DE2922794B2

DE2922794B2 - Verfahren zur Herstellung von optischen Wellenleitern durch Dotieren einer rohrförmigen, offenporigen Vorform mit Gasen

Info

Publication number: DE2922794B2
Application number: DE2922794A
Authority: DE
Inventors: Peter Charles Painted Post N.Y. Schultz
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-05
Publication date: 1981-06-11
Also published as: JPS6124341B2; ES481440A1; BR7903596A; AT377965B; DK197179A; IL57382A; ATA415179A; JPS553394A; IT1125368B; IT7923496A0; YU132279A; SE7905068L; NL179808C; NL7904570A; IL57382A0; AU4699579A; DE2922794C3; FI65415B; CH650481A5; DE2922794A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Wellenleitern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bereits aus der US-PS 38 64 113 bekannt. Dabei sitzt die poröse Vorform noch auf dem Dorn, auf welchem sit in üblicher Weise durch Flammenhydrolyse gebildet worden ist. Mitsamt dem Dorn wird die Vorform in den Ofen eingegeben, und zwar dient dabei das freie Ende des Domes zur Halterung der Vorform. Das in dem Ofen gegenwärtige Dotierungsmittel steht also nur an der äußeren Oberfläche mit der Vorform in Berührung und kann also nur von der äußeren Oberfläche in ie Poren der Vorform eindringen. Der Vorgang der Dotierung erfordert also einen entsprechend großen Zeitaufwand, f) und trotzdem ist die Menge des in die Poren ablagerbaren Dotierungsmaterials beschränkt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff zu schaffen, nach welchem in kürzerer Zeit eine größere Menge an Dotiermaterial in die Poren der Vorform eingebracht werden kann. Die Lösunj dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach läßt man das Dotierungsmittel also nicht nur von der Oberfläche aus mehr oder weniger weit in die Vorform eindiffundieren, vielmehr läßt man das Dotierungsmittel bzw. ein das Dotierungsmittel enthaltendes Behandlungsgas radial durch die Poren und damit durch die Vorform hindurchströnien. Und zwar ist dabei die Vorform von dem Dorn abgenommen hi und der dadurch entstandene Längskanal dient zum Einleiten oder Ableiten des Behandlungsgases.

Somit kann man wahlweise das Behandlungsgas

radial von außen nach innen oder von innen nach außen durch die Vorform hindurchleiten bzw. man kann z. B. zunächst ein den Brechungsindex innen erhöhendes Behandlungsgas von innen radial nach außen durch die Vorform hindurchleiten und sodann ein weiteres, den Brechungsindex außen herabsetzendes Behandlungsgas von außen radial nach innen durch die Vorform hindurchleiten.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß man dem Behandlungsgas ein Trocknungsmittel zusetzt. Auf diese Weise wird gleichzeitig mit der Dotierung Restwasser aus der Vorform entfernt, wodurch die sonst auf dem Restwasser beruhende Dämpfung des Weilenleiters vermieden wird

Vorzugsweise werden als Trocknungsmittel Helium und/oder Sauerstoff verwendet; das Trocknungsmittel kann zusätzlich auch längs der Außenseite der Vorform strömen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend im einzelnen beschrieben.

F i g. 1 zeigt schematisch die Bildung einer Vorform auf einem Dorn durch Flammenhydrolyse;

Fig.2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 3, 5 und 7 zeigen verschiedene Indexprofile, die nach verschiedenen Variationen der Erfindung erhalten wurden;

F i g. 4 zeigt die Temperaturverteilung in einem Ofen der Vorrichtung nach F i g. 2;

F i g. 6 zeigt im Schnitt den Verschluß der Vorform an dem freien Ende mittels eines Stöpsels.

