DE69132840T2 - Verfahren zur Herstellung einer polarisationserhaltenden Faser - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer polarisationserhaltenden Faser

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine polarisationserhaltende single-mode optische Faser herzustellen und bezieht sich im besonderen auf ein Verfahren, eine Vorform herzustellen, aus der solche Fasern gezogen werden können. In vielen Anwendungen von single-mode optischen Fasern, z.B. Gyroskopen, Sensoren und ähnlichen, ist es wichtig, dass das sich ausbreitende optische Signal die Polarisationscharakteristik des Eingangslichtes bei Vorhandensein externer dipolarisierender Störungen die Polarisationscharakteristik behält. Dies erfordert, dass der Wellenleiter eine azimutale Asymmetrie des Brechungsindexprofils aufweist.
  • Eine spannungsdoppeltbrechende optische Faser, welche extrem gute polarisationserhaltende Eigenschaften aufweist, wird im U.S. Patent Nr. 4 478 489 vorgestellt. Die Brechungsindexasymmetrie wird erhalten, indem in den Mantelbereich der Faser auf gegenüberliegenden Seiten des Kernes longitudinal sich erstreckende Bereiche aus Glas eingeführt werden, welche einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TCE) aufweisen, welcher von dem des Mantels unterschiedlich ist.
  • Spannungsdoppeltbrechende single-mode Fasern wurden über mehrere Jahre hinweg mit einer "Vielfachstab im Rohr" - Technik hergestellt. Einer der Nachteile dieser Technik ist das Auftreten von Blasen in der Faser aufgrund der vielen Oberflächen in der Vorform, aus der die Faser gezogen wird. Ein weiterer Nachteil ist die lange Zeitdauer der Verschluss- bzw. Abdichttechnik, die erforderlich ist, um das Spannungsstabmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt daran zu hindern, lateral zwischen die benachbarten Mantelstäbe in azimutale Bereiche der Faser außer denen der Spannungsstabbereiche zu fließen.
  • Der Abdichtvorgang beinhaltet ein zweimaliges oder dreimaliges Entlangbewegen einer Flamme an dem "Stab im Rohr" - Anordnung, wobei jedes Entlangbewegen 45 bis 60 Minuten dauert. Selbst nachdem die Anordnung dem Abdichtvorgang unterzogen wurde, leckt manchmal das Spannungsstabmaterial zu den benachbarten Mantelstäben.
  • Das zuvor erwähnte laterale Leckageproblem kann mit dem Verfahren, das im U.S. Patent Nr. 4 561 871 und dem entsprechenden Europäischen Patent EP-8-0147225 vorgestellt wird, vermieden werden. In diesem Verfahren werden longitudinal sich erstreckende Öffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Kernes einer single-mode -Faservorform gebohrt. Es werden Spannungsstäbe in die Öffnungen eingeführt und die Vorform wird zu einer Faser gezogen. Jedoch war es sehr schwierig, zwei Öffnungen zu bohren, die parallel mit dem Kern verlaufen und nicht schräg dazu sind. Auch neigen die rauen Oberflächen der Öffnungen dazu, Blasen zu bilden. Ein verbessertes Verfahren, zylindrische Glasartikel, welche wenigstens eine Öffnung parallel zur longitudinalen Achse aufweisen, herzustellen, wird nachfolgend beschrieben.
  • Ein bevorzugtes Spannungsstabmaterial weist SiO&sub2; dotiert mit einem Betrag von B&sub2;O&sub3; auf, um den TCE - Wert auf einen Wert anzuheben, der oberhalb dem des Mantelglases liegt. Dieses Dotiermaterial ist vorteilhaft, da sein Brechungsindex niedriger als der des Siliziummantelglases ist; Spannungsstäbe, die B&sub2;O&sub3; enthalten, können deshalb relativ dicht am Faserkern platziert werden. Obwohl die polarisationserhaltenden singlemode optischen Fasern mit Spannungsstäben aus SiO&sub2; dotiert mit weniger als 20 Gewichtsprozenten B&sub2;O&sub3; gebildet wurden, enthalten die Spannungsstäbe im allgemeinen wenigstens 20 Gewichtsprozent B&sub2;O&sub3;, um gute polarisationserhaltende Eigenschaften zu sichern. Spannungsstäbe, die aus SiO&sub2; dotiert mit weniger als 15 Prozent B&sub2;O&sub3; dotiert sind, haben eine sehr niedrige Viskosität bei den Ziehtemperaturen der Faser und würden vom Boden der Vorform laufen, wenn sie nicht daran gehindert werden, dies zu tun. Während des Ziehvorganges, kann das Spannungsstabglas von der Ziehform aufwärts gequetscht werden, da der Durchmesser der Ziehform im unteren Bereich abnimmt. Dies kann die Geometrie des Kernes und/oder der Spannungsstäbe in der gezogenen Faser verändern und kann zu einer nicht gleichmäßigen Druck auf den Kern führen. Es wird eine Technik benötigt, um das Fließen des Spannungsstabglases entweder vom Ende der Form während des Faserziehvorganges zu verhindern und es wird nachfolgend ein Verfahren beschrieben, eine spannungsbrechende optische Faser herzustellen, welche Spannungsstäbe aus Glas hat, welches sehr niedrige Viskosität bei Ziehtemperatur aufweist.
  • Spannungsstäbe mit optischer Qualität können durch einen Flammenoxydationsvorgang gebildet werden, wobei Glasteilchen (manchmal Glasstaub genannt) auf einem vorläufigen Ziehkopf abgelagert werden, der einen konisch zulaufenden Griff an einem Ende hat. Der Glasstaub wird auch auf dem Endteil des Griffes abgelagert, so dass nachdem eine ausreichend dicke Beschichtung aufgebracht wurde, die poröse Vorform und der Griff von dem Ziehkopf als eine Einheit entfernt werden können. Der Griff unterstützt die poröse Vorform während des weiteren Herstellvorganges. Die poröse Vorform wird zu einer konisch zulaufenden Glasvorform geschrumpft, welche von dem Schrumpfungsbrennofen entfernt wird und wird gedehnt, um die Öffnung zu schließen und einen ausgedehnten Stab zu bilden. Wenn herkömmliche Techniken verwendet werden, um die Stäbe, welche SiO&sub2; dotiert mit wenigstens 15 Gewichtsprozent B&sub2;O&sub3; zu bilden, neigt der überbrückende Belag aus Glasstaub am Ende des Griffes dazu, zu brechen; die poröse Vorform löst sich also vom Griff. Die geeignete Verbindung der Glasstaubvorform mit dem Griff wird als "Heilung bezeichnet. Außerdem kann die geschrumpfte Borsilikat - Glasvorform mit hoher Ausdehnung vom Griff brechen. Zusätzlich kann ein Belag mit hoher Ausdehnung, welcher sich auf der Oberfläche der Öffnung der geschrumpften Vorform bildet, die Vorform während des Kühlens zum Brechen bringen.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, um Borsilikatstäbe herzustellen, die wenigstens 15 Prozent B&sub2;O&sub3; aufweisen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu liefern, eine polarisationserhaltende single-mode optische Faser herzustellen, in die Spannungsstäbe mit einem hohen Borgehalt eingeführt werden können und welche mit dem Mantelglas ohne Bruch der Spannungsstäbe beim Kühlen verbunden werden können.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie es hier beansprucht wird, ist von dem Typ bzw. der Art, wie sie in EP-A- 0147225 beschrieben wird, wie oben erwähnt, welches ein Verfahren zum herstellen einer polarisationserhaltenden singlemode optischen Faser vorstellt, welches die Arbeitsschritte aufweist:
  • Liefern einer Vorform, welche aufweist: einen Glaskern, der von Mantelglas umgeben ist, ein Paar longitudinaler Öffnungen, die auf gegenüberliegenden Seiten dieses Kernes platziert sind,
  • Einführen eines Spannungsstabes aus Glas in jede dieser Öffnungen, der einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher verschieden von dem des Mantelglases ist, wodurch eine Ziehform gebildet wird,
  • Evakuieren des Zwischenraumes zwischen dem Spannungsstab 62 und der Oberfläche des Mantelglases, welches diese Öffnungen bildet,
  • Schmelzen jedes dieser Spannungsstäbe an die Öffnung der Oberfläche, in welche er eingeführt wurde, und
  • Ziehen der sich ergebenden Ziehform, um eine optische Faser zu bilden.
  • Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsschritt des Einführens aufweist: Einführen in jede Öffnung einen zusammengesetzten Stab, der dadurch gebildet wird, dass an jedem Ende des Spannungsstabes ein Glasstöpsel angebracht wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient in der Mitte zwischen dem des Mantelglases und diesem Spannungsstab liegt, Einführen dieses zusammengesetzten Stabes in die Öffnung, wobei die Länge des Spannungsstabes so ist, dass wenigstens ein Teil jedes dieser Stöpsel innerhalb der Öffnung ist und Befestigen der Stöpsel an der Ziehform, um zu verhindern, dass der Spannungsstab schmilzt und während des Ziehvorganges von der Öffnung fließt.
  • Das Rohr wird vorzugsweise auf die Kernvorform geschrumpft, um eine feste Vorform zu bilden, welche die longitudinalen Öffnungen enthält. Dies kann erreicht werden, indem Glasstaub auf der äußeren Oberfläche des Rohres abgelegt wird, die Vorrichtung erhitzt wird, welche durch Einbringen der Kernvorform in das Rohr gebildet wurde, um den Glasstaub zu schrumpfen, wobei der Vorgang des Schrumpfens des Glasstaubes eine radial nach innen gerichtete Kraft auf das Rohr ausübt, welche das Rohr zum Schrumpfen auf die Kernvorform veranlasst, wobei der Arbeitsschritt des Heizens, das Rohr mit dem Stab verschmilzt. Der Querschnittsbereich der Öffnungen kann vergrößert werden, indem eine gebräuchliche Technik wie z.B. das Fließen eines Ätzmittels durch die Öffnungen, angewendet wird. Der Arbeitschritt des Fließens kann für eine gewisse Zeitdauer fortgesetzt werden, die ausreicht, die Querschnittsform der Öffnung in im wesentlichen runde Form zu bringen, wodurch das Verwenden von runden Spannungsstäben, welche relativ leicht gebildet werden können, ermöglicht wird.
  • Wenn die Ziehform in den Eingangsbereich des Ziehbrennofens eingeführt wird, kann eine Vakuumbefestigung an ihr befestigt werden, um die oben erwähnte Evakuierung des Zwischenraumes zwischen den Spannungsstäben und der Oberfläche des Mantelglases, welches die Öffnungen bildet, zu bewirken. Die Ziehform wird durch die heiße Zone des Brennofens mit einer Geschwindigkeit, die hoch genug ist, um eine Ausdehnung zu verhindern, geführt, wobei die Geschwindigkeit des Einführens und die Temperatur der heißen Zone ausreichend hoch ist, um jeden Spannungsstab an seine jeweilige Öffnungsoberfläche zu schmelzen. Die Ziehform wird zurück in die heiße Eingangszone gezogen. Falls nötig, wird die Temperatur der heißen Zone auf die Ziehtemperatur erhöht. Danach wird ein Ende der Ziehform in die heiße Zone eingeführt und es wird eine optische Faser gezogen.
  • Die hier verwendeten Vorformen können Longitudinalöffnungen haben, welche durch Verfahren, anders als hier beschriebene bevorzugte Technik, gebildet werden. Z.B. können longitudinale Öffnungen auf gegenüberliegender Seite des Kernes durch Bohren oder ähnliches gebildet werden.
  • Die Spannungsstäbe können aus Borsilikatglas sein, welches wenigstens 15 Gewichtsprozent B&sub2;O&sub3; aufweist. Ein Verfahren, um diese zu bilden, besteht darin, einen Strom von Glasteilchen, welche eine geeignete Konzentration von B&sub2;O&sub3; aufweisen, auf einen rotierenden Ziehkopf zu richten, um eine poröse Glasbeschichtung auszubilden. Die Ablagerbedingungen sind derart, dass sie ein Sintern des Glasstaubes während der Ablagerung verhindern. Der Ziehkopf wird von der Vorform entfernt, um eine konisch zulaufende poröse Vorform zu bilden, welche erhitzt wird, um sie an eine dichte Glasvorform zu schrumpfen, welche eine axiale Öffnung aufweist. Es wird NF&sub3; durch die Öffnung geströmt, während die Temperatur der geschrumpften Vorform oberhalb von 600ºC, aber unterhalb der Temperatur beibehalten wird, welche eine wesentliche Verlängerung der Form verursachen würde. Dieser Arbeitsschritt des Ätzens entfernt von der Oberflächenöffnung einen Belag von Material mit hoher Dehnung, welche die geschrumpfte Form zum Brechen bringen würde, wenn sie von dem Schrumpfungsbrennofen entfernt wird. Der sich ergebende Gegenstand wird optional mit SF&sub6; geätzt, um eine glattere Oberfläche zu erhalten. Die sich ergebende konische, dichte Glas-Vorform kann gedehnt und geschrumpft werden, um einen festen Glasstab zu bilden.
  • Da geschrumpfter Borsilikat-Glasstaub mit hohem B&sub2;O&sub3;-Gehalt nicht richtig den Griff während der Ablagerung "abheilt" bzw. bedeckt und da eine Borsilikat-Glas-Vorform mit hohem B&sub2;O&sub3;- Gehalt vom Griff brechen kann, ist es vorteilhaft, von Anfang an die Zusammensetzung des Stromes der Glaspartikel einzujustieren, um auf dem Ziehkopf und dem Griff eine poröse Glasbeschichtung zu bilden, deren innerer Bereich eine ausreichend hohe Konzentration von Si O&sub2; aufweist, so dass diese Probleme vermindert sind. Die Zusammensetzung der verbleibenden Vorform liefert die gewünschten Ausdehnungseigenschaften.
    • Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen
  • Fig. 1 ist ein Querschnitt einer mit Rillen versehenden Kernvorform
  • Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, welche das Ziehen eines Stabes aus der mit Rillen versehenen Kernvorform erläutert.
  • Fig. 3 erläutert die Anwendung einer Beschichtung mit Glasteilchen auf einer Glasröhre.
  • Fig. 4 ist ein Querschnitt, welcher die Schrumpfung und das Verschmelzen einer ersten Anordnung erläutert.
  • Fig. 5 ist ein Querschnitt, der entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 aufgenommen wurde.
  • Fig. 6 erläutert die Verbindung zwischen einer Kugelverbindung mit einem gasführenden Griff und der geschrumpften Vorform, die aus dem Arbeitschritt, der in Fig. 4 erläutert wurde, resultiert.
  • Fig. 7 ist ein Querschnitt einer Vorform, welche sich aus dem Arbeitsschritt der Schrumpfung/Verschmelzung, die in Fig. 4 erläutert wird ergibt.
  • Fig. 8 ist ein Querschnitt, welcher die vergrößerten Löcher, die durch den Ätzarbeitsschritt, welchem die Vorform aus Fig. 6 ausgesetzt wird, erläutert.
  • Fig. 9 ist ein Querschnitt, welcher den Herstellvorgang für eine Ziehform erläutert, welche Spannungsstäbe beinhaltete, für die Anwendung des Verfahrens der Erfindung.
  • Fig. 10 ist ein Querschnitt einer polarisationserhaltenden single-mode - Faser, welche mit dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurde.
  • Fig. 11 bis -13 erläutern verschiedene Spannungsstabgeometrien.
  • Fig. 14 ist ein Querschnitt, welcher eine Modifikation des Prozesses aus Fig. 9 erläutert.
  • Fig. 15 ist ein Querschnitt, welcher die Anwendung einer ersten und zweiten Beschichtung mit porösem Glas eines Ziehkopfes erläutert.
  • Fig. 16 ist ein unterbrochener Querschnitt eines herkömmlichen Flammenhydrolyse - Brenners.
  • Es muss festgestellt werden, dass von den erläuterten Verfahren, eine Ziehform herzustellen, nur das in Bezug auf Fig. 9 beschriebene dem nachfolgenden Anspruch 1 entspricht, obwohl andere erläuterte Merkmale in Verbindung mit den Ansprüchen der Erfindung genutzt werden können.
  • Es muss festgestellt werden, dass die Zeichnungen erläuternden und symbolischen Charakter haben und es besteht keine Absicht, dies in maßstäblicher Weise oder in aufeinander bezogenen Proportionen der Bauelemente, die darin gezeigt werden, zu zeigen.
