DE3036915A1 - Verfahren zur herstellung von rohlingen fuer lichtleitfasern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von rohlingen fuer lichtleitfasernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohlingen
für optische Fasern durch sogenannte axiale Abscheidung aus der Dampfphase (VAD-Verfahren).
Ein derartiges Verfahren ist aus.der US-PS 4 062 665 bekannt.
Bei diesem Verfahren werden feine Glaspartikel, die durch Hydrolyse oder durch thermische Oxidation von Rohglas mit
einer Flamme hergestellt worden sind, am einen Ende eines Zuchtstabes in axialer Richtung niedergeschlagen, um einen
zylindrischen, porösen Rohling zu bilden. Der poröse Rohling wird auf eine hohe Temperatur erwärmt und zu einem durchsichtigen
Rohling verglast.
Bei einem bekannten VAD-Verfahren zur Herstellung von zylindrischen
f porösen Glasrohlingen ist ein glasbildender Brenner auf oder parallel zu der Drehachse des porösen Glasrohlings
angeordnet. Ferner ist eine Auslaßdüse zum Entfernen der restlichen Glaspartikel, die nicht an der anwachsenden
Oberfläche des porösen Glasrohlings anhaften, auf der Seite eines Reaktionsbehälters angeordnet. In diesem Fall ist die
Wachstumsgeschwindigkeit des porösen Rohlings in Axialrichtung häufig gering, und im Extremfall ist die Wachstumsgeschwindigkeit
in Radialrichtung höher als in Axialrichtung. Die restlichen Glaspartikel werden zusätzlich am Umfang des
oberen porösen Rohlings angelagert, so daß der Außendurchmesser des so erhaltenen Rohlings stark schwankt. Daher ist
es bei dem bekannten VAD-Verfahren relativ schwierig, die Übertragungsbandbreite einer optischen Multimode-Faser zu
verbessern, in_dem man die Gradienten-Brechungsindex-Verteilung dadurch steuert, daß man die Dotierungskonzentration in
Radialrichtung des Glasrohlings einstellt; ferner ist es schwierig, durch gleichzeitige Ausbildung des Kerns und des
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1 ümhüllungsglases die Transmissionsverluste zu verringern.
Daher können mit dem bekannten VAD-Verfahren nicht alle Vorteile für die Massenproduktion von optischen Fasern (Lichtleitern)"
genutzt werden, die an sich das VAD-Verfahren hat.
In der Zeitschrift "Electronics Letters", vom 17.August 78,
Bd. 14 Nr. 17, Seiten 534 bis 535, beschreiben S. Sudo
et al. eine andere Konstruktion mit einem Haupt- und einem Hilfsbrenner, wobei der Hauptbrenner auf der Rotationsachse
10 des porösen Rohlings angeordnet und der Hilfsbrenner zur
Rotationsachse geneigt ist. Mit dieser Anordnung der Brenner werden die Glaspartikel vom Hilfsbrenner auf dem Umfang des
porösen Glasrohlings derart niedergeschlagen, daß die Brechungsindexverteilung in Radialrxchtung des Rohlings
15 einstellbar ist. Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß
der Außendurchmesser des porösen Glasrohlings in unerwünschter
Weise schwankt, und daher ist es schwierig, mit dem VAD-Verfahren lange Lichtleiter unter stabilen Bedingungen
herzustellen.
Wenn ferner die Menge an restlichen Glaspartikeln relativ
groß ist, so wird durch diese auf der Seitenwand des porö- . sen Rohlings eine Glaspartikelschicht mit geringer optischer
Dichte ausgebildet. Daher ist der Außendurchmesser des porösen Glasrohlings relativ groß, oder, es können sich auf
der Umfangswand des Rohlings "Risse" ausbilden. Daher ist
es nach der Verglasung zu einem durchsichtigen Rohling schwierig, diesen verglasten Rohling als Rohling für optische
Fasern zu verwenden.
Von den optischen Fasern weist eine Monomode-Faser eine außerordentlich große Übertragungsbandbreite auf, und daher
wird diese in Zukunft voraussichtlich für lange Übertragungsstrecken mit hoher Kapazität eingesetzt.
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Ferner ist ein sogenanntes modifiziertes chemisches Verfahren
mit Abscheidung der Faser aus der Dampfphase (MCVD-Verfahren) zur Herstellung von Rohlingen für Monomode-Fasern
bekannt. Bei diesem Verfahren werden eine ümhüllungsglasschicht und eine Kernglasschicht auf der Innenseite eines
Stützrohrs aus Siliciumdioxid ausgebildet, und danach werden diese Schichten zusammengeführt, um einen Lichtleiter-Rohling
zu bilden. Die erhaltene Monomode-Faser hat geringe Übertragungsverluste. Das MCVD-Verfahren ist zur Herstellung
von beispielsweise Monomode-Fasern mit Transmissionsverlusten in der Größenordnung von 1 dB/km oder weniger im
1,55 μπι-Band geeignet, das zunehmend attraktiv wird. Bei
dem MCVD-Verfahren beträgt jedoch die Länge einer Monomode-Faser von einem einzigen Faserrohling im allgemeinen 2 bis
5 km und höchstens 10 km. Daher geben sich bei dem MCVD-Verfahren Schwierigkeiten bei der Massenproduktion von Monomode-Fasern
.
Bei einem anderen bekannten Herstellungsverfahren für Monomode-Fasern
(Verfahren mit einer Stange in einem Rohr) wird ein Rohling für Monomode-Fasern in der Weise hergestellt,
daß zunächst ein Glasstab für einen Kern durch ein sogenanntes Plasmaverfahren synthetisiert und dieser dann in einem
Siliciumdioxid-Rohr mit geeigneten Abmessungen abgedichtet oder beschichtet wird. Während dieses Verfahren im Vergleich
zum MCVD-Verfahren zur Massenproduktion von Lichtleitern geeignet ist, haben jedoch die so hergestellten Lichtleiter
relativ große Übertragungsverluste. Diese großen Übertragungsverluste werden hauptsächlich durch die Wellenleitereigenschaften
der Monomode-Faser verursacht. Bei der Monomode-Faser breitet sich ein relativ großer Teil der optischen
Leistung nicht nur im Kernbereich sondern auch im Umhüllungsglas aus. Daher wird die optische Leistung bei der
Ausbreitung durch Fehler und Verunreinigungen an den Grenzflächen zwischen einem Glasstab als Kernbereich und einem
Siliciumdioxidrohr als Umhüllungsglas und durch Verunreini-
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gungen in dem Siliciumdioxid-Rohr, z.B. OH-Ionen und kleine
Blasen, beeinflußt. Dadurch ist es schwierig, die optischen Übertragungsverluste auf unter 5 dB/km zu verringern.
Andererseits ist das VAD-Verfahren, bei dem ein zylindrischer,
poröser Rohling zunächst hergestellt und dann auf eine hohe Temperatur erwärmt und schließlich zur Ausbildung eines
durchsichtigen Rohlings verglast wird, zur Massenproduktion von optischen Fasern geeignet. Bei dem VAD-Verfahren wird
gasförmiges Glasrohmaterial, wie SiCl4, GeCl., POCl3 oder
BBr-., und Flammengas, wie O-, H„, Ar, oder He, einem Glassynthetisierbrfnner
zugeführt. Feine Glaspartikel, wie SiO„, GeO„, P2O5 o<^er 13O^' ^-"-e durch Flammenhydrolyse oder durch
Oxidation dieser Materialien mit dem Glassynthetisierbren-
^ ner hergestellt wurden, auf einem Zuchtstab niedergeschlagen,
um einen zylindrischen, porösen Rohling zu bilden. Der so gebildete Rohling wird durch eine Hochtemperatur-Heiζvorrichtung
auf 1500 bis 17000C erhitzt und zu einem
durchsichtigen Glasfaser-Rohling verglast. 20
Der Synthetisierungsbrenner besteht häufig aus einem mehrschichtigen
Rohr, wobei eine Blasdüse mit kreisförmigem Querschnitt für Rohgas von einer Blasdüse für Schutzgas, wie
Ar oder He, einer Blasdüse für brennbares Gas, wie H„, und
von einer Blasdüse für ein Hilfsgas, wie 0„, in dieser Reihenfolge
koaxial umgeben ist. Die Glaspartikel, die durch Flammen erzeugt werden, die mit einem Gas als Rohmaterial
für das Glas zusammengeblasen werden, werden auf dem Zucht- stab gesintert und niedergeschlagen, so daß das stabförmige
gläserne Sinterteil in Axialrichtung wächst. Häufig sind der Synthetisierungsbrenner und ein Flammenstrahl·, der aus
dem Brenner herausgeblasen wird, koaxial oder parallel zur Rotationsachse des Zuchtstabes und des porösen Rohlings.
Beim Herstellen des porösen Rohlings für die optische Faser mit Hilfe des Synthetisxerungsbrenners werden die hergestellten
Glaspartikel in einer Richtung orthogonal zur Rota-
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tionsachse oder in Horizontalrichtung diffundiert. Daher ist es schwierig, den Durchmesser des so gebildeten, porösen
Glaskörpers auf weniger als etwa 40 mm zu reduzieren. Eine Verringerung des Durchmessers des porösen Glaskörpers
auf weniger als etwa 40 mm ist selbst dann schwierig, wenn ein Bereich der Blasdüse für das Rohgas in der Mitte des
Brenners möglichst klein gewählt, oder der Flammenstrahl so stark wie möglich konvergierend ausgebildet wird.
Zur Verbesserung des VAD-Verfahrens können der Synthetisierungsbrenner
und der Flammenstrahl um einen bestimmten Winkel gegenüber dem Zuchtstab und der Rotationsachse des porösen
Rohlings geneigt werden. Mit diesem verbesserten VAD-Verfahren können poröse Rohlinge mit einem Durchmesser von
bis zu etwa 30 mm herunter unter stabilen Bedingungen hergestellt werden. Es ist jedoch schwierig, den Durchmesser
des porösen Rohlings auf weniger als 30 mm zu verringern. Wenn ein poröser Rohling mit einem Durchmesser von 30 mm als
poröser Glaskörper für den Kern verwendet und eine Umhüllungsschicht
auf dem stabförmigen, porösen Glaskörper unter Verwendung des Hilfsbrenners niedergeschlagen wird, so erhält
man für das Durchmesserverhältnis Umhüllung/Kern
maximal etwa 2.
Wie nachstehend näher erläutert wird, sollte das Durchmesserverhältnis
Umhüllung/Kern bei der Herstellung von Monomode-Lichtleitern mindestens etwa 3 betragen.
Bei dem vorstehend erxrähnten Beispiel beträgt dieses Verhältnis
etwa 2, und die Dicke der ümhüllungsschicht ist für ein Verhältnis von 3 oder mehr unzureichend. Das Verhältnis
kann durch Erhöhen der Dicke der Umhüllungsschicht vergrößert werden. Wenn die Dicke in der Weise erhöht wird,
daß man ein Verhältnis von 3 oder mehr erhält, so übersteigt der Durchmesser des porösen Rohlings für die Umhüllung
100 mm. Dadurch ergeben sich innere Spannungen, die zum
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γ ~ι
Reißen oder Brechen des porösen Rohlings führen können, oder der übermäßige Durchmesser erschwert die Handhabung
des porösen Rohlings, wenn dieser verdichtet oder verglast wird. Wegen dieser Nachteile ist es bisher nicht möglich,
unter Ausnutzung der vorteilhaften Massenproduktionseigenschaften des VAD-Verfahrens für Lichtleiter Monomode-Fasern
herzustellen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes VAD-Verfahren zur Herstellung von Rohlingen
für Lichtleiter anzugeben, das die vorstehenden Nachteile vermeidet und die Anwendung des modifizierten VAD-Verfahrens
insbesondere auch bei der Herstellung von Monomode-Fasern ermöglicht.
15
15
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Lösung wird ein sich drehender
Zuchtstab bewegt, und ein Synthetisierungsbrenner,
der um 10 bis 60° gegenüber der Drehachse des Zuchtstabes geneigt ist, bläst getrennt Glasrohmaterial, Umgebungsgas
und einen Flammenstrahl einschließlich einem Hochtemperaturgas heraus. Die Glasrohmaterialien werden durch Flammenhydrolyse
oder durch thermische Oxidation mittels einer Hochtemperatur-Wärmequelle zu Glaspartikeln synthetisiert,
die auf das eine Ende des Zuchtstabes, der sich unter Dre-
hung kontinuierlich vorwärts bewegt, geblasen und dort niedergeschlagen,
so daß auf der Rotationsachse des Zuchtstabes ein zylindrischer, poröser Rohling wächst, der zur Verglasung
zu einem durchsichtigen Rohling für die Lichtleitfasern auf eine hohe Temperatur erhitzt wird.
