DE29823926U1

DE29823926U1 - Lichtwellenleiterglashalbzeug und Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Gliedes zur Lichtwellenleiterproduktion

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Publication number: DE29823926U1
Application number: DE29823926U
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Original assignee: FiberCore Inc
Current assignee: FiberCore Inc
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2008-12-18
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Description

Der Eintragung des Gebrauchsmusters zugruncjeggtegerMJe ijnteyTagep

DIEHL · GLAESER HILTL & PARTNER

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2. November 1999 F8244-DE-U

LICHTWELLENLEITERGLASHALBZEUG UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES ROHRFÖRMIGEN GLIEDES ZUR LICHTWELLENLEITERPRODUKTION

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LICHTWELLENLEITERGLASHALBZEUG UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES ROHRFÖRMIGEN GLIEDES ZUR LICHTWELLENLEITERPRODUKTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtwellenleiterglashalbzeuge sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von Lichtwellenleiterglashalbzeugstarterrohren ("Starterrohre") und Lichtwellenleiterglashalbzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung Lichtwellenleiterglashalbzeugstarterrohre und Glashalbzeuge die durch Abscheiden von Siliziumdioxid mit niedrigem Hydroxylgehalt durch ein Plasmaverfahren erhältlich sind.

Der Stand der Technik lehrt verschiedene Möglichkeiten zum Fertigen von Kieselglas-Starterrohren und zum Herstellen von Lichtwellenleiterglashalbzeugen. Starterrohre können durch Erhitzen von Siliziumdioxid und Extrudieren desselben durch eine Öffnung gebildet werden. Sowohl Starterrohre als auch Lichtwellenleiterglashalbzeuge können durch Abscheiden von dotiertem oder undotiertem Siliziumdioxid auf ein Ziel unter Verwendung eines von mehreren Verfahren, beispielsweise von modifiziertem chemischen Dampfauftrag (MCVD), Dampfaxialauftrag (VAD) , Außendampf auf trag .(OVD) , hergestellt werden. Jedes dieser Verfahren beginnt mit dem Vorsehen eines sich drehenden Zieles, welches für gewöhnlich in Form eines Rohres oder einer massiven Stange geformt und aus Glas, Keramik oder einem von mehreren anderen Werkstoffen gebildet ist. In bestimmten Fällen wird die Stange oder das Rohr zu einem in das Glashalbzeug eingebundenen Teil, in anderen Fällen wird die Stange

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jedoch entfernt. Eine Wärmequelle, beispielsweise ein Gasbrenner oder eine Plasmaquelle, ist unter dem sich drehenden Ziel angeordnet. Die Wärmequelle sieht die erforderliche Energie für die glasbildenden Reaktionen vor, um die Glasteilchen zu bilden. Je nach Wesen des Verfahrens sind diese abgeschiedenen Glasteilchen bereit für die nächsten Verarbeitungs-, Trocknungs- und Sinterschritte, beispielsweise VAD oder OVD-Verfahren. Handelt es sich dabei um ein MCVD-Verfahren, werden diese Teilchen durch dieselbe Wärmequelle zu durchsichtigem Quarz geschmolzen.

Ist das Ziel horizontal befestigt, so wird die Wärmequelle die Länge des Zieles entlangbewegt, um einen gleichförmigen Auftrag zu gewährleisten. Ist das Ziel ein Rohr, so können die glasbildenden Teilchen und Materialien entweder auf die inneren Oberfläche des Rohres aufgetragen werden, in welchem Fall der Außendurchmesser konstant bleibt, oder auf der Außenseite des Rohres, in welchem Fall der Außendurchmesser anwächst.

Wird das Ziel vertikal angebracht, so dreht es sich um seine vertikale Achse und wächst sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Dies führt zu einem im wesentlichen zylindrischen Produkt, dessen Durchmesser und Länge mit Fortlauf des Abscheidevorgangs anwachsen. ■.-

USP 4,224,046 an Isawa et al. lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtwellenleiterglashalbzeuges. Zwei gasförmige Rohglaswerkstoffe, Sauerstoff, Wasserstoff und Argon werden in einem Brenner aufwärts zu einem vertikal befestigten, sich drehenden, zylindrischen Startglied geströmt. Rußartige Glasteilchen werden durch Flammenhydrolyse gebildet und auf dem unteren Ende des Startgliedes angelagert. Das Startglied wird allmählich nach oben entnommen, um eine konstante Beabstandung zwischen seinem

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größer werdenden Ende und dem Brenner aufrechtzuerhalten. Nach Abschluß des Auftrags wird das resultierende rußartige Glashalbzeug daraufhin getrocknet und gesintert, um ein transparentes Glashalbzeug zu bilden.

USP 4,412,853 an Partus offenbart ein MCVD-Verfahren, um ein Lichtwellenleiterglashalbzeugstarterrohr zu bilden. Das Verfahren beginnt mit einem horizontal befestigten, sich drehenden, rohrförmigen Ziel, welches aus Glas gebildet wurde und eine vorgewählte Zusammensetzung und optische Eigenschaften aufweist. Ein Dampfstrom wird durch das rohrförmige Ziel zugeführt, während eine Wärmequelle, die unter dem rohrförmigen Ziel angeordnet ist, die Länge des Letzeren entlangfährt. Dies bewirkt, daß sich Reaktionsprodukte des Dampfstromes auf der inneren Oberfläche des rohrförmigen Zieles anlagern und daran angeschmolzen werden. Das angelagerte Material weist denselben Brechungsindex wie das rohrförmige Ziel auf, jedoch eine unterschiedliche Zusammensetzung. Diese Entgegenhaltung unterstellt auch, daß. es möglich ist, dieselbe Wirkung durch einen Außendampfphasenoxidationsvorgang oder einen Außendampfphasenaxialauftragsvorgang zu erreichen, lehrt jedoch nicht explizit, wie dies bewerkstelligt werden kann.

USP 4,923,497 an Leber et al. betrifft die kontinuierliche Herstellung eines vertikal gezogenen Siliziumdioxid-Starterrohres. Dieses Verfahren bedient sich Siliziumdioxid in Teilchenform in einem geschlossenen Tiegel. Als nächstes wird das erweichte Siliziumdioxid mittels eines Formwerkzeuges durch eine Öffnung im Boden des Tiegels zu einem Rohr gezogen. Bei diesem Verfahren werden der geschlossene Tiegel und auch ein Raum unmittelbar unter dem Ort, an dem das Rohr gebildet wird, mit einer hochgradig wasserstoffhaltigen Atmosphäre beaufschlagt. Außerdem wird eine vorgegebene elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Form-

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werkzeug und dem Tiegel aufrechterhalten, um dazwischen ein elektrisches Feld zu schaffen, um Unreinheiten zu reduzieren.

USP 5,026,413 an Leber et al. betrifft ebenfalls die Herstellung eines vertikal gezogenen Siliziumdioxidrohres. Hochgradig siliziumdioxidhaltiger Quarz wird in einem Ofen erweicht und durch eine Öffnung im Boden des Tiegels zu einem Rohr gezogen. Der Druck im Rohr und der Druck in einer Kammer, in welche das Rohr gebildet wird, werden überwacht und ausgeglichen, um die Durchmesserabweichung des Rohres zu minimieren.

USP 5,522,007 an Drouart et al. lehrt die Verwendung von Plasmaabscheidung zum Aufbau eines Lichtwellenleiterglashalbzeuges mit hoher Hydroxylionenkonzentration. Bei dieser Entgegenhaltung werden Hydroxylionen beabsichtigt in einem plasmaerzeugenden Gas mitgerissen, durch Leiten des Gases durch einen Wasserbehälter, ehe es in ein Ende eines Plasmabrenners, welcher eine Induktionsspule aufweist, hineingeführt wird. Der Plasmabrenner projiziert geschmolzene Siliziumdioxidteilchen, die mit Hydroxylionen gemischt sind, auf ein sich drehendes Substratglashalbzeug. Dies ergibt ein Glashalbzeug, welches eine auf das Zielglashalbzeug abgeschiedene, durchschnittliche Hydroxylionenkonzentration aufweist, die im Bereich von 50-100 ppm liegt. Nach Drouart et al. ergibt dieses Verfahren Lichtwellenleiter mit einer Dämpfung von 0,32 dB/km und 0,195 dB/km bei 1310 nm bzw. 1550 nm.

