DE3315165A1 - Process for the production of an optical waveguide - Google Patents

Process for the production of an optical waveguide

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Hans-Peter Dipl.-Phys. 7910 Neu-Ulm Huber
Klaus Dr.-Ing. 7900 Ulm Petermann
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C03B37/01861—Means for changing or stabilising the diameter or form of tubes or rods

Abstract

The invention relates to a process for the production of an optical waveguide, in particular a graded-index waveguide, which has a negligible refractive index dip and a low OH<-> ion content. This is achieved in an economical manner by shrinking the coated preform tube to a small internal diameter. The shrunk preform tube is subsequently collapsed at one end to form an onion, from which the optical waveguide is drawn.

Description

Lichtwellenleiter gezogen wird. Bei diesem Verfahren entsteht durch Abdampfen von Dotierstoff aus der inneren Vorformoberfläche ein charakteristischer Brechzahleinbruch, auch Dip genannt, in der Mitte der Querschnittsfläche des Lichtwellenleiters.Optical fiber is pulled. In this process, results from Evaporation of dopant from the inner preform surface is a characteristic Refractive index drop, also called dip, in the middle of the cross-sectional area of the optical waveguide.

Der Dip stellt eine Störung des gewünschten Brechzahlprofiles in dem Lichtwellenleiter dar und führt insbesondere bei sogenannten Gradientenofilfasern zu einer nachteiligen Verringerung der erreichbaren Ubertragungsbandbreite.The dip represents a disturbance of the desired refractive index profile in the Optical waveguides represent and lead in particular with so-called gradient filament fibers to a disadvantageous reduction in the achievable transmission bandwidth.

Zur Vermeidung des Dip's ist es bekannt, während des Kollabierens des Vorformrohres zu einem Stab, das in mehreren Schritten unter allmählicher Schrumpfung des Vorformrohres bis zum endgültigen Schließen zum Stab erfolgt, ein Gemisch aus Dotierstoffhalogenid (z.B. GeCl4) und Sauerstoff durchzuleiten, um den Verlust an Dotierstoff durch Abdampfen durch erneuten Niederschlag von Dotierstoff zu kompensieren. Durch eine geringfügige Uberkompensation während des letzten Kollabierschrittes kann der Dip nahezu vollkommen vermieden werden.It is known to avoid the dip while collapsing of the preform tube into a rod, which in several steps with gradual shrinkage of the preform tube until it is finally closed to the rod, a mixture of Dopant halide (e.g. GeCl4) and oxygen pass through in order to reduce the loss of Compensate dopant by evaporation through renewed precipitation of dopant. By a slight overcompensation during the last collapse step the dip can be almost completely avoided.

Ein weiterer Vorschlag zur Beseitigung des Brechzahldips während des Kollabierens beruht darauf, die während der allmählichen Schrumpfung des Vorformrohres an Dotierstoff verarmte Zone, vor dem endgültigen Schließen des Vorformrohres zum Stab, abzuätzen.Another suggestion for eliminating the dip in the refractive index during the Collapse is due to the gradual shrinkage of the preform tube of dopant-depleted zone, before the final closing of the preform tube for Stick to etch.

Beiden Verfahren liegt jedoch das vollständige Kollabieren des Vorformrohres zum Vorformstab zugrunde. Das Kollabieren zu einem Vorformstab ist jedoch ein technologisch schwer beherrschbarer Verfahrensschritt, der leicht zu Beschreibung Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.Both methods, however, involve the complete collapse of the preform tube to the preform rod. However, collapsing into a preform rod is a technological one difficult to control process step that is easy to description Method for producing an optical waveguide The invention relates to a method for the production of an optical waveguide according to the preamble of the patent claim 1.

Eine bekannte Methode zur Herstellung von Lichtwellenleitern ist die Innenbeschichtung von Quarzglasrohren mit dotierten Quarzglasschichten aus der Gasphase zu sogenannten Vorformrohren, z.B. gemäß dem MCVD-Verfahren. Ein derartiges Vorformrohr wird nach der Innenbeschichtung zu einem Vorformstab kollabiert und aus diesem der eigentliche Lichtwellenleiter gezogen. Alternativ dazu ist es möglich, den Lichtwellenleiter unmittelbar aus dem Vorformrohr zu ziehen. Dazu wird das Vorformrohr an seinem einen Ende zu einer sogenannten Ziehzwiebel kollabiert, aus welcher der Deformationen des Querschnitts des Lichtwellenleiters ebenso vermieden wie störende Lufteinschlüsse entlang der Längsachse des Lichtwellenleiters. Das geschrumpfte Vorformrohr besitzt eine kleine Innenfläche, die entsprechend weniger störende OH -lonen aufnimmt. Dadurch wird eine eventuell nötige Zwischenlagerung von geschrumpften Vorformrohren wesentlich vereinfacht, so daß z.B. keine dauernde Chlorgasspülung erforderlich ist.A well-known method for the production of optical waveguides is the Inner coating of quartz glass tubes with doped quartz glass layers from the gas phase to so-called preform tubes, e.g. according to the MCVD process. Such a preform tube is collapsed after the inner coating to a preform rod and from this the actual fiber optics pulled. Alternatively, it is possible to use the fiber optic cable to be drawn directly from the preform tube. For this purpose, the preform tube is on its one End collapses into what is known as a spring onion, from which the Deformations of the cross section of the optical waveguide as well as disruptive air inclusions along the longitudinal axis of the optical waveguide. The shrunk preform tube has a small inner surface, which accordingly absorbs less disruptive OH ions. Through this a possibly necessary intermediate storage of shrunk preform tubes becomes essential simplified, so that e.g. no permanent chlorine gas purging is necessary.

Während des Ziehvorgangs verdampft zwar erneut Dotierstoff von der Innenfläche des Vorformrohres, dies führt aber wegen des stark verringerten Rohrinnendurchmessers lediglich zu einem vernachlässigbaren Brechzahleinbruch in der Mitte der Querschnittsfläche des Lichtwellenleiters. Die Schichtdicke des an Dotierstoff verarmten Bereiches ist im wesentlichen eine Funktion der Ziehtemperatur, und der Verweildauer der Ziehzwiebel in der heißen Zone des Ziehofens. Der Durchmesser des Brechzahleinbruches in dem Lichtwellenleiter errechnet sich aus der Volumenerhaltung der an Dotierstoff verarmten Zone in der Vorform un im Lichtwellenleiter. Aus der Schichtdicke t des an Dotierstoff verarmten Bereiches in der Vorform und dem Vor forminnendurchmesser R ergibt sich der Radius rd des Brechzahleinbruches in dem Lichtwellenleiter näherungsweise zu 24CRt Ss qNzrd , wobei z das Ziehverhältnis bedeutet. Unter gleichen Ziehbedingungen (gleiche Ziehtemperatur, gleiche Verweildauer störenden Deformationen der Vorform (Durchmesserschwankungen) führen kann und/oder zum Einschluß von störenden Luftblasen durch teilweise unvollständiges Kollabieren.During the pulling process, dopant evaporates again from the Inner surface of the preform tube, but this leads to the greatly reduced inner diameter of the tube only to a negligible drop in the refractive index in the middle of the cross-sectional area of the fiber optic cable. The layer thickness of the dopant-depleted area is essentially a function of the pulling temperature and the residence time of the pulling onion in the hot zone of the drawing furnace. The diameter of the break in the refractive index in the Optical fiber is calculated from the volume retention of those depleted in dopant Zone in the preform and in the optical fiber. From the layer thickness t of the dopant depleted area in the preform and the pre form inside diameter R results the radius rd of the drop in the refractive index in the optical waveguide approximates 24CRt Ss qNzrd, where z is the draw ratio. Under the same drawing conditions (same drawing temperature, same dwell time disturbing deformations the preform (diameter fluctuations) can lead and / or to the inclusion of disruptive Air bubbles due to partially incomplete collapse.

Dies führt in nachteiliger Weise zu unvollkommenen Lichtwellenleitern und/oder sogar zu deren Unbrauchbarkeit.This disadvantageously leads to imperfect optical waveguides and / or even to their uselessness.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das eine kostengünstige Herstellung eines Lichtwellenleiters ermöglicht, bei dem ein Brechzahleinbru h ("Dip") sowie eine Einlagerung von OH--Ionen vermieden wird.The object of the invention is therefore to provide a method that has a allows inexpensive production of an optical waveguide, in which a refractive index h ("Dip") and the storage of OH ions is avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified features. Refinements and further training the invention can be inferred from the subclaims.

Die Erfindung beruht darauf, daß das Vorformrohr nach Abscheidung aller dotierten Mantel- und Kernschichten in einem oder mehreren Verfahrensschritten soweit geschrumpft wird, daß der verbleibende Innendurchmesser des Vorformrohres gering ist und vorzugsweise in einem Bereich von lmm bis 5mm liegt. Zur Vermeidung einer Dotierstoffverarmung der inneren Vorformoberfläche wird während dieses Schrumpfens Dotierstoffgas, z.B. GeCl4, und Sauerstoff durch das Vorformrohr geleitet. Weiterhin ist es möglich, nach Beendigung des Schrumpfens eine an Dotierstoff verarmte Innenschicht durch Gasphasenätzung zu entfernen. Anschließend wird das geschrumpfte Vorformrohr an einem Ende so kollabiert, daß eine sogenannte Ziehzwiebel entsteht, aus welcher der Lichtwellenleiter gezogen wird. Bei diesem Ziehverfahren werden in vorteilhafter Weise geometrischeThe invention is based on the fact that the preform tube after deposition of all doped cladding and core layers in one or more process steps is shrunk to the extent that the remaining inner diameter of the preform tube is small and is preferably in a range from 1 mm to 5 mm. To avoid dopant depletion of the inner preform surface occurs during this shrinkage Dopant gas, e.g. GeCl4, and oxygen passed through the preform tube. Farther it is possible, after the end of the shrinkage, to have an inner layer depleted of dopant to be removed by gas phase etching. Then the shrunk preform tube collapses at one end in such a way that a so-called pull onion is formed from which the optical fiber is pulled. This drawing process is more advantageous Way geometric

Claims (8)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters, mit einer vernachlässigbaren Störung des Brechungsindexes in der Mitte des Kernes und einem vernachlässigbaren OH--Ionengehalt, durch Ziehen aus einem Vorformrohr, das durch ein Innenbeschichtungsverfahren hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Vorformrohr zunächst auf der nutzbaren axialen Länge radial geschrumpft wird auf einen Innendurchmesser, der wesentlich kleiner ist als derjenige während des Innenbeschichtungsverfahrens und daß das geschrumpfte Vorformrohr zu einer Ziehzwiebel kollabiert wird, aus welcher der Lichtwellenleiter gezogen wird.Claims 1. A method for producing an optical waveguide, with negligible perturbation of the refractive index in the center of the core and a negligible OH - ion content, by drawing from a preform tube, which is produced by an internal coating process, characterized in that, that the coated preform tube initially radially over the useful axial length it is shrunk to an inner diameter which is much smaller than that during the internal coating process and that the shrunk preform tube closes an onion is collapsed, from which the optical fiber is pulled. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während des Schrumpfens durch das Vorformrohr ein Gas- und/oder Dampfgemsich geleitet wird, das minde- Innendurchmesser geschrumpft wird, der im Bereich von lmm bis 5mm, vorzugsweise bei 2mm, liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that at least a gas and / or steam mixture is passed through the preform tube during the shrinkage becomes, the minor Inside diameter is shrunk in the area from 1mm to 5mm, preferably 2mm. 9. Verfahren nach.einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Vorformrohres zumindest während des Ziehens des Lichtwellenleiters mit einem Gas- und/oder Dampfgemisch gespült wird, welches die Bildung von Hydroxyl (OH )-lonen vermeidet.9. The method according to one of the preceding claims, characterized in that that the interior of the preform tube at least during the drawing of the optical waveguide is flushed with a gas and / or vapor mixture, which the formation of hydroxyl Avoids (OH) ions. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas- und/oder Dampfgemisch Chlor enthält.10. The method according to claim 9, characterized in that the gas and / or vapor mixture contains chlorine. stens ein Dotiermittel enthält in einer Konzentration, die elre Dotierstoffverarmung der zuletzt abgeschiedenen Schicht vermeidet.at least one dopant contains in a concentration the elre dopant depletion the last deposited layer avoids. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das G-as~und/oder Dampfgemisch mindestens ein Dotierstoffhalogenid sowie Sauerstoff enthält.3. The method according to claim 2, characterized in that the G-as ~ and / or Vapor mixture contains at least one dopant halide and oxygen. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schrumpfen die innerste Schicht abgetragen wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that after shrinking the innermost layer is removed. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Schicht durch eine Gasphasenätzung abgetragen wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the innermost Layer is removed by gas phase etching. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem geschrumpften Vorformrrohr nach dem Abtragen der innersten Schicht auf die darunterliegende Schichtenfolge eine Schutzschicht aufgebracht wird, die bei dem nachfolgenden Ziehen des Lichtwellenleiters- eine Dotiermittelverarmung darunterliegender Schichten verhindert.6. The method according to claim 4 or claim 5, characterized in that that in the case of the shrunk Vorformrrohr after the removal of the innermost layer a protective layer is applied to the underlying layer sequence, which at the subsequent pulling of the optical waveguide - a dopant depletion underneath Layers prevented. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzschicht reines Dotiermittel und/oder eine überdotiertes Siliziumdioxid verwendet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that as a protective layer pure dopant and / or an overdoped silicon dioxide is used. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorformrohr auf einen8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the preform tube on a
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