Mit diesem Verfahren kann ein zylindrischer, poröser Rohling unter stabilen Bedingungen in Axialrichtung wachsen, wobei
sich allenfalls geringe Schwankungen des Außendurchmessers
des porösen Rohlings ergeben. Ferner wird die vorstehend 35 jj JP-J? -^
erwähnte Glasteilchenschicht mit geringer epfctscher-· Dichte
nicht auf dem Umfang des porösen Rohlings ausgebildet, so
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γ ι
daß man einen porösen Rohling mit gleichförmigem Außendurchmesser unter stabilen Bedingungen erhalten kann, und zwar
ohne Bildung von Rissen auf dem Umfang des porösen Rohlings. Ferner wächst der poröse Rohling für den Kern der Lichtleitfaser
unter stabilen Bedingungen in Axialrichtung mit geringen Schwankungen des Außendurchmessers, und ein poröser Umhüllung
sglaskörper oder Glasmantel wird auf dem Umfang des porösen Rohlings für den Kern niedergeschlagen, um einen Rohling
für Lichtleitfasern mit geringen Leitungsverlusten herzustellen.
Ferner kann man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Multimode-Lichtleitfasern
großer Länge und mit geringen Verlusten herstellen, wobei ein poröser Kernrohling mit großem Durchmesser
in Axialrichtung unter stabilen Bedingungen und mit geringen Schwankungen des Außendurchmessers wächst, und wobei
keine Glasteilchenschicht mit geringer Rohdichte auf dem Umfang des porösen Rohlings ausgebildet wird. Ferner kann
man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Gradientenindex-Lichtleitfasern
mit großer Bandbreite und geringen Übertragungsverlusten herstellen, indem man das Brechungsindexprofil
des porösen Rohlings steuert.
Ferner kann ein Rohling für Monomode-Lichtleitfasern großer Länge und mit geringen Übertragungsverlusten hergestellt werden,
bei dem der poröse Kernrohling mit geringem Durchmesser und mit geringen· Schwankungen des Außendurchmessers stabil
wächst und ohne daß auf dem Umfang des Rohlings eine Glaspartikelschicht mit geringer Rohdichte ausgebildet
wird.
Mit dem erfindungsgemäß modifizierten VAD-Verfahren können
Monomode-Lichtleitfaser-Rohlinge großer Länge und mit geringen Verlusten in der Massenproduktion hergestellt werden«,
35
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Kernbrenner vorgesehen, der ·
zur Herstellung des porösen Glaskernkörpers für Monomode-Lichtleitfasern mit geringem Durchmesser geeignet ist.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist mindestens
ein Auslaß im Abstand von 1 bis 50 mm vom Umfang des
porösen Rohlings und in der Nähe der anwachsenden Oberfläche des porösen Rohlings angeordnet, der, wie vorstehend ausgeführt,
durch den Niederschlag von synthetisierten Glaspartikeln hergestellt wird. Bei der Herstellung des porösen Rohling
werden aus dem Auslaß, die nicht an der Wachstumsfläche
des porösen Rohlings anhaftenden Glaspartikel, bei der Hydrolyse
oder der thermischen Oxidation erzeugten Gase, nicht umgesetzte Glasrohmaterialien für die Umgebungsgase ausge-
15 stoßen.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß der Synthetisierungsbrenner
um 10 bis 60°, vorzugsweise um 30 bis 40°, gegenüber der Rotationsachse des Zuchtstabes geneigt ist, so daß die
Glaspartikel auf das eine Ende des Zuchtstabes schräg aufgeblasen und dort niedergeschlagen werden; ferner beträgt erfindungsgemäß
der Abstand des Auslaßes vom Umfang des porösen Rohlings 1 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Synthetisierungsbrenner
als Kernbrenner verwendet werden, und der durchsichtige Rohling kann zur Herstellung von Multimode-Lichtleitfasern
vorbereitet werden. · .
30 Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform können der
Synthetisierungsbrenner als Kernbrenner und der zylindrische, poröse Glasrohling als poröser Glaskernrohling verwendet
werden; dabei wird ein poröser Glasmantelrohling auf dem Umfang des porösen Glaskernrohlings mit Hilfe eines Mantel-
3^ brenners niedergeschlagen.
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Bei der vorstehenden Ausführungsform kann der Kernbrenner um 30 bis 50° gegenüber der Drehachse geneigt sein, und der
durchsichtige Rohling kann zur Herstellung von Monomode-Lichtleitfasern verwendet werden.
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5
Zur Herstellung von Monomode-Lichtleitfaser-Rohlingen wird daher erfindungsgemäß ein poröser Glaskörper am einen Ende
eines Zuchtstabes gehaltert und axial niedergeschlagen sowie mit Hilfe des Kernbrenners wachsen lassen, der feine
Glaspartikel für den Kern exzentrisch gegenüber dem Mittelbereich des Flammenstrahls erzeugt. Der poröse Glaskörper
haftet auf dem Umfang des porösen Glaskernkörpers an, und wird dort mit Hilfe mindestens eines Mantelbrenners niedergeschlagen,
um feine Glaspartikel für die Umhüllung,(Mantel) und damit eine Umhüllungsschicht (Mantel) zu bilden.
Der erhaltene, poröse Glaskörper wird erwärmt und zu einem durchsichtigen Glaskörper verglast. Der durchsichtige Glaskörper
wird in ein Rohr aus Siliciumdioxid (Kieselglasrohr) eingekapselt, und man erhält einen Rohling für Monomode-
20 Lichtleitfasern.
Bei einer anderen Ausführungsform zur Herstellung von Rohlingen für Monomode-Lichtleitfasern wird ein Kernbrenner,
der feine Glaspartikel exzentrisch gegenüber dem Mittelbereich eines Flammenstrahls erzeugt, so angeordnet, daß der
Flammenstrahl zum Zuchtstab geneigt ist. Der poröse Glaskernkörper wächst auf dem einen Ende des Zuchtstabes in dessen
Axialrichtung an. Mit Hilfe mindestens eines Mantelbrenners wird auf dem Umfang des porösen Glaskernkörpers
eine Umhüllungsschicht ausgebildet. Der erhaltene poröse Glaskörper wird erwärmt und zu einem durchsichtigen Glaskörper
verglast. Der durchsichtige Glaskörper wird zum Ummanteln in ein Kieselglasrohr eingekapselt und bildet so
einen Rohling für Monomode-Lichtleitfasern. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform ist der Kernbrenner um 30 bis 50° gegenüber der Achse des Zuchtstabes geneigt.
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Γ _ Π
Vorzugsweise weist der Kernbrenner eine erste Blasdüse für Glasrohgas und eine zweite Blasdüse für brennbares Gas auf,
wobei die letztere die erstere derart umgibt, daß das aus
der ersten Blasdüse herausgeblasene Glasrohmaterial aus der Mitte einer durch die zweite Blasdüse definierten Innenfläche
gegenüber dem Sauerstoff/Wasserstoff-Flammenstrahl abgelenkt
wird, der aus der zweiten Blasdüse herausgeblasen wird.
Ferner wird vorzugsweise mindestens ein Auslaß im Abstand von 1 bis 50 mm vom Umfang der porösen Rohlinge für den
Kern und den Mantel und in der Nähe von deren Wachstumsfläche angeordnet; die Glaspartikel, die nicht an der Wachstums fläche der porösen Rohlinge für den Kern und den Mantel
anhaften und dort niedergeschlagen sind, die durch Flammenhydrolyse
oder durch thermische Oxidation in dem Kern- und Mantelbrenner erzeugten Gase sowie die restlichen, nicht
umgesetzten Glasroh- und flammenbildenden Gase werden durch den Auslaß ausgestoßen. Besonders bevorzugt sind ein Neigungswinkel
von 30 bis 40° und ein Abstand von 5 bis 10 mm. 20
Erfindungsgemäß weist ein Kernbrenner eine erste Blasdüse
für Glasrohgas und eine zweite Blasdüse für brennbares Gas auf, wobei letztere die erste Blasdüse derart umgibt, daß
das aus der ersten Blasdüse herausgeblasene Glasrohgas von der Mitte einer Innenfläche, die durch die zweite Blasdüse
definiert wird, gegenüber dem Sauerstoff/Wasserstoff-Flammenstrahl,
der aus der zweiten Blasdüse herausgeblasen wird,
abweicht.
Vorzugsweise werden ferner eine Schutzgas-Bläsdüse, die Blasdüse für das brennbare Gas und eine Hilfsgas-Blasdüse in
dieser Reihenfolge angeordnet und umgeben die Blasdüse für das Glasrohgas, die exzentrisch zu der Innenfläche ist, die
durch die Schutzgas-Blasdüse definiert wird. 35
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Alternativ kann neben der Düse zum Herausblasen von Glasrohgas in der Innenfläche, die durch die Schutzgas-Blasdüse
definiert wird, eine Blasdüse vorgesehen werden, die ein den Durchmesser steuerndes Gas herausbläst, um so den
Durchmesser des porösen Kernrohlings zu steuern. Ferner kann eine Hilfsblasdüse für brennbares Gas neben der Blasdüse
für das den Durchmesser steuernde Gas vorgesehen sein.
Ferner körinen die Schutzgas-Blasdüse, die Blasdüse für das
brennbare Gas sowie die Hilfsgas-Blasdüse, die die Blasdüse für das Glasrohgas umgeben, in dieser Reihenfolge angeordnet
werden, und in dem Innenbereich, der durch die Schutzgas-Blasdüse definiert ist, und neben den beiden Seiten der Düse
für das Glasrohgas kann eine Blasdüse für ein Steuergas angeordnet werden, daß das aus der Blasdüse für das Glasrohgas
herausgeblasene Gas gegenüber dem Sauerstoff/Wasserstoff-Flammenstrahl
durch das Steuergas aus der zugehörigen Düse abgelenkt wird.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende
Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer nach dem bekannten VAD-Verfahren arbeitenden Vorrichtung,
Fig. 2-5 schematische Darstellungen zur Erläuterung der
Nachteile des bekannten VAD-Verfahrens,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Herstellung von Lichtleiterfaser-Rohlingen, Fig. 7A-D schematische Darstellungen zur Erläuterung verschiedener
Glaspartikelstrahlen Fig. 8 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der
Oberflächentemperatur vom GeO^-Gehalt,
Fig. 9 u.10 schematische Darstellungen zur Erläuterung der
Betriebsweise zweier Ausführungsformen einer er
findungsgemäßen Gasblasdüse,
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r _ ■ ~ι
Fig. 11 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der
theoretischen Beziehung zwischen dem Einfluß der in einem Kieselglasrohr enthaltenen OH-Ionen und
dem Mantel/Kern-Durchmesserverhältnis auf die Absorptionsverluste/
Fig. 12 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Herstellung von Glasrohlingen nach dem VAD-Verfahren,
Fig. 13 eine schematische Darstellung der verschiedenen
Stufen zum Einkapseln eines Glasrohlings in
einem Glasrohr gemäß der Erfindung, Fig. 14 eine teilweise weggebrochene, perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Glasrohlingen gemäß Figur 12,
Fig. 15A und einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt einer
Ausführungsform eines erfindungsgemäß einsetzbaren Kernbrenners,
Fig. 16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Bildung eines porösen Glaskernkörpers mit
dem erfindungsgemäßen Kernbrenner, Fig. 17A und einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt eines
1 7B
erfindungsgemäßen Mantelbrenners,
Fig. 18 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen
dem Durchmesser des porösen Glaskernkörpers und einem Versatz 1 der Blasdüse für das
Rohgas,
Fig. 19 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Durchmesser des porösen Glaskernkörpers und
dem Neigungswinkel des Kernbrenners, Fig. 2OA und Querschnitte zweier anderer Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Kernbrenners,
Fig. 21A und einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt einer
Q. 1B
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines
Kernbrenners, 35
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" 19 " 3036911
Fig. 22 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Durchmesser des porösen Glaskernkörpers
und der Strömungsgeschwindigkeit des den Durchmesser steuernden Gases, Fig. 23 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
der erfindungsgemäßen Herstellung des porösen Rohlings und
Fig. 24 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform
Fig. 24 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kernbrenners. 10
Zunächst wird das bekannte VAD-Verfahren mit Bezug auf Fig. näher erläutert. Dort ist eine Zufuhr 201 für Glasrohgas sowie
flammenbildendes Gas vorgesehen. Als Glasrohgas kann beispielsweise Siliciumtetrachlorxd SiCl4, Germaniumtetrachlorid
GeCl4, Bortrichlorid BCl-,/ Phosphoroxidtrichlorid POCIo*
Phosphortrichlorid PCl-. oder Bortribromid BBr3 verwendet
werden. Als flammenbildendes Gas kann beispielsweise ein in der Atmosphäre vorhandenes Gas enthaltend ein brennbares
Gas, wie EL·, ein Hilfsgas, wie 0_ sowie ein Schutzgas, wie Ar, He oder N„, verwendet werden. Diese Gase werden einzeln dem
Synthesebrenner 202 zugeführt. Durch getrenntes Herausblasen dieser Gase aus dem Brenner 202 werden feine Glaspartikel,
wie Siliciumdioxid SiO2, Germaniumdioxid GeO2, Boroxid B?0„
oder Phosphoroxid P2^ durch Hydrolyse oder durch thermische
Oxidation synthetisiert. Durch Blasen der so synthetisierten feinen Glaspartikel und eines Flammenstrahls 203 auf einen
Zuchtstab 204, werden die feinen Glaspartikel auf dem Zuchtstab 2O4 niedergeschlagen und haften dort an, um auf dem Um-.
fang des Zuchtstabes 204 einen porösen Rohling 205 zu bilden.
