DE2922794C3 - Verfahren zur Herstellung von optischen Wellenleitern durch Dotieren einer rohrförmigen, offenporigen Vorform mit Gasen - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Wellenleitern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 06 931 ist es im Zusammenhang mit der Herstellung einer Stufenindexfaser und einer Gradientenindexfaser bekannt, zunächst eine Vorform mit einem nicht konstanten radialen Brechungsindexverlauf herzustellen und dann während des Sinterungsprozesses aus dieser bereits das gewünschte radiale Brechungsindexprofil aufweisenden Vorform durch ein Behandlungsgas unerwünschtes Restwasser zu beseitigen. Diese Restwasserbeseitigung mit den konventio- is nellen Trockenmitteln, wie beispielsweise Chlorgas, hat jedoch den Effekt, daß das bereits zuvor bei der Herstellung der Vorform festgelegte radiale Brechungsindexprofil durch eine Auslaugung von Dotiermitteln verändert wird. Dsmit wieder das ursprünglich vorgesehene radiale Brechungsindexprofil erreicht wird, ist gemäß dieser Druckschrift vorgesehen, daß das Behandlungsgas zusätzlich zu dem Trocknungsgas auch eine Komponente enthält, die Dotiermittel-Auslaugungsverluste derart kompensieren soll, daß wieder das ursprünglich bei der Herstellung der Vorform vorgesehene radiale Brechungsindexprofil erreicht wird.

Als nachteilig ist bei dem aus der DE-OS 28 06 931 bekannten Verfahren anzusehen, daß die Herstellung eines fertigen Rohlings für das Ausziehen des Wellenleiters relativ zeitaufwendig ist, da zunächst bei einer Vorform kontrolliert das gewünschte radiale Brechungsindexprofil bei deren H»_rstellu-:.g ausgebildet werden muß und dann bei einer Rcstv/asserbeseitigung eine genau auf die Auslaugungsverluste ·. jgestimmte Dotiermittelergänzung durch entsprechende Einstellung der Zusammensetzung des Behandlungsgases vorgenommen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung einer rohrförmigen, offenporigen und einen einheitlichen Brechungsindex aufweisenden Vorform für die Herstellung eines optischer. Mono- bzw. Mulitmodenwellenleiters verfügbar zu machen, das in kurzer Zeit die Herstellung eines Ziehrohlings ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene gleichzeitige Dotierung und Trocknung bei der Konsolidierung der rohrförmigen, offenporigen und einen einheitlichen ^TO Brechungsindex aufweisenden Vorform kann vorteilhaft der gesamte Vorgang von der Bildung der Vorform bis zum Herstellen eines Ziehrohlings kürzer als bei dem aus der DE-OS 28 06 931 bekannten Verfahren vorgenommen werden. Ausgehend von dem einfachen und schnellen Herstellen einer Vorform mit einem einheitlichen Brechungsindex über die gesamte Vorform kann dann schnell und wirkungsvoll bei gleichzeitiger Trocknung und Konsolidierung der Ziehrohling mit der gewünschten Dotierung hergestellt werden.

Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren auch gegenüber dem aus der US-PS 38 64 113 bekannten Verfahren zur Herstellung von optischen Wellenleitern aus einer rohrförmigen Vorform, bei dem vordem Konsolidieren in die Poren der Vorform Dämpfe wenigstens eines Oxidzusatzes von der äußeren Oberfläche eingeführt werden, wobei der Vorgang der Dotierung einen relativ aroßcn Zeitaufwand erfordert und die Menge des in die Poren ablagerbaren Dotiermaterials beschränkt ist.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den nachgeordneten Patentansprüchen enthalten.

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 eint- 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 TiOz-SiO₂ und Al₂O₃-ZrO₂-SiOj-Glassysteme gemäß US-PS 23 26 059 und 22 39 551 handeln. In jedem Fall sind dabei dki 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 SiCU bzw. GeCU hindurchgeführt 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 sich in bekannter Weise SiO₂ und GeO₂ als Dopungszusatz bilden. Die Glaspartikel weiden 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 fest zusammenbacken zu einem offenporigen Netzwerk. Derartige Mehrfach-Komponenten-Vorformen können hergestellt werden gemäß US-PS 22 36 059 und

22 39 551 oder gemäß späterer US-PS 38 01 294.

