DE3101998C2 - Infrarot-Lichtleitfaser - Google Patents
Infrarot-LichtleitfaserInfo
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Abstract
Die Infrarot-Lichtleitfaser weist einen Kern auf, der vorwiegend aus einem Halogenid besteht, dem eine geringe Menge eines zusätzlichen, anderen Halogenids zugegeben wird. Bei dieser Lichtleitfaser bleibt die Infrarot-Transmission über einen langen Zeitraum stabil.
Description
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Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Lichtleitfaser mit
einem Kern aus einem Halogenid, wie TlBr, TlCl, AgBr, Cs] oder CsBr.
IR-Lichtleitfasern mit einem Kernmaterial aus einem
Halogenid, wie TlBr, TlCl, AgBr, CsJ und CsBr können Infrarotlicht größerer Wellenlänge übertragen als IR-Lichtleitfasern
aus Materialien, wie Quarz und Glas, und werden daher in vorteilhafter Weise als Übertrager im
Langwellenbereich, etwa für CO2- oder CO-Laser eingesetzt.
Diese IR-Lichtleitfasern haben jedoch den Nachteil, daß ihre Infrarot-Transmissionseigenschaften
rasch abnehmen.
Aus der DE-OS 28 21 642 ist eine derartige Lichtleitfaser bekannt, deren Kern aus einem kristallinen Halogenid
eines Metalles aus den Gruppen IA, IB oder IHA des periodischen Systems der Elemente besteht.
Die vorstehenden Halogenide weisen derartig schmale Elastizitätsbereiche auf, daß die daraus hergestellten
Lichtleitfasern bereits bei Einwirkung einer sehr geringen Biegekraft sehr leicht plastisch verforrnt werden.
Die plastische Verformung verstärkt die Übergangsschicht zwischen dem Kern und der Überzugsschicht
der optischen Fasern bis zu einem Punkt, wo die unebene Zwischenschicht Streuverluste des Infrarotlichts sowie
eine Verschlechterung der Transmission verursacht.
Die vorstehenden IR-Lichtleitfasern werden durch Extrusion oder durch Ziehen hergestellt, so daß die erzeugten
Kerne eine polykristalline Textur annehmen. Mit fortschreitendem Zeitablauf ermöglichen daher die
Kerne ein Wachstum der Mikrokristalle und unterliegen daher allmählich einer inneren Texturänderung. Gleichzeitig
wird die Zwischenschicht zwischen dem Kern und der Umhüllungsschicht allmählich so weit gestört, daß
sich eine Abnahme der Transmission der Lichtleitfaser ergibt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine IR-Lichtleitfaser zu schaffen, der?n IR-Transmissionseigenschaften
für einen langen Zeitraum eo stabil bleiben.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei der erfindungsgemäßen Infrarot-Lichtleitfaser der Kern aus einem
Halogenid, wie TlBr, TlCI. AgBr, AgCI, CsJ oder CrBr, der gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patent- es
anspruchs I mit einem geringen Halogenidzusatz dotiert ist.
Da der erfindungsgemäß vorgesehene Zusatz (Dotierungsmittel) das andernfalls mögliche gegenseitige Verschieben
der Mikrokristalle behindert, weist die erfindungsgemäße Lichtleitfaser eine erhöhte mechanische
Festigkeit des Kerns, eine Vergrößerung des Elastizitätsbereichs sowie eine Abnahme dar Zwischenflächenverstärkung
aufgrund plastischer Verformung auf. Fern;r behindert der Zusatz das Wachstum der Mikrokristalle
und ermöglicht eine lange Aufrechterhaltung der inneren Textur des Kerns, die sich bei der Herstellung
der Lichtleitfaser eingestellt hat; dadurch ergibt sich eine lang andauernde Stabilität der Infrarot-Transmissionseigenschaften
des Kerns.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Stufenindex-IR-Lichtleitfaser
ohne Umhüllungsglas, auf die die Erfindung anwendbar ist,
Fig.2 eine schematische Darstellung einer IR-Lichtleitfaser
mit einem Kern sowie Umhüllungsglas, auf die die Erfindung anwendbar ist und
Fig.3 eine graphische Darstellung der IR-Transmission
der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser.
