DE3206176A1

DE3206176A1 - Verfahren zur herstellung einer vorform, aus der optische fasern ziehbar sind

Info

Publication number: DE3206176A1
Application number: DE19823206176
Authority: DE
Inventors: Joachim 7900 Ulm Guttmann; Hans-Peter 7910 Neu-Ulm Huber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-02-20
Filing date: 1982-02-20
Publication date: 1983-08-25

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform, aus der optische Fasern ziehbar sind, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Optische Fasern, auch Lichtwellenleiter genannt, werden bei optischen Nachrichtenübertragungssystemen als Übertragungsleitung benutzt.
Bei der Herstellung optischer Fasern, insbesondere optischer Glasfasern, wird zunächst eine sogenannte Vorform hergestellt, die zylinderförmig ist und die im wesentlichen die gleiche Querschnittsstruktur besitzt wie die aus dieser Vorform durch einen Ziehvorgang hergestellte optische Faser.
Zur Herstellung einer derartigen Vorform sind verschiedene Verfahren geeignet. Bei den sogenannten CVD-Verfahren wird zunächst die Innenfläche eines Rohres, z.B. eines Quarzglasrohres, mit mindestens einer glasbildenden Schicht beschichtet. Diese rohrförmige Vorform wird anschließend, zumindest in einem Teilbereich, zu einem Glasstab kollabiert, der zu einer optischen Faser ausgezogen wird. Ein derartiges CVD-Verfahren hat den Nachteil, daß eine Abscheidung von vielen Schichten, die z.B. bei einer optischen Gradientenfaser benötigt wird, sehr zeitaufwendig ist. Außerdem ermöglicht dieses Verfahren lediglich eine geringe Abscheidungsrate der abzuscheidenden Schichten.
Bei dem sogenannten VAD-Verfahren wird auf einem Trägerstempel aus Quarz in axialer Richtung ein mit Dotierstoff versehener Quarzglasruß abgeschieden, wobei ein Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner verwendet wird. Entsprechend dem gewünschten Brechzahlprofil der optischen Faser ist die radiale Dotierstoffverteilung zu wählen. Während des Aufwachsprozesses rotiert der Trägerstempel und wird axial in einer Richtung bewegt.
Der Glasrußstab wird nai einer Behandlung mit Cl2-Gas, zur Beseitigung von OH -Ionen, zu einem glasigen Stab gesintert. Dieser wird anschließend mit einem Quarzglasrohr überfangen, das den Mantel der optischen Faser bildet. Aus dieser Vorform wird die optische Faser gezogen. Das VAD-Verfahren hat den Nachteil, daß es viele Verfahrensschritte erfordert. Außerdem besteht in nachteiliger Weise die Möglichkeit, daß beim Sintern chemische Verunreinigungen sowie eine Verformung des Glasrußstabes auftreten können.
Bei einem weiteren Verfahren werden auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden stab- oder rohrförmigen Trägerkörpers aus Quarzglas mehrere dotierte und/oder undotierte Quarzglasschichten abgeschieden.
Dieser Abscheidungsvorgang erfolgt mit Hilfe eines Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners oder eines Plasmabrenners, der in axialer Richtung zum Trägerkörper bewegt wird. Nach dem Abscheidungsvorgang wird der Trägerkörper entfernt, z.B. ausgebohrt und/oder herausgeätzt, so daß eine rohrförmige Vorform entsteht, die kollabiert und zu einer optischen Faser ausgezogen wird. Dieses Verfahren hat insbesondere folgende Nachteile: der Schichtaufbau in radialer Richtung dauert sehr lange, wodurch Profilstörungen der optischen Faser kaum vermeidbar sind; - das Ausbohren und/oder Ausätzen des Trägerrohres ist sehr aufwendig und zeitraubend; - es ist eine hohe Präzision beim Abätzvorgang erforderlich, da sonst eine Verfälschung des Brechzahlprofils auftritt; - störende OH-Verunreinigungen sind schwer vermeidbar, da bei einigen Verfahrensschritten, z.B. dem Atzvorgang, Wasser vorhanden ist; - das Verfahren erfordert viele mit möglichen Fehlern behaftete Verfahrensschritte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das eine kostengünstige und gut wiederholbare Herstellung von chemisch und physikalisch hochgenauen Vorformen ermöglicht, aus denen möglichst mehrere Kilometer lange optische Fasern her- stellbar sind, die insbesondere einen sehr niedrigen OH -Ionengehalt aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den FIG. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der FIG. 1 ist eine rohrförmige Angangsform mit kreisringförmigem Querschnitt im Längsschnitt dargestellt. Die Anfangsform 1 besteht aus einem Rohr 2 aus Quarz oder Glas auf dessen äußerer Oberfläche ein Belag 3 aufgebracht ist.
Dieser Belag 3 ist bevorzugt mehrschichtig aufgebracht und besteht aus einem Material das letztendlich den Kern und ggf. die an den Kern anschließenden Teile des Mantels einer optischen Lichtleitfaser bilden. Das innerste Kernmaterial der späteren Lichtleitfaser wird zumindest durch die äußerste Schicht des Belages 3 gebildet.
Die Angangsform 1 kann entweder vorab auf ihrer gesamten Länge mit dem Belag 3 versehen sein oder es ist auch möglich, während des Herstellens der Vorform aus der AnfangsPorm 1 die Oberfläche des Quarzrohres 2 fortlaufend ringförmig mit dem Belag 3 zu bedecken. Der Belag 3 kann bereits glasartig oder noch in nicht verglastem Zustand sich befinden.
Die Erfindung sieht nun vor, aus der Anfangsform eine Vorform durch Umstülpen herzustellen. Dabei wird nicht nur der Belag 3 nach innen gekehrt sondern es wird auch der Durchmesser verkleinert und somit, über das gesamte Her- stellungsverfahren für eine Lichtleitfaser gesehen, eine erste Querschnittsverringerung vorgenommen.
Wie FIG, 2 und 3 zeigen wird das eine Ende der Anfangsform ringförmig einwärts gebogen, so daß sich eine Umstülpung 4 ergibt. Der einwärts gebogene Rand der Umstülpung 4 wird nunmehr am Rand eines Tellers 5 befestigt, insbesondere durch anschmelzen. Der Teller 5 befindet sich am Ende eines Stempels 7, der in die rohrförmige Anfangsform 2 eingeschoben ist. Bevorzugt weist der Stempel 7 eine Höhlung 6 auf, durch welche ein Gas geleitet werden kann.
Wie in FIG. 4 dargestellt, sind im Bereich der Umstülpung 4 Wärmequellen 8 vorgesehen, die für die erforderliche ringförmige Erweichung der Anfangsform sorgen. Bevorzugt werden ringförmig angeordnete Gasbrenner verwendet. Um eine über den gesamten Umfang gleichförmige Erwärmung zu erzielen, werden zweckmäßig die Anfangsform und der Stempel 7 und/ oder die Brenneranordnung um die Längsachse des Rohres 1 gedreht. Durch gleichzeitiges zurückziehen des Stempels 7 und Vorschieben der Anfangsform 1 in Richtung der in FIG.4 gezeigten Pfeile erfolgt um die Umstülpung 4 im Bereich der Brenner 8. Es entsteht die in FIG. 5 gezeigte Vorform 9. Diese Vorform 9 unterscheidet sich von der Anfangsform 1 in den zwei wesentlichen Merkmalen, daß die Vorform auf einen kleineren Querschnitt verringert ist und daß der Belag 3 nunmehr sich auf der Innenwandung der rohrförmigen Vorform 9 befindet.
Im Bereich der Umstülpung 4 kann der Belag 3 noch in vielfältiger Weise beeinflußt werden. Bevorzugt erfolgt die Erweichung und Umstülpung in einer Schutzgasatmosphäre.
Gleichzeitig kann auch noch eine Dotierung des Belages 3 erfolgen, z.B. dadurch, daß man dem Brennergas Dotierungsmaterial zufügt, das auf den Belag 3 während des Umstülpens einwirkt.Zweckmäßig ist es auch, in einer Chlorgas enthaltenden Atmosphäre im Brennerbereich zu arbeiten.
Eine weitere Möglichkeit, die Atmosphäre im Umstülpungsbereich 4 zu beeinflussen besteht darin, durch die Höhlung 6 des Stempels 7 ein entsprechendes Gas zu leiten, wodurch gleichzeitig eine Spülungxdes Inneren der Vorform 9 erzielt wird.
Die FIG. 6 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung bei der aus der Anfangs form durch Umstülpen im Bereich 4 eine stabförmige Vorform 9 hergestellt wird, deren innerer Kern durch den Belag- 3 und dessen Mantel durch das Material 2 des Glas- oder Quarzrohres der Anfangsform 1 gebildet werden.
Die Weiterverarbeitung der nach der Erfindung hergestellten Vorformen erfolgt zweckmäßigerweise nach den Verfahren die in einem oder beiden der letzten Ansprüche angegeben sind.
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Claims

Patentansprüche (1 Verfahren zur Herstellung einer Vorform, aus der optische Fasern ziehbar sind, bei dem auf der äußeren Mantelfläche eines rohrförmigen Anfangskörpers ein glasbildender Belag abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der auf seiner äußeren Mantelfläche mit dem glasbildenden Belag versehene rohrförmige Anfangskörper ringförmig bis wenigstens zum Einweichungspunkt erhitzt wird und im Bereich dieser Erhitzungszone durch Umstülpen derart in seinem Durchmesser verringert wird, daß eine stab- oder rohrförmige Vorform entsteht, die durch die Höhlung der rohrförmigen Anfangsform hindurchziehbar ist und X deren Innerem der glasbildende Belag angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der glasbildende Belag eiz oder mehrschichtig aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der glasbildende Belag gleichzeitig auf die gesamte Oberfläche der Anfangsform aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag zunächst in poröser Form aufgebracht und anschließend bei Wärmezufuhr in den glasigen Zustand übergeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag einer Dotierungsatmosphäre ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung mit einem die Brechzahl des Belags erniedrigenden Material wie z.B. Fluor, Bor oder dergleichen so erfolgt, daß die Dotierstoffmenge des Belages von innen nach außen abnimmt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umstülpen der Anfangsform in einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasatmosphäre Dotierungsmaterial enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasatmosphäre zumindest teilweise Chlorgas enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung des Belages in den glasigen Zustand im Bereich des Umstülpens vorgenommen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Erwärmung im Bereich der Umstülpung mittels Flammenbrenner vorgenommen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Plammenatmosphäre Dotierungsstoffe auf den Belag gestrahlt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Umstülpbereich zur Erzielung einer gleichmäßigen ringförmigen Erwärmung eine relative Drehbewegung zwischen der Anfangsform und der oder den Wärmequellen vorgenommen wird.
14. Verfahren zut Weiterverarbeitung der nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Vorform, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einem weiteren Verfahrensschritt unter Anwendung einer die Vorform zumindest bereichs- oder zonenweise erweichenden Temperatur eine Querschnittsverringerung auf Lichtleitfaserquerschnitt vorgenommen wird.
15. Verfahren zur Weiterverarbeitung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerung im wesentlichen durch mindestens einen Ziehvorgang vorgenommen wird.