  • Bezogen auf Fig. 1 wird anfangs eine Glas-Single-Mode-Kern- Vorform 10 geliefert, d.h. eine Vorform, in welcher das Verhältnis des Durchmessers des Kernes 11 zum Durchmesser des Mantels 12 größer ist als das, welches erforderlich ist, um eine single-mode Faser aus der Vorform zu ziehen. Um eine single-mode optische Faser von solch einer Kernvorform zu bilden, wird diese in herkömmlicher Weise mit zusätzlichem Mantelglas überzogen, um das gewünschte Verhältnis von Kerndurchmesser zu Manteldurchmesser zu liefern. Die Vorform 10 kann mit irgendeiner bekannten Technik hergestellt werden z.B. mit modifizierter chemischer Aufdampfung (MCVD), axialer Aufdampfung (VAD) und äußerer Aufdampfung (OVD). Wenngleich der Kern 22 dargestellt wird als habe er einen runden Querschnitt, könnte er auch einen nicht kreisförmigen Querschnitt, wie z.B. einen länglichen haben. Das Brechungsindexprofil des Kernes kann vom stufenförmigen Typ sein, von Gradiententyp oder einem ähnlichen.
  • In Längsrichtung sich erstreckende Rillen 14 werden im Mantel 12 auf gegenüberliegenden Seiten des Kernes 11 durch Schleifen, Sägen oder Ähnliches gebildet. Wenn der Durchmesser der mit Rillen versehenen Kernvorform zu groß für den nachfolgenden Bearbeitungsschritt ist, wird er in das Gerät der Fig. 2 eingeführt, einem herkömmlichen Ziehofen, in welchem seine Spitze durch die Vorrichtung 18 erhitzt wird. Ein Ende des Siliziumstabes 19 ist an das untere Ende der Vorform angeschmolzen und das andere Ende des Stabes wird von einem motorgetriebenen Antrieb 20 geführt. Ein gerillter Stab 21, welcher einen Kern 11', einen Mantel 12' und longitudinale Rillen 14' aufweist, wird gezogen.
  • Ein Ende 29 des Mantelrohres 27 läuft konisch zu, wie dies in Fig. 4 gezeigt wird und ein Glasstöpsel 30 wird an das konisch zulaufende Ende angeschmolzen. Bezogen auf Fig. 3, die Enden des Rohres 27 werden dann in einer Drehbank montiert, wo es rotiert wird und gegenüber einer Staubablagerungsvorrichtung 25 voranbewegt wird. Die Teilchen 26 aus Glasstaub werden auf dem Rohr 27 abgelagert, um eine Beschichtung 28 aufzubauen. Der Staub 26 hat vorzugsweise die gleiche Zusammensetzung wie das Rohr 27, dabei ist SiO&sub2; eine bevorzugte Zusammensetzung für Spannungsstab - polarisationserhaltende optische Fasern.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt wird, wird ein Teil 22 des gerillten Stabes 21 in das Ende des Rohres 27 eingefügt, welches gegenüber dem konischen Ende 29 liegt, bis es das konische Ende berührt, wodurch die Anordnung 32 gebildet wird. Das Ende 34 des Rohres 27 ist konisch geformt und wird dann an den Griff 35 geschmolzen. Während die Anordnung 32 zum Schmelzen in den Muffelofen 31 herabgelassen wird, strömt ein Trocknungsgas durch die Muffel (Pfeile 33). Das Trocknungsgas besteht in herkömmlicher Weise aus einer Mischung von Chlor und einem inerten Gas, wie z.B. Helium.
  • Wenn die Staubbeschichtung 28 schrumpft, übt sie eine Kraft, radial nach innen auf das Rohr 27 aus, wodurch das Rohr einwärts gegen den Bereich 22 gedrückt wird. Ein Staub mit geringerer Dichte wird eine größere Kraft ausüben; jedoch muss die Staubbeschichtung ausreichend dicht sein, um ein Aufspringen zu verhindern. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, weist die geschmolzene Anordnung 38 einen Kern 11' auf, der vom Mantel 39 umgeben ist. Der originale Mantelbereich 12 und das Rohr 27 sind bei der gestrichelten Linie 40 vollständig miteinander verschmolzen. Die poröse Glasbeschichtung 28 ist vollständig geschrumpft und mit dem Rohr 27 verschmolzen, wie dies durch die gestrichelte Linie 41 gezeigt wird. Die Rillen 14' haben Öffnungen 37 erhalten, welche parallel zur longitudinalen Achse der Anordnung 38 sind.
  • Nach dem Schrumpfen wird das Ende der Vorform 32, welche das konisch zulaufende Ende 29 aufweist abgetrennt, um eine ebene Endfläche 43 (Fig. 6) zu bilden. Der konisch zulaufende Bereich 34 wird vom Griff 35 getrennt und wird an den gasführenden Griff 44 geschmolzen, um die Vorform 56 zu bilden. Der Griff 44 hat ein Glasrohr 45, welches ein glockenförmiges Verbindungsstück 48 an seinem oberen Ende aufweist und eine ringförmige Verdickung 49 aufweist, welche von dem Verbindungsstück 48 entfernt ist. Das Stützrohr 46 hat einen an seinem Ende gebildeten geschlitzten Griff. Eine Seite des Endbereiches 47 des Rohres 46 wird entfernt, um das obere Ende des Griffes 44 aufzunehmen, die Verdickung 49 ruht auf der durchbrochenen Grundfläche 50, wie der daneben liegende Bereich des Rohres 45 in den Durchlass 51 eingefügt wird. Am Ende des gasführenden Rohres 53 ist ein kugelförmiges Verbindungsstück 52, welches in den Hohlraum 54 des Verbindungsstückes 48 passt.
  • Die Vorform 56 wird in den Schrumpfmuffelofen 31 abgesenkt, während ein Ätz-Gas, wie z.B. NF&sub3;, SF&sub6; oder ähnliches in die Spitze des Rohres 27 aus dem Rohr 53 strömt (Pfeil 55) und durch die Öffnungen 37, wodurch die Öffnungswände in dem erhitzten Bereich der Anordnung geätzt werden. Ein bevorzugter Ofen ist der scannende Schrumpfofen, der im U.S. Patent Nr. 4 741 748 (Lane et al) beschrieben wird. Solch ein Ofen ist in der Lage eine scharfe heiße Zone zu liefern und seine Temperatur ist fertig einstellbar. Der Ätzvorgang kann nur zum Kletten der Oberflächen der Öffnung genutzt werden, oder er kann die Öffnungen vergrößern. Die Abmessung der Öffnung, die durch den Ätzvorgang gebildet wird, hängt von der Temperatur, der Durchflussrate des Ätzmittels und der Rate, bei welcher die heiße Spitze entlang der Vorform aufwärts scannt. Ein Ätzen mit NF&sub3; kann zur Bildung einer Vorform 56 führen, welche im wesentlichen runde Öffnungen 58 (Fig. 8) aufweist.
  • Die Öffnungen 14' können auch durch Befestigen der Enden der geschrumpften Anordnung 38 in einer Drehbank vergrößert werden, während das Ätzgas durch die Öffnungen geht und inkrementale Bereiche der Anordnung durch eine darüber gehende Flamme entlang der Oberfläche derselben erhitzt.
  • Um eine Spannungsstab - polarisationserhaltende optische Faser aus der Vorform 56 zu erhalten, werden Glasstäbe, die die erforderliche TCE haben, in die Öffnungen 58 eingeführt und die sich ergebende Anordnung wird in einem Ziehofen montiert, wo sie in eine Faser gezogen wird. Der TCE der Stäbe muss ausreichend verschieden von dem des Mantels 39 sein, um eine vorherbestimmte azimutale Asymmetrie des Brechungsindexprofils in der sich ergebenden Faser einzuführen. Wenn das Mantelglas 39 z.B. aus SiO&sub2; gebildet wird, können die Stäbe 62 aus SiO&sub3; dotiert mit einem Oxyd, wie z.B. B&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3; oder ähnlichem dotiert werden, wodurch das sich ergebende Glas mit einem TCE größer als dem von SiO&sub2; ausgestattet ist. Wie oben festgestellt, liefern gewisse Spannungsstabzusammensetzungen, wie z.B. jene, welche wenigstens 15 Gewichtsprozent B&sub2;O&sub3; aufweisen, gute optische Charakteristiken, aber sie haben sehr niedrige Viskosität bei den Faserziehtemperaturen. Während des Ziehvorganges kann ein Spannungsstabglas vom Boden der Ziehform laufen und kann auch aufwärts von der Spitze der Ziehform gequetscht werden, wenn sie nicht daran gehindert wird.
  • Um ein Spannungsstabsglas mit niedriger Viskosität in den Löchern 58 während des Ziehvorganges zu erhalten, werden beide Enden der Borsilikatspannungsstäbe an der Vorform befestigt. Wenn ein Spannungsstab mit hohem Borgehalt direkt an das Siliziummantelteil der Vorform geschmolzen würde, würde er gänzlich brechen, wenn er abgekühlt wird.
