DE3447081A1 - Verfahren zum herstellen einer vorform zum ziehen von lichtleitfasern - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer vorform zum ziehen von lichtleitfasernInfo
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Description
AEG-TELEFUNKEN Kabelwerke Aktiengesell schaft,Rheydt
Bonnenbroicher Str. 2-14
4050 Mönchengladbach 2
19. Dezember 1984
Lg/schr
Lg/schr
Verfahren zum Herstellen einer Vorform zum Ziehen von Lichtleitfasern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer, Lichtleitfaser,
bei dem zunächst ein rohrförmiger Glaskörper niit Bereichen mit unterschiedlichem Brechungsindex hergestellt !und dieser
Glaskörper zu einer Glasfaser ausgezogen wird. j
Optisch leitende Glasfasern werden aus Vorformen gezogen! Nach
dem CVD-Verfahren wird ein aus Mantelglas bestehendes Rohr innenseitig mit Kernglas beschichtet. Das Kernglas besteht insbesondere
aus mit Germaniumdioxyd (GeO2) dotiertem Siliciumdioxyd (SiO2)
und weist einen höheren Brechungsindex auf als das Mantelglas,
Man kann nach dem CVD-Verfahren auch einen stabförmigen Grundkörper
zunächst mit dotiertem Kernglas und danach mit einem Mantelglas beschichten. Der Grundkörper wird schließlich entfernt, iln beiden
Fällen erhält man, ggfs. nach einer Verglasung der aufgebrachten Schichten, einen rohrförmigen Körper. Dabei wird der rohjrförmige
Körper, von einem Ende beginnend, fortlaufend über seines Länge hin bis zum Erweichungspunkt erhitzt, so daß er zu einem VoIl-
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körper zusammenfällt. Das Kollabieren kann als getrennter Verfahrensschritt
oder gemeinsam mit dem Faserziehen erfolgen.
Insbesondere bei mit GeO2 dotiertem Kernglas wurde in dessen
zentralem Bereich ein nachteiliger Einbruch (Dip) des Brechungs-Indexes
festgestellt. Dieser entsteht dadurch, daß bei der zur Kollabierung bzw. Faserziehen erforderlichen hohen Erhitzung bevorzugt
GeO2 aus der inneren Rohroberfläche verdampft. Infolgedessen
■entsteht ein zentraler Bereich dss kollabierten Kern mit einer
Verarmung an GeO2. Ein solcher in der Vorform entstandener Dip
ergibt sich dann in geometrisch äquivalenter Form auch in der gezogenen optischen Faser.
Dieser unerwünschte Dip verursacht, je nach Größe, in Multimodegradienten-
und Monomodefasern nachteilige, physikalische Effekte:
- Reduzierung der Einkoppeleffektivität,
- Erhöhung der Mikrokrümmungsempfindlicheit,
- Beeinflussung der Cut-Off-Wellenlänge,
- Reduzierung der Übertragungsbandbreite,
- Fehl interpretation der DMD-Meßmethode,
- negative Beeinflussung des 1^-Faktors bei großen LWL-Strecken,
,- Empfindlichkeit der Bandbreitenmessung bezüglich Einkopplung
und Microbendings.
Trotz zahlreicher Versuche ist es bisher nicht gelungen, den Dip vollständig zu vermeiden, man konnte ihn lediglich reduzieren.
Um solch kleine Dip-Werte zu erreichen, mußte der zunächst große Innendurchmesser des beschichteten Rohres durch Vorkollabierung
verkleinert werden. Nach der Verkleinerung wurde die GeO2-verarmte
innere Hautschicht durch Ätzen entfernt. Dieses Vorverfahren wurde bis zu einem möglichst kleinen verbleibenden Innendurchmesser
durchgeführt, so daß beim abschließenden endgültigen Kollabieren ein nur relativ geringer GeO2-verarmter Flächenanteil auch nur
eine schmale Dip-Zone ergeben konnte. Ein weiteres bekanntes Verfahren
zur Reduzierung eines Dip besteht darin, daß während des Kollabierens germaniumhaltige Stoffe zugesetzt werden, um der
GeO2-Verarmung entgegenzuwirken.
Die bekannten Verfahren zur Verminderung des Dips sind aufwendig und nicht voll befriedigend, da ein Restdip nicht vermeidbar war.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ein Dip möglichst
vollständig vermieden wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß beim Ziehen des rohrförmigen
Glaskörpers ein Unterdruck im Inneren des rohrförmigen Glaskörpers vorhanden ist, der derart gewählt wird, daß die fertige
Glasfaser möglichst keinen Dip aufweist.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß durch
einen entsprechenden Unterdruck ein Dip vermieden werden kann. Beim Verfahren nach der Erfindung wird vorzugsweise darauf: geachtet,
daß die nach der Erfindung hergestellte Glasfaser einen möglichst kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dies erreicht man
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise dadurch» daß der rohrförmige Glaskörper durch Vorkollabieren mechanisch
so stabil gemacht wird, daß beim weiteren Faserziehen mit Unterdruck
keine Glasfaser mit elliptischem Querschrritt entsteht. Zu diesem Zweck muß der rohrförmige Glaskörper vor dem Faserziehen
eine entsprechende Geometrie aufweisen, indem er beispielsweise einen entsprechend kleinen Innendurchmesser oder ein entsprechend
kleines Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser aufweist.
Das Verfahren nach der Erfindung führt zu dem überraschenden Ergebnis,
daß die Entstehung eines Dips bzw. ein Dip vollständig bzw. nahezu vollständig vermeidbar ist und somit das Ergebnis
wesentlich besser ist als bei bekannten Verfahren. Der Unterdruck kann beliebig niedrige Werte annehmen, wobei jedoch in der Praxis
der Druck nur soweit verringert wird, daß sich der Dip mit Sicherheit
nicht ausbildet.
Der erforderliche Mindestunterdruck hängt von der Art der für
die Vorform verwendeten Materialien, insbesondere der Dotierstoffe
ab. Für den jeweiligen Fall geeignete optimale Druckwerte können durch einfache Versuche festgestellt werden, indem beispielsweise
eine Versuchsvorform über die Länge mit variablem Druck zur Faser ausgezogen wird. Durch Messung in verschiedenen Ebenen der Faser
läßt sich feststellen, bei welchem Unterdruck der Dip verschwindet bzw. unmerkbar klein wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der rohrförmige Glaskörper vor dem Ziehen ohne Unterdruck vorkollabiert. Für den
Fall, daß im Glasrohr vor dem Ziehen eine verarmte Dotierungsschicht vorhanden ist, wird diese verarmte Dotierungsschicht vorzugsweise
entfernt. Vorzugsweise wird jedoch vor dem Kollabieren mit Unterdruck das Entstehen einer verarmten Dotierungsschicht im Glasrohr
verhindert. Vorzugsweise besteht beim Faserziehen mit Unterdruck dieser Unterdruck gegenüber dem auf die Außenwand des rohrförmigen
Glaskörpers wirkenden Druck.
Die Erfindung ist ganz allgemein anwendbar, so daß es beispielsweise
nicht darauf ankommt, ob der Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex durch Innen- oder Außenbeschichtung hergestellt
wird.
Die Innenbeschichtung oder Außenbeschichtung des Glasrohres besteht
beispielsweise beim Verfahren nach der Erfindung aus dotiertem Silizium. Als Dotierstoffe werden beispielsweise Germaniumdioxid
und/oder Phosphorpentoxid verwendet.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert.
Der in Fig. 1 vorhandene rohrförmige Glaskörper besteht aus einer äußeren Mantelschicht 1 aus im wesentlichen reinem SiO2-GIaS und
einer inneren Kernschicht 2 aus im wesentlichen mit GeO2 dotiertem
SiO2-GIaS. Der GeO2-Gehalt nimmt zur Mitte hin zu, so daß im Kern
der zu ziehenden Glasfaser das gewünschte Gradientenprofil des Brechungsindex mit exponentiel lern Verlauf entsteht.
Durch einen Brenner bzw. Ofen 3 wird gemäß der Fig. 2 der ronrförmige
Glaskörper in einem bestimmten Bereich 4 bis zum Erweichungspunkt erhitzt. Der erweichte Bereich wird zu einer Glasfaser
ausgezogen. Hierbei wird im noch nicht zur Glasfaser ausgezogenen und daher noch rohrförmigen Teil 5 ein Unterdruck erzeugt,
der so bemessen ist, daß ein Dip in der Glasfaser verhindert wird. Der Unterdruck im Bereich 5 wird beispielsweise dadurch erzeugt,
daß an der öffnung 6 eine Vakuumpumpe angeschlossen wird.
Damit der rohrförmige Körper sich nicht infolge des inneren Unterdrucks
elliptisch zu einer Faser verformt, darf dessen Wandstärke relativ zum Innendurchmesser nicht zu klein sein. Deshalb wurde
vor dem endgültigen Ziehen zur Glasfaser gemäß Figur 2 ein nach dem einen vertikalen CVD-Verfahren (VCVD) innenbeschichtetes Rohr»
welches einen größeren Außendurchmesser und geringere Wandstärken aufwies, zunächst bei atmosphärischem Innendruck vorkollabiert.
Die dadurch entstandene GeO2-verarmte innere Schicht wurde durch
Ätzen entfernt. Da bei dem nachfolgenden endgültigen Ziehen zur Faser gemäß Fig. 2 ein innerer Unterdruck von beispielsweise
400 mbar aufrechterhalten wurde, konnte sich kein GeO2-verarmter
innerer Bereich in der Faser mehr ausbilden.
Während die nach bekannten Verfahren hergestellten Glasfasern gemäß der Figur 3 in der Mitte einen Dip 7 aufweist, ist bei den
nach der Erfindung hergestellten Glasfasern gemäß der Figur 4 kein Dip festzustellen. Anstelle von nur einer Innenschicht werden
bei der Herstellung von Glasfasern im allgemeinen sehr viele Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebracht, die
in den Figuren 3 und 4 mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet sind. Der in der Figur 3 zu sehende, unerwünschte Dip ist ein aus
Germaniumdioxid verarmter Bereich.
11 Patentansprüche
5 Seiten Beschreibung
Zeichnung
5 Seiten Beschreibung
Zeichnung
Claims (11)
1. Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitfaser, bei dem zunächst
ein rohrförmiger Glaskörper mit Bereichen mit unterschiedlichem Brechungsindex hergestellt und dieser Glaskörper zu
einer Glasfaser ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Ziehen des rohrförmigen Glaskörpers ein Unterdruck im Inneren des rohrförmigen Glaskörpers vorhanden ist, der derart
gewählt wird, daß die fertige Glasfaser möglichst keinen Dip aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derart
verfahren wird, daß die Glasfaser einen möglichst kreisförmigen Querschnitt aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der rohrförmige Glaskörper durch Vorkollabieren mechanisch
so stabil gemacht wird, daß beim Ziehen des rohrförmigen Glaskörpers mit Unterdruck keine Glasfaser mit elliptischem Querschnitt
entsteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der rohrförmige Glaskörper vor dem Ziehen ohne Unterdruck vorkollabiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß für den Fall, daß im Glasrohr vor dem Ziehen eine verarmte Dotierungsschicht vorhanden ist, diese verarmte
Dotierungsschicht entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Kollabieren mit Unterdruck das Entstehen einer verarmten Dotierungsschidrt im Glasrohr verhindert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Unterdruck im Inneren des Glasrohres gegenüber dem auf die Außenwand des rohrförmigen Glaskörpers
wirkenden Druck hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex durch Innen- oder Außenbeschichtung hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenbeschichtung oder Außenbeschichtung des Glasrohres aus dotiertem Silizium besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als
Dotierstoff Germaniumdioxid und/oder Phosphorpentoxid verwendet wird.
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