DE2937257C2 - Verfahren zur Herstellung eines geordneten Faserbündels zur Bildübertragung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines geordneten Faserbündels zur Bildübertragung

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Description

a) Die Elementarfasern werden in eine Röhre eingebracht;
b) die Röhre wird mit Wasser gefüllt;
c) die Wasserfüllung wird durch von außen zugeführte Ultraschallwellen zu einer Längsströmung zur Ausrichtung der Elementarfasern angeregt, wobei die Röhre während der Einwirkung der Ultraschallwellen gedreht wird;
d) das Elementarfaserbündel wird nach der Ausrichtung und vor dem Ausziehen an der Röhre fixiert;
e) die Röhre mit den fixierten Fasern wird ausgezogen;
f) unmittelbar nach dem Ausziehen wird eine Schutzschicht aufgebracht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schon beim Einfüllen des Wassers die Röhre gedreht und den Ultraschallwellen ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach dem Einfüllen des Wassers die Röhre gedreht und den Ultraschallwellen ausgesetzt wird.
4. Faserbündel zur Bildübertragung mit einer Vielzahl von jeweils aus einem Faserkern und einem diesen Kern umhüllenden Mantel bestehenden, parallel zueinander verlaufenden Elementarfasern, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Elementarfasern (7,17,20,27,34) aus Quarz oder einem vorherrschend aus Quarz bestehenden Material oder einem Mehrkomponentenglas bestehen,
b) die Elementarfasern in einer aus Quarz oder einer aus Mehrkomponentenglas bestehenden Röhre (18, 19, 28, 35) aufgenommen sind, und daß
c) rings um diese Röhre eine Schutzschicht (41) ausgebildet ist, die aus einem in der Wärme aushärtenden Harz oder aus einem durch UV-Strahlung aushärtbaren Harz oder aus einem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt als die Elementarfasern besteht.
5. Faserbündel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elementarfaser mit, einer lichtabsorbierenden Schicht versehen ist, wobei diese lichtabsorbierende Schicht aus einem Werkstoff mit hohem Übertragungsverlust besteht.
6. Faserbündel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht besteht aus natürlich vorkommendem Quarz, wie gefärbtem Quarz (Amethyst) oder aus viele Verunreinigungen enthaltendem Quarz.
7. Faserbündel nach Anspruch 6, dadurch gekenn-
zeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht aus natürlich vorkommendem Quarz besteht, welcher mit UV-Strahlung oder Röntgen-Strahlung oder Gamma-Strahlung bestrahlt ist.
8. Faserbündel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht aus einer Metallumhüllung um jede Elementarfaser besteht.
9. Faserbündel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht aus einem Quarzmaterial besteht, welches dotiert ist mit einem Übergangsmetall wie Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, Rh, La, Ce, Nd und W.
10. Faserbündel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Übergangsmetall dotierte Quarzmaterial mit UV-Strahlung, Röntgenstrahlung oder Gamma-Strahlung bestrahlt worden ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geordneten Faserbündels zur Bildübertragung, bei welchem eine Vielzahl von Elementarfasern parallel zueinander ausgerichtet und zu einem Elementarfaserbündel vereinigt wird, wonach dieses F.lementarfaserbündel unter Erweichung durch Wärme zu einem Faserbündel mit verringerter Querschnittsfläche ausgezogen wird.
Ein solches Verfahren ist bereits bekannt aus W. B. Allen »Fibre Optics«,(1973), Seiten 101 bis 176.
Bei diesem bekannten Verfahren werden die Faserbündel in der Weise hergestellt, daß eine Vielzahl von Elementarfasern mit relativ großem Querschnitt in eine Einspanneinrichtung eingespannt und dort zu einem Bündel ausgerichtet und vereinigt werden. Die zu einem Elementarfaserbündel vereinigten Elementareinzelfasern werden sodann in der Wärme ausgezogen, wobei während der Wärmebehandlung bzw. während des Ausziehvorganges die Elementarfasern als Folge von Schmelzvorgängen in ihren Außenhüllen zu einer Einheit miteinander verbunden werden.