Die Erfindung beruht auf der gleichzeitigen Dotierung und Trocknung bei bzw. zusammenfallend mit der Konsolidierung der rohrförmigen porösen Vorform. Die poröse Vorform kann durch Flammenhydrolyse oder Auslaugung phasengetrennten Glases hergestellt werden. Ein passendes poröses Glas kann gemäß US-PS 22 21 709 hergestellt werden. Gemäß dem Verfahren wird (1) ein rohrförmiger Artikel aus Borsilikatglas gebildet; (2) der Artikel (Glasrohr) wird ausreichend lange thermisch behandelt, so daß sich eine silikareiche und eine silikaarme Phase bildet; die silikaarme Phase wird herausgelöst oder ausgelaugt, gewöhnlich mit Säure, so daß eine poröse Struktur aus der silikareichen Phase übrig bleibt; (4) es werden nun Rückstände herausgewaschen und schließlich wird (5) der Artikel getrocknet. Bei der Trocknung an der Luft verbleiben aber Wasserpartikel in dem Glas. Die poröse Vorform muß daher weiter behandelt werden, um dieses restliche Wasser zu entfernen bis auf einen Gehalt von unter 10 Teilen auf eine Million Teile.

Anhand von Schmelzkieselsäureglas wird die Erfindung nachfolgend im einzelnen beschrieben. Die Erfindung ist aber auch auf andere Glassorten anwendbar, z. B. auf poröse Vorformen aus GeO₂, B2O3 oder P2O5. Gemäß der Erfindung können auch Vorformen behandelt werden, die aus mehreren Hydrolysebestandteilen bestehen und dotiert sind gemäß der Erfindung. Dabei kann es sich um TiO₂-SiO₂ und Al₂O₃- ZrO₂ -SiO₂-Glassysteme gemäß US-PS 23 26 059 und 22 39 551 handeln. In jedem Fall sind dabei die Zusammensetzung und damit der resultierende Brechungsindex einheitlich über die ganze Vorform.

Gemäß F i g. 1 wird Sauerstoff als Trägergas durch je einen Behälter mit SiCI₄ bzw. GeCl₄ hindurchgefunrt. Das Trägergas durchperlt das flüchtige Siliziumchlorid bzw. Germaniumchlorid. Das so entstehende Gemisch

aus Sauerstoff und Chloriddämpfen wird dem Brenner 10 zugeführt bzw. dort in die Flamme eingeleitet, wobei ■ich in bekannter Weise SiO₂ und GeO₂ als Dopungszusatz bilden. Die Glaspartikel werden auf einen Dorn 12 niedergeschlagen, dessen Schaft 14 rotiert und hin- und herbewegt wird. Auf diese Weise wird auf dem Dorn 12 die »Vorform« 16 aus Glaspartikeln niedergeschlagen. Die Temperatur der Flamme wird ausreichend niedrig gehalten, so daß dotierte sphärische SiO2-Partikel von etwa 0,1 Mikron Durchmesser entstehen, die fert zusammenbacken zu einem offenporigen Netzwerk. Derartige Mehrfach-Komponenten-Vorformen können hergestellt werden gemäß US-PS 22 35 059 und 22 39 551 oder gemäß späterer US-PS 38 01 294.

Ein Netzwerk offener Poren ist für eine wirksame Imprägnation erforderlich. Die Partikel dürfen also nicht zu fest gepackt sein, damit gerade vor und während der Konsolidierung Dampf in die Poren eintreten kann zwecks Imprägnierung. Es darf also keine vorzeitige Konsolidierung stattfinden, Jie Poren dürfen sich nicht vorzeitig schließen und zusammensintern.