Fig. 1 zeigt eine IR-Lichtleitfaser ohne Umhüllungsglas mit einem Kern 1 aus einem Material, dessen Brechungsindex
größer ist als der von Luft. Ein IR-Lichtstrahl 1, der in den Kern 1 durch dessen eines Ende
eingetreten ist, wird zum anderen Ende des Kerns 1 fortgeleitet und dabei einer wiederholten Totalreflexion
an der Oberfläche des Kerns 1 unterworfen (d. h. an der Grenzfläche zwischen dem Kern 1 und der Umgebungsluft).
Fig.2 zeigt eine Stufenindex-IR-Lichtleitfaser mit
Duplex-Struktur, bestehend aus einem Kern 1 mit hohem Brechungsindex und einem Umhüllungsglas 2 mit
niedrigem Brechungsindex. Ein am einen Ende des Kerns 1 eingetretener IR-Lichtstrahl 1 wird zum anderen
Ende des Kerns 1 fortgeleitet und dabei an der Grenzschicht zwischen Kern 1 und dem Umhüllungsglas
2 wiederholt totalreflektiert.
Der Kern 1 der vorstehend beschriebenen IR-Lichtleitfaser gemäß der Erfindung wird in der Weise hergestellt,
indem als Hauptbestandteil ein Metallhalogenid, wie TlBr, TlCl, AgBr, AgCl, CsI und CsBr, ausgewählt
wird, und diesem Hauptbestandteil wird als Spurenzusatz im Molverhältnis 10-' bis 10~4, bezogen auf die
Hauptkomponente, ein Halogenid zugegeben, das aus einem der Alkalimetalle Li Na, K, Rb oder Cs oder aus
einem der Erdalkalimetalle Ca, Sr oder Ea sowie aus einem der Halogene F, Cl, Br oder J besteht, wobei der
Halogenidzusatz das gleiche Kation oder Anion wie das Kernbasismaterial aufweist und der andere Bestandteil
des Halogenidzusatzes sich von dem entsprechenden Bestandteil des Kernbasismaterials unterscheidet; das
erhaltene Gemisch wird thermisch verschmolzen, und das geschmolzene Gemisch wird zu einem dünnen Stab
gegossen, dessen Durchmesser durch das anschließende Extrudieren oder Ziehen vorgegeben wird. Beispielsweise
kann als Zusatz ein Tl-Halogenid aus einem der vorstehend erwähnten Halogene eingesetzt werden.
Wenn der Anteil des Spurenzusatzes nicht weniger als 10-' beträgt, so ist die Gleichförmigkeit der Verteilung
des Zusatzes in dem Kernmaterial so stark beeinträchtigt, daß die Herstellung einer Faser homogener
Qualität schwierig wird.
Wenn der Anteil des Spurenzusatzes nicht mehr als ΙΟ-4 beträgt, so ist jedoch die gewünschte Wirkung des
Zusatzes hinsichtlich der Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften des Kerns nicht in zufriedenstellen-
31 Ol
der Weise zu erreichen.
Das Halogenid der Hauptkomponente des Kerns und
aas Halogenid des Spurenzusatzes sollten so ausgewählt werden, daß sie in dem Kernmaterial das gleiche
Kation oder Anion aufweisen. Wird beispielsweise TlBr als Material für den Kern 1 verwendet so kann als Spurenzusatz
eine der folgenden Substanzen verwendet werden: TlCI, TlI, LiBr, CaBr2, SrBr2, BaBr2, NaBr, KBr,
RbBr oder CsBr.
Eine IR-Lichtleitfaser mit einem Kern ohne Umhüilungsglas
gemäß Fig. 1 kann in der Weise hergestellt werden, indem etwa TlBr als Hauptmaterial für den
Kern ausgewählt wird; diesem Hauptmaterial wird als Spurenzusatz eine geringe Menge an TlCl zugegeben,
und das erhaltene Gemisch wird thermisch verschmolzen, und das geschmolzene Gemisch wird zu einem dünnen
Stab gegossen, dessen Durchmesser durch das anzuwendende Extrusions- oder Ziehverfahren festgelegt
wird. Die so erhaltene IR-Lichtleitfaser weist einen höheren
Brechungsindex als Luft auf.
