DE3725252A1

DE3725252A1 - Vorform fuer eine multimode-lichtleitfaser

Info

Publication number: DE3725252A1
Application number: DE19873725252
Authority: DE
Inventors: Friedel Wichert; Hans Dipl Ing Engler; Detlev Dipl Ing Fenk
Original assignee: Jenaer Glaswerk GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1986-10-06
Filing date: 1987-07-30
Publication date: 1988-04-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorform für eine Multimode-Lichtleitfaser, die durch einen Innenrohrbeschichtungsprozeß (MCVD- Verfahren) mittels Dampfphasenreaktion hergestellt wird. Sie ist insbesondere bei der Herstellung von Lichtleiternachrichtenübertragungssystemen einsetzbar, bei denen für die Signalübertragung im Arbeitswellenlängenbereich 0,85 µm und 1,3 µm hohe Anforderungen an die Qualität der Lichtleitfasern gestellt werden.

Für die Herstellung von Multimode-Lichtleitfasern werden vielfältige Glaszusammensetzungen des Kernes beschrieben. In der US-PS 41 48 621 wird ein Verfahren zur Herstellung von optischen Fasern nach dem MCVD-Verfahren vorgestellt, bei dem in einem ersten Ausführungsbeispiel als Dotanden in den Gradientenschichten P₂O₅, Sb₂O₃ ab der 1. Gradientenschicht und GeO₂ ab der 2. Gradientenschicht in schichtweise linear ansteigender Konzentration eingesetzt werden. In einem 2. Ausführungsbeispiel der gleichen Schrift wird eine Faser mit ebenfalls steigender Sb₂O₃- und GeO₂-Konzentration mit konstanter B₂O₃-Konzentration ohne P₂O₅-Dotierung im Kern vorgestellt.

Durch die US-PS 45 26 599 sind für die Gestaltung des lichtleitenden Kernes einer optischen Faser 50 Gradientenschichten vorgesehen. Dabei sind die ersten 5 Gradientenschichten mit P₂O₅ in schichtweise steigender Konzentration dotiert, die ab der 5. Gradientenschicht für alle weiteren konstant gehalten wird, während die GeO₂-Konzentration von der 1. bis zur letzten Schicht entsprechend dem gewünschten Profil ansteigt.

In der praktischen Durchführung erweisen sich diese Gestaltungen des lichtleitenden Kernes für die Produktion insofern als nachteilig, da durch die viskositätserniedrigende Wirkung, insbesondere der P₂O₅-Dotierung, die Ovalität des Kernes zunimmt und diese zu Qualitätseinbußen führt. Weiterhin bewirkt die Erhöhung des Chloranteils in der heißen Zone bei der Zersetzung von POCl₃ zu P₂O₅ bei vergleichsweise geringer Δ n-Wirkung der P₂O₅-Dotierung eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichtes der Reaktion

nach links und somit eine Verschlechterung der GeCl₄-Ausnutzung im CVD-Prozeß.

Ziel der Erfindung ist es, den Materialeinsatz zur Herstellung von Multimode-Lichtleitfasern effektiver zu gestalten und qualitativ hochwertige Vorformen herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die Signalübertragung optimalen Aufbau einer Vorform für Multimode-Lichtleitfasern zu gestalten, um eine rationelle und wirtschaftliche Herstellung zu sichern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorform für eine Multimode-Lichtleitfaser für die Arbeitswellenlängen 0,85 µm und 1,3 µm, bei der ein Mantel, Sperrschichten und ein lichtleitender, aus einzelnen Gradientenschichten aufgebauter Kern mit genau definierter Glaszusammensetzung und einem daraus resultierenden radialen Brechzahlgradienten im Glassystem SiO₂-GeO₂-P₂O₅ vorgesehen ist, dadurch gelöst, daß von den den Kern bildenden Gradientenschichten mindestens zwei der den Sperrschichten benachbarten äußeren Gradientenschichten als brechzahlbestimmenden Dotanden nur P₂O₅ mit schichtweise ansteigender Konzentration enthalten und ab einer vorgegebenen darauffolgenden inneren Gradientenschicht die P₂O₅-Konzentration auf ein tieferes, für alle weiteren Gradientenschichten konstant bleibendes Niveau absinkt und als wesentlich die Brechzahl bestimmender Dotand noch GeO₂ mit schichtweise entsprechend dem vorgegebenen Gradientenprofil ansteigender Konzentration vorhanden ist.

Dabei ist es vorteilhaft, mindestens die ersten 2 Gradientenschichten und höchstens die ersten 8 Gradientenschichten nur mit P₂O₅ zu dotieren, wobei die P₂O₅-Konzentration von 0,5-0,7 Mol-% in der ersten bis höchsten 4,2-5,2 Mol-% in der 8. Gradientenschicht ansteigt, ab frühestens der 3. Gradientenschicht und spätestens der 9. Gradientenschicht auf eine konstante Konzentration im Bereich von 0,5-1,8 Mol-% absinkt und die GeO₂-Konzentration von 0,8-1,8 Mol-% frühestens in der 3. Gradientenschicht und spätestens in der 9. Gradientenschicht auf 10,4-12,1 Mol-% in der letzten, 45. Gradientenschicht ansteigt.

Die Sperrschichten können aus reinem oder Fluor-dotiertem SiO₂ gebildet sein.

Bei Realisierung der Erfindung wird der Materialeinsatz zur Herstellung von Vorformen für Multimode-Lichtleitfasern wesentlich effektiver gestaltet und somit die Wirtschaftlichkeit der Herstellung erhöht. Darüberhinaus ergeben sich durch die nur geringfügige P₂O₅-Dotierung der Gradientenschicht durch Minimierung von Ovalitätsfehlern an den hergestellten Vorformen hohe Produktionsausbeuten und eine hohe Reproduzierbarkeit aller Parameter. Weiterhin wirken die den Sperrschichten benachbarten äußeren Gradientenschichten durch ihre ausschließliche P₂O₅-Dotierung als zusätzliche Barrierschichten gegen ein Eindringen von transmissionsstörenden OH-Gruppen in den Kern und verbessern somit die Langzeitstabilität von aus diesen Vorformen hergestellten Multimode-Lichtleitfasern.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, einer Vorform für eine Multimode-Lichtleitfaser erläutert werden.

Eine Vorform für eine Multimode-Lichtleitfaser setzt sich aus einem äußeren Mantel, mindestens einer Sperrschicht und einem aus 35 bis 60 Gradientenschichten aufgebauten Kern zusammen. Dabei ist ein Verhältnis von Kerndurchmesser zu Manteldurchmesser (KMV) von 1 : 2,5 erwünscht. Die angestrebte numerische Apertur (NA) an der Vorform beträgt 0,215 und ist durch

mit

n _m = Brechzahl des Mantels Δ n _max = Brechzahldifferenz zwischen Mantel und letzter Gradientenschicht

bestimmt.

Für den Aufbau der Vorform ist bestimmender Parameter die Fläche des Mantels F _M:

In (2) bedeuten:

m/l= Masse pro Länge des TrägerrohresR= Dichte des synthetischen Kieselglasesf₀= Abdampfung bei der Herstellung der Vorform in Prozent D _i= Innendurchmesser des Trägerrohres d _s= Dicke der Sperrschichten

Damit ergibt sich aus dem Durchmesserverhältnis die Fläche des Kernes F _k zu

Daraus ergibt sich die Fläche einer einzelnen Gradientenschicht F _GS bei einer Gesamtzahl von Z Gradientenschichten im Kern zu

Zur Erzielung eines bestimmten Brechzahlgradienten wird die Brechzahldifferenz Δ n _i für jede einzelne Gradientenschicht berechnet. Es gilt durch Unabhängigkeit der einzelnen Brechzahlanteile der Dotanden D₁ und D₂ voneinander:

Δ n _i = Δ n _{D 1i} + Δ n _D 2i (5)

in der i-ten Schicht sowie die Beziehung

in der α den Profilparameter beschreibt.

Somit liegen alle für die Gestaltung des Aufbaus der Vorform benötigten Voraussetzungen durch die Gleichungen (1) bis (6) vor. Durch die entsprechende Optimierung von Profilparameter α, der Glaszusammensetzungen der Gradientenschichten, anlagen- und verfahrenstechnischen Erfordernissen im Hinblick auf Qualität, Impulsdispersion und Produktausbeute wurden folgende Parameter für den Aufbau der Vorform für Multimode-Lichtleitfasern als besonders günstig ermittelt:

NA0,215 ± 0,02 α1,95 Z45 KMV2,29 - 2,71 Kernovalität 6%
Außenovalität 2%

Die sichere Einstellung dieser Parameter wird mit folgender beispielhafter Glaszusammensetzung der Gradientenschichten in hohem Maße und Reproduzierbarkeit gewährleistet.

Claims

1. Vorform für eine Multimode-Lichtleitfaser für die Arbeitswellenlängen 0,85 µm und 1,3 µm, bei der ein Mantel, Sperrschichten und ein lichtleitender, aus einzelnen Gradientenschichten aufgebauter Kern mit genau definierter Glaszusammensetzung und einem daraus resultierenden radialen Brechzahlgradienten im Glassystem SiO₂-GeO₂-P₂O₅ vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß von den den Kern bildenden Gradientenschichten mindestens zwei der den Sperrschichten benachbarten äußeren Gradientenschichten als brechzahlbestimmenden Dotanden nur P₂O₅ mit schichtweise ansteigender Konzentration enthalten und daß ab einer vorgegebenen darauffolgenden inneren Gradientenschicht die P₂O₅-Konzentration auf ein tieferes, für alle weiteren Gradientenschichten konstant bleibendes Niveau absinkt und als wesentlich die Brechzahl bestimmender Dotand noch GeO₂ mit schichtweise entsprechend dem vorgegebenen Gradientenprofil ansteigender Konzentration vorhanden ist.

2. Vorform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die ersten 2 Gradientenschichten und höchstens die ersten 8 Gradientenschichten nur mit P₂O₅ dotiert werden, die P₂O₅-Konzentration von 0,5-0,7 Mol-% in der ersten äußeren Gradientenschicht bis auf höchstens 4,2-5,2 Mol-% in der 8. Gradientenschicht ansteigt, frühestens ab der 3. Gradientenschicht und spätestens ab der 9. Gradientenschicht auf eine konstante Konzentration von 0,5-1,8 Mol-% absinkt und die GeO₂-Konzentration von 0,8-1,8 Mol-% frühestens in der 3. Gradientenschicht und spätestens in der 9. Gradientenschicht auf 10,4-12,1 Mol-% in der letzten, der 45. Gradientenschicht ansteigt.

3. Vorform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschichten aus undotiertem SiO₂ bestehen.

4. Vorform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschichten aus Fluor-dotiertem SiO₂ bestehen.