DE3304552A1 - METHOD FOR PRODUCING LIGHTWAVE GUIDES - Google Patents
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Description
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A.Baumgärtner-R.Dorn 7-6A. Baumgärtner-R.Dorn 7-6
Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern Process for the production of optical fibers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
Derartige Verfahren, bei denen das Glasmaterial der zu erzeugenden Vorform in Partikelform auf einem rotierenden Träger abgeschieden wird, sind z. B. aus der DE-AS 23 13 und aus der DE-AS 27 15 333 bekannt.Such methods in which the glass material to generating preform is deposited in particle form on a rotating carrier, are, for. B. from DE-AS 23 13 and from DE-AS 27 15 333 known.
Allen bekannten Verfahren dieser Art ist das Merkmal gemeinsam, daß das partikelförmige abzuscheidende Glasmaterial in einem oder mehreren Brennern durch eine chemische Oxidationsreaktion erzeugt und unmittelbar aus der Reaktion auf dem rotierenden Träger abgeschieden wird, wobei in der Flamme beispielsweise SiCl, und GeCl, zu S i 0 ? bzw. GeOp oxidiert werden. Als Ausgangsmaterialien dieser Verfahren werden also im allgemeinen Chloride oder Oxychloride verwendet. Diese Verbindungen müssen wegen ihres reaktiven Charakters in absolut wasserfreier Umgebung gelagert werden, üblicherweise werden Quarzglasbehälter als Aufbewahrungs- und Transportgefäße eingesetzt. Die Handhabung der Gefäße muß mit großer Vorsicht geschehen.All known methods of this type have the feature in common that the particulate glass material to be deposited is produced in one or more burners by a chemical oxidation reaction and is deposited directly from the reaction on the rotating carrier, with SiCl and GeCl, for example, being SiCl in the flame 0 ? or GeOp are oxidized. Chlorides or oxychlorides are generally used as starting materials for these processes. Due to their reactive character, these compounds must be stored in an absolutely water-free environment; quartz glass containers are usually used as storage and transport vessels. The vessels must be handled with great care.
ZT/P1-Kg/RZT / P1-Kg / R
08.02.1982 -4-02/08/1982 -4-
A.Baumgärtner 7-6A. Tree gardener 7-6
Aus der DE-OS 30 00 762 ist ein Verfahren zum Aufbringen eines ManteLs auf einen Stab aus KerngLasmateria L bekannt, dessen Herstellung nicht beschrieben ist. Bei diesem Verfahren werden als Ausgangsmaterialien nicht die ChIoride, sondern bereits die Oxide verwendet, d. h. die Abscheidung des partikeIförmigen Materials ist nicht mit einer Oxidationsreaktion verknüpft. Hierbei wird Glaspulver durch Schwerkraft quer zur Flamme eines Plasmabrenners dieser Flamme zugeführt, durch die Flamme mitgerissen und auf der durch die Flamme erhitzten Oberfläche des rotierenden Stabes aus Kernglasmaterial abgeschieden, derart, daß eine homogene verglaste Schicht entsteht. Da die Teilchen des Glaspulvers in der Flamme zu Tröpfchen geschmolzen und auf dem Träger unter direkter Verglasung abgeschieden werden, ist eine Reinigung des abgeschiedenen Glases insbesondere eine Vermeidung bzw. nachträgliche Beseitigung von Hydroxylgruppen-Einschlüssen bei diesem Verfahren kaum möglich.From DE-OS 30 00 762 is a method for application of a ManteL on a stick made of KerngLasmateria L known, the production of which is not described. In this process, the starting materials are not the chlorides, but the oxides have already been used, d. H. the deposition of the particulate material is not involved linked to an oxidation reaction. This is where glass powder is used fed by gravity across the flame of a plasma torch to this flame, carried away by the flame and deposited on the surface of the rotating rod made of core glass material heated by the flame, in such a way that a homogeneous glazed layer is created. Because the particles of glass powder in the flame melted into droplets and deposited on the support under direct glazing is a purification of the deposited glass, in particular an avoidance or subsequent removal of hydroxyl group inclusions hardly possible with this procedure.
Zur Züchtung von Einkristallen ist aus der DE-PS 24 15 das sogenannter Verneuil-Verfahren bekannt, bei dem pulverförmiges oxidisches Material in einen rohrförmigen Knallgasbrenner koaxial eingeleitet, dort geschmolzen und auf einem koaxial angeordneten Träger abgeschieden wird, der während der Abscheidung rotiert und mit der Wachstumsgeschwindigkeit des abgeschiedenen Materials in axialer Richtung vom Knallgasbrenner entfernt wird.For growing single crystals, DE-PS 24 15 the so-called Verneuil process known, in which powdery oxidic material is converted into a tubular Oxyhydrogen burner introduced coaxially, melted there and is deposited on a coaxially arranged carrier which rotates during the deposition and with the Growth rate of the deposited material in is removed from the oxyhydrogen burner in the axial direction.
Eine Regelung der Dosierung der Pulverzufuhr erfolgt dabei nicht^und Siliziumdioxid als pulverförmiges oxidisches Ausgangsmaterial ist im Zusammenhang mit diesem Verfahren nicht bekannt.A regulation of the dosage of the powder supply does not take place ^ and silicon dioxide as powdery oxidic Starting material is related to this process not known.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung zur Herstellung von Lichtwetlenleitern anzugeben, das die schwierig zu handhabenden Chloride und Oxichloride vermeidet und gleichzeitig eine Herstellung von Vorformen mit großer Reinheit erlaubt .It is the object of the invention to provide a method of the above designated genus for the production of fiber optic cables state that avoids the difficult to handle chlorides and oxychlorides and at the same time allows preforms to be manufactured with great purity.
Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.The object is achieved as specified in claim 1. Further developments can be found in the subclaims.
Die Erfindung wird anhand der einzigen Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens.The invention is illustrated by way of example with reference to the single drawing explained in more detail. The drawing shows an apparatus for carrying out the new method.
Ausgangsmaterial für das nachstehend beschriebene Verfahren ist ein Pulver aus Siliziumdioxid oder ein Pulvergemisch aus Siliziumdioxid und einem oxidischen Dotiermittel, beispielsweise Germaniumdioxid. Derartiges pulverförmiges Ausgangsmaterial läßt sich auch in großen Mengen ohne teuere sicherheitstechnische Vorrichtungen handhaben und lagern.Starting material for the process described below is a powder of silicon dioxide or a powder mixture made of silicon dioxide and an oxide dopant, for example germanium dioxide. Such powdery Starting material can also be used in large quantities handle without expensive safety devices and store.
• Das Pulver befindet sich in einem Vorratsbehälter 1 und wird von dort über eine Dosiervorrichtung in Form einer Förderschnecke 2 mit steuerbarem Schneckengetriebe 3 in eine wärmeerzeugende Vorrichtung eingeleitet, die das Pulver verflüssigt oder verdampft und danach als partikelförmiges Glasmaterial auf einem Träger abscheidet. Die wärmeerzeugende Vorrichtung ist im vorliegenden Falle ein aus mehreren koaxialen Rohren bestehender Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner, der, wie gezeigt, aus drei koaxialen• The powder is in a storage container 1 and is from there via a metering device in the form of a Conveyor screw 2 with controllable worm gear 3 in initiated a heat generating device that the Powder liquefied or evaporated and then as particulate Glass material is deposited on a carrier. The heat generating device is in the present case a hydrogen-oxygen burner consisting of several coaxial tubes, which, as shown, consists of three coaxial
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Rohren 4, 5 und 6 besteht. Das PuLvermateria L wird von der Förderschnecke 2 in das innere Rohr 4 des Brenners eingeleitet, das gleichzeitig das Zuführungsrohr für den Sauerstoff ist. Durch die Sauerstoffzufuhr wird ein homogenes Gas-Pulver-Gemisch erzeugt. Die Förderschnecke 2 bestimmt die Menge des pro Zeiteinheit in den Brenner einströmenden Pulvers. Zur Regelung der pro Zeiteinheit .einströmenden Pulvermenge ist ein Massenf lußregler 7 vorgesehen. Dabei kann die Massenf lußmessung je nach der erforderlichen Meßgenauigkeit nach verschiedenen Prinzipien erfolgen/ beispielsweise sind optische Transmissionsmessungen, optische Streumessungen oder eine kapazitive Messung des Massenflusses möglich, letztere, weil die Dielektrizitätskonstante des Pulvers deutlich von 1 abwei cht.Tubes 4, 5 and 6 consists. The PuLvermateria L is made by the screw conveyor 2 is introduced into the inner tube 4 of the burner, which is also the supply pipe for the Is oxygen. The oxygen supply makes it homogeneous Gas-powder mixture generated. The screw conveyor 2 determines the amount of per unit of time in the burner incoming powder. To regulate the per time unit A mass flow regulator 7 is provided for the amount of powder flowing in. The mass flow measurement can be carried out according to various principles, depending on the required measurement accuracy take place / for example optical transmission measurements, optical scatter measurements or a capacitive one Measurement of the mass flow possible, the latter because of the dielectric constant of the powder differs significantly from 1.
Der Wasserstoff wird in das mittlere Brennerrohr eingeleitet, und über das äußere Rohr 6 kann in die Brennerflamme ein Gas eingeleitet werden, um das in der Flamme verdampfte Pulver zu reinigen und Hydroxylgruppen im abgeschiedenen Material zu vermeiden. Hierzu sind allgemein Gase geeignet, die mit Verunreinigungen in Form von übergangsmetallen und mit Hydroxylgruppen Verbindungen bilden, die bei der Abscheidungstemperatur flüchtig sind, beispielsweise ist Chlorgas geeignet. Falls erforderlich, kann dem Chlorgas auch ein Schutzgas, z. B. Argon zugegeben werden. Zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeiten von Wasserstoff, Sauerstoff und Chlor sind Massenflußregler 8, 9 und 10 vorgesehen.The hydrogen is introduced into the middle burner tube, and through the outer tube 6 can enter the burner flame a gas can be introduced in order to purify the powder evaporated in the flame and hydroxyl groups in the deposited Avoid material. For this purpose, gases are generally suitable which contain impurities in the form of transition metals and form compounds with hydroxyl groups which are volatile at the deposition temperature, for example chlorine gas is suitable. If necessary, a protective gas, e.g. B. argon can be added. To regulate the flow rates of hydrogen, Oxygen and chlorine are mass flow regulators 8, 9 and 10 provided.
Der beschriebene Brenner mündet in eine Brennkammer 11, die an ihrer Oberseite eine gasdichte Durchführung auf-The burner described opens into a combustion chamber 11, which has a gas-tight bushing on its upper side.
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weist und ein Absaugrohr 12 hat, damit Abgase und Wasserdampf abgesaugt werden können. In der Brennkammer 11, genauer gesagt, in der darin brennenden Flamme, wird das in den Brenner eingeleitete Pulvermaterial verdampft oder verflüssigt, so daß in der Dampfphase oder Flüssigphase eine Reinigung und eine Beseitigung von Hydroxylgruppen erfolgen kann. Aus der Dampfphase oder Flüssigphase wird, nachdem gegebenenfalls eine Rekondensation stattgefunden hat, partike Iförmiges Glasmaterial auf einem Träger abgesch i eden.has and a suction tube 12, so that exhaust gases and water vapor can be extracted. In the combustion chamber 11, more precisely in the flame burning in it, this is Powder material introduced into the burner evaporates or liquefied so that in the vapor phase or liquid phase cleaning and elimination of hydroxyl groups can take place. The vapor phase or liquid phase becomes after possibly a recondensation has taken place has, particulate I-shaped glass material deposited on a carrier i eden.
Unter Umständen ist es verfahrenstechnisch günstiger, die Reinigung des Materials und die Beseitigung von Hydroxylgruppen mittels des Chlorgases nicht bereits in der Flamme durchzuführen, sondern auf die Chlorzugabe zu verzichten und das abgeschiedene partikelförmige Material in einem späteren Schritt einer Chlorbehandlung zu unterziehen. In diesem Falle würde der Brenner ausschließlich dazu dienen, partike Iförmiges Glasmaterial auf einem Träger abzuscheiden,It may be procedurally more favorable that the Cleaning of the material and the elimination of hydroxyl groups by means of the chlorine gas is not already in the flame instead of adding chlorine and the deposited particulate material in one to be subjected to chlorine treatment in a later step. In this case the burner would only serve to Particle I-shaped glass material to be deposited on a carrier,
Der Träger, auf dem das aus der Flamme austretende und rekondensierte Material abgeschieden wird, befindet sich in der Brennkammer 11 in einer solchen Orientierung, daß s der Abstand zwischen dem Brennerkopf und dem Ort der Abscheidung auf dem Träger in bestimmter Weise geregelt werden kann. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Abscheidung auf dem Träger ein Verfahren, bei dem die Vorform in axialer Richtung bezogen auf die Trägerachse wächst. Als Träger wird dabei eine um ihre Längsachse rotierende Glasstange 13 verwendet, und die Abscheidung erfolgt auf der Stirnseite der darauf aufgewachsenen Vorform.The carrier on which the light emerging from the flame and recondensed material is deposited, is located in the combustion chamber 11 in an orientation such that s can be controlled, the distance between the burner head and the place of deposition on the carrier in a certain way. In the example shown, the deposition on the carrier is a process in which the preform grows in the axial direction in relation to the carrier axis. A glass rod 13 rotating about its longitudinal axis is used as the carrier, and the deposition takes place on the end face of the preform grown on it.
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Die in der Brennkammer herrschende Temperatur und insbesondere die Temperatur der AbscheidungsoberfLäche wird mittels eines Pyrometers 14 bestimmt und mit einer Zusatzheizung 15, zum Beispiel eine die aufwachsende Vorform umgebende Widerstandsheizung 15, oder über die Brenngasversorgung geregelt. Die Flammentemperatur wird mittels eines zweiten Pyrometers 16 bestimmt.The temperature prevailing in the combustion chamber and in particular the temperature of the deposition surface becomes determined by means of a pyrometer 14 and with an additional heater 15, for example a preform growing up surrounding resistance heater 15, or via the fuel gas supply regulated. The flame temperature is determined by means of a second pyrometer 16.
Die in der Brennkammer herrschenden Abscheidungsbedingungen, wobei der Druck über die Absaugung geregelt werden kann, lassen sich nun so einstellen, daß die Vorform 17 in porösem Zustand oder in glasigem Zustand entsteht. Eine poröse Vorform, die später in eine glasige Vorform erschmolzen werden muß, ist für den Fall zu bevorzugen, daß die oben erwähnte Reinigung in der Dampfphase kein ausreichendes Ergebnis bringt und noch eine getrennte Nachbehandlung zum Zwecke der Reinigung oder der Beseitigung von Hydroxylgruppen notwendig ist.The deposition conditions prevailing in the combustion chamber, where the pressure can be regulated via the suction, can now be adjusted so that the preform 17 in porous State or in a glassy state. A porous preform that was later melted into a glassy preform must be, is preferable in the event that the above-mentioned cleaning in the vapor phase is not brings a sufficient result and a separate post-treatment for the purpose of cleaning or disposal of hydroxyl groups is necessary.
Um ein zweites Material mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung auf dem Material abzuscheiden, das durch das axiale Aufwachsen des aus dem beschriebenen Brenner abgeschiedenen Materials entstanden ist, ist ein zweiter Brenner 18 vorgesehen. Dieser zweite Brenner 18, von dem nur der in die Brennkammer mündende Brennerkopf gezeigt ist, ist entsprechend dem ersten, gezeigten Brenner ausgestaltet und wird in entsprechender Weise versorgt und gesteuert. Der zweite Brenner 18 hat eine Abscheidungsrichtung, die senkrecht zur Rotationsachse des Trägers steht, und ermöglicht daher die Beschichtung des aus dem ersten Brenner abgeschiedenen Materials auf dessen Außenfläche.To a second material with a different composition to be deposited on the material by the axial growth of the burner described deposited material is a second Burner 18 provided. This second burner 18, of which only the burner head opening into the combustion chamber is shown is designed in accordance with the first burner shown and is supplied and controlled accordingly. The second burner 18 has a deposition direction which is perpendicular to the axis of rotation of the beam, and therefore enables the material deposited from the first burner to be coated on its outer surface.
Bei dem derart abgeschiedenen Material kann es sich bei-With the material deposited in this way, two
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spielsweise um ein Material mit niedrigerem Brechungsindex handeln, das als Mantelmaterial der aus der Vorform herzustellenden Faser erforderlich ist. Die Richtung der Anordnung des Trägers bezüglich der Achse des ersten/ gezeigten Brenners wird so gewählt, daß hinsichtlich der Temperatur und der Abscheidungsbedingungen beide Brenner die geeignete Orientierung zu den Abscheidungsoberflachen haben.for example a material with a lower refractive index act as the jacket material from the preform fiber to be produced is required. The direction the arrangement of the beam with respect to the axis of the first / The burner shown is chosen so that both burners in terms of temperature and deposition conditions the appropriate orientation to the deposition surfaces to have.
Soll die Kernzusammensetzung einen radialen Gradienten des Brechungsindex aufweisen, so ist an Stelle des gezeigten ersten Brenners wie an sich bekannt ein Mehrrohrbrenner zu verwenden, der auf Grund der Anordnung seiner Brennerdüsen oder auf Grund des örtlichen Temperaturverlaufs und durch deren Speisung mit Pulvern unterschiedlicher Zusammensetzung den gewünschten Brechungsindexverlauf erzeugt.Should the core composition have a radial gradient of the refractive index, so is in place of the one shown first burner as known per se to use a multi-tube burner, due to the arrangement of its Burner nozzles or different based on the local temperature profile and by feeding them with powders Composition produces the desired refractive index curve.
Eine Alternative dazu ist ein Brenner/ der aus einer homogenen Pulvermischung allein durch geeignete Anordnung seiner Düsen den gewünschten Brechungsindexver lauf erzeugt.An alternative to this is a burner that consists of a homogeneous Powder mixture solely by suitable arrangement of its Nozzles generate the desired refractive index course.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin/ mehrere unabhängige, in geeigneter Weise angeordnete Brenner zu verwenden.Another possibility is to use several independent, suitably arranged burners.
Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebeneIt should be noted that the above-described
Erfindung auch so eingesetzt werden kann, daß nacheinanderInvention can also be used that one after the other
auf der Außenfläche eines rotierenden Trägers mehrere Schichten aufgebracht werden.several layers are applied to the outer surface of a rotating support.
Als wärmeerzeugende Vorrichtung zum Schmelzen des pulverförmigen Ausgangsmaterials kann an Stelle eines Gas-As a heat generating device for melting the powdery Starting material can be used instead of a gas
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brenners der beschriebenen Art auch ein Plasmabrenner mit induktiver oder kapazitiver PLasmaeinkoppLung oder ein Lichtbogenbrenner verwendet werden. Es erscheint auch möglich, die notwendige Energie in Form von LaserimpuLsen bereitzustellen.torch of the type described also a plasma torch with inductive or capacitive plasma coupling or a Arc torch can be used. It also appears possible to obtain the necessary energy in the form of laser pulses provide.
Das pulvertörmige Ausgangsmaterial, nämlich Siliziumdioxidpulver und beispielsweise Germaniumdioxidpulver ist von mehreren Herstellern in unterschiedlichen Qualitätsstufen erhältlich. Als Körnung der Pulver erscheint eine Körnung von einigen Hundertstel jjm geeignet.The powdery starting material, namely silicon dioxide powder and, for example, germanium dioxide powder is available from several manufacturers in different quality levels. The powder appears as grain a grain size of a few hundredths of a jjm is suitable.
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Claims (10)
AKTIENGESELLSCHAFT
STUTTGARTSTANDARD ELECTRICS LORENZ
STOCK COMPANY
STUTTGART
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |