DE3149168A1

DE3149168A1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines vorformlings fuer eine optische faser

Info

Publication number: DE3149168A1
Application number: DE19813149168
Authority: DE
Inventors: Nakahara Mito Ibaraki Motohiro; Yoshioka Noaki; Miyajiri Tetsuo; Kuwara Yokohama Kanagawa Toru
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone Public Corp Tokyo; Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1980-12-12
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1982-07-29
Also published as: CA1179213A; JPS6126505B2; GB2092124A; GB2092124B; US4421540A; FR2496088A1; FR2496088B1; JPS57100934A; DE3149168C2

Description

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Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Vorformlings für eine optische Faser

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für eine optische Faser, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Vorformlings für eine optische Faser durch Speisung eines Muffelofen mit einem konstanten Gasvolumen.

Das Gebiet der Fasernoptik hat in zunehmendem Maße die Aufmerksamkeit von Forschern und Entwicklern als Medium für Kommunikations-Zwecke auf sich gezogen j diese Technologie ist soweit fortgeschritten, daß jetzt kommerziell verwendbare optische Fasern hergestellt werden können. Es werden jedoch noch weitere Untersuchungen durchgeführt, um die übertragungsverluste solcher Fasern zu verringern.

Eine herkömmliche Vorrichtung zur Herstellung von Vorformlingen für optische Fasern ist schematisch in Figur 1 dargestellt. Dabei ist am Boden eines Muffelofens 1, d.h., eines zum Schutz dienenden Reaktions-Behälters (der üblicherweise ein inneres Volumen von ungefähr 2 1 bis 200 1 hat) ein Knallgas-Brenner 2 angeordnet. Der Brenner weist im allgemeinen mehrere Düsen auf, durch die ein glasbildendes Material und ein Dotierungsmittel für die Modifikation des Brechungsindex des Glases nach oben ausgegeben werden, um eine vorgegebene Verteilung der Gase im Innern des Muffelofens zu erhalten. Das glasbildende Material wird mit der Flamme von dem Brenner hydrolysiert (oxydiert), so daß sich ein Verbrennungsprodukt 4 ablagert, und zwar zu Beginn auf der Spitze einer dem Brenner zugewandten Tragstange 3 und dann auf der abgelagerten Fläche des Vorformlings, wenn die Stange unter Drehung nach oben gezogen wird.

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Als Ergebnis der Flammenhydrolyse werden jedoch in dem

*" Muffelofen Reaktionsgase erzeugt, wie beispielsweise Wasserdampf, Wasserstoffchlorid-Gas und Chlorgas; diese Gase haben ungünstige Auswirkungen auf die Verteilung des Brechungsindex und andere Eigenschaften des Vorformlings. Um dies zu verhindern, ist der Muffelofen 1 mit einer Öffnung 5, durch die Luft zugeführt wird, und mit einer Auslaßöffnung 6 versehen, durch die unerwünschte Gase nach außen abgegeben werden. Die Auslaßöffnung 6 ist mit einem Auslaßrohr 7 verbunden, das an eine Behandlungseinrichtung 8 für das Abgas angeschlossen ist (üblicherweise mit einer Querschnittsfläche von ungefähr 2 cm² bis ungeführ 80 cm³:) diese Behandlungseinrichtung 8 ist wiederum mit einem Gebläse 9 verbunden, welches das Abgas aus der Vorrichtung absaugt. Die Behandlungseinrichtung 8 für das Abgas ist

üblicherweise ein Waschturm, in dem das Abgas in Berührung mit Wasser oder einer wässrigen Natriumhydroxyd-Lösung kommt, wodurch das durch die Reaktion zwischen dem Siliziumchlorid und dem Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch erzeugte Wasserstoffchlorid-Gas mit der wässrigen Natriumhydroxyd-Lösung neutralisiert wird, um eine Verunreinigung der Umgebung zu vermeiden.

Bei diesem Aufbau wird das Gas durch die Öffnung 5 zugeführt; nach der Reaktion werden die Reaktionsgase durch die Einrichtung 8 behandelt und dann nach außen an die Atmosphäre abgegeben. Die Reaktionsgase sind jedoch nicht das einzige Produkt, das durch das Rohr 7 in die Vorrichtung 8 gebracht wird; das glasartige Verbrennungsprodukt und das Wasserstoffchlorid-Gas werden ebenfalls der Vorrichtung 8 durch das Rohr 7 zugeführt; als Ergebnis hiervon baut sich das Verbrennungsprodukt auf und das Gas kondensiert an der Innenwand des Rohrs 7, um den Strömungswiderstand für die Durchströmung des Abgases zu erhöhen.

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Wenn das Abgas kontinuierlich unter der Wirkung des Gebläses 9 aus der Behandlungseinrichtung 8 nach außen abgegeben wird, bewirkt der sich erhöhende Widerstand der inneren Wand des Rohrs 7 eine Änderung in der Abgasmenge, die durch die Auslaßöffnung 6 abgegeben wird, wodurch sich wiederum die Gasmenge ändert, die durch die öffnung 5 zugeführt wird. Als Folge hiervon wird die Form der Flamme von dem Brenner 2 oder die Lage der Flamme relativ zu dem glasartigen Verbrennungsprodukt geändert.

Außerdem ändert sich die Temperatur in dem Muffelofen und insbesondere die Oberflächentemperatur des Verbrennungsproduktes 4, um schließlichieine Variation in der Verteilung der feinen Glasteilchen in dem Verbrennungsprodukt und/oder in der Verteilung des Brechungsindex der schließlieh erhaltenen optischen Faser zu verursachen. Aus diesen Gründen ist es extrem schwierig, mit dem herkömmlichen Verfahren einen qualitativ wertvollen Vorformling herzustellen.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen Vorformlings für eine optische Faser mit minimaler Änderung in der axialen Verteilung des Brechungsindex zu schaffen, wobei dem Muffelofen ein konstantes Gasvolumen zugeführt wird. Dieses Ziel der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für eine optische Faser in einem Muffelofen durch Hydrolysieren eines gasförmigen,glasbildenden Materials mit einer Flamme von einem Knallgas-Brenner und durch Ablagerung des sich ergebenden Verbrennungsproduktes in Form einer Stange erreicht, wobei dem Muffelofen neben dem Gas von dem Brenner ein weiteres Gas zugeführt wird. Das zugeführte Gasvolumen wird konstant gehalten, indem die Menge eines Steuergases eingestellt wird, das einem Zwischenbereich eines Auslaßrohrs zugeführt wird; durch dieses Auslaßrohr werden die

Gase, die sich in dem Muffelofen bilden, sowie die feinen Glasteilchen nach außen abgegeben, die sich nicht in Stangenform ablagern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens 0 zur Erzeugung eines Vorformlings für eine optische Faser,

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Vorformlings für eine optische Faser gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform für den inneren Aufbau der Steuerung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben, wobei die gleichen Komponenten,die bereits in Fig. 1 dargestellt wurden, die gleichen Bezugszeichen haben. Zusätzlich ist in der Nähe der öffnung 5 ein Luftmeßgerät 10 vorgesehen; dieses Meßgerät ermittelt die Gasmenge (also das Gasvolumen), die dem Muffelofen 1 zugeführt wird; die festgestellte Menge wird als zu regelnde Variable benutzt.

0 Um eine konstante Gasmenge zuzuführen, ist an einen Zwischenbereich des Auslaßrohrs 7 eine Rohrverzweigung angeschlossen und mit einer Einstellklappe 12 versehen, deren Öffnungsgrad durch einen Impulsmotor 11 eingestellt wird. Die gegenüberliegende Seite der Einstellklappe 12 ist mit

j ι 4

-j j b ö

\ * einer öffnung 13 verbunden, durch die das Steuergas zuge-■-; führt wird; bei der dargestellten Ausführungsform ist

j diese Seite zur Atmosphäre hin offen, so daß Luft als Steu-

'. ergas eingesetzt wird. Dem Impulsmotor 11 wird ein Steuer-

; ⁵ signal von dem Luftmeßgerät 10 über eine Steuereinheit 14

zugeführt, beispielsweise einer Rückkopplungsregelung (also einer Regelung mit geschlossener Schleife) mit einer