USP 5,609,666 an Haitmann lehrt die Verwendung eines rohrförmigen Substrats, welches aus einer porösen Oxidkeramik gebildet wurde, um ein Quarzglasrohr zu bilden. Ein Brenner, der mit einer Mischung aus Methan, Siliziumtetrachlorid SiCl₄ und Sauerstoff betrieben wird, wird entlang dem

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rohrförmigen Substrat hin- und herbewegt, um Glasruß daran abzulagern. Gleichzeitig wird ein Trockengasgemisch, umfassend Chlor oder Thionylchlorid, nebst anderen Gasen, durch das Innere des rohrförmigen Substrats die Achse des Letzeren entlang geführt. Das Spülgas entfernt die Hydroxylionen vom angelagerten Glasruß. Der angelagerte, gespülte Glasrußkörper wird vom rohrförmigen Substrat abgenommen und daraufhin weiterem Trocknen und Sintern unterzogen, um ein Rohr oder eine Stange mit niedriger -OH-Konzentration zu bilden.

Jedes der oben genannten Rohre und Lichtwellenleiterglashalbzeuge sowie die genannten Vorrichtungen zur Herstellung dieser Rohre und Lichtwellenleiterglashalbzeuge weisen Nachteile auf. Erstens weisen Rohre, die in einem kontinuierlichen Verfahren mittels Ziehen gebildet werden, hohe Unreinheitsgrade, Einschlüsse und sehr häufig einen hohen Hydroxylgehalt auf. Derartige Rohre bieten nicht die gewünschten mechanischen und optischen Eigenschaften für die Herstellung von Lichtwellenleitern. Zweitens sind Rohre, die durch ein Verfahren, das Rußabscheidung gefolgt von nachfolgendem Trocknen und Sintern erfordert, kostenintensiv und die Vorrichtungen sind komplizierter und der Herstellungsprozeß dauert langer, da zwei getrennte Schritte erforderlich sind, die oft nicht gleichzeitig durchgeführt werden können.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Starterrohre und Lichtwellenleiterglashalbzeuge, sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von Starterrohren und Lichtwellenleiterglashalbzeugen vorzusehen, welche einen Hydroxylgehalt kleiner als 2 ppm aufweisen, so daß diese verwendet werden können, um Monomode-Lichtwellenleiter herzustellen, welche eine Dämpfung kleiner als 0,40 dB/km

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bei einer Wellenlänge von 1310 niti und 0,20 dB/km bei 1550 nm aufweisen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Starterrohre und Glashalbzeuge bereitzustellen, die durch Reduzieren der Anzahl für ihre Herstellung erforderlichen Verfahrensschritte kostengünstig herzustellen sind.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Starterrohr für ein Glashalbzeug bereitzustellen, welches in der Folge zu Lichtwellenleitern mit guter Festigkeit verarbeitet werden kann.

Diese und andere Aufgaben werden durch das Starterrohr und das Lichtwellenleiterglashalbzeug, sowie durch die Vorrichtung zum Bilden eines Starterrohres und eines Lichtwellenleiterglashalbzeuges der vorliegenden Erfindung erreicht. Das Starterrohr und das Lichtwellenleiterglashalbzeug sind erhältlich durch ein Verfahren, bei dem eine Plasmaquelle in der Nähe eines Ziels angeordnet ist, an welches das Siliziumdioxidmaterial angelagert werden soll. Ein trockenes Plasmagas mit einer niedrigen Hydroxylkonzentration wird verwendet, um das Plasma zu bilden. Ein trockenes Quarzquellgas, welches mindestens SiCl₄ oder andere ähnliche Quellgase umfaßt und ebenfalls eine niedrige Hydroxylkonzentration aufweist, wird in der Nähe des Plasmas eingeleitet. Dies bewirkt, daß das Material in einem einfachen Schritt in Siliziumdioxid (S1O2) umgewandelt und auf dem Ziel abgelagert und zu durchsichtigem Quarz geschmolzen wird. Dotieren des Quellgases mit Fluor bei einer aus einer Vielzahl von Ausbildungsformen ergibt ein Starterrohr mit einem niedrigeren Brechungsindex als reines Siliziumdioxid für ein Glashalbzeug, welches in der Folge zu Lichtwellen-

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leitern gezogen werden kann, die eine höhere Festigkeit und eine gute optische Leistung aufweisen.