Um das Glasrohgas und das flammenbildende Gas, die sich in einem
Reaktionsgefäß 206 befinden, die nicht an dem porösen Rohling 205 anhaftenden feinen Glaspartikel sowie das von der
Hydrolyse oder der Oxidation herrührende Gas, wie H3O, HCl
oder Cl3, weiter zu behandeln und zu bearbeiten, ist eine
^5 · Steuereinrichtung 207
vorgesehen. Die Steuereinrichtung 207 setzt das Cl2
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Γ -2O- - ■' ■ ' ^
durch eine Wasserbrause in HCl um und neutralisiert dieses mit NaOH. Die feinen Glaspartikel werden durch die Wasserbrause
mitgewaschen. Der poröse Rohling 205 wird durch eine Ringheizvorrichtung 208 eines elektrischen Ofens auf 1500
bis 1700°C erhitzt, der am unteren Teil der Vorrichtung angeordnet ist; schließlich wird der poröse Rohling 205 zu einem
durchsichtigen Rohling 209 verglast. Ferner ist ein Schutzgefäß 210 für den elektrischen Ofen vorgesehen. Eine Ziehvorrichtung
211 zieht den Zuchtstab 204 nach oben und damit den porösen Rohling 205, der auf dem Zuchtstab 204 wächst, und
den durchsichtigen Rohling 209; gleichzeitig wird der Zuchtstab 204 gedreht.
Beim Herstellen des porösen Rohlings 205 mit dem bekannten VAD-Verfahren gemäß Figur 2A ist die Mittelachse 220 des
Synthesebrenners 202, des Strahls der feinen Glaspartikel sowie der Flamme mit der Rotationsachse 221 des porösen
Glasrohlings 205 koinzident. Alternativ kann die Mittelachse
220 gemäß Fig. 2B gegenüber der Rotationsachse 221 parallel verschoben sein.
Beim Herstellen des porösen Rohlings 205 mit dem gemäß den Figuren 2A oder 2B angeordneten Synthesebrenner 202 ist es
schwierig, die Form einer anwachsenden Fläche des porösen Rohlings gleichförmig zu halten. Aus diesem Grund schwankt
der Außendurchmesser des porösen Rohlings 230 in Längsrichtung gesehen sehr stark (vgl. Fig. 3A). Ferner ist die Wachstumsgeschwindigkeit
des porösen Rohlings in Axialrichtung meist sehr gering. Im Extremfall wächst der poröse Rohling
231 stärker in Radialrichtung als in Richtung der Rotationsachse 221 (vgl. Fig. 3B). Dies erschwert die Herstellung
eines zylindrischen, porösen Rohlings.
Um unerwünschte Glaspartikel oder verschiedene unerwünschte Gase, die im Reaktionsgefäß 206 bei fehlender umsetzung oder
auch bei einer Reaktion erzeugt werden, der Steuereinrichtung
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207 zuzuführen, wird ein Auslaß 212 in der Kugelwandung des
kugelförmigen Behälters 206 gemäß Figur 4A ausgebildet; gemäß Fig. 4B kann alternativ in der oberen zylindrischen Wandung eines zylindrischen Behälters 216 ein Auslaß 213 vorge-
kugelförmigen Behälters 206 gemäß Figur 4A ausgebildet; gemäß Fig. 4B kann alternativ in der oberen zylindrischen Wandung eines zylindrischen Behälters 216 ein Auslaß 213 vorge-
5 sehen werden.
Bei diesem bekannten Verfahren werden von den feinen Glaspartikeln
203, die von dem Synthesebrenner 202 synthetisiert und herausgeblasen worden sind, die restlichen feinen Glas- ■
partikel 234, die nicht an der Wachstumsfläche 233 eines porösen Rohlings 232 anhaften, erneut an die Umfangsflache des
porösen Rohlings 232 angelagert. Dadurch schwankt der Außendurchmesser des Rohlings 232 in der Größenordnung von +^ 2
bis j+ 10 mm. Wenn die Menge an restlichen feinen Glaspartikeln groß ist, wird eine Glaspartikelschicht 236 mit geringerer
Rohdichte von 0,05 bis 0,1 g/cm3 auf der umfangsflache eines normal gebildeten, porösen Rohlings 235 durch die restlichen feinen Glaspartikel erzeugt, der eine Rohdichte von 0,2 bis
0,5 g/cm3 aufweist (vgl. Fig. 5B). Mit der zusätzlichen Aus-
bis j+ 10 mm. Wenn die Menge an restlichen feinen Glaspartikeln groß ist, wird eine Glaspartikelschicht 236 mit geringerer
Rohdichte von 0,05 bis 0,1 g/cm3 auf der umfangsflache eines normal gebildeten, porösen Rohlings 235 durch die restlichen feinen Glaspartikel erzeugt, der eine Rohdichte von 0,2 bis
0,5 g/cm3 aufweist (vgl. Fig. 5B). Mit der zusätzlichen Aus-
bildung der Schicht 236 wird der Außendurchmesser des Rohlings 235 außerordentlich groß, auf dessen Umfang sich größe-Risse
re/ausbilden. Dies erschwert die Verwendung des durchsichtxgen verglasten Rohlings zur Herstellung von Lichtleitfasern.
re/ausbilden. Dies erschwert die Verwendung des durchsichtxgen verglasten Rohlings zur Herstellung von Lichtleitfasern.
im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Experimente zur
Herstellung von langen Lichtleitfasern mit dem VAD-Verfahren
durchgeführt worden. Dabei hat sich erfindungsgemäß ergeben, daß die vorstehenden Nachteile vermieden werden können, wenn.
der Synthesebrenner gegenüber der Drehachse des porösen Rohlings geneigt und der Auslaß in der Nähe der Wachstumsfläche
des Rohlings angeordnet wird. Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend im Bezug auf die
Figur 6 erläutert. Die dort dargestellte Vorrichtung zur Herstellung von durchsichtigen Glasrohlingen weist ein Reaktionsgefäß,
einen Stützstab 2 als Zuchtstab B auf dem ein poröser
Glaskörper niedergeschlagen und angelagert wird„ eine Zieh-
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- 22 - · §036915
vorrichtung 3 zum Anheben des sich drehenden StützStabes 2
sowie einen Synthesebrenner 4 auf. Der Synthesebrenner ist am Reaktionsgefäß 1 derart befestigt, daß seine Mittelachse
4A gegenüber der Axialrichtung 2A des Stützstabes 2 um einen Winkel θ ~ 10 bis 60° geneigt ist. Vorzugsweise ist der Neigungswinkel
θ einstellbar. Dem Synthesebrenner 4 wird von einer Zuführeinrichtung 6 Glasrohgas, wie SiCl., GeCl.,
POCl3 oder BBr3, atmosphärische Gase, wie Ar, He oder N„,
ein brennbares Gas, wie H3 sowie ein Hilfsgas, wie O0 zuge-
10 führt (die zuletzt genannten drei Gase werden nachstehend
als flammenbildende Gase bezeichnet). Von der Zuführvorrichtung
6 wird das Glasrohgas über ein Rohr 7 dem Brenner 4 zugeführt, während gleichzeitig die verschiedenen flammenbildenden
Gase dem Brenner 4 über Rohre 8 zugeführt werden. Über einen am Reaktionsgefäß 1 vorgesehenen Auslaß 9 werden Gase,
wie H0O, HCl und Cl0, die durch die Hydrolyse oder durch die
thermische Oxidation der vom Brenner 4 in das Reaktionsgefäß 1 blasenden Flamme erzeugt werden, nicht umgesetztes Glasrohgas,
wie SiCl4, GeCl-, POCl3 oder BBr3, sowie die atmosphärischen
Gase, wie Ar, He oder N0, zu einem Abgasreiniger 10 zum Weiterverarbeiten dieser Gase abgeführt.
Auf dem Stützstab 2 wächst als Niederschlag ein poröser Rohling
11, der durch eine Ringheizvorrichtung 13 geführt und auf 1500 bis 1700°C erwärmt wird, damit dieser zu einem
durchsichtigen Rohling 14 verglast und verdichtet wird; Ferner ist eine Zuführeinrichtung 15 zum Einleiten von Halogengas,
beispielsweise ein Gemisch von He und Cl„, zur Dehydratisierung der Gase sowie eine Einlaßöffnung 16 zum Ein-
30 leiten des Dehydratisierungsgases in das Reaktionsgefäß 1
vorgesehen.
Im Betrieb werden das Glasrohgas, das beispielsweise SiCl. als
Hauptkomponente enthält, sowie die flammenbildenden Gase von der Zuführvorrichtung 6 durch das Rohr 7 dem Synthesebrenner
4 zugeführt. Dadurch werden feine Glaspartikel, die Silicium-
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-23- 303691S1
dioxid SiO2 als Hauptkomponente sowie GeO3 oder P2 0S a-*-s
Dotierung enthalten, auf der Endfläche des Stützstabes 2 niedergeschlagen. Dieser Stützstab 2 wird unter Drehung
mit Hilfe der Ziehvorrichtung 3 nach oben bewegt, und damit wächst der poröse Rohling 11. Dieser Rohling 11 wird danach
erwärmt, beispielsweise mit Hilfe einer Verdichtungsheizung auf 1500°C, so daß der durchsichtige Rohling 14 gebildet
wird. Bei der Verdichtung wird das Dehydratationsgas, beispielsweise
ein Gemisch aus He und Cl9 von der Zuführöffnung
16 in das Reaktionsgefäß 1 eingeleitet, wo der OH-Anteil
von dem durchsichtigen Rohling 14 entfernt wird.
Zur Verringerung der Schwankungen des Außendurchmessers des wachsenden, porösen Rohlings 11 wird erfindungsgemäß dessen
'^ Wachstum in Axialrichtung in der Weise stabilisiert, daß die
Mittelachse 4A des Synthesebrenners 4 und des Flammenstrahls 20 um einen Winkel θ gegenüber der Drehachse des porösen
Rohlings 11 gemäß Figur 6 geneigt ist.
Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 6 wird dem Synthesebrenner 4 Sauerstoffgas mit 10 l/min, Wasserstoffgas mit 5 l/min und
Glasrohgas (enthaltend 90 Molprozent SiCl. und 10 Molprozent GeCl.) mit 0,3 l/min zugeführt. Hierbei erhält man die in
Tabelle I aufgeführte Beziehung zwischen dem Winkel θ und der Schwankung des Außendurchmessers.
L ■ J
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0369 Ί
| Winkel θ (°) | Schwankung des (mm) |
Außendurchmessers | 1 |
| O | 5 - | 10 | 10 |
| 10 | 2 - | 5 | jhlincfs ist un- |
| 20 | "1 — | 2 | |
| 30 | 0,5 - | 1 | |
| 40 | 0,5 oder weniger | ||
| 50 | 0,5 - | ||
| 60 | 2 - | ||
| 60 oder mehr | Wachstum des Rc |
möglich.
Mit der gleichen Zufuhr an Glasrohgas und brennbarem Gas
zum Brenner wie im obigen Fall erhält man gemäß Tabelle II eine Beziehung zwischen dem Winkel Θ- und der Wachstumsgeschwindigkeit
des porösen Rohlings in Axialrichtung.
Winkel 9 (°)
Wachstumsgeschwindigkeit in Axialrichtung (mm/h) )
0 10 20 30 40 50 60 60 oder mehr
5 - 2O 20 - 30 40-45 70 - 75
100
60 - 65 40-50
5 oder weniger
Diese.Ergebnisse zeigen, daß bei Änderung des Winkels θ von
0° bis 60° die Schwankung des Außendurchmessers bei θ = 40° minimal ist. Gleichzeitig wird die Wachstumsgeschwindigkeit
in Axialrichtung erhöht. Wenn ferner der Winkel θ auf 10 bis 60° festgelegt wird, zeigen sich gute Ergebnisse hinsichtlich
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der Schwankung des Außendurchmessers und der Wachstumsgeschwindigkeit
in Axialrichtung. So erhöht sich beispielsweise bei einem bevorzugten Winkel von 30 bis 40° die Wachstumsgeschwindigkeit
in Axialrichtung auf 70 bis 100 mm/h.
Unter dieser bevorzugten Bedingung wurde ein großer, poröser Rohling gefertigt, der zur Herstellung einer sehr langen
(50 bis 100 km Länge) Lichtleiterfaser ausreichend war.
Nachstehend wird die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel 0 und dem Wachstum des porösen Rohlings näher untersucht. Der
poröse Rohling wächst in dem Strahl von Glaspartikeln, die an dem porösen Rohling angelagert und niedergeschlagen werden.
Experimentelle Ergebnisse verschiedener Zustände des Glaspartikelstroms bei Änderung des Neigungswinkels 0 sind
in den Figuren 7A bis D aargestellt. Wenn gemäß Fig. 7A
der Winkel β = 0° ist, so wird der von dem Synthesebrenner 4 abgegebene, feine Glaspartikelstrom 21 in der Nähe der Wachstumsfläche
des porösen Rohlings 11 in Radialrichtung divergent,
so daß in der Mitte einer Ebene, wo der Strahl divergiert, sich ein Staupunkt 22 ausbildet. Daher werden die
feinen Glaspartikel in der Mitte der Wachstumsoberfläche instabil niedergeschlagen, so daß sich die Menge an niedergeschlagenen
Glaspartikeln verringert, so daß das Wachstum des Rohlings 11 in Axialrichtung 2 A instabil ist und die
Wachstumsgeschwindigkeit ebenfalls vermindert wird. Wenn der Synthesebrenner 4 zur Vergrößerung des Winkels 9 weiter geneigt
wird, so wird der Zustand des Strahls aus feinen Glaspartikeln gemäß den Figuren 7B bis 7D g geändert. Wenn gemäß
den Fig. 7B bis 7D der Neigungswinkel 30° übersteigt, verschwindet der Staupunkt, so daß der Rohling 11 stabil
wächst, sich die Wachstumsgeschwindigkeit erhöht und die Gleichförmigkeit des Außendurchmessers verbessert. Wenn der
Neigungswinkel β 60° übersteigt, so vermindern sich die Menge an niedergeschlagenen Glaspartikeln sowie die Wachstumsge-
35 schwindigkeit.
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Γ - 26 -
Nachstehend wird die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel & und den Transmissionseigenschaften einer Lichtleitfaser erörtert.
Bekanntlich spielt bei dem VAD-Verfahren die Oberflächentemperaturverteilung
des porösen Rohlings bei der Ausbildung des Brechungsindexprofils eine wesentliche Rolle.
Der GeO2-Gehalt erhöht sich in den synthetisierten, feinen
Glaspartikeln, wenn die Oberflächentemperatur der Wachstumsfläche des Rohlings;.-^ansteigt und zeigt eine Temperaturabhängigkeit
gemäß Figur 8. Hieraus wird geschlossen, daß eine Konzentrationsverteilung von GeO- im Rohling und damit
das schließliche Brechungsindexprofil· des porösen Rohlings
durch Einstellen der Oberflächentemperaturverteilung auf der Wachstumsoberfläche gesteuert werden kann. Um Gradientenfasern
mit großer Bandbreite und niedrigen Transmissionsverlusten mit Hilfe eines derartigen Steuerverfahrens herzustellen,
müssen die nachstehenden drei Bedingungen erfüllt werden:
1. Die Oberflächentemperatur ist innerhalb eines Bereichs
von 300 bis 8000C (vgl. Fig. 8);
20 2. Um eine parabolische Brechungsindexverteilung in der
Gradientenfaser zu erzielen, muß die Oberflächentemperaturverteilung
in Radialrichtung parabolisch sein;
3. Um die Schwankungen des Brechungsindex zu vermindern; muß
eine Isotherme der Oberflächentemperaturverteilung orthogonal zur Rotationsachse sein.
Die vorstehenden Beziehungen zwischen dem Neigungswinkel Θ, der
Oberflächentemperaturverteilung und der Transmissionseigenschaften wird im folgenden erläutert. Wenn θ
< 10°, so ist die Wachstumsoberfläche des Rohlings flach (vgl. Fig. 7A),
und der Verteilungsparameter der Oberflächentemperatur nimmt zweckmäßigerweise zu. Das erzielte Brechungsindexprofil nimmt
leicht die Form einer Kurve vierter Ordnung an. Ferner ist die Transmissionsbandbreite der Faser, die man durch Ziehen
des durchsichtigen Glasrohlings erhält^ höchstens 1OO MHz χ km.
L -I
130017/0596
20
30 35
-27- gO3691
Ferner ändert sich wegen des Staupunkts die Oberflächentemperaturverteilung
praktisch zu jedem Zeitpunkt, und die Schwankung des Brechungsindex nimmt zu.
Wenn umgekehrt θ > 60°, neigt sich die Isotherme relativ
stark gegenüber der Rotationsachse des porösen Rohlings und erfüllt nicht mehr die vorstehende Bedingung 3. Daher nehmen
die Schwankung des Brechungsindex und die Transmissionsverluste der Lichtleitfaser zu. Meßergebnisse der Brechungsindexverteilung
(VerteilungsparameterC{) des Rohlings, Schwankungen
des Brechungsindex im Rohling (spezifische Brechungsindexdifferenz: %) , der Transmissionsverlust (dB/km) bei 0,85 μπι
Wellenlänge sowie die Transmissionsbandbreite (MHz χ km) bezüglich des Neigungswinkels & des Synthesebrenners 4 sind
in Tabelle III aufgeführt.
J 130017/0596
Γ 8 8 K ο S S ο, - Π
Brechungsindex und Transmissionseigenschaften bezüglich des Neigungswinkels θ
O CD.
cn to
| Neigungswinkel θ (°) | <1 | 0° | - 0,1 | 10° | - | 60 | O | >60° | 5 | 0,1 | 0 |
| Verteilungsparameter O( | > | 4 | 5,0 | 3 | - | 1, | 5 | < 1, | |||
| Schwankung des Brechungsindex (%) | 0,2 | 0 | 0,05 | - | 0, | 01 | 0,2 - | ||||
| Transmissionsverluste (dB/km) | > | < | 3, | 0 | > 5, | ||||||
| Transmissionsbandbreite (MHz χ km) | >1 | 00 | <100 | ||||||||
CD ■CD·
Γ " 29 " g 0 3 6 91
Gemäß Tabelle III können bei einem Winkel θ = 10° bis 60° Lichtleitfasern mit gutem Brechungsindex und Transmissionseigenschaften hergestellt werden.
Wenn der Winkel θ bei festen Strömungsgeschwindigkeiten des Glasrohmaterials und des Verbrennungsgases geändert wird, ist
der Außendurchmesser d (Fig. 6), des porösen Rohlings ebenfalls einstellbar. So ist beispielsweise bei & = 10°: d =
70 mm 0; bei θ = 20°: d = 50 mm 0 und bei θ = 60° d = 60 mm Wie vorstehend ausgeführt können die Schwankungen des Außendurchmessers
des porösen Rohlings im Vergleich zum bekannten Verfahren deutlich verringert werden, wenn der Syn'diesebrenner
4 um 10 bis 60° gegenüber der Drehachse des Faserrohlings geneigt wird. Danach besteht ein Vorteil darin, daß die
Schwankungen des Verhältnisses Kerndurchmesser/Außendurchmesser, die Transmissionsverluste sowie die Bandbreite der
Fasern, die aus diesen Rohlingen erhalten werden, verbessert sind. Daher kann dieser Faserrohling zur Herstellung von
Multimode-Lichtleitfasern wirksam eingesetzt werden. Ferner verbessert die Stabilisierung des Wachstums des erfindungsgemäßen,
porösen Rohlings die Produktionsausbeute und den Wirkungsgrad der porösen Rohlinge. Da ferner die Wachstumsgeschwindigkeit
in Axialrichtung erhöht ist, kann auch der Faserrohling in der in Fig. 6 dargestellten Richtung konti-
25 nuierlich hergestellt werden.
Gemäß Fig. 6 ist der Auslaß 9 neben der Wachstumsfläche des
Rohlings 11 im Abstand A von dessen Umfang angeordnet. Wenn bei dieser Anordnung der Abstand A von 1 mm bis 50 mm beträgt,
so können die Schwankungen des Außendurchmessers des Rohlings gegenüber dem bekannten Verfahren erheblich verbessert werden.-Die
Schicht aus feinen- Glaspartikeln mit geringer Rohdichte
wird nicht auf dem Umfang des porösen Rohlings 11 ausgebildet, so daß die Erzeugung von Rissen auf dem Umfang des Rohlings
11 vermieden wird. Wenn daher der Rohling 11 verglast
wird, führt, dies zu einem stabilen, durchsichtigen Rohling.
L J
130017/0596
-bo- ·
1 Die experimentellen Ergebnisse in Bezug auf den Abstand A
werden nunmehr erläutert. Zur Vereinfachung wird ein einfaches
Modell gemäß Figur 9 verwendet, bei dem zwei Auslässe 30 und
31 einander gegenüber in der Nähe der Wachstumsfläche des Rohlings
angeordnet sind, wobei der Neigungswinkel fr =0°. Z.B.
beträgt in Fig. 9 der Abstand A=15 mm. Die Auslaßmengen an
restlichen, feinen Glaspartikeln 32 und 33, die durch die Auslässe 30 und 31 abgegeben werden, sowie verschiedene Arten
von unerwünschten Gasen werden so eingestellt, daß sie gleich ^ den ausgeblasenen Mengen an feinen Glaspartikeln und dem Flammenstrahl
20 sind. Dadurch waren die Schwankungen des Außendurchmessers des anter diesen Bedingungen hergestellten,
porösen Rohlings 11 auch innerhalb +_ 1 mm beschränkt. Es
wird keine Schicht aus feinen Glaspartikeln mit einer geringen Rohdichte beobachtet, die durch die restlichen feinen Partikel
32 und 33 gebildet wird. Der durchsichtige Glasrohling wird in stabiler Weise hergestellt.
Wenn andererseits der Abstand A in Figur 9 größer als 50 mm ist,
werden die Mengen an restlichen, feinen Partikeln und an unerwünschten,
verschiedenen Gasen, die aus den Auslässen 30 und 31 abgegeben werden, verringert, so daß die restlichen feinen
Partikel sich an dem Umfang des porösen Rohlings 11 anlagern.
Man beobachtet dabei erneut das Problem .ähnlich dem bei dem
bekannten Verfahren.
Wenn der Abstand A in Figur 9 geringer als 1 mm ist, kommen
die Auslässe 30 und 31 mit dem Umfang des porösen Rohlings 11-
durch die mechanischen Schwankungen der Lage aufgrund der
Rotation des Rohlings.11 in Berührung. Dadurch wird die Um-
fangsflache des Rohlings 11 gewählt, so daß der so gebildete,
durchsichtige Rohling kaum als Rohling für die Herstellung von Lichtleitfasern verwendet werden kann.
Um die von dem Auslaß herrührende Wirkung weiter zu verstärken,
können drei oder mehr Auslässe im gleichen Abstand in der
L -J
130017/0596
Γ - 31 -
Nähe der Wachstumsfläche des porösen Rohlings 11 angeordnet
werden.
Figur 10 zeigt im Detail den Auslaß 9 gemäß Fig. 9 mit den zugehörigen
Bauteilen. In diesem Fall können die restlichen feinen Partikel sowie die unerwünschten, verschiedenen Gase 34 leicht
entfernt werden, indem lediglich im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 9 gegenüber dem Synthesebrenner 4 ein einziger
Auslaß 9 vorgesehen wird. Insbesondere dann, wenn der Neigungswinkel Θ· von 30 bis 40° und der Abstand von A von 5 bis 10 mm
beträgt, so werden die Schwankungen des Außendurchmessers auf _+ 0,5 mm (etwa 1 %) oder weniger verbessert.
Wie vorstehend ausgeführt, können die Schwankungen des Außen-•J5
durchmessers des porösen Rohlings erfindungsgemäß im Vergleichzum bekannten Verfahren wesentlich verbessert werden, indem
der Auslaß (die Auslässe) zum Abgeben der restlichen feinen Partikel und der unerwünschten Gase vorgesehen wird (werden),
der (die) in der Nähe des porösen Rohlings angeordnet ist (sind). Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil besteht darin,
daß die Produktionsausbeute der Rohlinge durch das VAD-Verfahren verbessert wird, da im Umfang des porösen Rohlings
sich keine Risse bilden.
Wie ferner in Fig. 5B dargestellt ist, wird die Schicht aus feinen Glaspartikeln mit geringer Rohdichte ausgeschaltet, die
bei dem bekannten Verfahren auf dem Rohlingumfang ausgebildet werden muß. Daher kann beispielsweise eine zusätzliche Schicht
aus feinen Glaspartikeln als Umhüllungsschicht (Mantel) auf
3Q dem Umfang eines vorher gebildeten, zylindrischen, porösen
Rohlings niedergeschlagen und festgelegt werden, indem ein weiterer Synthesebrenner, z.B. ein Umhüllungsbrenner verwendet
wird, um einen weiteren, dickeren, zylindrischen und porösen Rohling herzustellen, z.B. einen Rohling für Monomode-Lichtleiter
oder ein Rohling für Multimode-Lichtleiter mit einer Umhüllungsschicht, die in der gerade erläuterten Weise und
L -I
1 3001 7/0596
" 32 " 303691s"1
1 nicht durch ein Kieselglasrohr gebildet wird.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für einen durchsichtigen
Rohling für Monomode-Lichtleiter wird nunmehr erläutert.
Um einen Monomode-Lichtleiter mit geringen Transmissionsverlusten
zu erhalten, muß der Kerndurchmesser so gering wie möglich gemacht werden, um ein Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnis
von 3 oder mehr zu erhalten.
Im allgemeinen werden bei der Herstellung eines Monomode-Lichtleiters
die durchsichtigen Rohlinge für den Kern und den Mantel entsprechend dem Innendurchmesser eines Glasrohrs
aus Siliciumdioxid gestreckt. Dann werden die gestreckten, durchsichtigen Rohlinge in ein Siliciumdioxid-Glasrohr eingesetzt
und dort verkapselt (Ümmantelungsverfahren). Der so
erhaltene Rohling für Monomode-Lichtleiter wird auf einer Faserziehvorrichtung zu einem Monomode-Lichtleiter gezogen.
Der Kerndurchmesser 2a eines Lichtleiters (wenn der Rohling
für den Monomode-Lichtleiter zu einem Lichtleiter mit einem Außendurchmesser d gezogen wird) wird durch die nachstehende
Gleichung wiedergegeben:
2a = 2A · d / /öl2 - D22 + (2B)2 (D
wobei 2A = Kerndurchmesser des gedehnten, durchsichtigen Glasrohlings,
2B = Manteldurchmesser
30 D1 = Außendurchmesser des Siliciumdioxid-Glasrohrs,
D2 = Innendurchmesser des Siliciumdioxid-Glasrohrs.
Die Monomode-Bedingung für diesen Lichtleiter wird durch die nachstehende Gleichung wiedergegeben:
V = 2ira /nl2 - n22 / λ
< 2.405 (2)
130017/0596
Γ -33-
wobei V = normalisierte Frequenz X= Wellenlänge der Lichtquelle,
n1 und n2 = Brechungsindizes des Kernbereichs bzw. des Mantel bereichs.
In der Praxis gilt: n1 ^ n2 ~ 1,458.
Diese Gleichung (2) wird umgewandelt:
V = 2ira »Ζ 2η2 Δη / λ
< 2.405 (3) wobei 4n = n1 - n2.
Wie vorstehend in Verbindung mit den Nachteilen des Stab-Rohr- Verfahr ens ausgeführt, muß zum Erzeugen eines Monomode-Lichtleiters
mit geringen Transmissionsverlusten eine ausreichend dicke Umhüllungsschicht ausgebildet werden, d.h. das
Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnis 2B/2A des Rohlings muß ausreichend groß sein, wenn dieser hergestellt
wird, da sich die optische Leistung in den Mantelbereich um den Kernbereich hinein erstreckt.
Fig. 11 zeigt graphisch theoretische Werte von ÖH-Absorptionsverlusten
als Funktion des Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnisses mit einem Parameter der Grenzwellenlänge
λc, wenn der OH-Gehalt des Siliciumdioxid-Glasrohrs 21 hier
200 ppm beträgt. Um ein Monomode-Lichtleiter mit geringen Transmissionsverlusten bei einer Wellenlänge von 1,3 μπι oder
1,55 μπι oder in dem sogenannten langwelligen Bereich zu erhalten,
müssen die OH-Ionenabsorptionsverluste 20 dB/km oder
weniger betragen. Im allgemeinen wird die Grenzwellenlänge auf etwa 1,0 bis 1,2 μπι festgelegt. Daher muß gemäß Fig. 11
das Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnis etwa 3 oder mehr betragen. Wenn das Durchmesserverhältnis etwa 3 oder
mehr beträgt, wird verhindert, daß die Grenzfläche zwischen dem durchsichtigen Rohling und dem Siliciumdioxid-Glasrohr ver-
35 unreinigt wird.
L '
130017/0596
Γ - 34 -
Wie beim üblichen VAD-Verfahren können die Lichtleiter in Massen produziert werden. Das bekannte VAD-Verfahren hat jedoch
außerordentliche Schwierigkeiten bei der Herstellung eines porösen Glasrohlings mit einem Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnis
von etwa 3 oder mehr. Daher war es bislang unmöglich, mit dem bekannten VAD-Verfahren Monomode-Lichtleiter
herzustellen. Insbesondere ist es bei dem bekannten VAD-Verfahren schwierig, den Durchmesser des porösen Glaskernkörpers
auf 30 mm oder weniger zu verringern, und zwar hauptsächlich auf Grund des zu verwendenden Kernbrenners. Um
daher ein Mantel/Kern-Verhäältnis von etwa 3 oder mehr zu erhalten,
sollte de1- Durchmesser (Außendurchmesser des Mantels)
des porösen Rohlings 100 mm übersteigen, so daß die in dem porösen Rohling auftretenden Spannungen möglicherweise in dem
porösen Rohling Risse erzeugt, die es dann praktisch unmöglich machen, den Rohling zu verdichten. Zur Lösung dieses
Problems sind im Rahmen der Erfindung sorgfältige Untersuchungen der Struktur eines Kernbrenners sowie der Bedingungen
für die Rohlingherstellung unternommen worden. Dabei hat sich' gezeigt, daß die Verwendung eines Kernbrenners mit einer Blasdüse
für das Glasrohgas, die vom Mittelbereich der Blasdüse für das brennbare Gas abweicht, die Bildung eines porösen Glaskernkörpers
mit einem Durchmesser von 20 mm oder weniger erleichtert und ein Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhält-
25 nis von 3 oder mehr ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Monomode-Lichtleitern
wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 12 und 13 erläutert. Die Figur 12 zeigt eine Vorrichtung zur erfindungsgemäßen
Herstellung eines durchsichtigen Rohlings. Die Figur 13 zeigt mehrere Stufen bei der Ummantelung des durchsichtigen
Glases. Die Vorrichtung gemäß Fig. 12 weist ein Reaktionsgefäß
1, einen Stützstab 2 als Zuchtstab, an dem ein poröser Glaskörper anhaftet und dort niedergeschlagen wird,
^ eine Ziehvorrichtung 3 zum Ziehen des Stützstabes 2 nach oben,
während dieser sich dreht, einen Kernbrenner 4 sowie einen Man-
L-
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Γ -as- S036915"1
telbrenner 5 auf. Der Kernbrenner 4 ist am Gefäß 1 derart befestigt,
daß der Neigungswinkel θ ungefähr gleich 30 bis gegenüber der Achse 2A der Stützstange 2 ist. Vorzugsweise
ist der Neigungswinkel einstellbar. Einzelheiten des Kernbrenners
4 werden nachstehend erläutert. Eine Zuführvorrichtung 6 führt den Brenner 4 und 5 Glasrohmaterialien, wie
SiCl4, GeCl4, POCl3 und BBr3, atmosphörische Gase, wie Ar,
He oder N-, brennbare Gase, wie EL· sowie Hilfsgase, wie 0„
zu. (Die zuletztgenannten beiden Gase werden werden nachstehend als flammenbildende Gase bezeichnet.) Das Glasrohgas wird
von der Zuführeinrichtung 6 den Brenner 4 und 5 über Rohre 7A und 7B zugeführt. Verschiedene flammenbildende Gase werden
durch Rohre 8A und 8B den Brennern 4 und 5 ebenfalls zugeführt. Am Reaktionsgefäß 1 ist ein Auslaß 9 angeordnet, durch
den die Gase, wie H„0, HCl oder Cl?, die bei der Hydrolyse
oder bei der thermischen Oxidation der aus den Brennern 4 und 5 ausgestoßenen Flammen gebildet werden, das nicht umgesetzte
Glasrohgas wie SiCl4, GeCl4, POCl3 oder BBr3, sowie Gase,
wie Ar, He und N„, zu dem Abgasreiniger 10 zum Weiterverar-
20 beiten ausgestoßen werden.
Die Vorrichtung in Fig. 12 weist ferner folgende Teile auf:
Einen geformten, porösen Glaskernkörper 11A, einen poröaen Glasmantelkörper (ümhüllungsschicht) 11B, der um den porösen
Glaskernkörper 11A niedergeschlagen ist, einen porösen Rohling 12, bestehend aus dem Kern und dem Mantel, eine Ringheizung
13 zum Erhitzen des durch die Ringheizung 13 laufenden, porösen Rohlings 12 auf 1500 bis 1700°C, um den Rohling
12 zu dem durchsichtigen Rohling 14 zu verglasen und zu verdichten, eine Versorgungseinrichtung 15 zum Zuführen
von Halogengas, die ein Gemisch von He und Cl-, zur Dehydratation und eine Zuführöffnung 16 zum Einleiten des Dehydratationsgases
in das Reaktionsgefäß 1.
Beim Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 12 werden das Glasrohgas,
das beispielsweise SiCl4 als Hauptkomponente enthält,
L J
130017/0596
- 36 - . §036915
und die flainmenbildenden Gase von der Zuführeinrichtung 6
durch die Leitungen 7A und 8A dem Kernbrenner 4 zugeführt,
um feine Glaspartikel, die SiO „ als Hauptkomponente und GeOp und P^O,- als Dotierung enthalten, auf eine Endfläche
der Stüztstange 2 niederzuschlagen. Dann wird die Stützstange 2 unter Drehung durch die Ziehvorrichtung 3 nach oben gezogen,
so daß der poröse Kernrohling 11A wächst. Gleichzeitig bläst der Mantelbrenner 5 feine Glaspartikel, die lediglich
SiO2 enthalten oder die SiO2 als Hauptkomponente und P2O5
oder B3O3 enthalten, derart um den porösen Rohling 11A, das
diese Partikel auf dem Umfang des Glaskörpers 11A niedergeschlagen
werden. Dadurch wird eine poröse Glasschicht 11B als Umhüllung auf der Oberfläche des Glaskörpers HA ausgebildet.
Der so hergestellte poröse Rohling 12, bestehend aus
Ί5 dem Kernbereich und dem Mantelbereich, wird erwärmt, beispielsweise
auf 1500°C mit Hilfe der Verglasungsheizung 8, so
daß ein durchsichtiger Rohling 14 gebildet wird, der einen mit einem Glasmantel umgebenen Glaskern aufweist. Beim Verglasen
wird Dehydratationsgas, wie ein Gemisch aus He und Cl- durch den Einlaß 16 in das Reaktionsgefäß 1 eingeleitet,
um den OH-Gehalt aus dem porösen Rohling 14 zu entfernen.
Die Ummantelung des so hergestellten durchsichtigen Rohlings 14 erfolgt gemäß Fig. 13 zunächst durch Strecken des durch-
25 sichtigen Glasrohlings 14 auf den Innendurchmesser eines
Siliciumdioxidrohrs 50.Der gestreckte, durchsichtige Rohling
14' wird in das Siliciumdioxidrohr 50 eingesetzt und verkapselt, und man erhält einen Rohling 51 für einen Monomode-Lichtleiter.
Der Rohling 51 wird dann auf einer üblichen Fa-
30 serziehvorrichtung zu einem Modemode-Lichtleiter gezogen.
In Fig. 14 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung
eines Rohlings für Monomode-Lichtleiter dargestellt. Für entsprechende Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen
wie in Fig. 12 verwendet. In Fig. 14 mißt die Zuführeinrichtung 6 zum Zuführen von Glasrohmaterial jeweils eine vorgegebene
Menge der verschiedenen Gase ab und leitet diese abgemessenen Gase dem Kernbrenner 4 bzw. dem Mantelbrenner 5
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zu. Der Kernbrenner 4 ist so angeordnet, daß die Blasdüse 41 für das Glasrohmaterial vom Mittelbereich der Blasdüse
41 für den Flammenstrahl abweicht. Der Kernbrenner 4 kann entlang einer Nut 43 des Gefäßes 1 derart verschwenkt werden,
daß der Neigungswinkel θ auf einen gewünschten Wert im Winkelbereich von 10 bis 60° eingestellt werden kann. Der
eingestellte Winkel β wird mit einer Skala 44 abgelesen. Der Abgasreiniger 10 ist mit einer Sprüheinrichtung 45 zum
Versprühen von Wasser versehen. Das versprühte Wasser setzt die in dem Abgas enthaltene Cl2-Komponente in HCl um, das
durch NaOH neutralisiert. Das Wasser von der Sprüheinrichtung 45 wäscht etwa die feinen Glaspartikel oder dergl. weg.
Verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemaßen Kernbrenners
werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. Die Pig. 15A und 15B sind eine Vorderansicht bzw.
eine Seitenansicht eines derartigen Kernbrenners. Man erkennt eine Blasdüse 61 für Glasrohmaterial, eine Blasdüse 62
für Schutzgas, eine Blasdüse 63 für brennbares Gas und eine Blasdüse 64 für ein Hilfsgas. Die Düsen 61, 62, 63 und 64
haben rechteckige, geschlossene Querschnitte, die durch mehrschichtige Rohre 65, 66, 67 bzw. 68 mit ebenfalls rechteckigen
Querschnitten definiert sind. Dabei ist die Blasdüse 61 für das Rohgas von der Blasdüse 63 für das brennbare Gas
umgeben, wobei die Schutzgas-Blasdüse 62 dazwischen angeordnet ist; die Blasdüse 61 für das Rohgas ist um einen Abstand
1 gegenüber der Mitte der durch die Blasdüse 63 für das brennbare Gas definierten Innenfläche versetzt. Die Blasdüse
63 wird von einer Blasdüse 64 für das Hilfsbrenngas umgeben.
Diese rechteckigen Rohre 65, 66, 67 und 68 können aus Kieselglas hergestellt sein. Die geometrischen Abmessungen
des Brenners 4 ergeben sich beispielsweise aus der in Fig. 15A dargestellten Skala (10 mm). Das Auslaßrohr 9 ist
im Abstand A vom Umfang des porösen Glaskernkörpers 11A an-
35 geordnet (vgl. Fig. 16).
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Γ - 38 - ■ 303691
Der Kernbrenner 4 mit dem Bl&sdüsen 61 bis 64 ist um einen
Winkel θ gegenüber der Axialrichtung 2A der Stützstange 2 geneigt
angeordnet (vgl. Fig. 16). Die Gase werden aus den zugehörigen Düsen 61 bis 64 unter den nachstehenden Bedingungen
ausgestoßen, um den porösen Glaskernkörper 11A zu bilden:
0= 45°; 1=5 mm; A = 15 mm. In Fig. 16 sieht man ferner einen Strahl 69 aus feinen Glaspartikeln sowie eine Sauerstoff/Wasserstoff-Flamme
70.
10 Blasdüse 61 für das Rohgas:
SiCl4 (4O°C Sättigungstemperatur;· 70 cm3/min Trägergas Ar)
GeCl. (1j°C Sättigungstemperatur; 50 cm3/min Trägergas Ar)
Schutzgas-Blasdüse 62: 1,5 l/min Ar-Gas
Blasdüse 63 für das brennbare Gas: 2,5 l/min für das H.
^-
Hilfsgas-Blasdüse 64: 7 l/min für 0„.
Unter diesen Bedingungen wächst der poröse Glaskernkörper 11A
mit 18 mm Durchmesser auf der Endfläche des Stützstabes 2.
Um den porösen Glaskernkörper 11A wird die Umhüllungsschicht 11B durch den Mantelbrenner 5 niedergeschlagen (vgl. Fig. 12).
Ein koaxialer Multirohrbrenner gemäß dem üblichen VAD-Verfahren kann als Mantelbrenner 5 verwendet werden. Die Fig. 17A
ist eine Vorderansicht eines Vierrohr—Brenners als Mantelbrenner
5, der erfindungsgemäß eingesetzt werden kann. Eine entsprechende Seitenansicht ist in Fig. 17B dargestellt. Man
erkennt eine Blasdüse 71 für das Rohmaterial,"eine Schutzgas-Blasdüse
72, eine Blasdüse 73 für brennbares Gas sowie eine Blasdüse 74 für ein Hilfsgas. Diese Blasdüsen 71 bis 74 werden
durch vierschichtige Rohre 75 bis 78 gebildet, die aus Kieselerde bestehen; in der QuerSchnittsansieht bilden sie
koaxiale, kreisförmige Ringe. Der so aufgebaute Mantelbrenner 5 wird gemäß Fig. 12 angeordnet und der poröse Glasmantelkörper
(Umhüllungsschicht) 11B wird um den porösen Glaskernkörper 11A unter den nachstehenden Bedingungen niedergeschlagen
.
L -
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Γ -39-
1 Blasdüse 71 für das Rohmaterial:
SiCl4 (40°C Sättigungstemperatur; 250 cm3/min für die Strömungsgeschwindigkeit des
Trägergases Ar)
Schutzgas-Blasdüse 72: 1,0 l/min für das He-Gas Blasdüse 73 für das brennbare Gas: 3,5 l/min für das
Schutzgas-Blasdüse 72: 1,0 l/min für das He-Gas Blasdüse 73 für das brennbare Gas: 3,5 l/min für das
H2~Gas Hilfsgas-Blasdüse 74: 4,5 l/min für das 0--GaS
Unter diesen Bedingungen wird der poröse Mantelrohling 11B
mit 60 mm Durchmesser auf dem vorher gebildeten porösen Glaskernkörper mit 8 mm Durchmesser ausgebildet. Die Wachstumsgeschwindigkeit
des Rohlings 12 in Axialrichtung beträgt etwa 40 mm/h.
Der poröse Rohling 12 wird mit einer am oberen Teil vorgesehenen,
ringförmigen Verglasungsheizung 13 erwärmt. Gleichzeitig werden Heliumgas (10 l/min) und Chlorgas (O,5 l/min)
von der Zuführeinrichtung 15 für das Dehydratationsgas der
Heizanordnung über den Gaseinlaß 16 zugeführt. Dadurch wird
der poröse Rohling 12 bei 15000C verglast, während die 0H-Ionen und H?0-Moleküle aus dem Rohling 12 entfernt werden.
Ein so gebildeter, durchsichtiger Rohling 14 weist 30 mm Außendurchmesser (Durchmesser des Mantels) und 9 mm Durchmesser
des Kerns auf. Die Brechungsindexdifferenz /\ η zwischen
dem Kern und dem Mantel beträgt 0,0029.
Wenn der Abstand A von 1 bis 50 mm beträgt, so sind die Schwankungen des Kernaußendurchmessers des porösen Glaskörpers
11A erheblich verbessert. Ferner bildet sich keine Schicht aus feinen Glaspartikeln mit geringer Rohdichte,
die bei Anwendung des üblichen VAD-Verfahrens ausgebildet wird. Daher tritt der Fall nicht ein, daß der poröse Glaskernkörper 11A abnorm stark wächst und einen großen Außen-
durchmesser aufweist. Ferner werden Risse auf dem Umfang des porösen Glaskörpers 11A verhindert, so daß durch diese Ver-
130017/059
1 dichtung die Bildung eines stabilen, durchsichtigen Glaskörpers
sichergestellt wird.
Bei der Anordnung gemäß Pig. T6 beträgt der Abstand Ä 15 mm.
Die abgegebene Menge an unerwünschten Gasen, wie den restlichen
feinen Glaspartikeln, dem bei der Umsetzung erzeugten Gas sowie dem nicht-umgesetzten atmosphärischem. Gas, die
durch den Auslaß 9 abgegeben werden, wird so eingestellt,
daß sie vergleichbar ist mit den eingeblasenen Mengen im
Strahl 69 der feinen Glaspartikel und der Sauerstoff/Wasserstoff-Flamme
70. Die Schwankungen des. Außendurchmessers des
unter diesen Bedingungen hergestellten porösen Glaskörpers 11A werden auf etwa _+ 0,05 mm verbessert. Die verbliebenen
feinen Glaspartikel bilden keine feine Glaspartikelschicht
15 mit geringer Rohdichte, so daß die stabile Herstellung
eines durchsichtigen Glasrohlings sichergestellt ist.
Wenn der Abstand A 50 mm oder mehr beträgt, so nimmt die Menge
an unerwünschten Gasen, die durch den Auslaß 9 abgegeben
werden, ab, und die restlichen feinen Glaspartikel· werden an den Umfang des porösen Glaskernkörpers 11A angelagert.
Dadurch treten wiederum die vorstehend erwähnten, üblichen Probleme auf.
Wenn der Abstand A 1 mm oder weniger beträgt, so führen die
mechanischen PositionsSchwankungen, die durch die Drehbewegung
des porösen Glaskernkörpers 11A verursacht werden, zu
Berührungen zwischen dem Auslaß 9 und dem Umfang des porösen
Glaskörpers 11A. Dadurch wird der Umfang des. porösen Glaskörpers 11A gewählt, so daß der so hergestellte, durchsichtige
Glaskörper kaum als Rohling für Lichtleitfasern verwendet werden kann.
Ordnet man den Auslaß 9 in der oben beschriebenen Weise an,
so wird die Schicht aus feinen Glaspartikeln mit geringer Rohdichte nicht auf der Umfangsfläche des porösen Glaskernkörpers
11A gebildet. Daher kann die Ümhüllungsschicht
L J
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(Mantel) aus feinen Glaspartikeln leicht an der Umfangsflache
des Glaskernkörpers 11A unter Verwendung des Mantelbrenners 5 niedergeschlagen und angelagert werden. Wenn in
diesem Fall ferner ein zweiter Auslaß in der vorgeschriebenen Weise im Abstand A1 = 1 bis 50 mm auf dem Umfang des porösen
Glasmantelkörpers 11B angeordnet wird, so werden die
vorstehenden Vorteile vollständig genutzt, um die Produktionsausbeute für Rohlinge für Monomode-Lichtleitfasern durch
das VAD-Verfahren zu verbessern. Während die in den Fig. 12 und 14 dargestellten Ausführungsformen lediglich einen Auslaß
9 aufweisen, können die vorstehenden Vorteile erreicht werden, wenn die Abstände A und A1 zwischen den porösen Glaskörpern
für den Kern und den Mantel 11A bzw. 11B einerseits und dem Auslaß 9 von 1 bis 50 mm betragen.
Der so erhaltene, durchsichtige Rohling 14 mit 30 mm Außendurchmesser
wird mit Hilfe eines Sauerstoff/Wasserstoff-Brenners gestreckt, um einen Glasrohling 14' mit D = 6,7 mm
Außendurchmesser und 2 A = 2 mm Kerndurchmesser zu bilden.
Der Glasrohling 14' wird dann in einem Siliciumdioxidrohr
50 mit D1 = 26 mm Außendurchmesser und D2 = 7 mm Innendurchmesser verkapselt. Man erhält so einen Rohling 51 für Lichtleitfasern,
der dann zu einer Lichtleitfaser mit 125 μΐη Außendurchmesser gezogen wird. Der Innendurchmesser 2a der
Faser beträgt etwa 6,9 μπι bei Berechnung nach der Gleichung
(1). Die Wellenlänge, die V = 2,405/ d.h. eine Grenzwellenlänge Λ-c, beträgt nahezu = 1,15 μΐη. Die Grenzwellenlänge stimmt genau überein mit den gemessenen Werten einer
tatsächlich gefertigten Lichtleitfaser. Mit dem vorstehenden Verfahren erhält man Monomode-Lichtleitfasern von etwa 30 km
Länge aus dem durchsichtigen Glasrohling 14 mit TO cm Länge. Die optischen Transtnissionsverluste dieser Lichtleitfasern
sind gering: im Mittel 1 dB/km bei 1,55 μπι Wellenlänge. Die OH-Absorptionsverluste bei 1,39 μπι Wellenlänge betragen etwa
35 20 dB/km.
L - ■ J
130017/0596
Die Gründe, warum mit der vorstehenden Ausfuhrungsform der
poröse Glaskernkörper 11A mit einem geringen Durchmesser von etwa 18 mm mit Hilfe des Kernbrenners 4 gemäß den Fig.
15A und B wachsen kann, wird nachstehend erläutert. Der
Brenner 4 ist um einen Winkel θ (45° bei der vorliegenden Ausführungsform) gegenüber der Axialrichtung 2A gemäß Fig.16
geneigt. Die Blasdüse 61 für das Rohgas ist an der unteren Seite des Brenners 4 exzentrisch angeordnet, und der Sauerstoff/Wasserstoff
-Flammenstrahl 70 strömt oberhalb des von der Düse 61 herrührenden Strahls 69. Dadurch wird die Ausdehnung
der feinen Glaspartikel 69 in vertikaler und horizontaler Richtung behindert und damit der Anstieg und das
Anlagern der restlichen feinen Glaspartikel beschränkt. Daher werden die Glaspartikel 69 lediglich am Endabschnitt des
15 porösen Glaskörpers 11A angelagert (vgl. Fig. 16).
Zu experimentellen Zwecken wurden im Rahmen der Erfindung mehrere Kernbrenner 4 mit verschiedenen Abständen 1 der Blasdüse
61 für das Rohgas gemäß Fig. 16 hergestellt. Die minimalen Durchmesser der mit den Brennern hergestellten, porösen
Glaskörper 11A wurden gemessen. Die so gemessenen Minimaldurchmesser mit derartigen Kernbrennern 4 sind in Fig.
aufgeführt. Der Durchmesser des porösen Glaskernkörpers 11A hängt empfindlich vom Winkel θ des Kernbrenners 4 relativ
zur Achse 2A des porösen Glaskörpers 11A oder der Stützstange 2 ab (vgl. Fig. 16). Der poröse Glaskernkörper 11A weist
minimalen Durchmesser auf, wenn der Winkel von 30 bis 50° beträgt.
Fig. 19 zeigt experimentelle Ergebnisse bei Verwendung des
Kernbrenners 4 gemäß den Fig. 15A und B, wobei der Durchmesser
des porösen Glaskernkörpers als Funktion des Winkels θ angegeben ist. Hierbei beträgt der Abstand 1=5 mm. Gemäß
Fig. 19 beträgt der Minimaldurchmesser bei 30 bis 50° etwa
35 15 bis 18 mm. Wird der Abstand 1 von 2 bis 5 mm variiert, so erhält man ähnliche Ergebnisse wie bei Fig. 19.
130017/059S
Wie vorstehend ausgeführt, werden bei θ■ = 10 bis 60° die
Schwankungeil des Außendurchmessers des porösen Glasrohlings vermindert, während gleichzeitig die Wachstunisgeschwindigkeit
des Rohlings in Axialrichtung zunimmt. Wenn beispielsweise θ = 30 bis 40° ist, so werden die Schwankungen des.
Außendurehmessers auf _+ 0,5 bis 1 mm begrenzt und die Wachstumsgeschwindigkeit
beträgt 70 bis 100 mm/h. In diesem Fall erhält man einen großen Rohling entsprechend einer langen
Lichtleitfaser von 50 bis 100 km Länge. Bei dem vorstehenden
erfindungsgemäßen Beispiel wurde ein konventioneller Synthesebrenner
eingesetzt. Wird ein erfindungsgemäßer Synthesebrenner
verwendet, wobei der Abstand A von 5 bis 10 mm und der Neigungswinkel θ insbesondere 30 bis 40° beträgt, so
werden die Schwankungen des Außendurchmessers des porösen
15 Kernrohlings auf weniger als +_ 0,5 mm verbessert.
Die Fig. 2OA und B zeigen Querschnitte zweier anderer erfindungsgemäßer
Ausführungsformen eines Kernbrenners 4. Man erkennt eine Blasdüse 81 für Rohgas, eine Schutzgas-Blasdüse 82,
eine Blasdüse 83 für brennbares Gas sowie eine Blasdüse 84 für ein Hilfsgas. Die Blasdüsen 81 bis 84 haben jeweils
kreisförmig oder elliptisch geschlossene Querschnitte, die durch mehrschichtige Rohre 85 bis 88 mit kreisförmigem oder
elliptischem Querschnitt gebildet werden. Die Blasdüse 81 für das Rohgas wird von der Blasdüse 83 für das brennbare Gas
umgeben, wobei dazwischen die Schutzgas-Blasdüse 82 angeordnet ist. Die Blasdüse 83 für das brennbare Gas wird von der
Blasdüse 84 für das Hilfsgas umgeben. Die Blasdüse 81 für das Rohgas ist um einen Abstand 1 gegenüber der Mitte einer
durch die Blasdüse 83 für das brennbare Gas definierten Innenfläche
versetzt. Bei diesen Ausführungsformen ist die Blasdüse 81 gegenüber der Blasdüse 83 versetzt, so daß die Wirkungen ähnlich sind, wie bei dem vorstehend beschriebenen
Kernbrenner.
13001 7/059Θ
" 44 " ■ 3036315
1 Wie bei der vorherigen Ausführungsform können die Viel-
schichtrohre 85 bis 88 aus Kieselglas hergestellt sein. Die
entsprechenden geometrischen Abmessungen des Kernbrenners 4 können anhand der in Fig. 2OA eingezeichneten Skala (10 mm),
5 durch Vergleich ermittelt werden.
Die Fig. 21A zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kernbrenners, und die
Fig. 21B zeigt einen zugehörigen Längsschnitt. Man erkennt
eine Blasdüse 91 für das Rohmaterial, eine Blasdüse 92 für
inaktives Gas oder Schutzgas, eine Blasdüse 93 für brennbares
Gas, eine Blasdüse 94 für ein Hilfsgas, eine Blasdüse 95 für ein den Durchmesser steuerndes Gas sowie eine Hilfsblasdüse
96 für brennbares Gas. Die Blasdüse 9T ist gegenüber
der Mitte der durch die Blasdüse 93 für das brennbare Gas definierten Fläche versetzt. Ferner sind die Blasdüsen
95 und 96 neben der Blasdüse 91 angeordnet. Die Düse 95
dient zur Steuerung des Durchmessers des porösen Glaskörpers
durch die Strömungsgeschwindigkeit des herausgeblasenen
20 Steuergases, beispielsweise Ar-Gas.
Die Düsen 91, 95 und 96 werden durch Trennwände 98 und 99
in einem Rohr 97 mit rechteckigem Querschnitt gebildet. Die im Querschnitt rechteckigen Düsen 92, 93 und 94 werden dadurch
gebildet, daß das rechteckige Rohr 97 von Mehrschichtrohren
100, 1OT und 102 mit rechteckigen Querschnitten umgeben ist. Diese Rohre 97, 100, 101 und 102 sowie die Trennwände
98 und 99 können aus Kieselglas hergestellt werden. Die
entsprechenden geometrischen Abmessungen der zugehörigen Teile des Kernbrenners 4 ergeben sich beispielsweise durch
Vergleich mit einer in Fig. 21A eingetragenen Skala (10 mm). "
Die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des
Steuergases (Ar), das aus der Düse 95 herausgeblasen wird, und dem porösen Glaskernkörper 11A ist in Fig. 22 dargestellt.
Danach ändert sich der Durchmesser des porösen Glas-
L -J
1300 17/0596
γ ~ι
rohlings durch Ändern der Blasgeschwindigkeit des Steuergases. Berücksichtigt man dies, so kann ein poröser Glaskörper
11Ά mit geeignetem Durchmesser hergestellt werden. Wenn der poröse Glasmantelkörper 11B mit festem Außendurchmesser um
den Kernkörper 11A mit Hilfe des Mantelbrenners 5 (vgl.
Fig. 12) gebildet wird, so kann ein poröser Glaskörper 12 mit
dem gewünschten Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnis erhalten werden.
Unter Berücksichtigung der Abmessungen der Gesamtanlage sowie der Synthesegeschwindigkeit können die Abmessungen des
Kernbrenners 4 geeignet ermittelt werden.
Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 ein einziger
Mantelbrenner 5 zum Niederschlagen des porösen Glasmantelkörpers 11B vorgesehen ist, können im Rahmen der Erfindung
mehrere Mantelbrenner zur Erleichterung und zur Stabilität des Niederschlags des porösen Glasmantelkörpers 11B verwendet
werden.
20
20
In Fig. 23 ist ein Teil der Vorrichtung zur Herstellung von porösen Glasrohlingen dargestellt, wobei zwei Mantelbrenner
5-1 und 5-2 erfindungsgemäß eingesetzt sind. Dabei wird als Kernbrenner 4 der gleiche wie bei den Fig. 21A und B verwendet.
Die Mantelbrenner 5-1 und 5-2 sind die gleichen wie bei den Fig. 17 A und B mit vierschichtigem Rohr. Diese
Brenner 5-1 und 5-2 sind in Axialrichtung 2A der Stützstange 2 im Abstand zueinander angeordnet. Bei der Glaskörperbildung
wird zunächst der poröse Glaskernkörper 11A mit Hilfe des Kernbrenners 4 gefertigt und danach wird ein erster
poröser Glasmantelkörper 11B - 1 mit Hilfe des Mantelbrenners 5-1 auf dem porösen Glaskörper 11 - A ausgebildet; schließlich
wird ein zweiter poröser Glasmantelkörper 11B - 2 mit
Hilfe des Mantelbrenners 5-2 gebildet. 35
L ■ ' -I
130017/0596
1 Ein Beispiel für die Bedingungen bei der Gaszufuhr zu den Brennern 4, 5 - 1 und 5-2 wird nachstehend angegeben:
Kernbrenner 4:
Blasdüse 91 für das Rohgas:
Blasdüse 91 für das Rohgas:
SiCl4 (40°C Sättigungsteirperatur; 70 cm3 /min Strömungsgeschwindigkeit
des Trägergases Ar) GeCl. (200C Sättigungstemperatur; 50 cm3 /min Strömungsgeschwindigkeit
des Trägergases Ar) 10 Schutzgas-Blasdüse 92:
1,5 l/min des Ar-Gases Blasdüse 9J für das brennbare Gas:
2 l/min für das H„-Gas Blasdüse 94 für das Hilfsgas:
7 l/min für das O3-GaS Blasdüse 95 für das Steuergas:
0,4 l/min für das Ar-Gas Hilfsblasdüse 96 für das Brenngas:
1 l/min für das H„-Gas 20
Mantelbrenner 5 - 1:
Blasdüse 91 für das Rohgas:
SiCl4 (40°C Sättigungstemperatur; 1OO cm3/min Strömungsgeschwindigkeit
des Trägergases Ar) Schutzgas-Blasdüse 72:
1 1/min für das He-Gas Blasdüse 73 für das brennbare Gas:
3 l/min für das !!„-Gas Hilfsgas-Blasdüse 74:
4 l/min für das O3
130017/0598
1 Mantelbrenner 5-2:
Blasdüse 71 für das Rohgas;
SiCl. (4O°C Sättigungstemperatur; 200 cm3/min
Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases Ar)
Schutzgas-Blasdüse 72:
Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases Ar)
Schutzgas-Blasdüse 72:
1 l/min für das He-Gas Blasdüse 73 für das brennbare Gas:
3,5 l/min für das H_-Gas Hilfsgas-Blasdüse 74:
^q 4 l/min für das O~-Gas
Bei diesen Strömungsbedingungen wird der poröse Glaskernkörper
11A mit 10 mm Durchmesser mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von etwa 40 mm/h gebildet. Um den Glaskörper
11A wird ein erster poröser Glasmantelkörper 11B - 1 mit
etwa 30 mm Durchmesser gebildet, um diesen ersten porösen
Glasmantelkörper 11B- 1 wird ein zweiter poröser Glasmantelkörper 11B - 2 mit etwa 60 mm Durchmesser gebildet. Nach etwa 10 Stunden erhält man einen durchsichtigen Glasrohling mit 3O mm Außendurchmesser, 5 mm Kerndurchmesser und 15 cm effektiver Länge. Die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kernbereich und den Mantelbereichen beträgt 0,0044.
etwa 30 mm Durchmesser gebildet, um diesen ersten porösen
Glasmantelkörper 11B- 1 wird ein zweiter poröser Glasmantelkörper 11B - 2 mit etwa 60 mm Durchmesser gebildet. Nach etwa 10 Stunden erhält man einen durchsichtigen Glasrohling mit 3O mm Außendurchmesser, 5 mm Kerndurchmesser und 15 cm effektiver Länge. Die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Kernbereich und den Mantelbereichen beträgt 0,0044.
Die Abmessungen des Kieselglasrohrs 50 sind so ausgewählt, daß der Kerndurchmesser der Lichtleitfaser 8 μΐη beträgt.
Danach wird der durchsichtige Glasrohling gemäß Fig. 13
ummantelt und schließlich gezogen. Die so erhaltene Lichtleitfaser hat eine Grenzwellenlänge von 1,13 μπι. Aus einem durchsichtigen Glasrohling von. 15 cm Länge erhält man zwei Monomode-Lichtleitfasern von jeweils 25 km Länge. Die
Danach wird der durchsichtige Glasrohling gemäß Fig. 13
ummantelt und schließlich gezogen. Die so erhaltene Lichtleitfaser hat eine Grenzwellenlänge von 1,13 μπι. Aus einem durchsichtigen Glasrohling von. 15 cm Länge erhält man zwei Monomode-Lichtleitfasern von jeweils 25 km Länge. Die
optischen Transmissionsverluste dieser Lichtleitfaser sind außerordentlich gering: etwa 0,5 dB/km bei 1,55 μπι Wellenlänge.
Die OH-Absorptionsverluste bei 1,39 μπι Wellenlänge
sind außerordentlich gering: 2 dB/km oder weniger.
35
sind außerordentlich gering: 2 dB/km oder weniger.
35
1 30017/0596
Γ 4R Π
Der erfindungsgemäß vorgesehene Versatz der Blasdüse für
das Rohgas gegenüber der Blasdüse für das brennbare Gas in dem Kernbrenner spielt eine wesentliche Rolle bei der
dünnen Ausbildung des porösen Glaskernkörpers und damit Erhöhung des Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnisses.
Selbst wenn die Blasdüse für das Rohgas nicht geometrisch versetzt ist, beispielsweise bei Verwendung eines Brenners,
dessen Querschnitt in Fig. 24 dargestellt ist, kann bei geometrischem Versatz des aus dem Brenner herausgeblasenen
Rohgases entscheidend verhindert werden, daß sich die feinen Glaspartikel ausbreiten (quer zur Strömungsrichtung).
Fig. 24 zeigt eine Blasdüse 111 für Rohgas, eine Schutzgas-Blasdüse
112, eine Blasdüse 113 für brennbares Gas, eine
Hilfsgas-Blasdüse sowie Blasdüsen 115 oder 116 für Steuergas
. Die Düsen 111, 115 und 116 werden durch Trennwände
118 und 119 festgelegt, die symmetrisch in einem im Querschnitt
rechteckigen Rohr 117 angeordnet sind. Die im Querschnitt rechteckigen Düsen 112 bis 114 werden dadurch gebildet,
daß das rechteckige Rohr 117 von rechteckigen Vielfachrohren 120, 121 und 122 umgeben ist. Für diese Rohre 117,
120, 121 und 122 sowie die Trennwände 118 und 119 kann Kieselglas verwendet werden. Die Abmessungen der entsprechenden
Teile des Brenners 4 ergeben sich beispielsweise unter
25 Berücksichtigung der Skala (10 mm) in Figur 24.
Ein Beispiel für die Gaszuführungsbedingungen zum Kernbrenner 4 gemäß Fig. 24 ist nachstehend angegeben:
Blasdüse 111 für Rohgas:
30 SiCl. (4O°C Sättigungstemperatur; 70 cm3/min Strö
mungsgeschwindigkeit des Trägergases Ar GeCl4 (2O°C Sättigungstemperatur; 50 cm3/min Strömungsgeschwindigkeit
des Trägergases Ar) Schutzgas-Blasdüse 112:
1,5 1/rnin Ar-Gas
1,5 1/rnin Ar-Gas
Blasdüse 113 für brennbares Gas: 1 l/min für H2
L -I
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1 Hilfsgas-Blasdüse 114:
7 1/iriin für O2-GaS
Steuergas-Blasdüse 115:
2 1/min für H.-Gas 5 Steuergas-Blasdüse 116:
Kein Gas
Mit diesen GasZuführungsbedingungen sowie bei Anordnung der
Düse 115 an einer oberen Stelle sowie der Düse 116 an einer
unteren Stelle wächst ein poröser Glaskörper mit einem porösen Glaskernkörper 11A mit relativ geringem Durchmesser
von etwa 25 mm, da der Strahl aus feinen Glaspartikeln im wesentlichen unterhalb des Sauerstoff/Wasserstoff-Strahls
am Blasende des Kernbrenners 4 versetzt ist. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit
des HL-Gases von den Düsen 115 und
gleich ist, beispielsweise 1 l/min beträgt, so wird der
Durchmesser des porösen Glaskernkörpers 11A etwa 50 mm, so daß man in diesem Fall keinen Glaskörper 11A mit geringem
Durchmesser erhält. Die Bildung des porösen Glaskörpers mit Hilfe des Kernbrenners, der das Rohmaterial gegenüber dem
Sauerstoff/Wasserstoff-Flammenstrahl versetzt herausbläst,
liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
Erfindungsgemäß werden insbesondere die nachstehenden Vor-
^5 teile erzielt:
1. Der poröse Rohling kann in Axialrichtung mit geringen
Schwankungen (in der Größenordnung von ± 1 mm) des Außendurchmessers des Rohlings stabil wachsen. Insbesondere
wenn der Neigungswinkel θ = 30 bis 40° und der Abstand A = 5 bis 10 ram betragen, so werden die Außendurchmesser
Schwankungen auf weniger als _+ 0,5 mm reduziert.