Eine IR-Lichtleitfaser gemäß F i g. 2 erhält man durch Auswahl etwa von TlBr als Hauptmaterial für den Kern,
durch Zugabe einer geringen Menge von etwa TlCl oder TIJ als Spurenzusatz zum Hauptmaterial, durch
Herstellen des Stabes aus dem erhaltenen Gemisch in der gleichen Weise wie vorstehend erläutert, durch Auswahl
von etwa TlCl als Umhüllungsmaterial und durch Ausformen dieses Halogenids zu einem Rohr, dessen
Innendurchmesser groß genug ist, damit der vorstehend erwähnte Stab eingeführt werden kann; schließlich wird
der Stab in das Rohr eingeführt, und das aus dem Stab und dem Rohr bestehende Verbundteil wird zu einem
umhüllten Kern geformt, dessen Durchmesser durch das anzuwendende Extrusions- oder Ziehverfahren vorgegeben
wird. Dadurch erhält man eine IR-Lichtleitfaser mit Duplex-Struktur (2-Stufenindexfaser).
Die erfindungsgemäße IR-Lichtleitfaser verwendet als Spurenzusatz ein Halogenid, das das gleiche Kation
oder das gleiche Anion wie das Hauptmaterial des Kerns aufweist. Da die Regelmäßigkeit der Kristalle in
dem Kernmaterial durch die Zugabe dieses Spurenzusatzes aufgehoben ist, werden das Verschieben zwischen
den Kristallmolekülen des Kernmaterials sowie das Mikrokristallwachstum in dem Kern behindert, so
daß die Elastizitätsgrenze stark erhöht wird; gleichzeitig wird die Infrarot-Transmission der Faser für einen langen
Zeitraum stabilisiert.
durch die erhöhte Elastizitätsgrenze bei der IR-Lichtleitfaser mit dem Spurenzusatz aller Verformungen in
den elastischen Bereich fallen, so daß der oberflächliche und der innere Zustand der Faser nicht merklich verschlechtert
werden und so die Lichttransmission der Faser über einen langen Zeitraum stabil bleibt.
Derartige Verformungen der Lichtleitfaser werden beispielsweise durch Kräfte verursacht, die zum Biegen
oder Verformen der Faser bei der Formgebung der Lichteintritts- oder Lichtaustritts-Endfläche der Faser
oder zum Durchführen verschiedener Maßnahmen beim Messen der Transmission einwirken.
Demgegenüber ist die zum Vergleich hergestellte Lichtleitfaser ohne Spurenzusatz bei Einwirkung von
Kräften zum Biegen oder Verformen sehr leicht einer plastis'Jien Verformung ausgesetzt, und hieraus ergaben
sich eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften auf der Oberfläche und im Innern der Faser
sowie eine Beeinträchtigung der Transmission der Faser in kurzer Zeit.
50
Als Hauptmaterial für den Kern wird TlBr verwendet, dem TICI als Spurenzusatz im Molverhältnis von 10~2
bezogen auf die Menge des Hauptmaterials zugegeben wird. Das erhaltene Gemisch wird bei etwa 4400C geschmolzen,
und das geschmolzene Gemisch wird zu einem Stab von 500 μηι Durchmesser und 3 m Länge extrudiert.
Man erhält so eine nicht umhüllte IR-Lichtleitfaser.
Die Transmission der erhaltenen Lichtleitfaser wird gemessen, und die Ergebnisse sind in F i g. 3 dargestellt;
dort gibt die durchgezogene Linie die Transmission der erfindungsgemäßen IR-Lichtleitfaser mit dem Spurenzusatz
wieder. Zum Vergleich gibt die gestrichelte Linie die Transmission einer IR-Lichtleitfaser wieder, die unter
den gleichen Bedingungen wie die vorstehende Faser hergestellt wurde, wobei jedoch kein Spurenzusatz
zugegeben wurde.
Aus der graphischen Darstellung ergibt sich, daß Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Infrarot-Lichtleitfaser mit einem Kern aus einem Halogenid, wie TlBr, TlCl, AgBr, CsJ oder CsBr,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) eine geringe Menge eines Halogenidzusatzes aus einem
Metall der Gruppe Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba oder Tl und mit einem Halogen aus der Gruppe F, Cl,
Br oder J enthält, wobei der Halogenidzusatz das gleiche Kation oder Anion wie das KernbaEismaterial
aufweist und der andere Bestandteil des Halogenidzusatzes sich von dem entsprechenden Bestandteil
des Kernbasismaterials unterscheidet
2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Halogenidzusatzes, bezogen
auf die Menge des Kernbasismaterials, 10-' bis 10-4 Mol beträgt
10
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: VOSSIUS, V., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. TAUCHNER, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HEUNEMANN, D., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. RAUH, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: TAUCHNER, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HEUNEMANN, D., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. RAUH, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |