DE3000656A1

DE3000656A1 - Glass banks for drawing optical waveguide fibres - made by centrifugal casting of doped quartz glass in centrifugal mould rotated at high speed

Info

Publication number: DE3000656A1
Application number: DE19803000656
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.-Ing. 6107 Reinheim Heitmann; Helmut Dr.-Ing. 3000 Hannover Martin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-10
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1981-07-16

Abstract

A melt is made of silica glass (SiO2), and dopants possessing a different density and different refractive index (RI) to the glass are added to the melt. The melt is made in, or poured into, a cylindrical mould made of heat-resistant material; and the mould is heated to a temp. between the softening point and the m.pt. of the glass, and is rotated at high speed on its axis for a specified time (T), after which the mould is cooled so the melt solidifies. Time (T) pref. causes the dopants to form a thin edge zone on the blank. The dopants may possess (A) a higher density and a lower RI than the SiO2; or (B) a lower density and a higher RI than the SiO2. The blank may be placed in a tube of known RI before both are heated and drawn into fibres. Conventional methods of mfg. blanks, e.g. by CVD, are very slow; the invention provides a much simpler and faster method of mfg. blanks.

Description

Verfahren zur Herstellung von Vorformen zur Erzeugung vonProcess for the production of preforms for the production of

Glasfasern für Lichtwellenleiter Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Vorformen zur Erzeugung von Glasfasern für Lichtwellenleiter, aus welchen die Glasfasern durch Herunterziehen bei gleichzeitiger Wärmezufuhr mit einem gewünschten Durchmesser gewonnen werden.Glass fibers for optical waveguides The invention relates to a Process for the production of preforms for the production of glass fibers for optical waveguides, from which the glass fibers are pulled down with simultaneous supply of heat a desired diameter can be obtained.

Zur Erzeugung von Lichtwellenleitern werden üblicherweise zunächst mehr oder weniger große Vorformen hergestellt, je nach der gewünschten Länge der Glasfasern, die etwa zwischen 2 und 10 km liegt. Zur Herstellung solcher Vorformen sind nlePrere Verfahren bekannt.For the production of optical waveguides are usually initially more or less large preforms are made, depending on the desired length of the Glass fiber, which is roughly between 2 and 10 km. For making such preforms nlePrere processes are known.

Bei dem bekannten Verfahren nach der DE-AS 21 22 895 wird ein Rohr aus Quarzglas innen mit einer Vielzahl von Schichten als dotiertem Quarzglas versehen. Nach Abschluß der Beschichtung wird das Rohr erhitzt und zu einem Stab kollabiert, aus dem dann eine Glasfaser gezogen wird. Selbst bei sorgfältiger Fertigung bleibt bei diesem Verfahren in der Achse der fertigen Glasfaser meist eine Störung, die sich bezüglich des Brechzahlprofils ungünstig bemerkbar macht. weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform für Glasfasern bekannt, bei welchem die erforderlichen Schichten zur Einstellung eines bestimmten Brechzahlprofils von außen auf einen Stab aus Quarzglas aufgetragen werden. Bei beiden bekannten Verfahren ist es möglich, bis zu 100 Schichten aus der Gasphase niederzuschlagen. Durch verschiedene Dotierungsstoffe kann sowohl eine Erhöhung als auch eine Verminderung der Brechzahl im Vergleich zum reinen Quarzglas erreicht werden. Bei Stufenprofilen zur Herstellung von Stufenindexfasern können jeweils mehrere übereinander liegende Schichten einheitlich dotiert werden. Bei Vorformen für die Herstellung von Gradientenfasern wird dagegen die Dotierung von Schicht zu Schicht geändert und damit ein definiertes radiales Brechzahlprofil erzeugt.In the known method according to DE-AS 21 22 895 a pipe Made of quartz glass with a multitude of layers as doped quartz glass on the inside. After the coating is completed, the tube is heated and collapsed into a rod, from which a glass fiber is then drawn. Even with careful manufacture it remains in this procedure in the axis of the usually manufacture one Disturbance that has an unfavorable impact on the refractive index profile. Farther a method for producing a preform for glass fibers is known in which the layers required to set a specific refractive index profile of can be applied externally to a rod made of quartz glass. With both known methods it is possible to deposit up to 100 layers from the gas phase. Through different Dopants can both increase and decrease the refractive index compared to pure quartz glass. With step profiles for production of step index fibers can consist of several superimposed layers be endowed. In the case of preforms for the production of gradient fibers, however, the doping changed from layer to layer and thus a defined radial Refractive index profile generated.

