DE3315156A1

DE3315156A1 - Verfahren zur herstellung von lichtwellenleitern

Info

Publication number: DE3315156A1
Application number: DE19833315156
Authority: DE
Inventors: Karin 7142 Marbach Schmid
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1984-10-31
Also published as: AU2723984A; AU569291B2

Description

Verfahren zur Herstellung
von Lichtwellenleitern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern, bei dem durch mindestens teilweises Aufschmelzen eines im wesentlichen aus Kieselglas bestehenden Rohres auf einen im wesentlichen aus Kieselglas bestehenden Stab eine Vorform hergestellt und aus dieser Vorform der Lichtwellenleiter gezogen wird. Derartige Verfahren sind unter dem Schlagwort Stab-inRohr-Verfahren bekannt. Das Rohr wird dabei ganz oder teilweise auf den Stab aufgeschmolzen. Ein Verfahren, bei dem das Rohr ganz aufgeschmolzen wird, ist z. B. aus der DE-OS 22 02 787 bekannt.
Eine Schwierigkeit solcher Verfahren besteht darin, daß eine glatte Verschmelzung der beiden Gläser ohne Störungen an der Grenzfläche durch Blasenbildung oder durch Verunreinigungen sich meistens nicht erreichen läßt. Insbesondere durch die Blasenbildung wird die mechanische Festigkeit der später aus der Vorform gezogenen Fasern erheblich beeinträchtigt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Verfahren derart zu verbessern, daß beim Aufschmelzen des Rohres die Neigung zur Blasenbildung verringert wird und dadurch die Zugfestigkeit der hergestellten Lichtwellenleiter erhöht wird.
Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst.
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 den Verfahrensschritt der Innenbeschichtung des aufzuschmelzenden Kieselgiasrohres, Fig. 2 den Verfahrensschritt der Einführung des Stabes in das innenbeschichtete Rohr und Fig. 3 den Verfahrensschritt des Aufschmelzens des innenbeschichteten Rohres auf den Stab.
Die in Figur 1 gezeigte Innenbeschichtung des Kieselglasrohres erfolgt nach dem vielfach bekannten Verfahren der Abscheidung aus einer chemischen Dampfphasenreaktion, wobei es wesentlich ist, daß auf der Innenwand eine Glasschicht produziert wird, deren Erweichungstemperatur niedriger als die des Kieselglasrohres ist. Dies läßt sich beispielsweise durch eine Dotierung mit P 205 erreichen.
In das ieselglasrohr 1, das in Bohrfutter 2 am Spindelstock 3 und Reitstock 4 einer GLasbläserdrehbank eingespannt ist, werden als Reaktionsgase Sauerstoff und Siliziumtetrachlorid (SiCI ) und Phosphoroxidchlorid 4 (P0Cl3) in Dampfform eingeleitet. Zur Durchführung der chemischen Dampfphasenreaktion wird in bekannter Weise eine Energiequelle, beispielsweise ein Knallgasbrenner 5, an der Außenseite des Rohres 1 entlangbewegt, wobei das Rohr ständig um seine Längsachse rotiert. Am anderen Ende des Rohres 1 befindet sich ein Abzug 6 zur Ableitung der entstehenden Abgase. Die Dicke der aufzubringenden Glasschicht mit der erniedrigten Erweichungstemperatur beträgt vorzugsweise 1 bis Vor diesem Schritt der Innenbeschichtung wird das Kieselglasrohr 1 durch ein chemisches Dampfreaktions-Atzverfahrer geätzt, das aus der DE-PS 30 00 954 bekannt ist.
Falls es aus Gründen der Lichtübertragungseigenschaften erwünscht oder notwendig ist, bei der zur Erniedrigung der Erweichungstemperatur führenden Dotierung dafür zu sorgen, daß der Brechungsindex unverändert bleibt, ist es möglich, zur Dotierung mehrere ootierungsmittel zu verwenden, die einander in der brechungsindexverändernden Wirkung kompensieren und insgesamt zu einer Erniedrigung der Erweichungstemperatur führen. Beispiele für Kombinationen von solchen Dotierungsmitteln sind P205/F, P205/ B O ZF GeO2/F, Ge02/F/B203, P205/GeO2/F/B203, TiO2/F, Asz03/F, Sb 203 IF oder andere Kombinationen der genannten Oxide, wobei mindestens mit 10-20 Gew . der oxidischen Stoffe dotiert werden muß.
Der Stab, auf den das gemäß Figur 1 innenbeschichte Kiesel glasrohr aufgeschmolzen wird, kann nach irgendeinem beliebigem Verfahren hergestellt sein. Besonders vorteilhaft anwendbar ist die Erfindung jedoch im Zusammenhang mit einem Verfahren, bei dem der Stab in bekannter Weise durch Innenbeschichtung und anschließende Kollabierung eines Glasrohres hergestellt ist. Durch das Aufschmelzen eines Rohres auf einen solchen St-ab kann man nämlich als Ausgangsrohr für den Innenbeschichtungs- und Kollabierprozeß ein relativ dünnes Rohr verwenden, wodurch der Kollabiervorgang erleichtert wird, und im Ergebnis trotzdem zu einer dicken Lichtwellenleiter-Vorform gelangen, die Voraussetzung für eine wirtschaftliche Herstellung von Lichtwellenleitern ist. Dadurch wird das Mantelmaterial, das beim bekannten Vorform-Herstellungsverfahren hauptsächlich aus dem Material des innenbeschichteten Substratrohres entsteht, durch das aufgeschmolzene Kieselglasrohr verstärkt.
Unter Umständen kann das Aufschmelzen des Kieselglasrohres auf den Stab dadurch erleichtert werden, daß auch die Außenfläche des Stabs durch Anwendung eines bekannten Außenbeschichtungsverfahrens mit einer Glasschicht überzogen wird, deren Erweichungstemperatur gegenüber der des Materials an der Außenfläche des Stabes selbst herabgesetzt ist Es ist auch denkbar, daß es ausreicht, entweder nur die Außenfläche des Stabes oder nur die Innenfläche des aufzuschmeizenden Rohres mit einer Glasschicht zu überziehen, deren Erweichungstemperatur herabgesetzt ist.
Wie in Figur 2 gezeigt, wird der Stab, gleichgültig wie er hergestellt worden ist, nachdem seine Oberfläche geätzt und flammenpoliert worden ist, durch den Spindelstock 3 der Glasbläserdrehbank in das dort noch eingespannte, nunmehr innenbeschichtete Kieselglasrohr 1 eingeschoben und in ein weiteres Bohrfutter 7 eingespannt, das nach Entfernung des Abzugs an der Hinterseite des Reitstocks 4 angebracht wird. Dieses weitere Bohrfutter 7 wird am Reitstock 4 auf die gleiche Achse aufgeschraubt, auf diebereits das Bohrfutter 2 aufgeschraubt ist, so daß es synchron mit diesem rotiert. Um Verluste zu vermeiden, empfiehlt es sich vor der Einführung des Glasstabes 8 an dessen Ende einen Verlängerungs-Glasstab 9 mit geeigneten Abmessungen anzuschweißen. Beim Verfahrensschritt des Aufschmelzens des Rohres 1 auf den Stab 8, der in Figur 3 dargestellt ist, wird zunächst am freien Ende des Stabes 8 durch Erhitzung mit dem Knaltgasbrenner 5 eine Engstelle 10 im Rohr 1 erzeugt und die Spitze des Glasstabes 8 zur Halterung in diese Engstelle hineingedrückt. Nun wird der Glasstab 8 mit seinem Verlängerungs-Glasstab 9 in das Bohrfutter 7 fest eingespannt. Zum Aufschmelzen werden der Glasstab 8 mit dem angeschweißten Verlängerungs-Glasstab 9 und das Glasrohr 1 synchron in Rotation versetzt und durch Einwirkung der heißen Flamme des Knallgasbrenners 5 beginnend unmittelbar nach der Engstelle mit einander verschmolzen, wobei der Knall gasbrenner 5 langsam mit einer Geschwindigkeit von 1-2 cm/min an der Außenseite des Rohres entlangbewegt wird.
Auf diese Weise läßt sich eine blasenfreie dicke Vorform herstellen, die unbegrenzt lagerfähig ist.
Durch das blasenfreie Verschmelzen lassen sich aus solchen Vorformen Fasern ziehen, deren Zugfestigkeit nicht geringer ist als die von Fasern, die nach der bekannten Technik hergestellt werden, bei der die Vorform durch Innenbeschichten und Kollabieren eines dickeren Substratrohres hergestellt wird.
Die Erfindung ist allgemein anwendbar, wenn ein im wesentlichen aus Kieselglas bestehendes Rohr auf einen im wesentlichen aus Kieselglas bestehenden Stab aufzuschmelzen ist, wobei-die Art und der radiale Verlauf der Dotierungsmittel in dem Rohr bzw. in dem Stab keine wesentliche Rolle spielt.
In einer modifizierten Form dieses Prozesses wird nur der Anfang des Stabes bzw. der Vorform bis zu einer Länge von 5-10 % mit dem innenbeschichteten Außenrohr verschmolzen und der Vorgang des Aufschmelzens unterbrochen. Das Gebilde kann nun aus der Drehbank angespannt werden und wird unmittelbar nach dieser Vorbereitung in die Vorformhalterung am Faserziehturm eingespannt. Während des Faserziehprozesses wird das Aufschmelzen des Rohres im HT-Ofen vervollständigt. Diese Vorgehensweise beschleunigt den Vorgang des Aufschmelzens in der Drehbank erheblich, ist jedoch nur eingeschränkt anzuwenden, da diese Vorform nicht lagerfähig ist. Die miteinander nicht verschmolzenen Glasflächen können während der Lagerung kontaminieren und die Festigkeit der gezogenen Faser herabsetzen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern, bei dem durch mindestens teilweises Aufschmelzen eines im wesentlichen aut Kieseiglas bestehenden Rohres auf einen im wesentlichen aus Kieselgla! bestehenden Stab eine Vorform hergestellt und aus dieser Vorform der Lichtwellenleiter gezogen wird d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Aufschmelzen des Rohres auf die Außenfläche des Stabes und/oder auf die Innenfläche des Rohres eine Schicht aus dotiertem Kieselglas aufgebracht wird, deren Erweichungstemperatur niedriger-als die des jeweiligen Stubstrats ist 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab durch Innenbeschichtung eines Kieselglasrohres und Kollabieren desselben nach der Innenbeschichtung hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dotierung der auf der Außenfläche des Stabes und/oder auf der Innenfläche des Rohres aufzubringenden Schicht mehrere Dotiermittel verwendet werden'die insgesamt die Erweichungstemperatur herabsetzen und hinsichtlich ihrer brechungsindexverändernden Wirkung einander kompensieren.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Länge von 10 bis 20 % des Stabes mit dem innenbeschichteten Rohr verschmolzen wird und die weitere KoLlabierung im HT-Ofen des Faserziehturms fortgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Länge von 10 bis 20 % des Stabes mit dem innenbeschichteten Rohr verschmolzen wird und das Material des nicht mit dem Stav verschmolzenen Teil des Rohres beim Ziehen der Vorform auf das Material des Stabes aufgeschmolzen wird.