Dieses bekannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als die erforderliche identische Orientierung der Fasern am Faseranfang und am Faserausgang sowie die Fixierung der erreichten Orientierung lediglich nach Maßgabe der sich bei der Bündelbildung zwangsläufig einstellenden Ortslage der Einzeifasern ergibt. Der Fixiervorgang bei dem bekannten Verfahren erfolgt strenggenommen erst beim Ausziehen des dicken Elementarfaserbündels zu einem dünnen Faserbündel für die Bildübertragung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß qualitativ verbesserte Faserbündel für die Bildübertragung, insbesondere solche Faserbündel mit verbesserter Ausrichtung der Fasern am Faseranfang und am Faserende, erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch die im neuen Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst, wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren auszeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:
a) Die Flementarfasern werden in eine Röhre eingebracht;
b) die Röhre wird mit Wasser gefüllt;
c) die Wasserfullung wird durch von außen zugeführte Ultraschallwellen zu einer Längsströmung zur Ausrichtung der Elementarfasern angeregt, wobei die Röhre während der Einwirkung der Ultraschallwellen gedreht wird;
d) das Elementarfaserbündel wird nach der Ausrichtung und vor dem Ausziehen an der Röhre fixiert;
e) die Röhre mit den fixierten Käsern wird ausgezogen;
f) unmittelbar nach dem Ausziehen wird eine Schutzschicht aufgebracht
Das erfindungsgemäß hergestellte Faserbündel umfaßt eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Elementarfasern, die jeweils einen Faserkern und einen is diesen Kern umhüllenden Mantel aufweisen, wobei sich ein solches Faserbündel erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß
a) die Elementarfasern aus Qua:z oder einem vorherrschend aus Quarz bestehenden Materia! oder einem Mehrkomponentenglas bestehen;
b) die Elementarfasern in einer aus Quarz oder einer aus Mehrkomponentenglas bestehenden Röhre aufgenommen sind, und daß
c) rings um diese Röhre eine Schutzschicht ausgebildet ist, die aus einem in der Wärme aushärtenden Harz oder aus einem durch UV-Strahlung aushärtbaren Harz oder aus einem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt als die Elementarfasern besteht.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß durch das Einbringen der Elementarfasern in eine Röhre und die anschließende Ausrichtung dd Fasern in dieser J5 Röhre mit Hilfe von eingefülltem Wasser bei Rotation des Rades sowie durch Versetzen der Röhre in Ultraschallschwingungen ein so hoher Ausrichtungsgrad der einzelnen Elementarfasern erreicht wird, daß eine hervorragende Bildübertragung gewährleistet ist. Durch die rechtzeitig aufgebrachte Schutzschicht wird ferner sichergestellt, daß die Fasern bzw. deren erreichter Ausrichtungsgrad nicht beeinträchtigt werden.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des Faserbündels nach der Erfindung beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elementarfaser,
Fig.2A und 2B schematische Darstellungen von Vorrichtungen zum Herstellen von Elemenfarfasern,
Fig.3 eine schematische Darstellung eines mit Hilfe der Vorrichtungen gemäß F i g. 2A und 2B hergestellten Elementarfaserbündels nach Zuschneiden in Faserlängsrichtung und Einbringen in eine Quarz- oder Glasrohre,
F i g. 4 eine Vorrichtung zum genauen Ausrichten des in die Quarz- oder Glasrohre nach F i g. 3 eingesetzten Faserbündels,
Fig. 5 eine andere Ausführung einer Vorrichtung gemäß F i g. 4,
Fig.6 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß F i g. 4,
F i g. 7 eine schematische Erläuterung des Verfahrens zum Fixieren des Elementarfaserbündels in der Quar7- oder Glasrohre, damit aiese Fasern eine feste Lage zueinander erhalten,
F i g. 8 eine Vorrichtung zum Ausziehen eines mit der Vorrichtung gemäß F i g. 7 geschaffenen Faserbündels,
Fig.9A—9C und 10A— IOC schematische Beispiele aer Verteilung des Brechungsindex über den Querschnitt von nach den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten Bildübertragungsfasern,
F i g. 11 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen einer lichtabsorbierenden Schicht auf die Oberfläche eines Faserbündels in einem gesonderten Verfahrensschritt,
Fig. 12 die Verteilung des Brechungsindex bei einem in der erfindungsgemäßen Weise hergestellten Faserbündel und
Fig. 13 einen Schnitt durch ein eine Quarzröhre und eine äußere Kunststoffschicht aufweisenden Faserbündel nach der Erfindung.
Fig. 1 zeig! den Aufbau einer Faser zur Bildübertragung aus einem erfindungsgemäßen Faserbündel. In F i g. 1 betrifft das Bezugszeichen 1 einen Faserkern, 2 eine Umhüllung des Kerns und 3 eine lichtabsorbierende Röhre, die gegebenenfalls zum Zeitpunkt der Ausrichtung der einzelnen Elementarfasern aufgeschoben werden kann.
F i g. 2A und 2B zeigen schematische Vorrichtungen zur Herstellung von Elementarfasern eines Faserbündels. Insbesondere zeigt F i g. 2A schematisch eine Vorrichtung zum Weichmachen eines Rohlings mittels Wärmezufuhr und zum Ausziehen eirer Faser. Fig. 2B zeigt schematisch ein Verfahren zum Ausziehen einer Elementarfaser nach einem zwei- oder dreifachen Tiegelschmelzverfahren.
In F i g. 2a betrifft das Bezugszeichen 4 einen Rohling, 5 ein Einspannteil, 6 einen Ziehofen, 7 eine Faser, 8 eine Aufwickelspule, 9 eine Zustellschneckenspindel und 10 einen Motor. In Fig. 2B betrifft das Bezugszeichen 11 einen zum Beispiel aus Platin oder Quarzglas bestehenden Schmelztiegel, 12 ein Kernglas, 13 ein Umhüllungsglas, 14 ein lichtabsorbierendes Glas, 15 eine Faser und 16 eine Aufwickelspule.
Fig. 3 zeigt ein Bündel aus Elementarfasern 17, hergestellt mit den in Fig. 2A und 2B gezeigten Vorrichtungen nach Zuschnitt auf eine geeignete Länge, wobei das Bündel in eine Quarz- oder Glasrohre 18 eingesetzt ist. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Zustand ist die Ausrichtung der Bildübertragungsfasern im wesentlichen zufällig. Daher muß die Ausrichtung der Elementarfasern gesteigert werden, um eine verbesserte Bildübertragung zu gewährleisten.
Fig.4 zeigt eine Vorrichtung zum Ausrichten der ir eine Quarzröhre oder Glasrohre eingesetzten Bildübertragungsfasern. In F i g. 4 trägt die Quarz- oder Glasrohre das Bezugszeichen 19, eine Elementarfaser das Bezugszeichen 20, ein Anschlagelement das Bezugszeichen 21, ein Drehspannteil das Bezugszeichen 22, ein Schlauch das Bezugszeichen 23, eine Pufferplatte das Bezugszeichen 24 und eine Drehverbindung das Bezugszeichen 25. Die Bildübertragungsfasern werden mittels eines durch die Drehverbindung 25 und die Pufferplatte 24 fließenden stetigen Wasserstromes ausgerichtet. Hierbei ist es wichtig, daß man die Quarzoder Glasrohre und die Pufferplatte synchron dreht. Dieser Vorgang führt ohne weiteres zu einer Ausrichtung der frei in die Röhre eingesetzten Fasern. Die Drehrichtung der Quarz- oder Glasrohre kann konstant
sein. Die Ausrichtung der Elementarfasern wird jedoch erleichtert, wenn man wiederholt die Drehrichtung des Rohres umkehrt. Der Anschlag 21 hat die Aufgabe, ein Herausfallen der Bildübertragungsfasern zu verhindern. Der Reibungskoeffizient zwischen Anschlag und Bildübertragungsfasern sollte gering sein, damit sich die Bildübertragungsfasern leicht bewegen können. Vorzugsweise besteht der Anschlag aus einem Material, wie Polytetrafluorethylen oder Metall.
F i g. 5 zeigt eine zweite Vorrichtung zum Ausrichten der Elementarfasern, die zu einer Verkürzung der für das Ausrichten erforderlichen Zeit führt, indem an die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung ein Ultraschallschwingelement 26 befestigt ist. Bei diesem Ausrichtungsverfahren mit einem Ultraschallschwingelement 26 wird ein Ende der Quarz- oder Glasrohre 19 abgedichtet und in das Rohr Wasser eingegeben. Nichtsdestoweniger kann auch ohne Verwendung fließenden Wassers eine ausreichende Ausrichtung nach diesem Verfahren erzielt werden. Die Quarz- oder Glasrohre kann in Drehbewegung versetzt werden, doch läßt sich bei längeren Zeitdauern eine ausreichende Ausrichtung auch erzielen, wenn die Röhre stationär bleibt. Die Anlage vereinfacht sich natürlich, wenn der Ausrichtvorgang nur durch Eingießen von Wasser ohne Drehen der Quarz- oder Glasrohre erzielt wird.
Eine dritte Vorrichtung zum Ausrichten der Fasern ist in Fig. 6 gezeigt. Das Bezugszeichen 27 betrifft die Elementarfasern. die an der Stelle 29 zu einer unitären Anordnung verbunden oder zusammengeschweißt und in eine Glasrohre 28 eingesetzt sind. Die unitäre Anordnung der Bildübertragungsfasern ist mit einem Tragelement 33 über eine Führungsstange 30 verbunden. Das Bezugszeichen 31 betrifft eine Puflerplatte und 32 einen Schlauch. Bei der in F i g. 6 gezeigten Vorrichtung fließt Wasser von oben zu und werden die Fasern alleine durch die Kraft der Wasserströmung ausgerichtet.
Die in der Quarz- oder Glasrohre nach einem der in F i g. 4. 5 und 6 gezeigten Verfahren ausgerichteten Bildübertragungsfasern werden anschließend einer Einrichtung zugeführt, die die relativen Lagen der ausgerichteten Bildübertragungsfasern und der Quarzoder Glasrohre fixiert, um zu verhindern, daß die Fasern wieder aus der Ausrichtung geraten.
Fig./ zeigt ein Beispiel für ein Verfahren zum Fixieren der Elementarfasern 34 mit einer Quarz- oder Glasröhre 35. Die Quarz- oder Glasrohre wird durch einen Brenner 36 erwärmt und weich gemacht. Durch die dabei erzeugte Oberflächenspannung verringert sich der Durchmesser der Quarz- oder Glasrohre an wenigstens einer Steile, so daß an dieser Steiie die Bildübertragungsfasern dauerhaft fixiert werden.
Mittels einer der anhand Fig. 1 bis 7 beschriebenen Arbeitsvorgänge kann ein Faserbündel für die Bildübertragung erhalten werden. Indem man das Faserbündel auszieht, um seinen Durchmesser zu verringern, läßt sich ein Faserbündel mit einem gewünschten Durchmesser herstellen.
Fig.8 zeigt eine Vorrichtung zum Ausziehen des nach dem Verfahren nach F i g. 7 hergestellten Faserbündels. In Fig.8 betrifft das Bezugszeichen 37 das Ausgangsfaserbündei 38 einen Ziehofen, 39 ein ausgezogenes Faserbündel, 40 eine Düse für die Aufgabe einer Kunststoffbeschichtung, 41 einen Enbrennofen, 42 eine Führungsrolle, 43 eine Aufwickelspule, 44 eine Einspanneinrichtung, 45 eine Zustellschnekkenspindel, 46 einen Motor. 47 eine Absaugemrichtung, 48 einen Schlauch, 49 eine Vakuumpumpe und 50 ein kunststoff verstärktes Faserbündel.
Das nach dem in Verbindung mit F i g. 7 beschriebenen Verfahren hergestellte Ausgangsfaserbündei 37 ί wird auf einen dünnen Durchmesser ausgezogen, um zu dem Faserstrang 39 zu werden. Dieser Faserstrang wird dann vor Berührung mit einer massiven Fläche mit einem wärmehärtenden oder durch ultraviolette Bestrahlung aushärtbarem Harz in der Beschichtungsdüse
ίο 40 überzogen. Die Beschichtung wird im Ofen 41 eingebrannt und ausgehärtet (oder dies erfolgt durch einen Aushärtungsofen mittels ultravioletter Bestrahlung), um ein kunststoffverstärktes Faserbündel zu erhalten. Diese Technik führt zu einem Faserbündel, das
ii gegenüber Luftfeuchtigkeit und anderen Einflüssen geschützt ist und eine ausreichende Festigkeit aufweist, um bei guter Biegsamkeit die Beanspruchung bei normaler Verwendung auszuhalten. Hierbei kann der Druck im Inneren des Quarz- oder Glasrohres reduziert werden, indem man von oberhalb der Faserbündelmatrix Luft absaugt. Infolge davon verringern sich die Freiräume zwischen den Bildübertragungsfasern und läßt sich die Dichte der Elementarbildfasern erhöhen. Da im druckreduzierten Zustand der Außendurchmesser des gesponnenen Faserbündels eine ovale Gestalt annehmen kann, kann es sich bei der Einspanneinrichtung 14 um ein Drehspannfutter handeln.
Nach F i g. 8 werden die Fasern unmittelbar nach dem Ausziehen mit einem Harz beschichtet, das man anschließend wie erwähnt aushärtet. Bei einer alternativen Vorgehensweise wird ein geschmolzenes Metall in die Beschichtungsdüse eingegeben und erfolgt die Beschichtung der Fasern mit dem Metall.
Nach dem in Fig. 7 gezeigten Verfahren zum Fixieren der Faserausrichtung wird nur der Durchmesser der Quarz- oder Glasrohre durch den Brenner reduziert. Daher läßt sich die in Verbindung mit F i g. 8 beschriebene Druckabsenkung ohne Schwierigkeiten durchführen. Wenn das Faserbündel unmittelbar nach dem Ausrichten der Fasern ausgezogen wird, so ist das Fixieren der Faserausrichtung gemäß F i g. 7 nicht wesentlich.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile werden nachfolgend wiedergegeben:
1. Es lassen sich Faserbündel mit einer Länge von einigen Kilometern bis zu einigen Zehnkilometern erhalten, da die durch das Ausziehen und die Durchmesserreduzierung erzielten Elementarfasern in eine Quarz- oder Glasrohre eingesetzt und darin ausgerichtet einem weiteren Ausziehvorgang unterworfen werden. Durch Zuschnitt der gebündelten Fasern können Faserbildkabel jeder beliebigen Länge erhalten werden.
2. Da die ausgerichteten Elementarfasern in einer Quarz- oder Glasrohre versiegelt werden, sind die Fasern weitgehend vor Bruch geschützt
3. Die ausgerichteten Elementarfasern sind mit einem Mantel in Form der Quarz- oder Glasrohre umgeben und weisen eine Verstärkungsschicht aus Kunststoff oder Metall auf. Daher läßt sich ein Faserbündel mit geeigneter Festigkeit für die üblichen Beanspruchungen herstellen.
4. Der Außendurchmesser des erhaltenen Faserbündels und der Durchmesser von jeder Bildübertra gungsfaser kann frei innerhalb der Fertigungsgrenzen gewählt werden, da zunächst eine in eine Quarz- oder Glasrohre eingesetzte Vielzahl von
Bildübertragungsfascrn ausgezogen und dann wielor iuisgezogen wird.
5. Da die Elementarfasern /.wi.'mial ausgezogen werden, kann der Durchmesser v.jn jeder Bildüber tragungsfaser so eingestellt werden, daß sich eine Abbildung von guier Qualität erzielen läßt.
b. Durch Verwendung von Quarz- oder quarzartigcin Glas als Material für die Elementarfasern und den Mantel wird der Übertragungsverlust der Bildübertragungsfasern auf etwa 10 dB/km oder weniger verringert. Im Vergleich zu konventionellen gebündelten Fasern wird daher die mögliche Übertragungsstrecke bei einem erfindungsgemäßen Faserbündel, bei der ein Bild mit bestimmter Helligkeit vorliegt, erheblich vergrößert. ; >
7. Bei dem vorbeschriebenen Prozeß zum Ausziehen der Faserbündel wird der Druck im Inneren der Quarz- oder Glasrohre herabgesetzt. Infolgedessen lassen sich die Räume zwischen den Bildübertragungsfasern verringern und daher die Dichte der :ii Bildfasern vergrößern.
8. Da die ausgezogenen Bildübertragungsfasern in einer Quarz- oder Glasrohre eingesetzt sind, ist die Anzahl an Bildelementen theoretisch unbegrenzt. Daher kann ein Bild mit sehr hohem Auflösungs- :; vermögen erhalten werden.
Die Bildübertragungsfasern nach der Erfindung werden nachfolgend im Detail beschrieben. Grundsätzlich gibt es drei Arten von optischen Fasern zur jo Übertragung von Lichtenergie oder eines Lichtsignals. Eine erste Fasertype besteht aus Quarz oder hauptsächlich aus Quarz bestehendem Glas.
Eine zweite Fasertype ist ein Mehrkomponentenglas. Eine dritte Fasertype besteht aus Kunststoffmaterialien, «s Insbesondere die ersten und zweiten Fasertypen bestehend aus Quarz oder hauptsächlich Quarz enthaltendem Glas, beziehungsweise aus einem Mehrkomponentenglas, sind für die Erfindung verwendbar.
Bei einer aus Quarz oder im wesentlichen aus ad Quarzglas bestehenden Faser kann Quarzglas für den Kern 1 nach Fig.! verwendet werden, während für die Umhüllungsschicht 2 ß-dotierter Quarz vorgesehen wird. Wenn mit wenigstens einem der nachfolgenden Elemente wie Ge, P, Al, Ti oder Ga dotierter Quarz für den Kern vorgesehen wird, wird Quarzglas oder ß-dotiertes Quarzglas als Umhüllungsschicht verwendet.
Die Verfahren zur Herstellung von Faserbündeln für Faserbildkabel aus Quarz oder Quarzglas, umfassen zum Beispiel das sogenannte CVD-Verfahren (Aufdampfen auf chemischem Wege), das VA D-Verfahren (Axialbeschichtung in der Dampfphase) und das Verfahren mit externer Abscheidung.
Die Fig.9A-9C und 10A— IOC zeigen Beispiele für i> die Verteilung der Brechungsindices von nach diesen Verfahren hergestellten Bildübertragungsfasern. Fig.9A—9C beziehen sich dabei auf den Fall des Vorsehens eines Quarzmantels 53 unter Verwendung einer Quarzröhre als Ausgangsmaterial, wobei sich die wi Bezugszeichen 51 und 52 auf den Kern bzw. die Oberzugsschicht beziehen. F i g. 9A—9C zeigen Beispiele für die Verteilung der Brechungsindices. Fig.9A betrifft den Fall, daß für die Oberzugsschicht 52 ß-dotierter Quarz und für den Kern 51 und den Mantel *·* 53 Quarz verwendet wurde, während bei F i g. 9B und 9C die Oberzugsschicht 52 aus ß-dotiertem Quarz und für den Kern 51 Quarz vorgesehen wurde, der mit ein oder mehreren der Kiemente Ge, P, Al, Ti, Ga oder dgl. dotiert worden ist. Njiürliih kann Quarzglas (mit dem gleichen Brechungsindex wie der Quarzmantel 53) für die Schicht 52 verwendet weiden. Die Verteilung des Brechungsindex des Kernes kann gemäß Fig. 9A und 9B stufenförmig oder gemäß Fig. 9C kurvenförmig sein. Unabhängig von der Art der Verteilung des Brechungsindex hat die Faser eine ausreichende Lichtübertragungskapazilät, wenn der Kernbereich einen höheren Brechungsindex als der umgebende Teil aufweist.
Fig. 10A — IOC zeigen die Verteilung des Brechungsindex von Bildüberlragungsfasern, die keinen Quarzmantel wie in Fig. 9 beschrieben aufweisen. Hierbei reicht es ebenfalls aus, daß der Kern 51 einen höheren Brechungsindex als die Überzugsschicht 52 (Quarzglas oder ß-dotiertes Quarzglas) hat und daß die Verteilung des Brechungsindex des Kerns einen stufen- oder kurvenförmigen Verlauf oder einen eine Kurve enthaltenden Verlauf hat, gemäß F i g. 9A — 9C.
Ein Verfahren zum Aufbringen einer lichtabsorbierenden Schicht an den Bildübertragungsfasern mit der in F i g. 9 und 10 gezeigten Verteilung des Brechungsindex wird nachfolgend beschrieben. Die erwähnte lichtabsorbierende Schicht hat die Aufgabe, ein Unscharfwerden des Bildes zu verhindern, was durch Übertritt von unerwünschtem Licht auf benachbarte Fasern hervorgerufen wird, wenn benachbarte Bildübertragungsfasern in Berührung miteinander stehen. Wenn der Unterschied im Brechungsindex zwischen Kern und Überzugsschicht groß und der Kerndurchmesser relativ groß ist, kann der Lichtverlust an benachbarte Fasern im wesentlichen vernachlässigt werden. In diesem Fall ist daher die lichtabsorbierende Schicht nicht wesentlich.
Wenn jedoch die lichtabsorbierende Schicht von Bedeutung ist, sollte ihre Dicke so klein wie möglich gehalten werden. Dies ist notwendig, um für den Kern die größtmögliche Fläche bereitzustellen.
Es gibt drei nachfolgend aufgezählte Verfahren, um eine lichtabsorbierende Schicht aus Elementarfasern, bestehend im wesentlichen aus Quarz oder quarzartigem Glas oder einem entsprechenden Faserbündel vorzusehen.
1. Bei einer Elementarfaser mit einem Quarzmantel 53 gemäß F i g. 9A—9B dient der Quarzmantel als lichtabsorbierende Schicht. Zu diesem Zweck kann ein dem Quarzmantel entsprechendes Quarzrohr aus einem Material mit einem möglichst hohen Übertragungsverlust vorgesehen werden. Da im nen ^uarzrohre aus natürlich auftretendem Quarz aus Bergkristall gefertigt werden, haben sie einen hohen Anteil an Verunreinigungen, und dies bewirkt glücklicherweise sehr hohe Verluste. Somit kann ein Rohr aus natürlichem Quarz direkt für die lichtabsorbierende Schicht verwendet werden. Wenn die Bildübertragungsstrecke kurz ist, hat dieses Quarzrohr im unbehandelten Zustand eine geringe Auswirkung auf die Lichtabsorption. In diesem Fall kann die Lichtabsorption des QuarzTohres durch eines der nachfolgenden Verfahren erhöht werden:
(i) Eine Schicht aus AI2O3 oder dgL wird auf die Außenfläche eines transparenten Quarzes aufgebracht und einer Wärmehysteresebehandlung bei hohen Temperaturen oberhalb 12000C unterzogen, um auf diese Weise eine
Verteilung des Brechungsindex brauclii nicht immer vollständig stufenförmig /ti sein, wij dies zuvor beschrieben wurde. Vielmehr reicht es aus, wie in F i g. 12 gezeigt, wenn der Verlauf des Brechungsindex ein Maximum zeigt.
Eine Elementarfaser mit einem Durchmesser von etwa 20 mm und der in F i g. 12 gezeigten Verteilung des Brechungsindex wurde in eine ozonfreic Quarzröhre eingesetzt und zu einer Faser mit einem Außendurchmesser von etwa 100 μιτι und nach dem in Fig. 2A gezeigten Verfahren unter Anlegen eines Unierdrucks am oberen Abschnitt der Quarzröhre ausgezogen. Die verwendete ozonfreie Quarzröhre wurde mit etwa 100 bis 150 ppm Ti dotiert, und durch Thermohysterese beim Ausziehen fand eine Umwandlung des Ti4 f in TiJ 4 statt. Das Ergebnis war, daß sich der Übertragungsverlust auf einige hundert bis einige Zehntausend dB/km belief.
Die erhaltene Bildübertragungsfaser mit einer lichtabsorbierenden Schicht wurde auf eine Länge von etwa 30 cm geschnitten, und es wurden etwa 4000 zugeschnittene Fasern in ein Quarzrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 20 mm eingesetzt. Die erhaltene Anordnung wurde dem in Fig. 6 gezeigten Ausrichtungsverfahren und dem in F i g. 7 gezeigten Fixierungsverfahren unterworfen. Die Anordnung wurde nach dem in Fig. 8 gezeigten Verfahren unter Bildung einer kunststoffvci stärkten Faser ausgezogen.
Die sich ergebende Faser hatte eine in Fig. 13 gezeigte Struktur, bei der ein Quarzmantel 57 das Faserbündel 56 aus eng ausgerichteten Einzelfasern umgibt, wobei die Oberfläche des Quarzmantels mit einer Kunststoffschicht 58 bedeckt ist. Die Abmessungen, Anzahl an Elementarfasern und anderen Eigenschaften des erhaltenen Faserbündels waren:
Elementarfasern
(Durchmesser):
Anzahl
an Elementarfasern:
Durchmesser
des Faserbündels:
Durchmesser
des Quarzmantels:
Durchmesser
des verstärkenden
Kunststoff materials:
Länge der Faser:
etwa 5 μηι
etwa 4000
db = etwa 0,9 mm
dj = etwa 1,0 mm
dp = etwa 1,2 mm
etwa 90 m
Eine sehr dicke Faser mit einem Außendurchmesser von etwa 1 mm brach leicht bei einem Biegeradius von 150 mm ohne Vorsehen des Verstärkungsmaterials aus Kunststoff, während bei Vorliegen der Kunststoffverstärkung selbst bei einem Biegeradius von nur 30 mm kein Bruch auftrat. Dies zeigt die extrem hohe Festigkeit der Faser.
Bei den Faserbündeln obigen Beispiels wurde der Durchmesser des Quarzmantels auf etwa 1 mm eingestellt Es versteht sich jedoch, daß bei geeigneter Auslegung des Linsensystems, das an die beiden Enden des Faserbündels angesetzt werden kann, der Quarzmantel einen kleineren Durchmesser haben kann. Selbstverständlich läßt sich das Ausziehen auf einen Wert kleiner als der Außendurchmesser des Faserbündels durchführen, das aus einem Faserbündel mit den gleichen Elementarfasern und der gleichen Anzahl an Elementarfasern erhalten wird Faserbündel mit einem kleineren Durchmesser haben eine höhere Biegsamkeit, entglaste Schicht /u erzeugen und den Lichtabsorptionsverlust zu erhöhen,
(ii) Ein Quarzrohr wird unter Verwendung von gefärbtem Uergkristall zum Beispiel »violettem Bcrgkristiill« als Rohmaterial für das Quarz hergestellt.
(iii) Ein Quarzrohr mit den unter (i) und (ii) erwähnten Verunreinigungen oder ein gewöhnliches Quarzrohr wird mit ultraviolettem ι« Licht, Röntgenstrahlen, Gamma-Strahlen oder
dgl. bestrahlt, was zu einer Verfärbung führt,
(iv) Ein mit Ti oder einem anderen Übergangsmetall dotiertes Quarzrohr (z. B. ein ozonfreies Quarzrohr) wird direkt verwendet oder mit !■> ultraviolettem Licht, Röntgenstrahlen, Gamma-Strahlen und dergleichen bestrahlt.
Durch Verwendung eines der Verfahren (i) bis (iv) wird der Lichtabsorpiionsverlust des Quarzrohres für seinen Einsatz als lichiabsorbierende Schicht -'ii erhöht.
2. Eine Metallbeschichtung wird auf dem Quarzmantel als lichtabsorbierende Schicht ausgebildet. Da sich Quarz oder quarzartiges Glas bei hohen Temperaturen während der Herstellung oder 2' Bearbeitung deutlich von Metall unterscheidet, sollte die Dicke der Metallbeschichtung vorzugsweise so klein wie möglich ausgebildet werden, indem man die Beschichtung mittels einer Vakuumabscheidung oder dergleichen vorsieht,
»ι 3. Eine Schicht mit großer Lichtabsorption wird gleichzeitig mit oder getrennt von der Herstellung der Faserstränge mit einem Brechungsindex gemäß Fig. 10A—IOC vorgesehen. Ein diesbezügliches geeignetes Verfahren ist die Färbung des Quarzgla-'' ses mit einem gefärbten Ion. Das heißt, gefärbtes Quarzglas läßt sich dadurch erhalten, daß man Quarzglas primär mit einem Übergangsmetall wie Ti, V, Cr. Mn, Fe, Co. Ni, Cu. No. Rh. La, Ce. Nd oder W dotiert.
Fig. 11 zeigt ein Verfahren zur Schaffung einer lichtabsorbierenden Schicht in Form eines separaten Schrittes auf der Oberfläche von einem Fasermantel 54 mit einer in Fig. 1OA bis IOC gezeigten Verteilung des Brechungsindex. SiCI0, ein Halogenid des vorgenannten Übergangsmetalls (MX). H: und Oi werden mittels eines Brenners 55 in Reaktion miteinander gebracht, um z. B. durch Flammhydrolyse eine mit dem Übergangsmetall dotierte lichtabsorbierende Quarzschicht zu erzeugen.
Hierbei kann ferner zur Erhöhung der Lichtabsorption der Quarzschicht wie bei den Quarzrohren eine Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, Röntgenstrahlen, Gamma-Strahien und dergleichen erfolgen.
Wenn die lichtabsorbierende Schicht aus einem Mehrkomponentengias vorgesehen werden soll, läßt sich die Lichtabsorption durch geeignete Wahl der Zusammensetzung des Komponentenglases erhöhen. Ferner kann nach dem in F i g. 2B gezeigten Verfahren eine lichtabsorbierende Schicht relativ leicht erhalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aus der Praxis wird nachfolgend beschrieben. Die verwendete Elementarfaser war nach dem vorbeschriebenen VA D-Verfah ren hergestellt worden und wies einen Kern aus mit G und P dotiertem Quarz sowie einen Mantel aus ö-dotiertem Quarz auf. Die Verteilung des Brechungsin dex der Faser ist in Fig. 12 gezeigt Der Unterschied {Δη) des Brechungsindex betrug etwa 1,2%. Die
Π 12
wobei sich gleichzeitig die Länge des t'aserbündcls Innendurchmesser von 20 mm entsprechend dem
erheblich vergrößert. Wenn z. B. ein Faserbündel mit vorgenannten Beispiel eingesetzt werden, zu einem
einer Länge von 30 cm, das aus etwa 4000 Elemenuirfa Quarzmantcldurchmesser (dj) von etwa 150 μιτι ausge-
sern mit einem Außendurchmesser von 100 μηι besteht, zogen wird, so kann die Länge des erhaltenen
wobei die Fasern in ein Quarzrohr mit einem Riscrbündels bis zu etwa 5400 m betragen.
Hierzu 5 Blnti Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines geordneten Faserbündels zur Bildübertragung, bei welchem eine Vielzahl von Elementarfasern parallel zueinander ausgerichtet und zu einem Elementarfaserbündel vereinigt wird, wonach dieses Elementarfaserbündel unter Erweichung durch Wärme zu einem Faserbündel mit verringerter Querschnittsfläche ausgezogen wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:
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