Ein Netzwerk offener Poren ist für eine wirksame Impregnation 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, die Poren dürfen sich nicht vorzeitig schließen und zusammensintern.

Verschiedene Faktoren haben auf die Entwicldung der Vorform einen Einfluß, insbesondere die Flammentemperatur, die Positionierung des Domes 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 Porositä« kleiner als 90% sein. Die durchschnittliche Porengröße nimmt bei zunehmender Temperatur ab, und schließlich kommt es zum vollständigen »Zusammenschrumpfen« der Poren, & h. zur völligen Konsolidierung der Vorform. In der Regel sollte der Porendurchmesser 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 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 karji 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, 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 Wassir keinen Zutritt mehr. Das Licht wird nämlich fast vollständig im Inneren des 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 S1O2, dotiert mit GeÜ2. 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 Bruchlinien ist gezeigt, daß die vertikalen Wände sich weiter nach unten erstrecken. In den Leitungen sind Regulatoren für die Durchflußmengen mit k im Kreis, Mengenmesser mit F im Rechteck und Ventile mi* 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 SiOrVorform 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 Ix>ch ein Gas eingeführt werden kann. Hierzu kann t&än einfach die Vorform festhalten, während der Dorn herausgezogen wird. Die Vorform 16 wird dann an einem rohrförmigen Halter 50 aufgehängt (Fig.2). Zwei Plaündrähte 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 Haiter 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 1700⁰C 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 1450⁰C. Andere Gläser können bei niedrigeren Temperaturen konsolidiert werden, reines GeOrGlas 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 ersichtlich, in den zentralen Kanal eingegeben und durchsetzt die offenporige Vorform wenigstens leilweise 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 durchsetidii. Die resultierenden Gase können fortgespült werden durch einen Gasstrom aus Helium, Sauerstoff, Argon, Neon oder einer Mischung, inibesondere eine Gasmischung aus Helium und Sauerstoff. Helium wird hierbei bevorzugt, es ist besonders wirksam beim Reinigen der Poren vor der Konsolidierung. Sauerstoff dient oft zur Verminderung der Dämpfung. Diese Spülgase spülen die sehr reaktionsfähigen Trocknungs- und Dopungsgase fort, so daß sitf die Ofenwand nicht angreifen können und auch nicht nochmals auf die Vorform einwirken können, insbesondere 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 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, POCIj u. dgl, dient gleichzeitig als Trocknungsund Dotierungsmitiel. 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 &iacgr;&ogr; reagiert GeCU mit Oj gemäß der Gleichung

GeCU+O₂-GeO₂ +2 Cl₂.

Das hierbei gebildele Cl₂ entfernt aus dem Glas &igr; i Hydroxylgruppen nach der Reaktionsgleichung

ii —OH

— Si —O —Si— + 2HCI + 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 &mgr;&iacgr;&tgr;&igr; 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 größe Vr'ännespanriur,-gen 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 diese &tgr;&igr; 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 »Vordoüerungstemperatur« muß ausreichend hoch sein, damit die das Dotierungsmittel (z. B. GeO₂) enthaltende, zugeführte Verbindung in ihre Bestandteile, nämlich Chlor und das betreffende Oxid zerfällt

Einige Beispiele sind in nachstehender Tabelle angegeben.

Tabe'le I

Zugefui.rtcs	Minimale praktische	Entstehendes
Chlor	Reaklionslemperatur	Oxid
GeCI4	950 C	GeO2
TiCU	500 C	TiO2
SiCI4	UOO C	SiO2
POCl1	850 C	P,O,

Die minimale praktische Anfangstemperatur, bei welcher Chlor aus der Vorform GeO₂ »herauslaugt«, ist etwa 900⁰C

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-Wellenleitern, die sich mit herkömmlicher Flammenhydrolyse schwer herstellen lassen, es können aber auch Multimoden-Wellenleiter 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 GeOrdotiertem SiO₂, beispielsweise, wodurch ein Dickenverhältnis von Kern zu Mantel gleich 1 :100 erhalten wird. Hierbei wird angenommen, daß eine Soot-Lage von etwa 30 &mgr;&pgr;&igr; bei einem einzigen Oberstreichen auf den Dorn niedergeschlagen wird. Es ist allerdings schwierig, die bei einem einzigen Oberstreichen 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 Fig. 1

beschrieben, wobei jedoch das Dotierungsmittel auslaugbar sein muß. Der Ruß kann z. B. aus 10 Gew.-°/o GeOj und 90 Gew.-% SiO₂ bestehen. Der Dorn wird entfernt und ein Silika-Stöpsel 88 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 bewirkte. 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

SiCU+ 0,-SiO₂+ 2 Cl₂.

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 c\lor folgt der Gleichung

Cl₂ + GcO. (Glas)

GeOCI,

GcCI,

oder .mtlcre flüchtige Germuniumprodukte. SiCU kann direkt mit dem GeO₂ wie folgt reagieren:

SiCU+GeOi (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 Fig.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 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 ccm/rftm durch SiCU hindurchge perlt 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

?<> r)iirrhme«Rr. Der Dorn wird herausgezogen, und man erhält eine Vorform von etwa 120 g von 6 cm Durchmesser und 30 cm Länge; Das Trockengasrohr 58 gemäß Fig.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.

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

Jii offen. Trockener Sauerstoff wird in einer Rate von 20ccm/min durch GeCU-Behälter 75 hindurchgepcrlt. 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 l/min nach oben durch

r> den Ofen hindurchgeführt. Während nun das Trocknungsgas in die Vorform fließt, wird diese 45 Minuten lang in der Eingangszone gehalten. Die Vorform wird dann abgesenkt mit etwa 25 cm/Std.; die maximale Ofentemperatur beträgt etwa i46ö⁼C. in etwa 90

■·<' Minuten ist die Vorform völlig konsolidiert. Der erhaltene dichte Glaskörper wird aus dem Ofen 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 HF geätzt

Der Ziehrohling hat ein Brechungsprofil gemäß Fig.3 und wird nun auf etwa 1830⁰C erhitzt und wie üblich zur Faser von etwa 125&mgr;&pgr;&igr; ausgezogen. Mikroskopische Untersuchungen der Endfläche der

■>o Faser während des Durchganges von Licht lassen die Schätzung zu, daß ein etwa &Igr;&Ogr;&mgr;&pgr;&igr; dicker Kern mit höherem Brechungsindex gebildet wird.

Beispiel 2

Ein schwach konischer Dorn aus Al₂Oj von 80 cm Länge, ungefähr 0,6 cm Dicke an dem einen und 0,59 cm Dicke an dem anderen Ende wird an einer Drehmaschine angebracht und mit 180 U/min gedreht und dabei mit

w 40 cm/min in Längsrichtung verschoben. In den Behältern werden SiCU und GeCU bei 37° C gehalten. Trockener Sauerstoff wird durch das SiCU 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 Partikelstrorn 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 (F i g. 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. Ober Ventil 79 wird eine Vakuumpumpe an Leitung 76 angeschlossen; das Vakuum wird so eingestellt, daB 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 SiCU wird in dem Gefäß 67 auf 37°C gehalten. is

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 1400⁰C hindurchgeführt. Nach Durchgang des oberen Endes ist die Voriurin völlig konsolidiert, 'viän &trade; 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.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von optischen WeI-lenleitern aus einer rohrförmigen, offenporigen Vorform mit zunächst einheitlichem Brechungsindexprofil, das durch Eindringen eines gasförmigen Dotierungsmittels in die Poren der Vorform in einem Ofen sü eingestellt wird, daß der Brechungs- <s index radial außen kleiner als radial innen ist, d a d u r c h g e k e &eegr; &eegr; &zgr; e i c h &eegr; e t, daß die Vorform bei ihrer Konsolidierung in einem Ofen gleichzeitig mittels wenigstens eines längs eines nach Entfernen eines Vorformherstelldorns entstandenen Längskanals und radial durch die Poren der Vorform hindurchgeleiteten Behandlungsgases getrocknet und derart dotiert wird, daß der Brechungsindex der Vorform an deren radialen Außenseite kleiner ist als an deren radialen Innenseite, und daß der so erhaltene Rohling dann wie üblich zu einer Faser ausgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein erstes Behandlungsgas in den Längskanal eingeleitet und von innen radial nach außen durch die Poren hindurchgeleitet wird und daß dann ein weiteres Behandlungsgas von außen radial durch die Poren in den Längskanal eingeleitet wird, oder umgekehrt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform vor Erreichen der Konsolidierungstemperatur in einer Eingangszone des Ofens durch Zuführen des Behandlungsgases in den Längskanal vordotiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung an einer nur aus einem einzigen Oxid bestehenden Vorform vorgenommen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen