DE3506660A1 - Verfahren zum herstellen einer vorform fuer einen lichtwellenleiter - Google Patents

Description

• Beschreibung
• "Verfahren zum Herstellen einer Vorform für einen Lichtwellenleiter" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Die Herstellung von Lichtwellenleitern für die optische Nachrichtenübertragung erfolgt bei vielen Verfahren z.B.
• nach dem MCVD-, PCVD-, OVD- sowie VAD-Prozeß, in zwei wesentlichen Schritten. Im ersten Schritt wird die Vorform als Glasstab hergestellt und im zweiten Schritt wird aus der Vorform der Lichtwellenleiter gezogen. Die stabförmige Vorform besteht aus einem Kern, der aus einer oder mehreren konzentrischen Schichten aufgebaut ist, aus dem der lichtführende Kern des Lichtwellenleiters entsteht und einer äußeren Hülle aus Glas, aus welcher der Mantel des Lichtwellenleiters entsteht. Der Kern wird aus hochreinem Quarzglas extrem niedriger Absorption durch Niederschlag aus der Gasphase hergestellt, während die äußere Hülle, auch Mantel genannt, aus geringerwertigem Quarzglas bestehen kann. Beim MCVD- und PCVD-Verfahren besteht beispielsweise dieser äußere Mantel aus dem Trägerrohr, das für den Innenabscheidungsprozeß benutzt wird.
• Zur wirtschaftlichen Herstellung derartiger Lichtwellenleiter ist es zweckmäßig, Vorformen mit einem möglichst großen Durchmesser herzustellen. Denn je größer der Vorformdurchmesser desto größere Faserlängen lassen sich pro Längeneinheit der Vorform ziehen. Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es erforderlich, den Anteil hochreinen Quarzglases, das im relativ teueren Verfahren aus der Gasphase abgeschieden wird, nur so hoch zu wählen wie dieses vom Aufbau des Lichtwellenleiters her erforderlich ist. Daraus folgt, daß es zweckmäßig ist, das Verhältnis von hochwertigem Quarzglas zu billigem Mantelglas konstant zu halten bei allen Vorformdurchmessern. Das bedeutet z.B.
• beim MCVD- und ähnlichen Verfahren, daß immer dickwandigere Rohre eingesetzt werden müssten. Nun erfordert aber der Herstellungsprozeß eher dünnwandige Rohre um eine gute Wälmeleitung von außen nach innen zu gewährleisten. Dieser Nachteil ist vermeidbar, wenn eine bereits zu einem Stab kollabierte Rohr-Vorform durch ein zweites Rohr überfangen wird derart, daß der Stab in das Rohr geschoben wird und durch Erhitzen das Rohr auf den Stab aufgeschrumpft und verschmolzen wird. Das Aufschrumpfen erfolgt derzeit üblicherweise in einer horizontal arbeitenden Glasdrehbank durch Erhitzen mit einer Flamme. Hierbei ist besondere Sorgfalt erforderlich, um den Einschluß von störenden Luftblasen, Fremdpartikein oder nur teilweises Verschmelzen zu vermeiden. Derartige Fehler würden die Qualität des fertigen Lichtwellenleiters in störender Weise verschlechtern oder sogar zu dessen Unbrauchbarkeit führen. Da beim Verschmelzen von Rohr und Stab das Quarzglas sehr weich ist, muß die Anordnung in der horizontal arbeitenden Glasdrehbank gedreht werden um ein Absacken des Quarzglasrohres und/oder des Quarzglasstabes unter dem Einfluß der Schwerkraft zu vermeiden. Erschwerend kommt hinzu, daß kollabierte Vorformen oft nicht völlig gerade sind, so daß beim Drehen eine Unwucht entsteht, die zu Störungen führen kann. Insbesondere wurde festgestellt, daß unter diesen Bedingungen ein konzentrisches Aufschrumpfen des Quarzglasrohres auf den Quarzglasstab schwierig ist. Denn der Gasdruck der Flamme kann ebenfalls zu unerwünschten Störungen beim Aufschrumpfen führen. Z.B. entsteht ein elliptisches Aufschrumpfen und/oder Eindellungen des Quarzglasrohres.
• ih der DE-OS 33 15 150 wird ein Verfahren beschrieben, durch welches das Überfangen wesentlich verbessert werden soll. Hierbei wird vor dem Aufschrumpfen auf die Innenfläche des Quarzglasrohres und/oder auf die Außenflächen des Quarzglasstabes eine dotierte Quarzglasschicht aufgebracht, um das Verschmelzen zu erleichtern.
• Dieses Verfahren ist aber unwirtschaftlich, da ein Zwischenschritt erforderlich ist. Außerdem beseitigt es nicht die störende Unwucht beim nach wie vor erforderlichen Drehen während des Aufschrumpfprozesses und trägt auch nicht zur Verminderung von Konzentritätsfehlern bei.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das in konstengünstiger und zuverlässiger Weise ein konzentrisches Überfangen ermöglicht und bei dem insbesondere Durchmesserschwankungen der fertigen Vorform sowie Gas- und/oder Partikeleinschlüsse zwischen dem Quarzglasstab und dem Quarzglasrohr vermieden werden.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgstaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß während des Verschmelzvorganges keine Drehbewegung erforderlich ist, und somit Deformationen durch Zentrifugalkräfte vermieden werden.
• Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß ein Verschmelzen des Quarzglasrohres mit dem Quarzglasstab in einem Arbeitsgang möglich ist. Dieses ist zeit- und energiesparend und daher sehr kostengünstig.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung.
• Die Figur zeigt einen Quarzglasstab 1, welcher zumindest dem lichtführenden Kern des fertigen Lichtwellenleiters entspricht. Es ist möglich, daß der Quarzglasstab 1 weiterhin eine oder mehrere Schichten enthält, welche dem sogenannten Mantel des Lichtwellenleiters entsprechen. Der Quarzglasstab 1 ist konzentrisch umgeben von einem Quarzglasrohr 2, dessen Innendurchmesser - vor dem Verschmelzen - ungefähr 1 mm größer ist.als der Außendurchmesser des Quarzglasstabes 1. Der Quarzglasstab 1 sowie das Quarzglasrohr 2 werden genau konzentrisch zueinander und genau senkrecht ausgerichtet, d.h. entlang der Richtung der Schwerkraft 3. Dieses geschieht z.B. mit Hilfe einer sich nicht drehenden jedoch senkrecht gestellten Glasdrehbank, die entsprechende obere Spannvorrichtungen (Backenfutter 7,9) und untere Spannvorrichtungen (Backenfutter 8, 10) besitzt. Es ist zweckmäßig, vor dem Verschmelzen zumindest die Mantelfläche des Quarzglasstabes 1 und die Innenfläche des Quarzglasrohres 2 gründlich zu reinigen. Dazu wird der entstandene und vor dem Verschmelzen ununterbrochene Zwischenraum 6 mit derzeit handelsüblichen flüssigen und/oder gasförmigen Reinigungs und/oder Atzmitteln gespült. Anschließend wird die zunächst an den oberen Spannvorrichtungen befindliche Wärmequelle 4, z.B. ein durch elektrischen Strom direkt beheizter ringförmiger Widerstandsofen aus Graphit, welcher das Quarzglasrohr 2 ringförmig umgibt, soweit erhitzt, daß das Quarzglasrohr 2 ringförmig erweicht und mit dem Quarzglasstab 2 verschmilzt (oberer Teil der Fig.) Dabei werden die Verschmelzungsparameter, insbesondere Temperatur, Temperaturgradient sowie Vorschubgeschwindigkeit der Wärmequelle 4 in Rich- tung der Schwerkraft 3, derart gewählt, daß ein möglichst großer Aufschmelzwinkel 5 eingehalten wird. Der Aufschmelzwinkel ist definiert als Winkel zwischen der Rohrachse und der Wendetangente des sich im Aufschmelzbereich verjüngenden Rohres. Dieser Aufschmelzwinkel 5 zwischen dem Quarz glasstab 1 und dem Quarzglasrohr 2 ist vorteilhafterweise größer als 2 Altgrad und vorzugsweise größer 5 Altgrad, um einen störenden Einschluß von Gas- und/oder Luftblasem während des Verschmelzens zu vermeiden. Die erwähnten Verschmelzungsparameter sind abhängig von der gewählten Anordnung, z.B. Durchmesser sowie Wandstärke des Quarzglasstabes und/oder des Quarzglasrohres, und müssen daher experimentell bestimmt werden.
• Nach dem Verschmelzen entsteht eine stabförmige Vorform, die zu einem Lichtwellenleiter ausgezogen werden kann. Die entstandene Vorform hat z.B. eine Elliptizität definiert als 6 = a-b wobei a die große und b die kleine Halba+b' achse der Ellipse sind, des Außendurchmessers von kleiner als 1X, eine Exzentrizität des Mittelpunktes des Quarzglas stabes 1 bezüglich der Außenfläche des aufgeschmolzenen Quarzglasrohres von kleiner als 0,5 %. Der Linearitätsfehler, d.h. der Abstand der tatsächlichen Längsachse von einer Geraden, der Längsachse 11 der Vorform ist kleiner als 1 mm. Durchmesserschwankungen des Außendurchmessers des aufgeschmolzenen Quarzglasrohres betragen weniger als 2 %.
• - Leerseite -

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen einer Vorform für einen Lichtwellenleiter, bei welchem ein Quarzglasrohr mit einem darin angeordneten Quarzglasstab miteinander verschmolzen werden,dadurch gekennzeichnet, - daß vor dem Verschmelzen zumindest der Quarzglasstab (1) im wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerkraft (3) ausgerichtet wird, - daß zum Verschmelzen eine das Quarzglasrohr (2) ringförmig umgebende Wärmequelle (4) in Richtung der Schwerkraft (3) bewegt wird, - daß während des Verschmelzens eine Drehung des Quarzglasstabes (1) sowie des Quarzglasrohres (2) vermieden wird und - daß während des Verschmelzens zwischen dem Quarzglasstab (1) sowie dem Quarzglasrohr (2) der Einschluß von Dampf- und/oder Glasblasen dadurch vermieden wird, daß ein Aufschmelzwinkel (5) von größer als zwei Altgrad eingehalten wird.
2. 2. Verfahren zur Herstellung einer Vorform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle ein ringförmiger elektrischer Widerstandsofen aus Graphit verwendet wird.
3. 3. Verfahren zur Herstellung einer Vorform nach Anspruch i oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verschmelzen die zu verschmelzenden Flächen des Quarzglasstabes und des Quarzglasrohres gereinigt werden durch flüssige und/oder gasförmige Reinigungs- und/oder Ätzmittel, welche durch den Zwischenraum (6) zwischen dem Quarzglasstab (1) und dem Quarzglasrohr (2) geleitet werden.
4. 4. Verfahren zur Herstellung einer Vorform nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschmelzwinkel (5) eingestellt wird durch die Aufschmelzparameter Temperatur sowie Temperaturgradient der Wärmequelle (4), Vorschubgeschwindigkeit der Wärmequelle (4) sowie Abstand der Innenfläche des Quarzglasrohres (2) von der Außenfläche des Quarzglasstabes (1).
5. 5. Verfahren zur Herstllung einer Vorform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf schmelzparameter derart gewählt werden, daß nach dem Verschmelzen eine stabförmige Vorform mit einem kreisförmigen Querschnitt entsteht, bei welcher folgende Grenzwerte eingehalten werden: Elliptizität des Außendurchmessers des Quarzglasrohres kleiner als I %, Exzentrizität des Mittelpunktes des Quarzglasstabes (1) bezüglich der Außenfläche des Quarzglasrohres (2) kleiner als 0,5 % sowie Linearitätsfehler der Längsachse (11) der Vorform kleiner als 1 mm.