DE3830624A1

DE3830624A1 - Verfahren zur herstellung von dickkernigen lichtwellenleitern durch innenbeschichtung

Info

Publication number: DE3830624A1
Application number: DE19883830624
Authority: DE
Inventors: Volker Paquet; Ulrich Dr Ackermann
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1990-03-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf mit Rohrinnenbeschichtungverfahren hergestellte dickkernige Lichtwellenleiter. Bei diesen Verfahren wird SiO₂-Staub oder dotiertes SiO₂ mit Hilfe des MCVD-Verfah rens (modified chemical vapor deposition) oder des PCVD-Verfah rens (Plasma activated chemical vapor deposition) oder des PICVD-Verfahrens (plasma impulse activated chemical vapor deposi tion) an der Innenwand eines Quarzglasrohres niedergeschlagen. Die Zugabe der Dotierstoffe dient dabei der gewünschten Einstel lung des Brechungsindexes entlang des Radius.

Mit zunehmender Beschichtungszeit wächst das Rohr von außen nach innen langsam zu. Deshalb ist man bei der Herstellung von Dick kernfasern durch Innenbeschichtungsverfahren im Hinblick auf das zu wählende Verhältnis von Kerndurchmesser zu Manteldurchmesser prinzipiell eingeschränkt, denn die Wandstärke des Mantels ist nach unten aus technischen Gründen beschränkt. Unterschreitet die Wandstärke bei vorgegebenem Außendurchmesser einen bestimmten Wert, so ist das Rohr bei diesem Verhältnis von Kerndurchmesser zu Manteldurchmesser mit den oben angeführten Verfahren wegen der bei der Beschichtung auftretenden relativ hohen Temperatur und der geringen mechanischen Stabilität nicht mehr handhabbar. Bei einem vorgegebenen Verhältnis von Kerndurchmesser zu Manteldurch messer zeigt der minimale Außendurchmesser, das heißt der Durch messer, bei dem eine Innenbeschichtung dann gerade noch technisch machbar ist, die Grenzen des Standes der Technik auf. Somit ist man bei der Auswahl von Substratrohren für die Herstellung dick kerniger Lichtwellenleiter erheblich eingeschränkt.

Bei den einzelnen Beschichtungsverfahren treten zusätzlich cha rakteristische Verfahrensmängel auf:

Beim PICVD-Verfahren (=plasma impulse activated chemical vapor deposition) wird mit Drücken von ca. 1 bis 20 mbar gearbeitet. Da bei zunehmender Innenbeschichtung der Innendurchmesser des Rohres ständig kleiner wird und der axiale Druckabfall mit der vierten Potenz des Radius zunimmt, entsteht längs des Rohres ein drasti scher Druckabfall. Hiervon wird der Schichtdickenverlauf in axialer Richtung negativ beeinflußt. Da zusätzlich die zu be schichtende Oberfläche im Rohrinnern aber linear mit dem Radius abnimmt, sinkt dadurch auch die Beschichtungsrate. Ein Ausgleich könnte zwar durch eine Erhöhung der Impulsrate der Plasmaimpulse erfolgen. Die damit verbundene Erhöhung der mittleren Plasmalei stung würde sich jedoch nachteilig auf die Homogenität der einge bauten Dotierstoffe auswirken.

Beim MCVD-Verfahren wird mit Prozeßtemperaturen um 1600°C gear beitet. Bei diesen Temperaturen besteht die Gefahr, daß Rohre mit kleiner Mantelstärke kollabieren.

Aus den beschriebenen Mängeln läßt sich erkennen, daß es bei der Herstellung von dickkernigen Lichtwellenleitern nach dem Stand der Technik problematisch ist, bei vorgegebener Mantelstärke mit Rohrdurchmessern zu beginnen, die in der Größenordnung des minima len Durchmessers liegen; Es werden vielmehr relativ dickwandige Rohre verwendet. Nach dem bisherigen Stand der Technik bei Rohr innenbeschichtungsverfahren sind, wenn überhaupt, nur Fasern wirtschaftlich herstellbar, bei denen das Verhältnis von Kern durchmesser zu Manteldurchmesser wesentlich unter 1 : 1,1 liegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Mängel zu beseitigen und es zu ermöglichen, zur Herstellung von dickkernigen Lichtwellenleitern auch Rohre mit solchen Abmessun gen einzusetzen, die größere Kern-Mantelverhältnisse erlauben, als es der bisherige Stand der Technik zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Be schichtungsprozeß bei Erreichen eines vorgegebenen Minimalwertes für den Innendurchmesser unterbrochen wird und das Rohr mittels Druckbeaufschlagung auf einen für die weitere Innenbeschichtung günstigen Durchmesser gebracht wird.

Zur Herstellung dickkerniger Lichtwellenleiter wären zwar Rohre mit dünner Wandstärke und großem Innendurchmesser ideal, sind aber, wie anhand der Mängelbeschreibung ersichtlich aus techni schen Gründen nicht handhabbar. In der vorliegendne Erfindung wird der Herstellungsprozeß mit einem Rohr handhabbarer Wandstär ke begonnen. Die mit der Innenbeschichtung verbundene Durchmes serverkleinerung ist in gewissen Bereichen tolerierbar. Sobald die Verkleinerung des Innendurchmessers während des Beschich tungsvorgangs kritische Werte erreicht, wird der Prozeß unterbro chen und das Rohr durch Anlegen eines geeigneten kontrollierbaren Überdrucks unter gleichzeitiger Temperaturbehandlung auf einen vorgegebenen Innendurchmesser aufgeweitet. Die Temperaturbeauf schlagung wird sich in den Bereichen bewegen, die man ansonsten benötigt, um das Rohr kollabieren zu lassen. Bei der Aufweitung bleibt dabei die Schichtstruktur vollständig erhalten. Nach Abkühlen auf die Prozeßtemperaturen wird die Beschichtung so lange fortgesetzt, bis der Innendurchmesser den kritischen Wert erneut erreicht. Dieser Verfahrensschritt kann mehrmals hinter einander wiederholt werden. Über den gesamten Beschichtungsprozeß betrachtet nimmt dabei die Wandstärke des Substratrohres ständig ab, so daß das Kern-Mantelverhältnis immer kleiner wird. Mit diese Verfahrensweise ist also möglich, Dickkern-Lichtwellenlei ter mit einem Verhältnis von Kerndurchmesser zu Manteldurchmesser von 1 : 1,1 herzustellen, wobei man ein Rohr von 20 mm Außendurch messer und 1 mm Wandstärke einsetzen kann. Nach dem bisherigen Stand der Technik war das nicht möglich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von durch Innenbeschichtung herge stellten dickkernigen Lichtwellenleitern dadurch gekennzeich net, daß die Innenbeschichtung periodisch unterbrochen wird und bei jeder Unterbrechung der innere Durchmesser durch Aufweiten auf einen für die weitere Innenbeschichtung günsti gen Wert gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Innenbeschichtung dann erfolgt, wenn ein für die weitere Innenbeschichtung kritischer Durchmesser erreicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung durch Anlegen eines Überdrucks eines geeigneten Gases geschieht.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung bei der Temperatur vorgenommen wird, bei der das Rohr sonst kollabiert.