Durch die US-PS 318261560 ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem mit dem sogenannten VAD-Verfahren (Vapor Axial Deposition) aus einem Plasma heraus axial von unten reines und dotiertes Quarzglas auf einem Dorn niedergeschlagen werden.From US-PS 318261560 another method is known in using the so-called VAD (Vapor Axial Deposition) process from a plasma pure and doped quartz glass deposited on a mandrel axially from below will.

Es entsteht dadurch ein relativ dickes Gebilde aus Glasruß, der anschließend durch Tempern in transparentes Glas umgewandelt wird.This creates a relatively thick structure made of glass soot, which then is transformed into transparent glass by tempering.

Alle drei bekannten, oben geschilderten Verfahren beruhen auf der Abscheidung aus Gasreaktionen zwischen Chloriden, wie z*B.All three known methods outlined above are based on the Deposition from gas reactions between chlorides, e.g.

SiCl4 oder GeCl4, und Sauerstoff. Die Abscheidungsraten, d.h.SiCl4 or GeCl4, and oxygen. The deposition rates, i.e.

die Dicken der einzelnen Schichten, sind prinzipiell gering.the thicknesses of the individual layers are in principle small.

Zur Herstellung einer Vorform mit den üblichen Abmessungen, aus der heraus Glasfasern von 2 bis 10 krn Länge gezogen werden sollen, werden mehrere Stunden benötigt. Die bek-nten Verfahren sind also sehr aufwendig und zeitraubend.To produce a preform with the usual dimensions from which It will take several hours to pull out glass fibers 2 to 10 krn in length needed. The known methods are therefore very complex and time-consuming.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, eine Vorform zur Erzeugung hochwertiger Glasfasern fltr Lichtwellenleiter wesentlich einfacher und schneller herzustellen.The invention is based on the object of specifying a method with which it is possible to produce a preform for the production of high quality glass fibers fltr Making fiber optics much easier and faster.

Diese Aufgabe wini mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zunächst eine Schmelze aus Quarzglas und Dotierungsstoffen, deren spezifisches Gewicht und deren Brechzahl von den entsprechenden Werten des Quarzglases abweichen, in eine zylindrische, aus hitzebeständigem Material bestehende Form eingebracht oder darin erzeugt wird, daß die Form auf eine zwischen der Erweichungs- und der Schmelztemperatur des dotierten Quarzglases liegende Temperatur erhitzt wird, daß die Form anschließend für eine vorgebbare Zeitdauer mit hoher Drehzahl um ihre Achse gedreht wird, und daß die Form schließlich bis zur Erstarrung der Schmelze abgekühlt wi.rd.This task is achieved with a method of the one described above Type solved according to the invention in that first a melt of quartz glass and dopants, their specific gravity and their refractive index of the corresponding Values of the quartz glass differ, in a cylindrical, made of heat-resistant material existing shape is introduced or created in that the shape to a between the softening and melting temperature of the doped quartz glass is heated that the mold is then for a predetermined period of time with a high Speed is rotated about its axis, and that the form finally solidifies the melt cooled down wi.rd.