  • Deshalb werden die Glasendstäbe, die eine niedrigere TCE als der Spannungsstab haben an den Enden des Spannungsstabes und die Endstäbe mit der Vorform verschmolzen. Wenn z.B. ein Endstab aus Silizium, der mit ungefähr 7 Gewichtsprozent B&sub2;O&sub3; dotiert ist, an die Siliziumvorform angeschmolzen wird, wird die Verbindung beim Abkühlen nicht brechen. Jedoch kann ein Endstab aus Borsilikat nicht direkt an das Ende eines Spannungsstabes mit hohem B&sub2;O&sub3; Gehalt geschmolzen werden, wenn der B&sub2;O&sub3; Gehalt der zwei Stäbe sich um mehr als ungefähr 10 Gewichtsprozent unterscheidet, da eine Fehlanpassung zwischen den zwei Stäben besteht. Um dieses Problem zu umgehen, werden Glasstäbe mit wesentlich niedrigerer TCE an dem Spannungsstab befestigt. Damit werden Bereiche 63 und 64 mit mittlerem B&sub2;O&sub2; Gehalt verwendet, um die Endstäbe 65 und 66 mit den Spannungsstäben 62 zu verbinden. Z.B. werden die Spannungsstäbe 62 in Längen geschnitten, die zum Bilden der modifizierten Vorform 61 der Fig. 9 erforderlich sind. An gegenüberliegenden Enden jedes Stabes 62 sind sehr kurze Bereiche 63 und 64 aus Glas geschmolzen, die ein TCE niedriger als das der Stäbe 62 aufweisen. An die Bereiche 63 und 64 sind jeweils kurze Stäbe 65 und 66 aus Glas angeschmolzen, welches ein TCE, zwischen dem der Bereiche 63 und 64 und dem des Mantelglases aufweist. Wenn die Stäbe 62 aus SiO&sub2;, dotiert mit 25 Gewichtsprozent B&sub2;O&sub2; an die Stäbe 65 und 66 aus SiO&sub2;, dotiert mit 7 Gewichtsprozenten B&sub2;O&sub3;, geschmolzen werden müssen, können die Bereiche 63 und 64 aus SiO&sub2;, dotiert mit 15 bis 17 Gewichtsprozenten B&sub2;O&sub3; gebildet werden. Um die Sektionen 63 und 64 am Stab 62 zu befestigen, wird ein Stab mit niedrigerem TCE - Glas, welches den gleichen Durchmesser wie der Stab 62 hat, an das Ende des Stabes 62 geschmolzen und der befestigte Stab ist gekerbt und gebrochen, um einen Bereich 63 oder 64 von gewünschter Länge zu liefern. Dieser Vorgang wird wiederholt, um die Stäbe 65 und 66 zu befestigen. Während dieses Befestigungsvorganges werden irgendwelche Ausbauchungen bzw. Wülste durch Erhitzen und Ziehen eliminiert, um den Durchmesser auf einen zu reduzieren, welcher gleich oder kleiner als der des Stabes 62 ist. Nachdem die Bereiche 63, 64 und die Stäbe 65 und 66 befestigt sind, werden die Stäbe 62 in die Löcher 58 eingefügt, bis die Enden der Stäbe 65 mit den Endflächen 43' abschließen. Die Bereiche 63 und 64 können wenige Millimeter in axialer Richtung aufweisen. Die gemeinsamen Längen der Stäbe 62 und 65 und der Bereiche 63 und 64 sollten so sein, dass der Zwischenraum zwischen den Bereichen 64 und dem Stab 62 innerhalb des Mantelglases 39 gerade unterhalb der Endfläche 67 liegt. Der Zwischenraum zwischen den Stäben 66 und den Bereichen 64 liegt vorzugsweise innerhalb des Hohlraumes 58, wie dies gezeigt wird. Die Stäbe 66 sollten sich mit ausreichendem Abstand innerhalb der Endfläche 67 erstrecken, damit das Rohr 27 lokal erhitzt und auf der Innenseite fertig geformt werden kann und an die Bereiche 68 der Stäbe 66 geschmolzen werden kann.
  • Zusätzlich wird eine Flamme vorzugsweise auf den Zwischenraum zwischen den Stäben 65 und die Endfläche 43' gerichtet, um ein vorzeitiges Absenken der Spannungsstäbe unterhalb der Endfläche 43' im Ziehofen zu verhindern.
  • Die sich ergebende Anordnung wird dann getrocknet, indem sie in einen Ofen gelegt wird. Das Trocknen kann erleichtert werden, indem ein Schlauch am Ende der Anordnung angebracht wird und ein trockenes Gas, wie z.B. Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder ähnliches durch denselben strömt.
  • Die sich ergebende Ziehform wird in einen Ziehofen eingeführt und es wird eine Vakuumbefestigung am Griff 74 angebracht. Das Ende der Form wird dann verschlossen; dies kann durch Erhitzen des Endes der Form erreicht werden und durch Abnehmen eines Glaspostens davon. Ein Vakuum wird dann an das Rohr 34 gelegt. Die Stäbe werden vor dem Ziehvorgang an den Glasmantel geschmolzen. Dies kann erreicht werden, indem die Ziehform schnell nach unten durch die heiße Zone geführt wird, der auf Ziehtemperatur geheizt wurde, und indem sie schnell zurück durch die heiße Zone gebracht wird. Die Form kann visuell inspiziert werden und der Vorgang kann wiederholt werden, falls die Inspektion ergibt, dass eine nicht vollständige Verschmelzung der Stäbe vorliegt. In einem anderen Verfahren wird die Ziehform langsamer durch eine heiße Zone nach unten geführt, welche wenige hundert Grad unter der Ziehtemperatur liegt. Es kann z.B. eine Ziehform mit hohem Siliziumgehalt durch eine heiße Zone eines 1750ºC aufweisenden Ofens mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/min bewegt werden.
  • Während des Schmelzvorganges schmelzen die Stäbe 65 und wenigstens ein Teil der Stäbe 66 an das Mantelglas 39, wobei verhindert wird, dass das Glas mit niedriger Viskosität aus der Vorform während des Ziehprozesses mit hoher Temperatur austritt.
  • Falls es notwendig ist, wird die Temperatur des Ofens auf die Ziehtemperatur angehoben und es wird eine optische Faser 77 der Fig. 10 gezogen. Die Ziehtemperatur ist typischerweise ungefähr 2050-2150ºC für Ziehformen mit hohem Siliziumgehalt. Die Faser 77 beinhaltet den Kern 78, den Mantel 79 und einen Spannungsstab 80, jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des Kernes 78.
  • Die kombinierte Dicke des Rohres 27 und die Staubbeschichtung 28 sind ausreichend, dass, wenn sie mit der Dicke der Vorformmantelbeschichtung 12 kombiniert werden, die sich ergebende optische Faser, die gewünschten single-mode Eigenschaften aufweist. Die Dicke der Mantelschicht 12 ist ausreichend, um die Öffnungen 14' im geeigneten Abstand zum Kern 11 zu platzieren. Dieser Abstand hängt von der Zusammensetzung und der Querschnittsfläche der Spannungsstäbe ab.
  • Anstatt eine Staubbeschichtung 28 zu verwenden, um die notwendige Kraft zu erhalten, um eine vollständige Verschmelzung des Rohres 27 mit der Vorform 10 zu veranlassen, kann ein Vakuum mit niedriger Höhe an das Rohr 27 angelegt werden, während die Anordnung der Kernvorform 10 um das Rohr 27 allmählich in einen Ofen eingeführt wird, der eine enge bzw. kleine heiße Zone aufweist. Dabei wird eine Vakuumbefestigung an einem Ende der Anordnung befestigt und die Rillen können am gegenüberliegenden Ende verschlossen werden. Alternativ dazu können die Enden des Rohres 27 in einer Kammer verschlossen werden, welche einen Druck auf die Außenwände des Rohres ausübt. Während das Rohr 27 erhitzt wird, schrumpft der Druck es auf die Vorform 10.
  • Das vorher beschriebene Verfahren, in dem die Öffnungen 37 vergrößert und abgerundet werden, hat den Vorteil, dass es den Gebrauch von runden Spannungsstäben 62 erlaubt. Vorgänge, wie z.B. der Vorgang der Außenoxydationsaufdampfung, welche zur Bildung von sehr reinen Glasstäben führen, lassen leicht Rundstäbe bilden. Ein Ändern der Form der Rundstäbe z.B. in quadratische, U-geformte oder V-geformte oder ähnliche Querschnitte lassen die Kosten für die Stäbe ansteigen und können zu Oberflächendefekten führen, welche Blasen in der resultierenden Faser verursachen können. Jedoch können mit dem vorliegenden Verfahren Fasern gebildet werden, die keine runden Spannungsstäbe aufweisen.
  • Vorformen, die keine kreisförmigen Öffnungen besitzen, werden in den Fig. 11, 12 und 13 gezeigt, wobei die Bauelemente ähnlich zu denen der Fig. 8 durch gestrichene Referenzzahlen angegeben werden. Die Öffnungen 82 werden durch Schleifen Ugeformter Rillen in einer Kernvorform gebildet, durch das Einbringen der Vorform in eine Röhre und dann durch Erhitzen der Anordnung, um das Rohr zu schrumpfen und es in die Vorform weiterzuschrumpfen. Die Öffnungen 83 und 84 werden in ähnlicher Weise gebildet, außer dass die Kernvorform von Anfang an mit jeweils V-förmigen und quadratischen Rillen ausgestattet ist. Falls gewünscht, können die Öffnungen einem leichten Ätzen ausgesetzt werden, um ihre Wände zu glätten. Um Fasern aus den Vorformen der Fig. 11, 12 und 13 zu bilden, können Stäbe, die den gleichen Querschnitt wie die Öffnungen haben, in die Öffnungen eingeführt werden und die sich ergebenden Anordnungen können gezogen werden. Alternativ dazu können Rundstäbe aus Glas verwendet werden, die einen Schmelzpunkt haben, der viel niedriger als der des Mantels 39' liegt. Wenn die Faser gezogen wird, schmelzen die Enden der Stäbe, welche in der heißen Zone sind, und füllen die Öffnungen aus. Diese Technik ist nachteilig, dadurch dass eine sehr langsame Ziehgeschwindigkeit erforderlich ist.
  • Andere als die hier in Verbindung mit Fig. 9 diskutierten Techniken können genutzt werden, um einen hohen ICE, einen niedrigen Schmelzpunkt im Glas in den Öffnungen zu erhalten. In der Ausführungsform der Fig. 14 (nicht entsprechend der Erfindung) werden die Bauelemente ähnlich zu denen der Fig. 9 durch gestrichene Referenzzahlen dargestellt. Kurze Stäbe mit einer Mantelglaszusammensetzung werden in das longitudinale Zentrum der Vorform, die in Fig. 8 gezeigt wird, eingeführt. Eine Flamme wird auf die Vorform im Zentrum der Stäbe gerichtet und zwei Enden werden in entgegengesetzte Richtungen gezogen, um die Vorform zu strecken und in zwei modifizierte Vorformen 61' zu trennen, von denen eine in Fig. 14 gezeigt wird. Das konisch zulaufende Ende 69 enthält die Stöpsel 70. Die Stäbe 66', welche vorzugsweise aus Mantelglas geformt werden, werden dann eingeführt. Die Endflächen der Stäbe 66' liegen an oder nahe an der Endfläche 67'. Wenigstens ein Punkt 71 entlang des Zwischenraumes zwischen jedem Stab 66' und der Endfläche 67' wird dann geschmolzen, um eine longitudinale Bewegung der Stäbe 66' zu verhindern. Ein Rohr mit konischem Ende (siehe Rohr 27, 34 der Fig. 6) und ein Evakuierungsgriff (siehe Griff 44) kann an der Endfläche 67' angebracht werden und die sich ergebende Anordnung kann getrocknet und in eine Faser, wie oben beschrieben, gezogen werden.
  • Alternativ dazu wird das Ende der Vorform 56 (Fig. 8) in eine konische Form gebracht, in dem es in einen Ziehofen gehängt wird, bis das Bodenende absinkt und sich loslöst. Das Ende des sich ergebenden konischen Teiles wird von der Form abgebrochen, um ein kleines Ende mit geringem Durchmesser zu bilden, in welchem die Öffnungen 58 nicht ganz geschlossen sind. Der konische Bereich 34 des Rohres 27 wird abgetrennt, um das Eindringen der Spannungsstäbe zu gestatten. Das Ende des Rohres 27 wird danach einwärts konisch geformt, so dass ein Griff an es geschmolzen werden kann. Es kann ein Schlauch an das konisch zulaufende Ende angeschlossen werden, so dass trockenes Gas in die Öffnungen 58 mit kleinem Durchmesser entlang des Zwischenraumes zwischen den Öffnungen und den Spannungsstäben strömen kann, um die Anordnung zu trocknen. Ein Schweißbrenner kann dann auf das konisch geformte Ende gerichtet werden, um die Enden der Öffnungen mit kleinem Durchmesser zu schließen.
  • Eine Vorrichtung des Typs, wie sie in Fig. 15 gezeigt wird, kann verwendet werden, um die Spannungsstäbe, das spezielle Aufbringen des Glasstaubes und die Schrumpfschritte zu machen, welche erforderlich sind, um die Stäbe, welche SiO&sub2; dotiert mit 15 Gewichtsprozenten oder mehr B&sub2;O&sub3; aufweisen, herzustellen. Das Ende mit großem Durchmesser des konisch verlaufenden Ziehkopfes wird in das Glasrohr 88 eingeführt und die Enden des Ziehkopfes werden in einer Drehbank montiert, wo sie rotiert und in Längsrichtung bewegt werden. Borsilikat-Glaszusammensetzungen, die wenigstens ungefähr 15 Gewichtsprozent 8203 enthalten, sintern während des Aufbringens. Deshalb muss die transversale Geschwindigkeit des Brenners, die Entfernung zwischen Brenner und Ziehkopf und das Strömen des Flammengases so gewählt werden, dass relativ kühle Aufbringbedingungen herrschen, welche ein Sintern des aufgebrachten Glasstaubes durch den Brenner ausschließen. Wenn eine herkömmliche transversale Geschwindigkeit (1,6 cm/sec) in beiden Richtungen verwendet wird, werden Welligkeiten produziert. Der Brenner sollte entlang dem Ziehkopf in einer herkömmlichen Geschwindigkeit in einer Richtung laufen und die Geschwindigkeit beim Rücklauf sollte viel größer sein.
  • Geeignet reagierende Dämpfe werden den Brenner in ausreichender Geschwindigkeit zugeführt, um den Glasstaub zu erzeugen, der die gewünschte Konzentration von SiO&sub2; und B&sub2;O&sub3; aufweist. Wie oben beschrieben, ist es von Vorteil am Anfang den Glasstaub mit weniger B&sub2;O&sub3; herzustellen als die Konzentration, die für die Spannungsstäbe erforderlich ist. Nachdem eine ausreichend dicke abgestufte Ausdehnungsschicht abgelegt wurde, kann das B&sub2;O&sub3; mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit durch den Rest des Durchlaufes fließen. Die äußere Schicht mit hohem B&sub2;O&sub3; Gehalt wird nahe an dem Kern liegen, wo sie den größten Effekt an Doppelbrechkraft aufweisen wird.
  • Nach dem Entfernen der Vorform von der Drehbank, wird der Ziehkopf entfernt und ein gasführender Griff wird am Ende des Rohres 88 durch Behandeln mit einem Brenner gebildet. Die Vorform wird dann getrocknet und geschrumpft. Ein geeigneter Ofen ist der vorher erwähnte scannende Schrumpfofen, der im U.S. Patent Nr. 4 741 748 vorgestellt wird. Ein Trockengas, welches Helium und Chlor aufweist, strömt durch den Griff und in die Öffnung der Vorform und ein inertes Muffelgas strömt aufwärts durch die Muffel. Die Vorform wird in die Position abgesenkt innerhalb des Muffels, wo sie durch eine sich bewegende heiße Zone geschrumpft wird.
  • Eine dünne Schicht eines Materials mit sehr hoher Dehnung entwickelt sich auf der Oberfläche der Vorformöffnung während der Schrumpfung. Wenn man zulässt, dass diese verbleibt, würde die geschrumpfte Vorform brechen, wenn sie von dem Schrumpfungsofen entfernt wird. Diese Schicht mit hoher Dehnung kann schnell entfernt werden, indem man NF&sub3; durch die Öffnung strömen lässt, während die Vorform in der Brennofenmuffel bleibt, wo es vom Schrumpfungsvorgang her noch heiß ist. Die Vorform wird in eine ausreichende Entfernung gehoben, um den Stützgriff von der erhitzten Region des Muffels zu bewegen, wodurch verhindert wird, dass der Griff durch den Ätzprozess zerstört wird. NF&sub3; ätzt die gesamte Länge der geschrumpften Vorform, da es extrem reaktionsfähig ist.