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können den Zeichnungen entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Seiten-Teilansicht eines Plasmatron, welches in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Plasmatron, das dem in Fig. 2 dargestellten ähnelt;

Fig. 4 ein Flußschema des Plasmas innerhalb des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Plasmatron.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 20 gemäß der vorliegenden

Erfindung. Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer 22, welche

verschlossen ist, um zu verhindern, daß Verunreinigungen in das Endprodukt gelangen können.

Innerhalb der Kammer 22 befindet sich eine Drehbank 24, beispielsweise jene, die bei Litton Engineering Lab erhältlich ist. Die Drehbank 24 weist einen Spindelstock 25 und einen Reitstock 26 auf. Der Spindelstock 25 und der ■Reitstock 26 sind mit einem Paar gegenüberliegender drehbarer Spindelfutter 28 versehen, welche die Enden eines länglichen Zieles 30 halten, das eine im wesentlichen zylindrische Außenwand aufweist. Die Spindelfutter 28 drehen das Ziel 30, wie durch Pfeil Al angezeigt wird. Ein beweglicher Schlitten 32, der an der Drehbank 24 bewegbar montiert ist, ist angeordnet, um in jede der beiden Rich-

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tungen entlang dem Ziel zu fahren, wie durch den Doppelpfeil A2 angezeigt wird.

Eine Plasmaquelle, die allgemein mit 40 gekennzeichnet wird, wird vom Schlitten 32 getragen. Der Schlitten 32 bewegt somit die Plasmaquelle 40 entlang der Länge des Zieles 30. Dies führt zum Abscheiden von Material auf die Oberseite des Zieles 30, um ein rohrförmiges Glied 34 zu bilden, das ein Starterrohr oder ein Lichtwellenleiterglashalbzeug sein kann. Die Spindelfutter 28 drehen das Ziel 30 um sicherzustellen, daß Material durch die Plasmaquelle 40 gleichmäßig rund um das Ziel angelagert wird, um ein rohrförmiges Glied 34 zu bilden, welches nahezu perfekt zylindrische Außenwände aufweist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform bewegt sich die Plasmaquelle 40, die auf dem Schlitten 32 angeordnet ist, in beide Richtungen entlang einem beträchtlichen Abschnitt der Länge des Zieles 30. Dies ermöglicht, daß die Plasmaquelle 40 diesen Abschnitt des Zieles 30 entlangfährt und Materialien entlang diesem anlagert.

Anstatt die Plasmaquelle 40 die Länge des Zieles entlangzubewegen, kann das Ziel 30 bewegt werden, während die Plasmaquelle 40 feststehend verharrt. Dies kann realisiert werden, indem der Spindelstock 25 und der Reitstock 26 der Drehbank das Ziel auf hin- und hergehende Weise bewegen, so daß alle relevanten Abschnitte des Zieles direkt über die Plasmaquelle 40 gebracht werden.

Als andere Alternative kann eine Mehrzahl von Plasmaquellen voneinander beabstandet entlang der Länge des Zieles angeordnet werden. Dies ermöglicht eine reduzierte Bewegung des Spindelstockes 25 und des Reitstockes 26 der Drehbank 24 oder des Schlittens 32, an welchem die Plasmaquellen befe-

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stigt sind, je nachdem, welche der beiden als beweglich ausgebildet sind. Im Extremfall, bei dem eine große Anzahl von Plasmaquellen entlang der gesamten Länge des Zieles angeordnet ist, ist keinerlei Bewegung, weder des Schlittens 32 noch des Spindelstockes 25 und Reitstockes 26 der Drehbank 24, erforderlich.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Plasmaquelle 40 ein Piasmatronbrenner, in welchen ein trockenes Plasmagas durch eine erste Gasleitung 42 und ein Quellgas durch eine zweite Gasleitung 44 eingeführt werden.

Das Plasmagas besteht im wesentlichen aus Stickstoff und Sauerstoff in einem geeigneten, vorbestimmten Verhältnis. Luft kann als das Plasmagas dienen. Diesfalls tritt Luft zunächst durch einen ersten Trockner 46, um Feuchtigkeit zu beseitigen, ehe sie in die erste Gasleitung 42 eintritt. Dies gewährleistet, daß die Hydroxylkonzentration des Plasmagases niedrig ist, in der Größenordnung von 2,0 ppm oder weniger.

Das Quellgas umfaßt eine Quellchemikalie, beispielsweise SiCl₄, und zumindest ein Trägergas, beispielsweise Sauerstoff O2 oder Stickstoff N₂. Die Trägergase treten in den zweiten Trockner 48 ein, um Feuchtigkeit zu beseitigen. Dadurch wird sichergestellt, daß die Hydroxylkonzentration des Quellgases ebenfalls sehr niedrig ist, in der Größenordnung von 0,5 ppm. Nachdem die Trägergase getrocknet wurden, strömen sie zu einem Druckmischer 50 weiter, um die Quellchemikalie aufzunehmen. Der Gasstrom, welche Trägergase umfaßt, die mit der. Quellchemikalie beladen sind, strömt daraufhin zur zweiten Gasleitung 44. Wahlweise kann durch Öffnen des Ventiles 52 ein Dotiergas in den Gasstrom eingeleitet werden, ehe dieser am Piasmatronbrenner anlangt.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Quellchemikalie SiCl₄. Diese Chemikalie wird aufgrund ihrer Reaktionseigenschaften in einem Plasma gewählt. Insbesondere dient das SiCl₄ als eine Quelle von Si, um S1O2 zu bilden, welches am Ziel 30 angelagert wird. Das Dotiermittel ist typischerweise ein Fluordotiergas in Form von SiF₄ oder SiF6. Fluordotiermittel modifizieren den Brechungsindex des Quarzes und schaffen ein Maß an zusätzlicher Freiheit für die Konstruktion von Lichtwellenleiterglashalbzeugen.

Fig. 2 zeigt eine Seitenschnittansicht des Piasmatronbrenners 40, welcher unter dem Ziel 30 angeordnet ist. Der Piasmatronbrenner 40 umfaßt ein im wesentlichen rohrförmiges Brennergehäuse 50, das aus Quarz gebildet ist. Das Gehäuse weist einen Durchmesser von 60mm und eine Höhe von 220mm auf. Jedoch können Durchmesser im Bereich von 40-80mm und Höhen zwischen 180 und 400mm ebenfalls verwendet werden.

Eine Induktionsspule 52 aus Kupfer ist rund um den oberen Abschnitt des Gehäuses 50 vorgesehen. Die Spule 52 umfaßt eine Mehrzahl von Wicklungen 54, welche einen Durchmesser von ungefähr 72mm aufweisen und 6mm voneinander beabstandet sind. Ein Spalt zwischen dem Gehäuse und der Spule 52 kann 2 - 10mm groß sein. Der oberste Abschnitt der Spule 52, welcher durch die oberste Wicklung 54' angezeigt wird, ist von der Außenfläche des rohrförmigen Gliedes 34 durch einen mit L gekennzeichneten Abstand getrennt, der 30-55mm groß ist.

Während das Quarzglas angelagert wird, wächst sein Außendurchmesser. Der Abstand L wird jedoch durch Einstellen der Höhe eines Trägers 56, auf welchem der Plasmabrenner 40 angeordnet ist, aufrechterhalten. Der Träger 56 ist seiner-

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seits am Schlitten 32 befestigt und bewegt sich seitlich mit diesem mit. Anfänglich wird der Träger 56 auf eine vorbestimmte Höhe eingestellt, und diese Höhe wird mit den Anwachsen des Durchmessers des angelagerten Materials während des Abscheidevorgangs verringert. Dadurch wird ein vorgegebener Abstand zwischen dem Plasmabrenner 40 und dem angelagerten Material aufrechterhalten. Ein optischer oder anderer Sensor, welcher auf dem Schlitten 32 angebracht und an eine Steuerung angeschlossen ist, kann verwendet werden, um den Abstand des radial anwachsenden rohrförmigen Gliedes 34 vom Schlitten zu messen und die Höhe des Trägers 56 entsprechend einzustellen.

An beiden Seiten des obersten Abschnittes des Gehäuses 50 befindet sich ein Plasmastabilisatorbalken 58. Jeder Stabilisatorbalken ist aus Quarz gebildet und umfaßt eine U-förmige Rinne, die sich vom Rand des Gehäuses 50 seitlich wegerstrecken. Die Stabilisatorbalken 58 weisen einen Durchmesser von 60mm auf und erstrecken sich 20mm auf diametral entgegengesetzten Seiten des Gehäuserandes, wenngleich Durchmesser im Bereich von 40-80mm und Längen von 15-40mm ebenfalls verwendet werden können. Wird der Plasmatronbrenner 40 verwendet, so werden die Stabilisatorbalken 58 parallel zum Ziel ausgerichtet. Diese Anordnung fördert das Verteilen der reaktionsfähigen Quellchemikalien, welche an das wachsende rohrförmige Glied 34 angelagert werden.

Ein Paar von Einspritzöffnungen 60 verbindet die zweite Gasleitung 44, welche die Quellchemikalien führt, mit dem Piasmatronbrenner 40. Die Einspritzöffnungen 60 verlaufen ins Gehäuse auf im wesentlichen derselben Höhe entlang dem Gehäuse 50, an einem Punkt zwischen den obersten Wicklungen 54' der Spule 52 und den Stabilisatorbalken 58. Die Einspritzöffnungen umfassen Quarzrohre mit einem Durchmesser von 5mm, wenngleich Rohrdurchmesser in der Größenordnung

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von 3-lOmm beim Piasmatronbrenner 40 der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Bei der bevorzugten Ausführungsform tritt ein Paar von Einspritzöffnungen 60 auf derselben Höhe ins Gehäuse 50 ein, und beide sind diametral entgegengesetzt voneinander angeordnet. Anstatt von nur zwei derartigen Öffnungen können allerdings drei oder noch mehr symmetrisch angeordnete Öffnungen vorgesehen werden. In Fig. 2 werden die beiden Einspritzöffnungen 60 als direkt unter den Stabilisatorbalken angeordnet dargestellt. Dies ist jedoch keine absolute Notwendigkeit, und die Einspritzöffnungen 60 können um einen Winkel von den Stabilisatorbalken 58 versetzt sein, wie aus einer in Fig. 3 dargestellten Draufsicht auf den Piasmatronbrenner hervorgeht .

Ein Paar von Plasmagaseingängen 62 verbindet die erste Gasleitung 42, welche die Plasmagase führt, mit dem Plasmatronbrenner 40. Die Plasmagaseingänge 62 treten auf im wesentlichen derselben Höhe in der Nähe der Grundfläche des Gehäuses in das Gehäuse ein. Diese Eingänge 62 umfassen Edelstahlrohre mit einem Durchmesser von 5mm, wenngleich ein Bereich von Durchmessern für diesen Zweck ausreichen kann.

Der Piasmatronbrenner 40 ist auch mit einem Kühlmitteleingang 64 und -ausgang 66 versehen. Beim Gebrauch tritt ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch den Eingang 64, strömt innerhalb der Außenwand des Gehäuses 50 und tritt durch den Ausgang 66 aus. Kühlmitteleingang und ausgang sind aus Edelstahl und weisen einen Durchmesser von 5 mm auf. Wie beim Plasmagaseingang und der Einspritzöffnung kann auch dieser Durchmesser variiert werden.

Die Plasmagaseingänge 62, der Kühlmitteleingang 64 und der Kühlmittelausgang 66 sind alle in einer Edelstahlkammer 68

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ausgebildet. Die Kammer 68 ist ein quadratischer Edelstahlblock mit 80mm Seitenlänge und einer Höhe von ungefähr 40mm. Die Kammer 68 ist auf dem Träger 56 befestigt, welcher seinerseits zum Verfahren entlang dem Ziel 30 auf dem Schlitten 32 befestigt ist.

Ein Hochfrequenzgenerator (nicht dargestellt) ist an der Spule 52 elektrisch angeschlossen und versorgt die Letztere mit einer variablen Ausgangsleistung von bis zu 60 kN, bei einer Frequenz von 5,28 ± 0,13 MHz. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Generator vom Typ Nr. IC 60/5000, erhältlich bei der Fritz Huttinger Electronic GmbH in Deutschland. Dieser Generator wird mit einer 50Hz, 3-Phasen, 380V-Stromversorgung angetrieben, um den Piasmatronbrenner 40 einzuschalten.