Verschiedene Faktoren haben auf die Entwicklung der Vorform einen Einfluß, insbesondere die Flammentemperatur, die Positionierung des Dornes bzw. Trägers gegenüber der Flamme usw. Die Rotationsbewegung und Translationsbewegung des Trägers soll kontrolliert und gleichmäßig gehalten werden. Eine vorzeitige Konsolidierung kann beruhen auf zu heißer Flamme, zu geringem Abstand zwischen Flamme und Dorn oder zu langsamer oder ungleichmäßiger Bewegung des Dornes. Tests haben ergeben, daß das Porenvolumen — gemessen durch Quecksilber-Porosimetrie — um 75% vom Gesamtvolumen der Vorform betragen sollte. Im allgemeinen soll die Porosität kleiner als 90% sein. Die J5 durchschnittliche Porengröße nimmt bei zunehmender Temperatur ab, und schließlich kommt es zum vollständigen »Zusammenschrumpfen« der Foren, d. h. zur völligen Konsolidierung der Vorform. In der Regel sollte der Porenaurchmesser nicht kleiner als 0,001 Mikron sein. Der Dorn 12 soll bezüglich stofflicher Zusammensetzung und Wärmedehnung mit dem Glasmaterial verträglich sein. Der Dorn besteht normalerweise aus Glas ähnlicher Zusammensetzung wie der Glasniederschlag 16, jedoch ist keine so hohe Reinheit 4^r> erforderlich. Der Glasdorn kann aus gewöhnlichem Glas oder auch aus Graphit, Alumina od. dgl. bestehen. Der Dorn kann leicht konisch sein, um die Entfernung der Vorform zu erleichtern.

Durch diese Flammenhydrolyse erhält man Glas mit niedrigen Streuungs- und Absorptionsverlusten. Die entsprechenden Wellenleiter zeigen Verluste von 1,1 dB/km. Trotz der hohen Reinheit des Glases dieser Wellenleiter kann aber die Dämpfung bei bestimmten Wellenlängen zu groß sein. Wassereinschlüsse bewirken, wie erwähnt, eine sehr starke Dämpfung bei 700 bis llOOnm, so daß ein solcher Wellenleiter hier wertlos wäre. Bei 950 nm ist die auf Wassereinschlüssen beruhende Dämpfung größer als 100 dB/km. Verschiedene Oxyde, aus denen diese Wellenleiter bestehen, t>o insbesondere SiO₂, haben eine große Affinität für Wasser. Das Wasser muß daher vor oder während der Konsolidierung entfernt werden. In den fertigen Wellenleiter hat dann Wasser keinen Zutritt mehr. Das Lirht wird nämlich fast vollständig im Inneren des rn Wellenleiters geführt, eine Wasserabsorption an der Oberfläche wäre daher unschädlich. Bei der Flammenhydrolyse bildet sich jedoch Restwasser, welches möglichst vollständig entfernt werden muß. Auch wird aufgrund der Porosität Wasser aus der Luft absorbiert

Die Vorform nach F i g. 1 besteht beispielsweise aus SiO₂, dotiert mit GeO₂. Die Vorform könnte auch aus einem einzigen Oxyd oder einer Mischung von Oxyden bestehen.

F i g. 2 illustriert einen Apparat zur im wesentlichen gleichzeitigen Dotierung, Trocknung und Konsolidierung einer Vorform. Durch die Bruchlinie;i ist gezeigt, daß die vertikalen Wände sich weiter nach unten erstrecken. In den Leitungen sind Regulatoren für die Durchflußmengen mit R im Kreis, Mengenmesser mit F im Rechteck und Ventile mit Vim Kreis bezeichnet Das System für das Konsolidierungsgas kann auch anders ausgeführt sein. Es ist nur erforderlich, daß das System die Vorform 16 mit einem Strom mit einer radialen Komponente versorgt, welcher Strom eine Atmosphäre aus Gas und/oder Dampf enthält, welche die Vorform trocknet und innerhalb der Vorform so reagiert bei der Ofentemperatur, daß der Brechungsindex wie gewünscht geändert wird.

Gemäß der Erfindung wird eine Soot-Vorform hergestellt, wie vorstehend anhand F i g. 1 beschrieben. Die stoffliche Zusammensetzung des Soots ist dabei im wesentlichen konstant Der Brechungsindex des Soots sollte jedoch relativ niedrig sein, da der zentrale Bereich der Vorform in einem nachfolgenden Prozeß dotiert wird, wodurch der Brechungsindex im zentralen Bereich erhöht wird. Eine undotierte SiO₂-Vorform ist hierbei besonders günstig, es kann jedoch auch eine dotierte Vorform mit etwas höherem Brechungsindex genommen werden.

Die Vorform muß dann von dem Dorn abgenommen werden, so daß durch das zentrale Loch ein Gas eingeführt werden kann. Hierzu kann man einfach die Vorform festhalten, während der Dorn herausgezogen wird. Die Vorform 16 wird dann an einem rohrförmigen Halter 50 aufgehängt (Fig.2). Zwei Platindrähte 52 erstrecken sich durch die Vorform beidseits der Öffnung oder des Kanals 54 und sind oberhalb eines Flansches oder Wulstes 56 am Halter 50 festgemacht. Das Ende 58 eines Rohres für Gas erstreckt sich durch den Halter 50 hindurch in das Ende der Vorform 16 hinein. Die Vorform wird konsolidiert, indem sie stufenweise in den Konsolidierungsofen 60 eingeführt bzw. abgesenkt wird. Vorzugsweise erfolgt die Konsolidierung, also die Absenkung, stufenlos, beginnend mit dem unteren Ende.

Die Konsolidierungstemperatur hängt von der Zusammensetzung ab und liegt bei 1250 bis 1700° C für hohen Silika-Gehalt. Konsolidierung bei niedriger Temperatur, 1250°C, benötigt eine sehr lange Zeit. Die bevorzugte Konsolidierungstemperatur für Ruß-Vorform mit hohem Silika-Gehalt liegt zwischen 1350 und 1450°C. Andere Gläser können bei niedrigeren Temperaturen konsolidiert werden, reines GeO₂-GIaS z. B. bei ungefähr 900° C.

Die Vorform 16 wird gleichzeitig dotiert und getrocknet durch Eingeben eines Gasstroms, der sowohl ein Dotierungsmittel wie ein Trocknungsmittel enthält. Ein solcher Gasstrom wird, wie ersichilich, in den zentralen Kanal eingegeben und durchsetzt die offenporige Vorform wenigstens teilweise in radialer Richtung von innen nach außen (Pfeile 82), Der Rest des Gasstroms fließt unten heraus (Pfeile 83). Wird das untere Ende des Kanals mittels eines Silika-Stöpsels 88 (F i g. 6) verschlossen, so ist dieser Gasstrom abgesperrt; sämtliches eingeführtes Gas muß also die Vorform durchsetzen. Die resultierenden Gase können fortge-

spült werden durch einen Gasstrom aus Helium, Sauerstoff, Argon, Neon oder einer Mischung, insbesondere eine Gasmischung aus Helium und Sauerstoff. Helium wird hierbei bevorzugt, es ist besonders wirksam beim Reinigen der Poren vor der Konsolidie- ■> rung. Sauerstoff dient oft zur Verminderung der Dämpfung. Diese Spülgase spülen die sehr reaktionsfähigen Trocknungs- und Dopungsgase fort, so daß sie die Ofenwand nicht angreifen können und auch nicht nochmals auf die Vorform einwirken können, insbeson- ι ο dere kein Material von der Ofenwand in die Vorform transportieren können. Die Spülgase werden über eine Leitung 70 durch einen Lochboden in den Ofen eingeführt (Pfeile 66).

Eine Quelle 62 für Sauerstoff und 64 für Helium ist r> über je ein (offenes) Ventil 63, 65 mit der Leitung 70 verbunden. Quellen 72 und 74 für Helium und Sauerstoff sind über offene Ventile 73 und 77 mit einer Leitung 76 verbunden, wobei der Sauerstoff durch einen Behälter 75 mit GeCU hindurchgeperlt wird, so daß ein Gemisch aus Helium, Sauerstoff und GeCU in die Leitung 76 gelangt Mittels Ventilen 69, 79 und 84 können die einzelnen Ströme abgesperrt werden. Ein Halogen, wie Chlor, Brom oder Jod, ist in dem Gasstrom in Leitung 76 enthalten, Chlor dient vorzugsweise als Trocknungsmittel. Dotierungsmaterial zur Erhöhung des Brechungsindex kann angewendet werden, wie Titan, Tantal, Zinn, Niob, Zircon, Aluminium, Lanthan, Phosphor oder Germanium. Ein Chlorid des Dotierungsmaterials, z. B. GeCU, POCI3 u. dgl., dient gleichzeitig als Trocknungsund Dotierungsmittel. Das Spülgas kann auch von oben nach unten durch den Ofen fließen.

In Richtung des Pfeils 80 wird die Vorform 16 in den Ofen abgesenkt, wo langsam das vorzugsweise untere Ende zuerst konsolidiert. Hierbei strömt das Dotierungsgas durch Leitung 58, Kanal 54 und wenigstens teilweise, wie erwähnt, radial nach außen. Hierbei reagiert GeCU mit O2 gemäß der Gleichung

GeCU+ O₂-GeO₂+ 2 Cl₂.

Das hierbei gebildete Cl₂ entfernt aus dem Glas Hydroxylgruppen nach der Reaktionsgleichung

2 —Si —OH + Cl₂

— Si —Ο—Si— 4 2HCl + 4-'

das Zeichen

"—SiOH"

bedeutet, daß das Siliciumatom in dem Glas-Netzwerk mit drei anderen Atomen verbunden ist. Es bildet sich hierbei auch eine dünne Lage von GeO₂-reichem Glas, etwa 50 bis 100 μπι dick. Die GeO₂-Konzentration in der Vorform ist im Zentrum größer als außen, da der Gasstrom zu Beginn, im Zentrum, einen größeren Gehalt an Dotierungsmittel hat. Nachdem ein Teil davon reagiert hat zur Bildung der Dotierungsoxide, nimmt die Konzentration des Gases nach außen hin ab. Eine an Dotierungsoxid reiche innere Glaslage bildet sich also an der inneren Oberfläche des hohlen, dichten Glasrohlings, wodurch dieser ein Brechungsindexprofil (radiale Verteilung des Brechungsindex) gemäß F i g. 3 erhält. Wie üblich, muß auf die Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in radialer Richtung geachtet werden. Zu große Wärmespannungen können zu Brüchen führen.

Die maximale Ofentemperatur, die bei hohem Silika-Gehalt zwischen 1350 und 1450⁰C liegt, muß angemessen sein zum Schmelzen der Glaspartikel, wodurch die poröse Vorform in einen dichten Glaskörper ohne Korngrenzen überführt d. h. konsolidiert wird. Die ausgezogene Linie 42 in F i g. 4 zeigt die Temperaturverteilung in einem üblichen Konsolidierungsofen.

Die Vorform kann »vorimprägniert« werden, bevor sie der Konsolidierungstemperatur ausgesetzt wird. Dem in den Kanal 54 einströmenden Gas kann man genug Zeit lassen für die Dotierung des zentralen Bereiches der Vorform vor der Konsolidierung, wodurch eine größere Dotierungskonzentration erreicht wird. Zu diesem Zweck kann der Ofen 60 eine Anfangszone von wenigstens der Länge der Vorform haben, die auf gleichbleibender Temperatur unterhalb der Konsolidierungstemperatur gehalten wird; vgl. gestrichelte Kurve 44 in F i g. 4.

Die »Vordotierungstemperatur« muß ausreichend hoch sein, damit die das Dotierungsmittel (?.. B. GeO₂) enthaltende, zugeführte Verbindung in ihre Bestandteile, nämlich Chlor und das betreffende Oxid zerfällt. Einige Beispiele sind in nachstehender Tabelle angegeben.

Tabelle I

40 Zugeführtes
Chlor

Minimale praktische
Reaktionstemperatur

umstehendes Oxid

GeCl₄	950 C
45 TiCl₄	500 C
SiCl₄	1100 C
POCI,	850 C

GeO_:

TiO₃

SiO:

Die minimale praktische Anfangstemperatur, bei welcher Chlor aus der Vorform GeO₂ »herauslaugt«, ist etwa 900° C

Die Temperatur T_c (F i g. 4) der zentralen Zone des Ofens muß ausreichend hoch zum Konsolidieren sein.

Dieser Multi-Zonenofen kann eine Endzone haben mit relativ konstanter Temperatur ähnlich der Eingangszone oder am Ende kann die Temperatur stärker abfallen als gemäß Kurve 42.

Die vorbeschriebenen Verfahren sind besonders günstig zur Herstellung von Einmoden-Wellenleitem, die sich mit herkömmlicher Flammenhydrolyse schwer herstellen lassen, es können aber auch Multimoden-WeHenleiter mit einem Indexprofil gemäß Fig.3 hergestellt werden. Bei der Herstellung von Einfach-Wellenleitern in üblicher Weise streicht der Brenner den Dorn nur ein einziges Mal zum Niederschlag von GeCb-dotiertem S1O2, beispielsweise, wodurch ein Dickenverhältnis von Kern zu Mantel gleich 1 :1O0

erhalten wird. Hierbei wird angenommen, daß eine Soot-Lage von etwa 30 μιη bei einem einzigen Überstreichen auf den Dorn niedergeschlagen wird. Es ist allerdings schwierig, die bei einem einzigen Überstreichen niedergeschlagene Dicke zu steuern. Gemäß vorliegender Erfindung dagegen kann man einen derart dünnen Kern — und damit einen Einmoden-Wellenleiter — relativ leicht erhalten.

Die Erfindung kann auch in der Weise ausgestaltet werden, daß das radiale Brechungsindexprofil der F i g. 5 entspricht. Eine durchgehend einheitlich dotierte Ruß-Vorform wird hergestellt wie anhand F i g. 1 beschrieben, wobei jedoch das Dotierungsmittel auslaugbar sein muß. Der Ruß kann z. B. aus 10 Gew.-% GeO₂ und 90 Gew.-% SiO₂ bestehen. Der Dorn wird entfernt und ein Säüka-Stöpse! Si in das eine Ende 54 der Vorform hineingesteckt. Die Vorform wird, wie beschrieben, an einem Halter angebracht. Der Ofen wird mit Chlor oder einer Chlorverbindung beschickt, um diese Auslaugung und auch die Trocknung zu bewirken. Wird eine Chlorverbindung angewendet, so zweckmäßig eine solche, die bei der Reaktion zusätzlich zu Chlor ein Oxid mit relativ geringem Brechungsindex, wie SiO₂, bildet. Bei offenem Ventil 69 perlt Sauerstoff durch den Behälter 67, so daß die Leitung 70 SiCU-Dampf zusätzlich zu der vorbeschriebenen Sauerstoff-Helium-Spülmischung erhält. Siliciumchlorid strömt aufwärts durch den Ofen und reagiert mit dem Sauerstoff nach der Gleichung

Die Soot-Vorform wird anfänglich abgesenkt in die Eingangszone des Ofens. Ein Teil des Gas-Dampfstroms fließt radial nach innen durch die Porenöffnungen der Vorform, indem über Ventil 79 die Leitung 76 an eine Unterdruckquelle 78 angeschlossen wird (Saugeffekt). Es kann eine Vakuumpumpe oder Saugpumpe bei 78 vorgesehen sein. Bei dieser »Vorimprägnierung« bleiben Ventile 73,77 und geschlossen.

Das die Vorform von außen nach innen durchsetzende SiCU laugt GeO₂ heraus. Am meisten am äußeren Umfang, abnehmend nach innen zu. Die Auslaugung durch Chlor folgt der Gleichung

+ UcO, (Gkis)

GcOCI,

GcTI₄

oder .inilere flüchtige Gcnruiniuniproduktc.
SiCU kann direkt mit dem GeO₂ wie folgt reagieren:

SiCU+GeO₂ (Glas) - SiO₂ (Glas) + GeCU-

Das Chlor kann auch Hydroxylgruppen aus der Vorform entfernen. Das Indexprofil der Vorform wird zu einem Gradientenprofil gemäß F i g. 5 modifiziert

Am Ende dieser Vorbehandlung (Dotierung bzw. Vordotierung) werden Ventile 79 und 69 geschlossen und Ventil 84 geöffnet um die Öffnung 54 mit der Entlüftung 86 zu verbinden. Die Vorform wird dann durch langsames Absenken in die heiße Ofenzone konsolidiert

Durch Kombination der vorbeschriebenen Verfahrensweisen kann man ein Indexprofil gemäß F i g. 7 erhalten. Es wird zunächst eine Vorform mit radial gleichbleibendem Indexprofil hergestellt (gestrichelte Linie 92). Das eine Ende wird zugestöpselt und die Vorform in die Eingangszone des Ofens abgesenkt Die vorbeschriebenen Verfahrensweisen werden aufeinanderfolgend durchgeführt, wobei Dotierungsmaterial aus der Außenzone herausgelaugt und zusätzliches Dotierungsmaterial in die Innenzone eingebracht wird. Kurve ) 94 zeigt das resultierende Indexprofil. Nun wird die Vorform in die heiße Zone abgesenkt und darin zu einem dichten Glaskörper konsolidiert.

Alle vorbeschriebenen Verfahrensweisen ergeben einen dichten Glaskörper, der frei von Partikelgrenzen

ίο ist. Dieser Glasartikel, manchmal als Zieh-Rohling bezeichnet, wird gereinigt und geätzt in üblicher Weise, und der Rohling wird dann auf die Ziehtemperatur erhi'zt und wie üblich zu einem Faden ausgezogen. Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele angegeben. Der Innendurchmesser des Ofens beträgt dabei 8,3 cm und die Ofenlänge etwa 127 cm.

Beispiel 1

Ein rohrförmiger Dorn aus Schmelzkieselsäure mit etwa 0,6 cm Dicke und etwa 50 cm Länge wird mit einem Griff versehen. Trockener Sauerstoff wird in einer Rate von 2000 cem/min durch SiCU hindurchgeperlt bei einer Temperatur von 40°C. Das resultierende Gemisch wird in eine Gas-Sauerstoff-Flamme eingegeben, wobei durch Oxidation feine reine SiO₂-Partikel entstehen. Dieser Partikelstrom wird auf dem Dorn niedergeschlagen bis zu einer Dicke von 6 cm im Durchmesser. Der Dorn wird herausgezogen, und man erhält eine Vorform von etwa 120 g von 6 cm

ίο Durchmesser und 30 cm Länge. Das Trockengasrohr 58 gemäß F i g. 2 wird in die Öffnung (Durchmesser etwa 0,6 cm) eingeführt. Platindraht wird angewendet zum Anbringen des oberen Endes der Vorform an einem rohrförmigen Träger.

ii Der Apparat nach F i g. 2 wird angewendet, wobei die nachfolgenden Modifikationen ausgeführt wurden. Die Ventile 73, 79 und 84 sind geschlossen und Ventil 77 ist offen. Trockener Sauerstoff wird in einer Rate von 20ccm/min durch GeCU-Behälter 75 hindurchgeperlt,

-in der bei einer Temperatur von 16°C gehalten wird. Bei geschlossenen Ventilen 63 und 69 und offenem Ventil 65 wird Helium als Spülgas mit 25 ί/mir. nach oben durch den Ofen hindurchgeführt. Während nun das Trocknungsgas in die Vorform fließt, wird diese 45 Minuten

■r> lang in der Eingangszone gehalten. Die Vorform wird dann abgesenkt mit etwa 25cm/Std.; die maximale Ofentemperatur beträgt etwa 1460° C. In etwa 90 Minuten ist die Vorform völlig konsolidiert. Der erhaltene dichte Glaskörper wird aus dem Ofen

Ό entnommen und abgekühlt. Der Rohling wird dann 3 Minuten lang in HF geätzt, entfettet, getrocknet und zum Aufhängen im Ziehofen verformt (Kragen wird angeformt) und wiederum 3 Minuten lang in H F geätzt.

Der Ziehrohling hat ein Brechungsprofil gemäß

ii Fig.3 und wird nun auf etwa 1830°C erhitzt und wie üblich zur Faser von etwa 125 μιη ausgezogen. Mikroskopische Untersuchungen der Endfläche der Faser während des Durchganges von Licht lassen die Schätzung zu, daß ein etwa 10 μιη dicker Kern mit

t>o höherem Brechungsindex gebildet wird.

Beispiel 2

Ein schwach konischer Dorn aus AI2O3 von 80 cm Länge, ungefähr 0,6 cm Dicke an dem einen und 039 cm «» Dicke an dem anderen Ende wird an einer Drehmaschine angebracht und mit 180 U/min gedreht und dabei mit 40 cm/min in Längsrichtung verschoben. In den Behältern werden SiCU und GeCU bei 37°C gehalten.

Trockener Sauerstoff wird durch das SiCl₄ mit 1300ccm/min und mit 400ccm/min hindurchgeperlt. Die gebildeten Dämpfe werden in die Flamme eingegeben, und es entsteht ein »Soot«-Strom aus 16 Gew.-% GeO₂ und 84 Gew.-% SiO₂. Dieser Partikelstrom wird auf dem Dorn bis zu 5 cm Dicke niedergeschlagen. Der Dorn wird dann herausgezogen und man hat eine hohl-zylindrische Vorform von 450 g Gewicht, 5 cm Durchmesser und 50 cm Länge. Die Vorform wird an dem Rohr 50/58 angebracht (Fig. 2), die untere öffnung wird mit einem Silika-Stöpsel verschlossen.

Die Vorform wird nun einem anfänglichen Dotierungsschritt unterworfen, indem sie zunächst in die Eingangszone des Ofens bei 1050⁰C gehalten wird. Die Ventile 79, 69 und 65 sind hierbei offen, die übrigen geschlossen. Über Ventil 79 wird eine Vakuumpumpe an Leitung 76 angeschlossen; das Vakuum wird so eingestellt, daß ungefähr 1 l/min Gas durch die Leitung 76 abgesaugt wird. Sauerstoff und Helium fließen aus den Quellen 68 bzw. 64 mit 4 l/min bzw. 20 l/min. Das SiCI₄ wird in dem Gefäß 67 auf 37° C gehalten.

Nach 1 Stunde werden die Ventile 79 und 69 geschlossen und Ventil 84 geöffnet. Die Vorform wird dann mit 0,5 cm/min durch die heiße Ofenzone von ungefähr 1400°C hindurchgeführt. Nach Durchgang des oberen Endes ist die Vorform völlig konsolidiert. Man erhält einen dichten Glaskörper mit einem Brechungsindexprofil gemäß F i g. 5.

Die weitere Behandlung ist wie im vorigen Beispiel.

Der Inhalt der Anmeldung kann in Form eines Abstrakts wie folgt zusammengefaßt werden:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Zusatz- oder Dotierungsoxids in einen durch Flammenhydrolyse erhaltenen Glaskörper. Die bei der Flammenhydrolyse gebildeten Partikel werden zu einer porösen Vorform mit einheitlichem Brechungsindex niedergeschlagen. Während oder bei dem Konsolidierungsprozeß wird die Vorform einer ein Trocknungsmittel enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt, welche die offenporige Vorform durchsetzt und die Vorform dabei gleichzeitig trocknet (bzw. Restwasser entfernt) und dotiert.

2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von optischen Wellenleitern aus einer rohrförmigen, offenporigen Vorform mit zunächst einheitlichem Brechungsindexprofil, das durch Eindringen eines gasförmigen Dotierungsmittels in die Poren der Vorform in einem Ofen so eingestellt wird, daß der Brechungsindex radial außen kleiner als radial innen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform dotiert wird, indem ein das Dotierungsmittel enthaltendes Behandlungsgas in den durch den aus der Vorform entfernten Dorn entstandenen Längskanal ein- bzw. aus diesem ab- und durch die Poren radial hindurchgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dd3 man ein erstes Behandlungsgas von außen nach innen radial durch die Poren hindurch und aus dem Längskanal ableitet und dann ein weiteres Behandlungsgas in den Längskanal einleitet und von innen nach außen radial durch die Poren hindurchleitet — oder umgekeherL

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgas ein Tracknungsmittel enthält

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trocknungsmittel Helium und Sauerstoff vorgesehen sind und daß Helium und Sauerstoff auch in einem längs der Außenseite der Vorform aufwärts oder abwärts gerichteten Spülstrom vorhanden sind.