigen Flüssigkeit gebildet.
Das Verfahren der Figuren 1A bis 1E ergibt verschiedene bedeutende Vorteile gegenüber den verschiedenen Verfahren, die gegenwärtig zur Herstellung optischer Fasern angewendet werden. Nur die Verfahren der chemischen Dampfablagerung: und der Ionenauslaugung ergeben ein vergleich-
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ORIGINAL INSPECTED
bar reines Kernglas (und damit einen geringen Verlust), wobei jedoch in beiden Verfahren die Kerne beim Ziehen in ihrem Aufbau zusammenbrechen (kollabieren) müssen. Hierdurch werden Fehler in den Kern eingeführt und dadurch Streuungsverluste verursacht. Wie es gegenwärtig praktiziert wird, ist das Verfahren der chemischen Dampfablagerung nicht in der Lage, Fasern mit hohen numerischen Aperturen bereitzustellen/ und beide Verfahren sind komplizierter-und kostenauf- f" wendiger als das Verfahren der Erfindung. Das Doppel
tiegelverfahren r ohne genaue Begrenzung der Zusammensetzung, und das Verfahren mit Stab und Rohr sind nicht in der Lage, Fasern'mit geringem Verlust, zu produzieren, wegen der Verunreinigung, die unweigerlich auftreten muß, wenn das Kernglas in auch dem saubersten Platintiegel oder Tiegel aus Keramikmaterial hergestellt wird.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Figuren 1A bis 1E erwächst aus der verlängerten Berührung des geschmolzenen Kernglases mit der Oberfläche des Umkleidungsmaterials. Dies bewirkt eine zusätzliche Läuterung \ der Berührungsfläche von Kern und Umkleidung und
verhil-ft dazu, Blasen und andere Fehler, die an der. Berührungsfläche eingefangen wurden, loszuwerden und somit die SteuungsVerluste zu verringern.
Das Verfahren der Figuren 1A bis 1E kann mit Umkleidungsrohren mit unterschiedlichen Wandstärken angewendet werden, um das Verhältnis von Kern zu Umkleidung einzustellen. Bekanntlich führt ein sehr geringes Verhältnis von Kern zu Umkleidung zu einer Faser für eine . Schwingungsart (single mode fiber), und derartige Fasern können nach dem Verfahren der Figuren 1A bis 1E hergestellt werden.
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Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, stellt im Fall einer Faser mit abgestuftem Index (wie in Figur 2 dargestellt) die Dispersion von Licht einen begrenzenden Faktor in den Verbindungen dar. Diese Schwierigkeit wird ausgeschaltet oder mindestens auf ein Minimaß herabgesetzt, indem man den Brechungsindex des Kerns abstuft, so daß er von der Peripherie zum Zentrum ansteigt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine genaue Einstellung des Brechungsindex des Kerns und wird schematisch in den Figuren 3A bis 3E erläutert. Ein Beschickungsmaterial(oder Bruchglas)12a mit einem Verhältnismäßig geringen Brechungsindex wird in das Rohr 10 aus Kieselerde eingeführt und wie vorstehend beschrieben geschmolzen (Figur 3A). Das Rohr 10 wird anschließend rasch rotiert, so daß eine dünne Schicht aus Glas 12a auf die innere Oberfläche des Rohres 10 gegossen wird (Figur 3B). Anschließend wird ein weiteres Beschickungsmaterial 12b mit einem höheren Brechungsindex zugegeben, geschmolzen und unter Bildung einer zweiten Kernschicht rotationsgegossen, wie in den Figuren 3C und 3D gezeigt. Weitere Schichten können in gleicher Weise gebildet werden, bis das Mittelkernglas 12n zugesetzt wird (Figur 3E),um auf diese Weise einen Kern mit abgestuftem Index aufzubauen, der eine Mehrzahl konzentrischer Zylinder enthält, wenn die Faser gezogen wird. Selbstverständlich kann jede gewünschte Anzahl einzelner Schichten angewendet werden, um den Kern zu bilden.
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Figur 4 zeigt den Querschnitt einer Paser, die nach dem Verfahren der Figuren 3A bis 3E hergestellt wurde. Das Kernglas enthält einzelne Schichten 12a und 12b mit einem mittleren Kern 12n. Jede Schicht hat einen zunehmend höheren Brechungsindex η , η, und η , wie
a D η
in Figur 5 dargestellt, wodurch ein abgestufter Brechungsindex für den gesamten Kern 12 bereitgestellt wird. Vorzugsweise sollte die durch die Brechungsindices der einzelnen Schichten (Figur 5) τ . definierte Kurve 20 einer Parabel ähneln, um die Dispersion auf ein Minimum herabzusetzen.
Eine anschließende Wärmebehandlung der gezogenen Faser kann eine gleichförmige Abstufung der Faser unterstützen. Eine derartige Wärmebehandlung bewirkt ein Vermischen der verschiedenen Schichten an den. Berührungsflächen, wodurch eine glattere Kurve (wie in Kurve 20 von Figur 5 gezeigt) anstelle einer Reihe von Stufen erhalten wird.
Für: Exxon Research and Engineering Company Florham Park, N.J., V.St.A.
Dr.H. Rechtsanwalt
909844/0778

Claims (5)

  1. BEIL, WOLFF & BEIL 12. April «79
    RECHTSA4-;.V' UG
    FRANKFURT AM MAIN 80
    Patentansprüche:
    ■· Verfahren zur Herstellung optischer Fasern mit abgestuftem Brechungsindex, dadurch gekennzeichnet, daß man
    ein erstes Kernglas mit einem Brechungsindex η in einem Rohr aus Umkleidungsmaterial mit einem Brechungsindex no, der geringer als η ' ist,
    ώ a
    schmilzt;
    mindestens einen Teil der Innenwand des Rohres mit einer Schicht aus der glasigen Flüssigkeit überzieht;
    mindestens eine zweite glasige Flüssigkeit mit einem Brechungsindex ην größer als η in dem über-
    Jd a
    zogenen Rohr bildet; und
    das Rohr und die erste und zweite.glasige Flüssigkeit zu der optischen Faser zieht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste glasige Flüssigkeit durch Rotationsgießen auf die Innenwand des Rohres aufbringt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine der glasigen Flüssigkeiten in dem Rohr bildet, indem man das Beschickungsmaterial, aus dem die Gläser gebildet werden, in das Rohr gibt und dieses Beschickungsmaterial schmilzt.
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    _ 2 —
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine der glasigen Flüssigkeiten in dem Rohr bildet, indem man ein Kernglas in Form von Bruchglas in das Rohr gibt und das Bruchglas schmilzt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Schichten aus unterschiedlichen Kerngläsern nacheinander auf die Innenwand des Rohres aufbringt, um ein Kernglas mit einem vorher ausgewählten abgestuften Brechungsindex zu bilden.
    909844/0776
    Copy
DE19792915325 1978-04-21 1979-04-14 Verfahren zur herstellung optischer fasern mit abgestuftem brechungsindex Withdrawn DE2915325A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5654237A (en) * 1979-10-03 1981-05-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Preparation of optical fiber for infrared
US4375312A (en) * 1980-08-07 1983-03-01 Hughes Aircraft Company Graded index waveguide structure and process for forming same
FR2520344A1 (fr) * 1982-01-25 1983-07-29 Comp Generale Electricite Procede d'elaboration d'un barreau de verre capable de transmettre un rayonnement infrarouge
US4519826A (en) * 1983-04-14 1985-05-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical fibers having a fluoride glass cladding and method of making
US5055120A (en) * 1987-12-15 1991-10-08 Infrared Fiber Systems, Inc. Fluoride glass fibers with reduced defects
US4848998A (en) * 1988-01-21 1989-07-18 Polaroid Corporation Selective volitization method for preparing fiber optics
US5110334A (en) * 1990-07-31 1992-05-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of producing glass fiber with cores of a different material
US5609665A (en) * 1995-08-31 1997-03-11 Lucent Technologies Inc. Method of making optical fiber with low melting glass core
DE19701723C2 (de) * 1997-01-20 2002-01-10 Inst Physikalische Hochtech Ev Lichtleiter zum Leiten von Licht im Infrarotbereich und Verfahren zu seiner H erstellung
EP1015396A1 (de) * 1997-06-23 2000-07-05 Corning Incorporated Zusammensetzung für optische wellenleiter und verfahren zur herstellung von endlosen bekleideten filamenten
EP1199286A1 (de) * 2000-10-18 2002-04-24 The University Of Southampton Optische Fasern und Vorformen enthaltend flüchtige Bestandteile und Verfahren zur Herstellung der Faser
KR100403736B1 (ko) * 2001-11-30 2003-10-30 삼성전자주식회사 광대역 분산 제어 광섬유
US20060135342A1 (en) * 2004-12-21 2006-06-22 Anderson James G Method of making alkali metal silicate glass, feedstock, and glass article formed therefrom
FR2929456B1 (fr) * 2008-03-28 2016-12-09 Thales Sa Systeme a fibre laser de forte puissance.

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1340849A (en) * 1972-04-06 1973-12-19 Standard Telephones Cables Ltd Optical fibres
DE2614631A1 (de) * 1976-04-05 1977-10-13 Siemens Ag Verfahren zur herstellung von gradientenfasern

Also Published As

Publication number Publication date
FR2423457A1 (fr) 1979-11-16
JPS54142322A (en) 1979-11-06
US4163654A (en) 1979-08-07
GB2019829A (en) 1979-11-07

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