Durch das Verfahren nach der Erfindung ist es möglich, eine Vorform zur Herstellung hochwertiger Glasfasern für Lichtwellenleiter in kurzer Zeit zu erhalten. Es braucht hierzu lediglich noch eine Schmelze aus Quarzglas und den entsprechenden Dotierungsstoffen hergestellt zu werden, die in einer erwärmen zylindrischen Form aus hitzebeständigem Material einem Schleudervorgang unterzogen wird. Da die Dotierungsstoffe ein gegenüber dem Quarzglas unterschiedliches spezifisches Gewicht haben, werden sie bei der Drehbewegung der Form mit hoher Drehzahl in der Schmelze an andere radiale Positionen gebracht als das reine Quarzglas. Die erforderliche Zeitdauer und die Dreiizahl der Form, die zur Einstellung einer bestimmten Konzentrationsverteilung benötigt werden, hängen von der Temperatur der Schmelze und von den Differenzen der spezifischen Gewichte der Dotierungsstoffe zum Quarzglas ab.The method according to the invention makes it possible to produce a preform for the production of high-quality glass fibers for optical waveguides in a short time obtain. All that is needed for this is a melt made of quartz glass and the appropriate Dopants are made to heat up in a cylindrical shape made of heat-resistant material is subjected to a centrifugal process. As the dopants have a specific weight that differs from that of quartz glass they in the rotary motion of the mold at high speed in the melt to other radial Positions brought as the pure quartz glass. The length of time required and the Three numbers of the form, which are used to set a certain concentration distribution required depend on the temperature of the melt and on the differences the specific weights of the dopants to the quartz glass.

Die Dotierungsstoffe sollen zur Erzeugung von bisher üblichen Brechzahlprofilen der fertigen Glasfasern so ausgewählt werden, daß ihr spezifisches Gewicht und ihre Brechzahl im umgekehrten Verhältnis zu den Werten des Quarzglases stehen. Bei höherem spezifischen Gewicht des Dotierungsstoffes gegenüber dem Quarzglas soll seine Brechzahl kleiner als die des Quarzglases sein.The dopants are intended to generate the previously customary refractive index profiles of the finished glass fibers are selected so that their specific gravity and their Refractive index are inversely related to the values of the quartz glass. At higher specific gravity of the dopant compared to the quartz glass should be its refractive index be smaller than that of the quartz glass.

Dieser Sachverhalt gilt prinzipiell auch umgekehrt.This fact also applies in principle vice versa.

Wenn das spezifische Gewicht des Dotierungsstoffes höher als das des Quarzglases ist, dann wird der Dotierungsstoff bei der Rotation der Form in der Schmelze nach außen bewegt. Es ist auf diese Weise möglich, die für eine Gradientenfaser erforderliche Verteilung des Brechungsindex über dem Profil der Glasfaser zu erhalten. Entsprechende Werte können aber auch dann erreicht werden, wenn bei höherer Brechzahl das spezifische Gewicht des Dotierungsstoffes kleiner ist als dasjenige des Quarz glases. In diesem Falle wird der Dotierungsstoff im Innern der Schmelze verbleiben, während das Quarzglas selbst nach außen wandert. Zur Herstellung einer Stufenindex-Multimodefasser sollten Dotierungsstoffe verwendet werden, deren Dichte sich vom reinen Quarzglas wesentlich unterscheidet. Bei ausreichend hoher Drehzahl der Form konzentrieren sich die Dotierungsstoffe dann in er er dünnen Randzone und wandern aus dem inneren Bereich vollständig heraus. Bei entsprechender Abstimmung von Drehzahl, Temperatur der Schmelze und Dotierungsstoffen ist es mit dem Verfahren nach der Erfindung also möglich, Glasfasern für Lichtwellenleiter herzustellen, die bezüglich Gleichmäßigkeit und Stetigkeit des Brechzahlprofils anderen Glasfasern überlegen sind.If the specific gravity of the dopant is higher than that of the If the quartz glass is, then the dopant becomes in the rotation of the mold in the Melt moved outwards. It is possible in this way for a gradient fiber to obtain the necessary distribution of the refractive index over the profile of the glass fiber. Corresponding values can also be achieved if the refractive index is higher the specific gravity of the dopant is smaller than that of the quartz glass. In this case the dopant will remain inside the melt, while the quartz glass itself migrates outwards. For the production of a step index multimode barrel Dopants should be used whose density differs from that of pure quartz glass differs significantly. Concentrate the mold at a sufficiently high speed The dopants then settle in the thin edge zone and migrate out of the interior Area completely out. With appropriate coordination of speed and temperature the melt and dopants are the same with the method according to the invention possible to manufacture glass fibers for optical waveguides, which in terms of uniformity and the continuity of the refractive index profile are superior to other glass fibers.

