DE3206178A1 - Verfahren zur herstellung einer vorform, aus der optische fasern ziehbar sind - Google Patents

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

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DE3206178A1
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Hans-Peter Dipl.Phys. 7910 Neu-Ulm Huber
Oskar Dr. 7900 Ulm Krumpholz
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Description

  • Verfahren zur Herstellung einer Vorform, aus der optische
  • Fasern ziehbar sind 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 ;ird anschließend, zumindest in einem Teilbereich, zu einen 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, wcbei 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 nach 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 Glasrutaes auftreten können.
  • Bei einem weiteren Verfahren werden auf der Mantelfläche eines um seine Lngsachse rotierenden stab- oder rohrförmigen Trägerkörpers aus Quarzglas mehrere dotierte u.nd/oder undotierte Quarzglasschichten abgeschieden.
  • Dieser Abscheidngsvorgang erfolgt mit Hilfe eines Wasserstoff-Saunrstoff-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 Schichtaucbau in radialer Richtung dauert sehr lange, wodurc;z 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 erfordersich, da sonst eine Verfälschung des Brechzahlprofils auftritt; - störende OH -Verunreinigungen sind schwer vermeidbar, da bei einigen Vorfahrensschritten, z.B. dem A'tzvorgang, 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 herstellbar 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 der Figur näher erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus vom oben beschriebenen VAD-Verfahren. Die Figur zeigt den rotierenden zylindrischen Träger 1, auf dessen Stirnseite dotierter Quarzglasruß zu einer Vorform 2 abgeschieden wird. Dieser Abscheidungsprozeß setzt sich auf der Vorformstirnfläche 3 fort, während der Träger 1 weiter nach oben geführt wird. Brenngase, Quarzglas und Dotierstoffe werden beim in der Figur gezeigten Ausfünrungsbeispiel durch verschiedene Ringdüsen 4 der Brennzone zugeführt.
  • Durch das Zentrum der Ringdüsen wird nun ein leistungsstarker Laserstrahl 5, vorzugsweise eines CO2-Lasers, auf die NiederssctRagszone, d. h. die Vorformstirnfläche 3 gerichtet.
  • Die Laserstrahlung wird durch den Quarzglasruß absorbiert und dieser dadurch so s-tark erhitzt, daß er aufschmilzt und eine glasige Vorform ohne Poren entsteht. Der beim bekannten VAD-Verfahren notwendige Sinterprozeß kann dadurch entfallen. Die Vorform wird in einem Schritt hergestellt. So entfällt auch die Gefahr, daß durch Diffusion der Dotierstoffe eine Brechzah1profiländerung erfolgt.
  • Durch geeignete erteilung der Laserleistung über den Strahl querschnitt kann auf der Stirnfläche 3 die vorzugsweise rotationsçymmetrische Temperaturverteilung gesteuert werden. Dadurch ist es auch möglich, den Einbau bestimmter Dotierstoffe, und damit das Brechzahlprofil über diese Temperaturverteilung zu steuern.
  • Die Weiterverareitung der nach der Erfindung hergestellten Vorformen erfolgt zweckmäßigerweise nach den Verfahren die in einem oder beiden der letzten Ansprüche angegeben sind.

Claims (12)

  1. Patentansprüche F Verfahren zur Herstellung einer Vorform, aus der optische Fasern ziehbar sind, bei dem auf einem sich um seine Längsachse drehenden zylindrischen Trägerkörper ein glasbildender Niederschlag von dotiertem Quarzglasruß abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abscheidungsprozesses ein leistungsstarl-er Laserstrahl auf die Vorform gerichtet wird, derart, daß der Quarzglasruß aufgeschmolzen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederschlag axial erfolgt.
  3. 3. Verfahren-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheidungsprozeß in Chlorgasatmosphäre erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzwichnet, daß die Vorform auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein CO2-Laser verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerung der Strahlungsverteilung über den Laserstrahlquerschnitt die TemperaturverteiXung auf der Vorformstirnfläche gesteuert wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoffeinbau durch die Temperaturverteilung auf der Vorformstirnfläche gesteuert wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglasruß durch eine Plasmaflamme erzeugt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzglasruß durch einen H2/O2-Brenner erzeugt wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch das Zentrum von Brennerringdüsen auf die Vorformstirnfläche gerichtet wird.
  11. 11. Verfahren zur 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.
  12. 12. Verfahren zur Weiterverarbeitung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerung im wesentlichen durch mindestens einen Ziehvorgang vorgenommen wird.
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