DE2946011C2

DE2946011C2 -

Info

Publication number: DE2946011C2
Application number: DE2946011A
Authority: DE
Inventors: Ryuji Urawa Saitama Jp Kobayashi; Kuniaki Hasuda Saitama Jp Wakabayashi
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1989-01-12
Also published as: JPS5571636A; US4263030A; GB2037273A; AU5294179A; FR2441594A1; AU527599B2; GB2037273B; CA1124523A; NL7908383A; JPS5852935B2; NL175903B; FR2441594B1; SU963459A3; DE2946011A1; NL175903C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung einer optischen Lichtleitfaser mit sehr geringer Lichtdämpfung.

Als typische Methode zur Herstellung von optischen Lichtleit fasern ist das Stab-in-einem-Rohr-Verfahren bekannt, bei dem man einen Stab aus Siliciumdioxidglas (Kernmaterial) in ein Rohr aus Siliciumdioxid (Hüllenmaterial) ein bringt, das Kernmaterial und das Hüllenmaterial durch Er hitzen schmilzt und das geschmolzene Kernmaterial und Hüllenmaterial auszieht.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die so erhaltenen optischen Fasern eine sehr hohe Lichtdämpfung haben, weil die Grenze, die durch das Verschmelzen des Kernmaterials und des Hüllenmaterials gebildet wird, durch Lufteinschlüsse und Verunreinigungen kontaminiert wird.

Um diesen Nachteil zu beheben, hat man vor dem Einbringen des Kernmaterials in das Hüllenmaterial die beiden Materialien mechanisch oder chemisch poliert oder wärmebehandelt, um deren Oberflächen zu reinigen, wobei man dies z. B. in einem bakterienfreien Raum vornahm, jedoch konnte man nicht vermeiden, daß das so behandelte Kernmaterial und das Hüllenmaterial bei der späteren Handhabung wiederum der Luft ausgesetzt waren und dadurch wiederum eine Verunrei nigung der Oberflächen der beiden Materialien unvermeidbar war.

Aus der DE-AS 25 36 456 ist es bekannt, für die Herstellung von optischen Lichtleitfasern für die Hülle ein Quarzglas zu verwenden, welches mehr als 4000 ppm Fluorionen ent hält. Dadurch werden die Grenzflächeneigenschaften zwischen Kern/Hülle verbessert und man erhält Lichtleitfasern mit einer verminderten Lichtdämpfung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Lichtleitfaser, bei dem in üblicher Weise ein Kernmaterial aus Siliciumdioxidglas in eine Hülle aus Siliciumdioxidglas eingebracht, Kern und Hülle miteinander verschmolzen und die entstandene Vorform ausgezogen werden, zur Verfügung zu stellen, bei dem man die Lichtdämpfung der erhaltenen optischen Lichtleitfasern weiter verringert, indem man die Grenzflächenbedingungen zwischen dem Kern material und dem Hüllenmaterial verbessert. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 ge löst.

Folgende wasserstofffreie Verbindungen können erfindungs gemäß vorteilhaft verwendet werden: CF₄, CCl₄, C₂Cl₄, CBr₄, CCl₂F₂, CClF₃, SF₆, SCl₄, S₂Br₂, SOF₂, SOCl₂, So₂Cl₂, SeF₆, SeCl₄, Se₂Br₂, SeOCl₂, SeOF₂, OF₂, N₃F und F₂N₄.

Die Dampfphasenbehandlungsmittel können auch mit einem Trägergas, wie N₂ oder He, verwendet werden.

Enthält das Dampfphasenbehandlungsmittel Fluor, so werden die an der Oberfläche des Kernmaterials und des Hüllen materials enthaltenen Verunreinigungen als flüchtige Fluoride entfernt, und gleichzeitig wird eine neue, gereinigte Ober fläche gebildet, die sich zwischen der Innenoberfläche des Hüllenmaterials und der Oberfläche des Kernmaterials aus bildet.

Enthält das Dampfphasenbehandlungsmittel Wasserstoff, so tritt der Wasserstoff in das Siliciumdioxid-Glas als Ver unreinigung ein und stört die Grenzbedingungen des Hüllenmaterials und des Kernmaterials.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.