Mit dem Verfahren nach der Erfitldllng können nicht nur komplette Vorformen hergestellt werden, sondern eine solche Vorform kann aucii als Kern in ein Rohr aus reinem oder dotiertem Quarzglas mit bekanntem }3rechungsindex eingezogen und mit demselben verschmolzen werden. Die so insgesamt erzielte Vorform wird dann für das Herunterziehen verwendet.With the procedure after the fulfillment can not only complete Preforms are made, but such a preform can also be used as a core in a tube made of pure or doped quartz glass with a known} 3 refractive index was drawn in and be fused with it. The overall preform thus obtained is then used for pulling down.

Die Form zur Aufnahme der Schmelze aus Quarzglas und Dotierungsstoffen muß aus einem hochhitzebständigen Materia bestehen, das mit der Schmelze nicht reagiert. Hierfür eignen sich beispielsweise Graphit, Eieramilc, Platin oder Platinlegierungen.The mold for receiving the melt made of quartz glass and dopants must consist of a highly heat-resistant material that does not react with the melt. For example, graphite, egg white, platinum or platinum alloys are suitable for this.

Im folgenden werden als Beispiele einige Materialien angegeben, die als Dotierungsstoffe für Quarzglas (SiO2) mit der Brechzahl 1,4(1 und dem spezifischen Gewicht 2,19 g/cm 3 verwendet werden können: Dotierungsstoffe mit höherem spezifischen Gewicht und kleinerer Brechzahl als Si02: Bezeichnung Spez. Gewicht Brechzahl (g/cm³) Na3AlF6 2,90 1,36 Mg F2 3,0 1,38 Li F 2,635 1,39 Na F 2,558 1,34 Al F3 2,88 1,377.In the following some materials are given as examples that as dopants for quartz glass (SiO2) with the refractive index 1.4 (1 and the specific Weight 2.19 g / cm 3 can be used: Dopants with higher specific weight and lower refractive index than Si02: Designation Spec. Weight Refractive index (g / cm³) Na3AlF6 2.90 1.36 Mg F2 3.0 1.38 Li F 2.635 1.39 Na F 2.558 1.34 Al F3 2.88 1.377.

Als Material mit geringerem spezifischen Gewicht eignet sich Ca Cl2, das ein spezifisches Gewicht von 2,15 g/cm³ und eine Brechzahl von 1,52 hat.Ca Cl2 is suitable as a material with a lower specific weight, which has a specific gravity of 2.15 g / cm³ and a refractive index of 1.52.

Claims

Claims 1Method for the production of preforms for production of glass fibers for optical waveguides, from which the glass fibers are pulled down can be obtained with a desired diameter with the simultaneous supply of heat, characterized in that initially a melt of quartz glass and dopants, their specific gravity and their refractive index depend on the corresponding values of the Quartz glass differ into a cylindrical, made of heat-resistant material Form is introduced or produced therein that the form is on a between the softening and the melting temperature of the doped quartz glass is heated is that the form is then for a predetermined period of time at high speed is rotated about its axis, and that the form finally solidifies Melt is cooled.

2. The method according to claim 1, characterized in that the shape It is rotated until the dopants are in a thin edge zone of the preform are focused.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that dopants are used, whose specific weight is higher and whose refractive index is less than are the corresponding values of the quartz glass.

4. The method according to claim 1, characterized in that dopants are used whose specific weight is smaller and their refractive index is larger than the corresponding values of the quartz glass.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the preform before being drawn down as a core in a tube with a known refractive index is drawn in and merged with this.

(). Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that that as materials for the form graphite, ceramic, platinum or a platinum alloy be used.