Fig. 4 stellt den Plasmastrahl 70 dar, der im Piasmatronbrenner 40 gebildet wird, wenn das trockene Plasmagas durch die Eingänge 62 zugeführt und zu einem Plasma umgewandelt wird. Der Plasmastrahl 70 ist um die Längsachse A' des Brenners im wesentlichen symmetrisch. Die Position der Einspritzöffnungen 60 ist derart, daß die Quellchemikalien nahe über einem Punkt V in das Plasma eingeleitet werden, an dem die vertikale Geschwindigkeit des Plasmas Null ist. Dies schafft die erforderliche Struktur aus hydrodynamischem und thermischem Fluß des Quellchemikalienstrahls in die Grenzschichten, um eine effiziente Abscheidung auf das anwachsende rohrförmige Glied 34 zu realisieren. Und während bei der bevorzugten Ausführungsform die Einspritzöffnungen seitlich in das Gehäuse hineinführen, ist dies keine absolute notwendige Voraussetzung. Anstattdessen können die Quellgase über eine wassergekühlte Sonde, die sich entlang der Längsachse A' des Piasmatronbrenners 40 erstreckt, in die Mitte des Plasmastrahles 70 eingeleitet werden.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Abscheidungsziel ein Siliziumdioxidglas(Quarz)-Rohr mit einem Außendurchmesser von 24mm und einem Innendurchmesser von 19mm. Demnach weist das Rohr eine anfängliche Wandungsdicke von ungefähr 2,5mm auf. Wenn nun Material auf die äußere Oberfläche des Rohres angelagert wird, wächst die Dicke des Rohres. Rohrförmige Glieder mit einem Durchmesser von ganzen 80mm und weniger als 1 ppm Hydroxylgehalt können mittels des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Durch Verwendung eines Ummantelungsrohres mit einem Außendurchmesser von 80mm und einem Innendurchmesser von 19mm ist es möglich, mehr als 400km Monomode-Lichtwellenleiter mit einem Durchmesser von 135&mgr;&idiagr;&eegr; herzustellen.

Anstatt eines Abscheidungszieles, das ein Siliziumdioxidglasrohr umfaßt, können andere Ziele verwendet werden. Beispielsweise kann ein Graphitstab als Abscheidungsziel verwendet werden. In einem solchen Fall bildet das abgelagerte Material ein Rohr auf dem Graphitstab, und das resultierende Rohr kann später vom Graphitstab abgenommen werden. Alternativ dazu kann ein Graphitstab, der einen aus einem dünnwandigen Rohr gebildeten Mantel aufweist, verwendet werden. Diesfalls trägt der Graphitstab das dünnwandige Rohr. Das dünnwandige Rohr kann aus Siliziumdioxid oder dergleichen bestehen. Es kann auch dotiert sein, um ihm einen vorgegebenen Brechungsindex zu verleihen. Während des Abscheidevorgangs wird das abgeschiedene Material an das dünnwandige . Rohr geschmolzen. Das abgeschiedene Material kann einen Brechungsindex aufweisen, der sich von jenem des dünnwandigen Rohres unterscheidet, aber dies ist nicht wesentlich. Anstatt ein Graphitrohr zu verwenden, um das dünnwandige Rohr zu tragen, ist es zudem möglich, das dünnwandige Rohr unter Druck zu setzen. Wie zuvor wird das

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abgeschiedene Material auf das dünnwandige Rohr abgeschieden, welches typischerweise aus dotiertem oder undotierten Siliziumdioxid gebildet wird. Überdies kann durch Verwendung eines dotierten Stabes, beispielsweise eines primären Glashalbzeuges, als Ziel zusätzliches Siliziumdioxidmaterial abgeschieden werden, bis ein Mono- oder Multimode-Lichtwellenleiter mit einem vorgegebenen Durchmesser erhalten wird. Bei einem derartigen Fall kann der Ummantelungsschritt, der im US-Patent Nr. 4,596,589 an Perry gelehrt wurde, durch direktes Anlagern von zusätzlichem Auskleidungsmaterial entfallen.

Die Vorteile des Starterrohres der vorliegenden Erfindung, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das geschilderte Verfahren erhältlich ist, sind dreigestalt. Erstens führt die vorliegende Erfindung zu einem Rohr von höherer Qualität, da die Unreinheiten, Einschlüsse und der Hydroxylgehalt verglichen mit dem kontinuierlichen Verfahren des Kerstellens eines Starterrohres aus Naturquarzteilchen reduziert werden. Zweitens gestattet die vorliegende Erfindung die Bildung eines Starterrohres, wobei sie eine sehr gute Regelung der Rohrgeometrie ermöglicht. Und drittens ist die vorliegende Erfindung ein einfaches Einstufen-Verfahren, dessen Anwendung kostengünstiger als ein Mehrstufen-Verfahren ist, wie-jene, welche die Abscheidung von Ruß, gefolgt von der Umwandlung des Rußes in ein durchsichtiges Material, das sich für den beabsichtigen Verwendungszweck eignet, umfassen.

Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen offenbart wurde, sollten diese nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend angesehen werden. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, daß Variationen dieser Ausführungsformen möglich sind, wobei jede davon in den

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Umfang der Erfindung fällt, welcher in den nachstehenden Ansprüchen dargelegt wird.

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Claims

1. Rohrförmiges Glied verwendbar zur Herstellung von Lichtwellenleitern, aufweisend einen Hydroxylgehalt kleiner als 2 ppm, enthaltend ein Ziel, erhältlich durch folgende Schritte:
Vorsehen eines Hochfrequenzplasmatron, welches eine Spule umfaßt, wobei das Plasmatron selektiv entlang der Länge des Zieles positionierbar ist, wobei ein Abstand von 30-55 mm das Ziel von der Spule trennt;
Einleiten eines Plasmagases, welches einen Hydroxylgehalt kleiner als 2 ppm aufweist, in das Plasmatron, um ein Plasma zu bilden;
Einspritzen eines Quellgases, welches zumindest SiCl₄ umfaßt und einen Hydroxylgehalt kleiner als 0,5 ppm aufweist, in einen Bereich, der mit dem Plasma in Kommunikation steht; und
Abscheiden zumindest eines Reaktionsproduktes des Plasmas und des Quellgases auf das Ziel, wobei der Abstand zwischen dem Ziel und der Spule aufrechterhalten wird.

2. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 1, wobei das Ziel beim Herstellungsprozeß durch den Abstand von einer Wicklung der Spule, die dem Ziel am nächsten liegt, getrennt ist, wobei die Spule eine Mehrzahl von Wicklungen umfaßt.

3. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 1, erhältlich durch den zusätzlichen Schritt des Einleitens eines fluorhaltigen Materials in das Quellgas vor dem Einspritzen des Quellgases in die Plasmakammer.

4. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 1, erhältlich durch den zusätzlichen Schritt des Trocknens des Plasmagases, ehe es in das Plasmatron eingeleitet wird.

5. Rohrförmiges Glied nach Anspruch 1, erhältlich dadurch, dass das Quellgas nahe über einer Stelle im Plasmatron eingeleitet wird, an der die vertikale Geschwindigkeit des Plasmas Null ist.

6. Rohrförmiges Glied nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das rohrförmige Glied ein Lichtwellenleiterglashalbzeug ist.

7. Rohrförmiges Glied nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das rohrförmige Glied ein Starterrohr für ein Lichtwellenleiterglashalbzeug ist.

8. Rohrförmiges Glied, verwendbar zur Herstellung von Lichtwellenleitern, welche eine Dämpfung kleiner als 0,40 dB/km bei einer Wellenlänge von 1310 nm und 0,20 dB/km bei 1550 nm aufweisen.

9. Vorrichtung zur Herstellung des rohrförmigen Gliedes nach den Ansprüchen 1-8, umfassend:
eine verschließbare Kammer, die in ihrem Inneren enthält:
eine Drehbank, umfassend einen Spindelstock und einen Reitstock, wobei der Spindelstock und der Reitstock mit einem Paar gegenüberliegender drehbarer Spindelfutter versehen ist, die das Ziel halten;
zumindest ein Schlitten, der an der Drehbank bewegbar angeordnet ist;
zumindest eine Plasmaquelle, die von einem Schlitten getragen wird, wobei die Plasmaquelle ein Plasmagas ausscheidet, das im wesentlichen aus Stickstoff und Sauerstoff in einem vorbestimmten Verhältnis besteht und eine Hydroxylkonzentration in der Größenordnung von 2,0 ppm oder weniger aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Plasmaquelle ein Plasmatronbrenner ist, in welchem das getrocknete Plasmagas durch eine erste Gasleitung und ein Quellgas durch eine zweite Gasleitung einführbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Plasmatronbrenner ein Hochfrequenzplasmatron ist, welches eine Spule umfaßt, wobei das Plasmatron selektiv entlang der Länge des Zieles positionierbar ist, wobei ein Abstand von 30-55 mm das Ziel von der Spule trennt.