Ein Glasstab aus Al₂O₃-dotiertem wasserfreiem Silicium dioxidglas, der nach der Plasmaflammenmethode hergestellt worden war, wird mechanisch zu einem Kernmaterial mit 10 mm Durchmesser poliert. Das Kernmaterial wird hintereinander mit Trichlorethylen, Methanol, destilliertem Wasser, 10%iger HF und destilliertem Wasser gewaschen und dann in einem Vakuumtrockner getrocknet. Ein Glasrohr aus reinem Silicium dioxidglas als Hüllenmaterial wird in gleicher Weise wie das Kernmaterial gewaschen und dann auf eine Glasdrehbank gegeben. Das Kernmaterial wird in das Hüllenmaterial einge führt und auf 500 bis 1600°C unter Verwendung eines Wider standofens oder einer Sauerstoff/Wasserstoff-Flamme oder einer ähnlichen Heizvorrichtung erwärmt. Unter Aufheizung auf die erwünschte Temperatur vor dem Verschmelzen des Kernmaterials mit dem Hüllenmaterial werden die beiden Materialien dampfphasenbehandelt, indem man CCl₄ im Dampf zustand zusammen mit N₂-Gas durch den Spalt zwischen den beiden Materialien strömen läßt. Die an der inneren Ober fläche des Hüllenmaterials und an der Oberfläche des Kern materials enthaltenen Verunreinigungen reagieren mit CCl₄ und werden als flüchtige Chloride entfernt. Die so erhal tenen dampfphasenbehandelten Materialien werden dann un mittelbar darauf durch Erhöhung der Temperatur verschmolzen, und dann, ohne daß sie der Luft ausgesetzt werden und Ver unreinigungen wieder auftreten können, ausgezogen. Auf diese Weise erhält man eine optische Lichtleitfaser mit extrem niedri ger Lichtdämpfung, d. h. außerordentlich niedrigem Licht streuungsverlust und Lichtabsorptionsverlust.

Die Dampfphasenbehandlungstemperatur liegt im Bereich von 500 bis 1600°C. Unterhalb 500°C werden die Verunreinigungen nur sehr langsam entfernt und oberhalb 1600°C erweicht das Siliciumdioxidglas und verformt sich merklich, so daß das Verfahren dadurch erschwert wird. Selbst im Bereich von 500 bis 1600°C bei einer Temperatur oberhalb 1200°C neigt das Siliciumdioxidglas zu einer Verformung. Deshalb wird das Erhitzen des Kernmaterials und des Hüllenmaterials bevorzugt so durchgeführt, daß man eine lokale Erhitzungs zone in Längsrichtung zu dem Hüllenmaterial mit dem darin enthaltenen Kernmaterial anlegt und das Ganze ständig dreht, um eine gleichmäßige Erwärmung über die ganze Länge des Hüllenmatrials zu bewirken.

Beispiel 1

Ein hochreiner Stab aus synthetischem Siliciumdioxidglas mit einem Gehalt von 4% Al₂O₃ wird mechanisch poliert und dann nacheinander in Perchlorethylen, Methanol, destilliertem Wasser, 10%iger HF und destilliertem Wasser ultraschall gewaschen und dann in einem elektrischen Trockner bei 120°C getrocknet. Der Siliciumdioxid-Glasstab (Durchmesser 10 mm) wird in ein hochreines Rohr aus synthetischem Siliciumdioxid glas (Innendurchmesser 15 mm, Außendurchmesser 19 mm), das in gleicher Weise wie der Siliciumdioxid-Glasstab gewaschen worden war, eingeschoben. Dann wird ein Mischgas aus CCl₄ als Dampfphasenbehandlungsmittel in einer Menge von 500 ml/Min. und N₂-Gas in einer Menge von 0,4 l/Min. durch den Spalt zwischen dem Siliciumdioxid-Glasrohr und dem Siliciumdioxid Glasstab geleitet und gleichzeitig wird eine lokale Heiz zone von 1400°C unter Verwendung einer Sauerstoff/Wasser stoff-Flamme wiederholt 20mal längs des Siliciumdioxid- Glasrohres mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/Min. parallel zu der Fließrichtung des Mischgases bewegt. Dann wird das Mischgas durch O₂-Gas ersetzt und das Erhitzen wird weitere 10mal zur Entfernung von Kohlenstoffmaterial, das sich in dem Spalt durch thermische Zersetzung von überschüssigem CCl₄ gebildet hat, wiederholt. Der O₂-Gasstrom wird dann unterbrochen und das Siliciumdioxid-Glasrohr und der Siliciumdioxid-Glasstab werden durch Erhöhen der Temperatur verschmolzen und zu einer optischen Lichtleitfaser mit einem Kern durchmesser von 120 µm in üblicher Wesie gezogen. Die Licht dämpfung der so erzeugten optischen Lichtleitfaser wird mit 3,9 dB/km bei einer Wellenlänge von 0,8 µm gemessen.

Bei einem Vergleichsversuch, bei dem die Dampfphasen behandlung unter Verwendung von CCl₄ nicht durchgeführt wurde, betrug die Lichtdämpfung der erzeugten Faser 11,2 dB/km bei 0,8 µm Wellenlänge.

Beispiel 2

Ein Stab aus hochreinem Siliciumdioxidglas mit einem Gehalt von 1,2% Al₂O₃ wird mechanisch poliert und in gleicher Weise wie in Beispiel 1 gewaschen und in einem elektrischen Trock ner bei 120°C getrocknet. Dieser Siliciumdioxid-Glasstab wird in ein Siliciumdioxid-Glasrohr eingeschoben, welches an der Innenwandung eine durch Dampfphasenreaktion gebil dete Überzugsschicht, dotiert mit BCl₃ hatte, und wobei die Überzugsschicht einen Brechungsindex nD=1,4515 und eine Dicke von 0,5 mm aufwies. Ein Mischgas aus SOBr₂ in einer Menge von 10 ml/Min. und N₂-Gas in einer Menge von 0,5 l/Min. wird durch den Spalt zwischen dem Siliciumdioxid- Glasrohr und dem Siliciumdioxid-Glasstab geleitet und gleich zeitig wird lokal eine Heizzone von 700°C durch eine Stadtgas-Flamme wiederholt 15mal längs des Glasrohres in einer Geschwindigkeit von 10 cm/Min. parallel zu der Fließ richtung des Mischgases angelegt. Anschließend wird während 10 Minuten nur N₂-Gas durchgeleitet und danach wird durch eine weitere Temperaturerhöhung der Siliciumdioxid-Stab und das Siliciumdioxid-Rohr miteinander verschmolzen und zu Fasern mit einem Kerndurchmesser von 120 µm in üblicher Weise gezogen. Die Lichtdämpfung der so hergestellten optischen Lichtleitfaser beträgt 3,1 dB/km bei einer Wellen länge von 0,8 µm.

Führt man die Dampfphasenbehandlung unter Verwendung von SOBr₂ nicht durch, so erhält man eine optische Lichtleitfaser einer Lichtdämpfung von 10,5 dB/km bei 0,8 µm.

Beispiele 3 bis 16

In jedem der Beispiele 3 bis 16 werden optische Lichtleit fasern unter Verwendung eines Stabes aus hochreinem synthetischen Siliciumdioxidglas mit einem Brechungs index von nD=1,4585 als Kernmaterial und eine Sauerstoff/ Wasserstoff-Flamme als Wärmequelle verwendet, wobei ein Dampfphasenbehandlungsmittel und die Dampfphasenbehandlungs temperatur gleichfalls in der nachfolgenden Tabelle gezeigt werden, und die anderne Bedingungen denen von Beispiel 2 entsprachen.

In den Beispielen 3, 8, 9 und 12 wird dagegen nach der Dampfphasenbehandlung unter Verwendung von CF₄, CCl₂F₂, C₂Cl₄ bzw. CBr₄ eine Erhitzung unter Verwendung der Sauerstoff/Wasserstoff-Flamme 10mal bei einem O₂-Gasstrom mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,5 l/Min. wie in Beispiel 1 vorgenommen, um abgeschiedenes Kohlenstoffmate rial zu entfernen.

Die Lichtdämpfung bei 0,85 µm Wellenlänge der so hergestell ten optischen Lichtleitfasern in den Beispielen 3 bis 16 wird in der folgenden Tabelle gezeigt.

Tabelle

Zum Vergleich wurde festgestellt, daß die Lichtdämpfung einer optischen Lichtleitfaser, bei welcher man die Dampfphasen behandlung gemäß Beispielen 3 bis 16 nicht durchführte, 10,1 dB/km bei 0,85 µm Wellenlänge betrug.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Lichtleitfaser, bei dem ein Kernmaterial aus Siliciumdioxidglas in eine zuvor mechanisch oder chemisch polierte oder wärmebehan delte Hülle aus Siliciumdioxidglas eingebracht, Kern und Hülle miteinander verschmolzen und die entstandene Vor form ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschmelzen von Kern und Hülle eine wasserstofffreie dampfförmige Verbindung, enthaltend wenigstens eines der Halogenide von C, N, O, S oder Se, durch den Spalt zwischen dem Kernmaterial und der Hülle bei einer Temperatur von 500 bis 1600°C bis zum Schießen des Spaltes durchgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die wasserstofffreie Verbin dung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CF₄, CCl₄, C₂Cl₄, CBr₄, CCl₂F₂, CClF₃, SF₆, SCl₄, S₂Br₂, SOF₂, SOCl₂, SO₂Cl₂, SeF₆, SeCl₄, Se₂Br₂, SeOCl₂, SeOF₂, OF₂, N₃F und F₂N₄.