■ ' primären Verzögerungsschaltung, wobei eine PI-Regelung verwendet wird, wie man in Fig. 3 erkennen kann. Die Menge des < ¹^ dem Muffelofen zuzuführenden Gases wird eingestellt, indem ■; die Geschwindigkeit des Gebläsewindes konstant gehalten

1 wird; die Geschwindigkeit des Gebläsewindes wird geregelt,

ji indem das Ausmaß der öffnung der Einstellklappe 12 einge-

ä stellt wird; wenn die Einstellklappe 12 geschlossen ist,

nimmt der Druckunterschied in dem Muffelofen 1 zu, so daß I der öffnung 5 mehr Gas zugeführt wird, während bei geöff-

j neter Einstellklappe der Druck in dem Muffelofen ansteigt,

.i so daß weniger Gas durch die öffnung 5 zugeführt wird;

.Γ dadurch nimmt wiederum das Volumen des Steuergases zu, das

20
i durch die öffnung 13 zugeführt wird. Auf diese Weise kann

.!| das Volumen des Gases, das durch die öffnung 5 zugeführt

': wird, konstant gehalten werden, indem der Impulsmotor 11

■ in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Luftmeßgerätes

^: 10 gesteuert wird.

: 25 .

Das Innere des gesaraten Systems wird gewöhnlich durch die I Wirkung des Gebläses 9 auf das Gas, z.B. Luft aus den

^! Öffnungen 5 und 13 unter einem etwas geringeren Druck

'· als Atmosphärendruck gehalten.

; 30

Die Öffnungen 5 und 13 sind gewöhnlich zur Atmosphäre hin . offen.

35

Duroli /.ul uhruacj einer konstanten Gusmerigo (bei dor dargestellten Ausführungsform Luft) zu dem Muffelofen 1 flackert die Flamme von dem Brenner 2 nicht, sondern nimmt eine konstante Form ein; die Lage der Flamme wird in Bezug auf die-Ablagerungsfläche des glasartigen Reaktionsproduktes konstant gehalten. Als Folge hiervon kann ein Vorformling für eine optische Faser mit gleichmäßiger axialer Verteilung des Brechungsindex sowie mit guter Grundbandbreite erhalten werden.

' Um die Vorteile des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem Fall zu demonstrieren, bei dem die Gaszuführung nicht gesteuert wird, wurden Untersuchungen durchgeführt. Bei diesem Test wurde ein zylindrischer Muffelofen mit einem Innenvolumen von 40 1 und mit einem Auslaßrohr mit einer Querschnittsfläche der öffnung von 12 cm² eingesetzt. Die Ergebnisse sind -im folgenden zusammengestellt.

eingestellt nicht eingestellt

Wachstumsrate 2 +_ 0,01 [ mm/min] 2 +_ 0,05 [mm/min.]

(angedeutet durch die Länge
des stangenförmigen Verbrennungsproduktes)

OD (Durchmesser) 60 _+ 0,3 [mm] 60 +2 [mm]

Grundbandbreite 800 MHz-Km bei 500 MHz-Km bei "

0,85 μια 0,85.Um

Geschwindigkeit, mit der die 40 _+ 3 Z/min 30-^50 -^/min überschüssige Luft durch die
Öffnung 5 zugeführt wird

'

···* »· 3 143 -3- ■ Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wurde die Steuerluft dem Muffelofen durch die Einstellklappe mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15 l/min, zugeführt.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird die Gasmenge, die dem Muffelofen zugeführt werden soll, bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eingestellt, indem ein Steuergas von einer Verzweigung zugeführt wird, die sich an einem Zwischenbereich des Ablaßrohrs befindet. 10

Deshalb kommt die Einstellklappe nicht mit dem Abgas in Berührung und wird keinen ungünstigen Einwirkungen ausgesetzt, wie beispielsweise Korrosion und Rohrverstopfung. Auch das Luftmeßgerät wird nicht durch die un- j erwünschten Wirkungen des Abgases beeinflußt. Als Folge hiervon gewährleistet das Verfahren nach der vorliegenden , Erfindung die Herstellung eines Vorformlings für optische Fasern mit gleichbleibender Qualität, mit gleichmäßiger Verteilung des Brechungsindex und mit verbesserter Grund- ,

bandbreite. I

Wenn die Form der öffnung 5 in dem Muffelofen oder der Widerstand des Rohrs für das Durchströmen des Abgases konstant ist, so ist das Konstanthalten des Drucks in dem Muffelofen äquivalent zu der Zuführung einer konstanten Gasmenge durch die öffnung 5. Sogar dann, wenn der Muf- ! felofen keine öffnung 5 aufweist, kann das Grundprinzipder vorliegenden Erfindung effektiv eingesetzt werden, um die Strömung eines konstanten Gasvolumens (üblicherweise Luft) durch Spalten in dem Muffelofen zu gewährleisten, wie beispielsweise zwischen dem oberen Loch in dem Muffelofen und der Tragstange 3. Um jedoch einen Stau des Gases in dem Muffelofen zu vermeiden, sind die öffnung 5 und die Auslaßöffnung nach einer bevorzugten Ausführungsform an Stellen in dem Muffelofen angeordnet, die soweit wie möglich voneinander entfernt sind. Bei einem zylindrischen Muffelofen, der vertikal installiert wird, wie es

-AO- in Fig- 2 dargestellt ist, sollte sich die Öffnung an einer höheren Stelle und die Auslaßöffnung an einer niedrigeren Stelle befinden, jedoch etwas höher als das .obere i

Ende des Brenners 2, um so eine turbulente Strömung der nach oben gerichteten, von' dem Brenner abgegebenen Gase zu vermeiden. Die Öffnung 5 und die Auslaßöffnung 6 können jedoch im wesentlichen auf gleicher Höhe auf den gegenüberliegenden Seiten des Muffelofens angeordnet werden./

Anstelle der Einstellklappe 12 und des Impulsmotors kann auch ein Strömungsregler, z.B. ein Mengenströmungsregler, mit der Öffnung 13 verbunden werden. Ein solcher Strömungsregler wird durch ein Steuersignal von"der Steuereinheit 14 derart gesteuert, daß Ga₉, z.B. Luft,- an I der Öffnung 13 unter einem Druck von 1-2 kg/cm² zugeführt j wird. '

Leerseite

Claims

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Vorformlings für eine optische Faser

Patentansprüche

Λ L Vorrichtung zur Erzeugung eines Vorformlings für eine optische Faser, dadurch gekennzeich net, daß in einem Muffelofen (1) ein gasförmiges, glasbildendes Material mit einer Flamme von einem Knallgas-Brenner (2) hydrolysiert und das sich ergebende Verbrennungsprodukt in Stangenform abgelagert wird, und daß der Muffelofen (1) mit einer öffnung (5), durch die dem Muffelofen (1) Gas zugeführt wird, mit einem Auslaßrohr (6), durch die in dem Muffelofen (1) gebildeten Gase und die feinen Glasteilchen, die sich nicht in Stangenform

TELEFON (OSS) S3 QB 69

TELEX OD-23 3SO

telesramme monapat

ablagern, ausgegeben werden, und mit einer in einem Zwischenbereich des Auslaßrohrs (6) angeordneten Steuerung (11, 12) für die Einstellung der Menge eines Steuergases versehen ist, das dem Zwischenbereich des Auslaßrohrs zugeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßrohr (6) an einer Stelle angeordnet ist, die höher als das obere Ende des Brenners (2) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das Auslaßrohr (6) oder an einer Stelle angeordnet ist, die höher als die Lage des Auslaßrohrs (6) ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für eine optische Faser in einem Muffelofen durch Hydrolysieren eines gasförmigen, glasbildenden Materials mit einer Flamme von einem Knallgas-Brenner und durch Ablagerung des sich ergebenden Verbrennungsproduktes in Stangenform, dadurch gekennzeichnet, daß dem Muffelofen neben dem Gas von dem Brenner ein weiteres Gas zugeführt wird, daß das Zuführvolumen dieses Gases durch Einstellung der Menge eines Steuergases konstant gehalten wird, das einem Zwischenbereich eines Auslaßrohrs zugeführt wird, durch das die sich in dem Muffelofen bildenden Gase und die feinen Glasteilchen, die sich nicht in Stangenform niederschlagen, ausgegeben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Muffelofen durch das Steuergas geregelt wird, das dem Zwischenbereich des Auslaßrohrs zugeführt wird.