^5 2. Wenn der Neigungswinkel θ von 10 bis 60° beträgt, so
kann die Wachstumsgeschwindigkeit in Axialrichtung
L -I
130017/0596
Γ - so - - 303691S1
relativ einfach erhöht werden. Wenn insbesondere θ = 30
bis 40° ist, so wird die Wächstumsgeschwindkeit auf 70
bis 100 mm/h erhöht, und es ist relativ einfach einen langen Rohling herzustellen, der einer Lichtleitfaser
5 mit 50 bis 100 km entspricht.
3. Durch den Auslaß in der Nähe der Wachstumsoberfläche des Rohlings im Abstand von 1 bis 5O mm von der Wachstumsoberfläche wird die Bildung einer Schicht aus feinen
Glaspartikeln mit niedriger Rohdichte auf dem Umfang des porösen Glasrohlings verhindert. Daher wächst der poröse
Rohling in stabiler Weise mit gleichförmigem Außendurchmesser und ohne Bildung von Rissen in der Umfangsfläche
des Rohlings.
4. Die Brechungsindexverteilung kann durch eine bestimmte
Temperaturverteilung auf der Wachstumsoberfläche des porösen Rohlings gesteuert werden. Dadurch können Gradientenfasern
mit großer Bandbreite und geringen Trans-
20 missionsverlusten hergestellt werden.
5. Lichtleitfasern mit geringen Transmissionsverlusten können in der Weise hergestellt, daß zunächst ein poröser
Kernrohling in Axialrichtung stabil wächst, und zwar mit verminderter Schwankung des AuSendurchmessers, und daß
dann auf dem Kernrohling der poröse Mantelrohling niedergeschlagen wird. Erfindungsgemäß können daher Monomode-
oder Multimode-Lichtleitfasern. mit niedrigen Transmissionsverlusten
hergestellt werden.
6. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher insbesondere für die Massenproduktion von langen Lichtleitfasern
mit geringen TransmissionsVerlusten. Dies führt
zu einer Verminderung der Faserkosten. Die Möglichkeiten
^ für den Einsatz von Kurzstreckenübertragungssystemen und
Übertragungsnetzen mit großen Teilnehmerzahlen unter Ver-
L · . J
130017/059 6
Γ "I
Wendung von Lichtleitfasern werden dadurch verbessert.
7. Ein poröser Glaskernkörper mit einem geringen Durchmesser
von weniger als 20 mm kann leicht hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße VAD-Verfahren gestattet daher die Herstellung von Glasrohlingen für Monomode-Lichtleitfasern
mit einem Manteldurchmesser/Kerndurchmesser-Verhältnis von mindestens 3. Dies gestattet die Massenproduktion
von langen Monomode-Lichtleitfasern mit geringen Transmissionsverlusten.
8. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet ferner die Herstellung
von Rohlingen für Multimode-Lichtleitfasern.
In diesem Fall kann die Dicke des porösen Glasmantel-1^
körpers vergrößert werden, so daß eine zusätzliche Ummantelung mit einem Siliciumdioxidrohr nicht erforderlich
ist.
1300 17/0596
Claims (1)
- VOSSIUS VOSSIUS- TA UCHNER ■ HEUNEMANN ■ RAUHSIEBERTSTRASSE 4·· 8OOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O8 9) 47 4O75 CABLE: B ENZOLP AT EN T MÖNCHEN · TELEX 5-29 453 VOPAT D303691gu.Z.: P 822 (He/kä) 30. September 1980Case: TA 80 448NIPPON TELEGRAPH & TELEPHONE PUBLIC CORPORATION Tokio, Japan
10Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Lichtleitfasern " .Priorität: 9. Oktober 1979, Japan, Nr. 129 530/797. Januar 1980, Japan, Nr. 33/807. Januar 1980, Japan, Nr. 34/8011. Juli 1980, Japan, Nr. 93 841/8020 Patentansprüche1i Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Lichtleitfasern, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
25a) Bewegen eines Zuchtstabes in Axialrichtung unter gleichzeitiger Drehung um die Längsachse,b) getrenntes Herausblasen eines Glasrohgases und eines flammenbildenden Gases aus einem Synthesebrenner, der um 10 bis 60° gegenüber der Drehachse des Zuchtstabes geneigt ist, um Glaspartikel zu synthetisieren und diese auf dem einen Ende des sich bewegenden und rotierenden Zuchtstabes niederzuschlagen, so daß ein zylindrischer,, poröser Rohling in Richtung der Rotationsachse des Zucht-35 Stabes wächst und130017/0596ORIGINAL INSPECTEDΓ _ Πc) Erwärmen des zylindrischen, porösen Rohlings auf eine hohe Temperatur, um diesen zu einem durchsichtigen Rohling für Lichtleitfasern zu verglasen.2. Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Lichtleitfasern, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschrittw:a) Bewegen eines Zuchtstabes in Axialrichtung unter gleichzeitiger Drehung um die Längsachse,b) getrenntes Herausblasen von Glasrohgas und von flammenbildendem Gas aus einem Synthesebrenner, um feine Glaspartikel aus dem Glasrohgas durch Flammenhydrolyse oder thermische Oxidation bei hoher Temperatur zu synthetisieren, wobei die Glaspartikel herausgeblasen und auf dem einen Ende des Zuchtstabes niedergeschlagen werden, so daß auf diesem in Richtung der Rotationsachse ein zylindrischer, poröser Rohling wächst,c) Abführen von Glaspartikeln, die nicht an der Wachstumsfläche des zylindrischen, porösen Rohlings aus Glaspartikeln anhaften, von bei der Hydrolyse oder bei der Oxidation erzeugten Gasen sowie von nicht umgesetztem Glasrohgas und flammenbildenden Gasen durch mindestens einen Auslaß, der im Abstand von 1 mm bis 50 mm vom Umfang des durch den Niederschlag der Glaspartikel erzeugten, zylindrischen, porösen Rohlings und neben der Wachstumsoberfläche des Rohlings angeordnet ist, undd) Erwärmen des zylindrischen, porösen Rohlings auf eine hohe Temperatur, um diesen zu einem durchsichtigen Rohling für Lichtleitfasern zu verglasen.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Synthesebrenner um 10 bis 60° gegenüber der Drehachse des Zuchtstabes angeordnet ist, so daß die Glaspartikel schräg auf das eine Ende des Zuchtstabes geblasen und dort35 niedergeschlagen werden.L J130017/05964. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß relativ zum zylindrischen, porösen Rohling gegenüber dem Synthesebrenner angeordnet ist.5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Synthesebrenner als Brenner für den Kern (Kernbrenner) dient und daß der durchsichtige Rohling als Rohling für Multimode-Lichtleitfasern gebildet wird.6. Verfahren nach Anspruch Ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Synthesebrenner als Brenner für den Kern (Kernbrenner) dient, daß der zylindrische, poröse Rohling ein poröser Kernrohling ist und daß auf dem Umfang des porösen Kernrohlings mittels eines Mantelbrenners ein poröser Rohling für die Umhüllung (poröser Mantelrohling) niedergeschlagen wird.7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrenner um 30 bis 50° gegenüber deren Rotationsachse geneigt ist, und daß der durchsichtige Rohling als Rohling für Monomode-Lichtleitfasern gebildet wird.8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß bezüglich des zylindrischen, porösen Rohlings ge-25 genüber dem Kernbrenner angeordnet ist.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Synthesebrenner gegenüber der Rotationsachse um 30 bis 40° geneigt ist.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Auslasses vom Umfang des zylindrischen, porösen Rohlings 5 bis 10 mm beträgt.11. Verfahren zur Herstellung von Rohlingen für Monomode-Lichtleitfasern, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :i 3 c ο 17 / ο 5 9 e1 a) Bewegen eines Zuchtstabes in Axialrichtung unter gleichzeitiger Drehung um die Längsachse,b) Erzeugen eines Strahls feiner Glaspartikel für den Kern mit Hilfe eines Kernbrenners exzentrisch zum Mittelbereich eines Flammenstrahls,c) Verbinden und Niederschlagen eines porösen Glaskörpers auf dem einen Ende des Zuchtstabes und Anwachsen des porö sen Glaskörpers in Axialrichtung des Zuchtstabes mit Hilfe des Kernbrenners,d) Erzeugen von Glaspartikeln für die Umhüllung (Mantel) mit mindestens einem Mantelbrenner,e) Anlagern und Niederschlagen eines porösen Glaskörpers für die Umhüllung (poröser Glasmantelkörper) auf dem Umfang des porösen Glaskernkörpers und Anwachsen des po-15 rösen Glasmantelkörpers in Axialrichtung des Zuchtstabes,um eine Umhüllungsschicht (Mantel) zu bilden, e) Erwärmen des erhaltenen, porösen Glaskörpers, um diesenzu einem durchsichtigen Glaskörper zu verglasen und' g) Verkapseln des durchsichtigen Glaskörpers in einem Siliciumdioxidrohr.12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrenner gegenüber dem Zuchtstab um 30 bis 50°geneigt ist.
2513. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, ·■" daß der Kernbrenner gegenüber dem Zuchtstab um 30 bis 40° geneigt ist.14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,a) daß mindestens ein Auslaß im Abstand von 1 bis 50 mm vomUmfang des porösen Kernrohlings und des porösen Mantelrohlings und neben der Wachstumsoberflächen der beiden porösen Rohlinge angeordnet ist, und130017/059SΓ -s- J0369181b) daß durch diesen Auslaß feine Glaspartikel, die nicht auf den Wachstumsoberflachen der porösen Rohlinge anhaften und dort niedergeschlagen werden, bei der Flammenhydrolyse oder bei der thermischen Oxidation in den Kernbrenner und den Mantelbrenner erzeugten Gase sowie restliche, nicht umgesetzte Glasrohgase und flammenbildende Gase abgegeben werden.15.- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Auslasses oder der Auslässe gegenüber dem Umfang der porösen Rohlinge für den Kern und dem Mantel 5 bis 10 mm beträgt.16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbrenner eine Blasdüse für Glasrohgas sowie eine Blasdüse für brennbares Gas aufweist, wobei die letztere die erstere derart umgibt, daß das aus der Düse für das Glasrohgas herausgeblasene Glasrohgas in der Strahlrichtung gegenüber der Mitte eines durch die Blasdüse.für das brennbare Gas definierten InnenbereJchs und gegenüber einem aus der Blasdüse für das brennbare Gas herausgeblasenen Sauerstoff/Wasserstoff-Flammenstrahl versetzt ist.17. Kernbrenner zur Herstellung von porösen Kernrohlingen für Monomode-Lichtleitfasern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blasdüse für Glasrohgas und eine Blasdüse für brennbares Gas vorgesehen ist, und daß letztere die erstere derart umgibt, daß das aus der Düse für das Glasrohgas herausgeblasene Glasrohgas in der Strahlrichtung gegenüber der Mitte eines durch die Blasdüse für das brennbare Gas definierten Innenbereichsund gegenüber einem aus der Blasdüse für das brennbare Gas herausgeblasenen Sauerstoff/Wasserstoff-Flammenstrahl versetzt ist.18. Kernbrenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzgas-Blasdüse, die Blasdüse für das brennbareL -J130017/059S-6- f 03691s"1Gas sowie eine Hilfsgas-Blasdüse in dieser Reihenfolge die Blasdüse für das Glasrohgas umgebend angeordnet sind, und daß die Blasdüse für das Glasrohgas gegenüber der Mitte eines durch die Schutzgas-Blasdüse definierten Innenbereichs5 versetzt ist.19. Kernbrenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Schutzgas-Blasdüse definierten Innenbereich neben der Blasdüse für das Glasrohgas eine Blasdüse vorgesehen ist, mit der ein Steuergas herausgeblasen wird, um den Durchmesser des porösen Kernrohlings zu steuern, und daß eine Blasdüse für ein Hilfsbrenngas neben der Durchmessersteuerblasdüse angeordnet ist.20. Kernbranner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzgas-Blasdüse, die Blasdüse für das brennbare Gas sowie eine Hilfsgas-Blasdüse in dieser Reihenfolge die Blasdüse für das Glasrohgas umgebend angeordnet sind und daß eine Steuergas-Blasdüse zu beiden Seiten der Blasdüse für das Glasrohgas in einem durch die Schutzgas-Blasdüse definierten Innenbereich angeordnet ist, so daß das aus der Blasdüse für das Glasrohgas herausgeblasene Glasrohgas durch Steuerung des aus der Steuergasblasdüse herausgeblasenen Gases gegenüber dem Sauerstoff/Wasserstoff-25 Flammenstrahl versetzt wird.L -J1 3QQ17/0598
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