  • Das Ätzen mit NF&sub3; hinterlässt eine verhältnismäßig unpolierte Oberfläche. Damit wird die Oberfläche der Öffnung, nachdem die Öffnung vergrößert wird und das schädliche Material mit hoher Dehnung entfernt wurde, einem ätzenden Gas ausgesetzt, welches SF&sub6; aufweist, um eine sehr glatte Oberfläche zu liefern. Um das Ätzen mit SF&sub6; auszuführen, wird die geschrumpfte Vorform auf die ursprüngliche Schrumpfposition des Ofens gesenkt und eine Gasmischung, welche SF&sub6; aufweist, wird durch die Öffnung gespült. Während dieses SF&sub6;-Ätzvorganges scannt eine heiße Zone mit verhältnismäßig niedriger Temperatur (ungefähr 1400ºC wurde als geeignet herausgefunden) die Vorform ab. Die Zone heißer Temperatur ist ausreichend niedrig, dass nur ein kleiner Betrag des SF&sub6; fraktioniert; dieses Gas entfernt deshalb sehr wenig Material von der Oberfläche der Öffnung. Das SF&sub6;-Ätzen ist nicht kritisch; eine geschrumpfte Vorform, welche nicht diesem Ätzen ausgesetzt wurde, kann von dem Schrumpfofen ohne Brechung entfernt werden.
  • Die geschrumpfte Vorform wird in die Zielvorrichtung der Fig. 2 eingeführt, wo eine Vakuumverbindung an ihrem oberen Ende befestigt wird und die Spitze des Bodens erhitzt wird. Das niedrige Ende der Vorform wird nach unten mit einer ausreichenden Geschwindigkeit gezogen, um einen ausgedehnten festen Stab zu bilden, welcher einen Durchmesser aufweist, der gerade groß genug ist, das er in die Löcher 58 passt.
  • Beispiele 1 und 2, welche unten angegeben werden, erläutern Verfahren, welche verwendet werden können, um polarisationserhaltende single-mode optische Fasern herzustellen, wobei Beispiel 1 der Erfindung entspricht. Optische Faserkernvorformen wurden für beide Beispiele mit einem Verfahren ähnlich zu dem, welches im U.S. Patent Nr. 4 486 212 vorgestellt wird, gebildet, welches hier als Referenz aufgeführt wird.
  • Mit Bezug auf Fig. 15 wurde das Ende mit großem Durchmesser eines Aluminiumziehkopfes 87 in das Glasrohr 88 eingeführt, welches Ausstülpungen 89 aufweist. Der Außendurchmesser des Ziehkopfes 87 wurde in einer Drehbank montiert, wo er rotiert und translatiert wurde.
  • Die Vorderseite des Brenners 25, welche mehr im Detail in Fig. 16 gezeigt wird, wurde 13,7 cm von dem Ziehkopf 87 positioniert. Die Öffnung 94, welche im Zentrum der Brennervorderfläche 95 liegt, ist mit konzentrischen Ringen von Öffnungen 96, 97 und 98 umgeben. Reaktionsfreudige Komponenten strömen aus der Öffnung 94 aus, wo sie durch eine Flamme erhitzt werden, die durch Brenngas und Sauerstoff, welche aus den Öffnungen 97 ausströmen, hergestellt wird. Die reaktionsfreudigen Komponenten oxydieren in der Flamme, um einen Strom von Glaspartikeln 26 zu bilden, welcher auf den Ziehkopf 87 gerichtet wird. Ein "innerer Schutzschild" aus Sauerstoff strömt aus den Öffnungen 96 aus, um die Reaktion der reaktionsfreudigen Komponenten mit der Brennervorderseite zu verhindern. Ein "äußerer Schutzschild aus Sauerstoffstrom strömt aus den Öffnungen 98 aus. Dieser Entwurf des Brenners ist in gewisser Weise ähnlich zu dem, welcher im U.S. Patent 3 698 936 ausgegeben bei H.J. Moltzan, dargestellt wird, wobei das Moltzan Patent sich darin unterscheidet, dass es einen ringförmigen Schlitz angibt, um den inneren Schutzstrom zu liefern und indem es die äußeren Schutzaustrittsöffnungen weglässt. Die gesamten Austrittsöffnungen des Brenners 25 werden in vielfältiger Weise, welche ähnlich der ist, die von Moltzan im Patent veröffentlicht wird, geliefert. Die Achsen der Austrittsöffnungen 96, 97 und 98 sind leicht abgewinkelt oder so ausgerichtet, dass daraus austretende Gase auf die reaktionsfreudigen Komponenten gerichtet werden, welche aus der Austrittsöffnung 94 austreten. Das Schutzschild 99, welches in kurzer Entfernung von der Vorderfläche 95 entfernt ist, schützt den Strom des Glasstaubes von umgebenden Luftströmungen und verbessert das laminare Strömen.
  • Während der Ablagerung werden Hilfsbrenner 90 mit ihren Flammen auf die Enden der porösen Glasvorform gerichtet. Der Gebrauch von Hilfsbrennern wird im U.S. Patent Nr. 4 810 276 gelehrt.
  • Das System zum Liefern der Gasdampfmischung zum Brenner war ähnlich dem, welches im U.S. Patent Nr. 4 314 837 vorgestellt wird. Eine Flüssigkeit aus SiCl&sub4; wurde bei 79ºC in einem ersten Behälter gehalten und eine Flüssigkeit GeCl&sub4; wurde bei einer Temperatur von 100ºC in einem zweiten Behälter gehalten, so dass ein Dampf mit ungefähr 20 psi hergestellt wird. Während der Ablagerung der Beschichtungen 91 und 92 wurden die Dämpfe aus den ersten und zweiten Behältern gemessen und wurden mit Sauerstoff vorgemischt, bevor sie zur Brennerauslassöffnung 94 geliefert werden. Der Brenner läuft an einem 49 cm langen Bereich des Ziehkopfes in 25 Sekunden entlang.
  • Ein Azetylenschweißbrenner, der an dem Brenner angebracht war, wurde zuerst verwendet, um Kohlepartikel auf dem Ziehkopf abzulagern, während ein Brenner fährt, um das Entfernen der porösen Vorform zu erleichtern. Eine poröse Kernvorform 93 wurde dann durch Entlangführen des Brenners 25 an den Ziehkopf 87 während 400 Minuten gebildet. Jede Beschichtung wurde durch Entlangführen des Ziehkopfes viele male relativ zum Brenner 25 gebildet, um das Ausbilden von vielen Schichten von Staub zu verursachen. Der Brenner machte zusätzliche Durchgänge in der Nähe der Ausbuchtung 89, um die Verbindung zwischen dem Rohr und der Vorform zu festigen. Der Kernbereich 92 wurde durch Ablagern von Staub während 160 Minuten gebildet. Während dieser Zeit strömte SiO&sub2; zum Brenner 25 mit einer Geschwindigkeit von 4 slpm und GeO&sub2; strömte mit einer Geschwindigkeit von 0,47 slpm. Die Beschichtung 91 wurde gebildet während nur SiCl&sub4; zum Brenner mit einer Geschwindigkeit von 4 slpm während der nächsten 240 Minuten strömte.
  • Die Vorform wurde von der Drehbank entfernt und der Ziehkopf wurde durch das Rohr 88 entfernt, wobei er eine longitudinale Öffnung in der porösen Vorform hinterließ. Die Ausbuchtungen 89 bewirkten, dass das Rohr 88 an der Vorform anhaftet; dieses Rohr blieb an einem Ende der Vorform, um eine Unterstützung für das nachfolgende Verfahren zu gewähren. Die Vorform wurde dann getrocknet und entsprechend den Vorgaben des U.S. Patents Nr. 4 125 388 geschrumpft. Ein Griff zur Gasführung wurde am Ende des Rohres 88 durch Brennen gestaltet. Ein kurzes Stück einer Kapillarröhre wurde in den Boden der Öffnung der porösen Vorform eingefügt. Ein Glas zum Trocknen, das aus 5 Volumenprozent Chlor und 95 Volumenprozent Helium bestand, wurde durch den Griff und die Röhre 88 und in die Vorformöffnung gespült. Ein Heliumspülgas wurde aufwärts durch die Schrumpfbrennofenmuffel gespült. Die Vorform wurde allmählich in eine Schrumpfbrennofenmuffel abgesenkt, wodurch sich eine geschrumpfte Vorform bildet, die einen Durchmesser von 52 mm und ein Kern zum Mantelverhältnis von 0,4 besitzt.
  • Die geschrumpfte Vorform wurde in die Ziehvorrichtung der Fig. 2 eingeführt, in welcher ihre Spitze auf 1900ºC erhitzt wurde, während eine Vakuumverbindung an ihrem oberen Ende befestigt wurde. Nachdem das Ende der Vorform 36 gezogen wurde, so dass seine Öffnung entweder sehr eng oder vollständig geschlossen war, wurde die Öffnung evakuiert. Während das untere Ende der Vorform mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 15 cm pro Minute nach unten gezogen wurde und sein Durchmesser abnahm, zerbrach die evakuierte Öffnung. Der Durchmesser des sich ergebenden Stabes war 12 mm.
  • Eine Vielzahl von 90 cm Abschnitten wurde von dem Stab getrennt und einer dieser Abschnitte wurde in einer Drehbank unterstützt, wo er als Ziehkopf für das Auftragen von zusätzlichen Siliziummantelstaub diente. Dieser äußere Mantel wurde durch strömenden SiCl&sub4;-Dampf zu dem Brenner bei einer Geschwindigkeit von 2 slpm innerhalb von 30 Minuten gebildet. Dieser Ummantelungsvorgang dauerte solange an bis eine Schicht von SiO&sub2;-Staub, der einen Außendurchmesser von 70 mm aufwies, abgelegt wurde, um eine zusammengesetzte Vorform zu bilden. Die zusammengesetzte Vorform wurde bei 1450ºC geschrumpft, während eine Mischung von 98,75 Volumenprozent Helium und 1,25 Volumenprozent Chlor aufwärts durch die Muffel strömte. Die sich ergebende geschrumpfte Kernvorform hatte einen Durchmesser von 38 mm.
  • Die sich ergebende single-mode Kernvorform 10 wird in Fig. 1 gezeigt. Ein Schleifrad wurde verwendet, um 1,3 cm Breite und 6 mm Tiefe longitudinal sich erstreckende Rillen 14 im Mantel 12 auf gegenüberliegenden Seiten des Kernes 11 zu bilden. Die gerillte Kernvorform wurde in das Gerät der Fig. 2 eingefügt, wo ihre Spitze auf 1900ºC erhitzt wurde. Der gerillte Stab 21, der einen Außendurchmesser von 19,2 mm aufweist, wurde aus der Vorform 10 gezogen. Der Stab 21 wurde in 30 cm Abschnitte 22 getrennt, welche mit HF 20 Minuten lang gereinigt wurden und in deionisiertem Wasser gereinigt wurden.
  • Ein Ende eines 100 cm langen Stückes aus Siliziummantelrohr 27, welches einen Innendurchmesser von 20 mm hat und 25 mm Außendurchmesser aufwies, wurde am Ende 29 (wie dies in Fig. 4 gezeigt wird) konisch geformt, und ein Siliziumstöpsel 30 wurde an das konische Ende angeschmolzen. Die Enden der sich ergebenden Struktur wurden in einer Drehbank montiert, wo sie gegenüber einem Flammenhydrolysebrenner 25 (Fig. 3) rotiert und translatiert wurden. Teilchen 26 aus SiO&sub2;-Staub, die in die Brennerflamme eingebracht wurden, wurden auf dem Rohr 27 abgelagert, um eine 1000 Gramm schwere Beschichtung 28 zu bilden, welche eine Länge von 70 cm und einen Außendurchmesser von 70 mm hatte. Die gerillte Kernvorform wurde in das gegenüberliegende Ende der Röhre 27 eingeführt bis sie das konisch zulaufende Ende berührte. Ungefähr 40 cm des Rohres 27 ragten aus dem gerillten Kernbereich 22 heraus. Das Ende 34 des Rohres 27 wurde konisch geformt und wurde dann zu einem Griff 35 geschmolzen. Während die Anordnung mit einer Umdrehung pro Minute rotiert wurde, wurde sie in die Schrumpfbrennofenmuffel 31 mit einer Geschwindigkeit von 5 mm pro Minute abgesenkt. Während des Schrumpfens wurde die Anordnung 32 einer Temperatur von 1460ºC ausgesetzt und eine Gasmischung, die 400 cc Chlor und 20 lpm Helium aufwies, durchströmte aufwärts die Muffel.
  • Die Staubbeschichtung 28 schrumpfte; das Rohr 27 wurde nach innen gegen den Bereich 22 gedrückt und sich berührende Oberflächen wurden verschmolzen. Die ebene Endfläche 43 (Fig. 6) wurde durch Abtrennen eines Endes von der sich ergebenden geschrumpften Vorform gebildet. Der konische Bereich 34 (Fig. 4) wurde vom Griff 35 getrennt und wurde an den gasführenden Griff 44 der Fig. 6 angeschmolzen.
  • Die geschrumpfte Anordnung 38 wurde in die Schrumpfbrennofenmuffel 31 mit einer Geschwindigkeit von 5 mm pro Minute abgesenkt, während NF&sub3; in die Spitze des Rohres 27 aus dem Rohr 53 mit einer Rate von 1 slpm strömte. Der Bereich der Anordnung 38, welcher in der heißen Zone des Brennofens lokalisiert war, wurde auf ungefähr 1200ºC erhitzt. Dieser Ätzschritt führte zu einer Vorform 56, die Öffnungen mit 12 mm Durchmesser aufwies. Dieser Typ von Vorform wurde im Beispiel 1 und 2 angewendet.
  • Eine Vorrichtung, ähnlich zu der oben in Verbindung mit Fig. 15 beschriebenen, wurde verwendet, um die Spannungsstäbe herzustellen. Ein konisch geformter Aluminium Ziehkopf wurde in ein Glasrohr 88 eingeführt, wie oben beschrieben, und die Enden des Ziehkopfes wurden in einer Drehbank montiert. Die Vorderseite des Brenners 25 wurde 24 cm von dem Ziehkopf entfernt positioniert. Die Strömrate bzw. Geschwindigkeit von CH&sub4; und Sauerstoff aus den Auslassöffnungen 97 des Brenners waren jeweils 7 slpm und 1,6 slpm, verglichen mit herkömmlichen Strömraten von jeweils ungefähr 10 slpm und 6 slpm. Der Sauerstoff strömte aus den inneren und äußeren Schutzfeldauslassöffnungen mit jeweils 1,6 slpm, 1,2 slpm. Der Brenner wurde entlang des Ziehkopfes mit einer Geschwindigkeit von 1,6 cm/sec in einer Richtung geführt; beim Rücklauf betrug die Geschwindigkeit 20 cm pro Sekunde. Wenn die normale Transversalgeschwindigkeit (1,6 cm/sec) in beiden Richtungen verwendet wurde, wurden Welligkeiten erzeugt.
  • Borsilikat-Glaszusammensetzungen, welche ungefähr 25% B&sub2;O&sub3; enthalten, sintern schließlich während des Ablegens. Die transversale Brennergeschwindigkeit, der Abstand zwischen Brenner zum Ziehkopf und die Flammengasströme, welche oben spezifiziert wurden, liefern relativ kühle Ablagebedingungen, welche ein Sintern ausschließen.
  • Verfahrensmerkmale, wie z.B. die Anfangsablagerung einer einzelnen Karbon enthaltenden Schicht und das Gebrauchen von Hilfsbrennern werden oben beschrieben.
  • Dämpfe aus einem 79ºC Behälter mit flüssigem SiCl&sub4; strömten zum Brenner mit einer Rate von 2 slpm während der gesamten 345 Minuten Laufzeit. Das B&sub2;O&sub3; strömte anfangs zum Brenner mit einer Rate von 0,6 slpm und sein Strom wurde linear auf 1,1 slpm während einer 65 minütigen Dauer angehoben, nach welcher seine Stromrate während der verbleibenden 280 Minuten der Laufzeit konstant blieb.
  • Die Vorform wurde von der Drehbank entfernt und der Ziehkopf wurde durch das Rohr 88 entfernt, wodurch eine longitudinale Öffnung in der porösen Vorform hinterlassen wurde. Ein gasführender Griff wurde durch Bearbeiten mit einer Flamme am Ende des Rohres 88 erstellt. Die Vorform wurde dann in die Position in die Muffel eines scannenden Schrumpfungsbrennofens gebracht. Ein Trockengas, das aus 1 slpm Helium und 100 sccm Chlor bestand, strömte durch den Griff und in die Öffnung der Vorform. Ein Muffelgas, das aus 20 slpm Helium bestand, strömte aufwärts durch die Schrumpfbrennofenmuffel. Eine heiße Zone von ungefähr 1020ºC wurde aufwärts entlang der Vorform mit einer Geschwindigkeit von 6 cm pro Minute gescannt, wodurch eine geschrumpfte Vorform gebildet wurde, die einen Durchmesser von 34 mm aufwies.
  • Nach dem Schrumpfzyklus wurde die geschrumpfte Vorform ungefähr 30 cm angehoben und 1 slpm NF&sub3; strömte durch die Öffnung 4 Minuten lang, um eine dünne Schicht von Material von der Oberfläche der Öffnung zu entfernen. Die geschrumpfte Vorform wurde dann in die Originalschrumpfposition des Brennofens abgesenkt und eine Gasmischung, welche 75 sccm SF&sub6; und 120 sccm O&sub2; aufwies, durchströmte die Öffnung. Während dieses Ätzens mit SF&sub6; scannte die heiße Zone bei ungefähr 1040ºC die Vorform mit 10 mm pro Minute.
  • Die geschrumpfte und geätzte Vorform wurde von dem Schrumpfofen entfernt und in die Ziehvorrichtung der Fig. 2 eingeführt, wo eine Vakuumverbindung an ihrem oberen Ende befestigt wurde und ihre Spitze auf ungefähr 1350ºC erhitzt wurde. Die evakuierte Öffnung schloss sich, wenn die Vorform gestreckt wurde. Das untere Ende der Vorform wurde nach unten mit einer ausreichenden Geschwindigkeit gezogen, um einen langgezogenen Stab zu bilden. Es wurden Stäbe gebildet, die Durchmesser, welche gerade groß genug waren, aufwiesen, um in die 12 mm Öffnungen (für das Beispiel 1) und 7,8 mm Öffnungen (für das Beispiel 2) zu passen.
    • Beispiel 1
  • Zwei 16 cm lange Spannungsstäbe 62 wurden von dem gedehnten Stab getrennt. Jeder Stab wurde mit einer gestuften TCE Ausdehnung wie folgt ausgestattet. Die Stäbe A und B wurden aus SiO&sub2; gebildet, welches mit 15% B&sub2;O&sub3; und 7 Gewichtsprozent B&sub2;O&sub3; jeweils dotiert war. Die Stäbe A und B hatten den gleichen Durchmesser wie die Spannungsstäbe. Der Stab A wurde am Ende des Stabes 62 angeschmolzen und der befestigte Stab wurde gekerbt und gebrochen, um einen Bereich 63 zu liefern, der 4 mm lang war. Dieser Vorgang wurde mit dem anderen Ende des Stabes 62 wiederholt, um einen ähnlichen Bereich 64 zu bilden.
  • Der Stab B wurde an den Bereich 63 angeschmolzen und er wurde getrennt, um einen Stab 65 zu bilden, der eine Länge von 3 cm aufwies. Der Vorgang wurde wiederholt, um ein 6 cm langes Stück des Stabes B an den Bereich 64 zu befestigen.
  • Die Stäbe 62 wurden in die Öffnungen 58 eingeführt, bis die Enden der Stäbe 65 mit der Endfläche 43' abschlossen. Eine Flamme wurde auf gegenüberliegende Seiten des Rohres 27 gerichtet, um ein Verformen nach innen zu verursachen und die Bereiche 68 der Stäbe 66 zu schmelzen. Die sich ergebende Anordnung wurde getrocknet, indem sie in einen Ofen bei 240ºC für ungefähr 13 Minuten platziert wurde.
  • Die sich ergebende Ziehform wurde in einen Ziehbrennofen eingeführt und eine Vakuumbefestigung wurde mit ihrem Griff verbunden. Die Ziehform wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 cm pro Minute durch die heiße Zone von 2050ºC bewegt, um eine feste Form zu bilden, in welcher die Spannungsstäbe an die Wände der Öffnungen 58 geschmolzen wurden. Die Ziehform wurde dann schnell durch die heiße Zone zur Spitze der Muffel zurückgebracht. Dieser Einfügeschritt wurde wiederholt, um die Bildung einer festen Form sicherzustellen, welche im wesentlichen frei von Blasen war.
  • Während die Brennofentemperatur bei 2050ºC verblieb, wurde eine polarisationserhaltende single-mode optische Faser gezogen.
  • Die sich ergebende Faser hatte einen Kerndurchmesser von 5,8 um und einen Außendurchmesser von 80 um. Der Spannungsstabdurchmesser war 22 um und die Entfernung zwischen jedem Spannungsstab und dem Kern 68 war 2,9 um. Die Dämpfung der Faser war 0,8 dB/km bei 1550 nm. Die Überlagerungs- bzw. Überlappungslänge war 2,5 mm und der h Parameter war gleich oder weniger 1 · 10&supmin;&sup5;.
    • Beispiel 2
  • Eine Vorform 56 wurde in die Ziehvorrichtung der Fig. 2 eingeführt, wo sie auf ungefähr zweimal ihrer originalen Länge gedehnt wurde, wobei die Öffnungen 58 im Durchmesser auf ungefähr 7,8 mm reduziert wurden, und der Vorformdurchmesser wurde auf ungefähr 25 mm reduziert. Das Rohr am Ende der Vorform (siehe Rohr 27 der Fig. 6) wurde entfernt, wobei es zwei ebene Endflächen hatte. Ein 6 cm langer Siliziumstab wurde in das longitudinale Zentrum jeder Öffnung eingeführt. Es wurde eine Flamme auf die Vorform im Zentrum der Stäbe gerichtet und die beiden Enden wurden in entgegengesetzte Richtungen gezogen, um die Vorform zu dehnen und in zwei modifizierte Vorformen 61' aufzutrennen (siehe Fig. 14). Zwei 14 cm lange Spannglasstäbe wurden in die Öffnungen 58' eingeführt und die Stäbe 66' wurden anschließend eingeführt. Die Endflächen der Stäbe 66' schlossen mit der Endfläche 67' ab. Eine Flamme wurde auf den Zwischenraum zwischen jeden Stab 66' und die Endfläche 67' gerichtet, um den Stab an die Endfläche zu heften und zu verhindern, dass er sich in longitudinaler Richtung bewegt. Ein Rohr mit konisch geformten Ende und einem Griff zum Evakuieren wurde an der Endfläche 67' befestigt und die sich ergebende Vorrichtung wurde getrocknet, indem sie in einen Ofen mit 250ºC für ungefähr 13 Minuten gebracht wurde. Die sich ergebende Ziehform wurde in einem Ziehofen eingeführt und eine Vakuumbefestigung wurde an ihrem Griff befestigt. Die Ziehform wurde nach unten mit einer Geschwindigkeit von 5 cm pro Minute durch die heiße Zone bei 1750ºC bewegt, um eine feste Form zu bilden, in welcher die Spannungsstäbe an die Wände der Öffnungen 58 geschmolzen wurden. Die Ziehform wurde dann schnell durch die heiße Zone zur Spitze der Muffel zurückgebracht. Dieser Einführarbeitsschritt wurde wiederholt, um die Bildung einer festen Form sicherzustellen, welche im wesentlichen frei von Blasen war.
  • Die Brennofentemperatur wurde auf 2150ºC angehoben und es wurde eine polarisationserhaltende single-mode optische Faser mit einem Außendurchmesser von 80 um gezogen. Diese Faser wies eine Dämpfung und Polarisationscharakteristiken auf, die ähnlich zu denen der Faser, die im Beispiel 1 hergestellt wurde, waren.

Claims (3)

1. Ein Verfahren zum Herstellen einer polarisationserhaltenden single-mode optischen Faser, welches die Schritte aufweist, Liefern einer Vorform (61), welche aufweist, einen Glaskern (11'), der von einem Mantelglas (39), einem Paar von longitudinalen Öffnungen (58), die an gegenüberliegenden Enden dieses Kernes lokalisiert sind, umgeben ist,
Einführen in jede der Öffnungen eines Spannungsstabes (62) aus Glas, welcher einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der verschieden von dem des Mantelglases (39) ist, wodurch eine Ziehform gebildet wird,
Evakuieren des Raumes zwischen den Spannungsstäben (62) und der Oberfläche des Mantelglases (39), welches diese Öffnungen (58) bildet,
Schmelzen jedes dieser Spannungsstäbe (62) an die Oberfläche der Öffnung (58), in welche er eingeführt wurde, und Ziehen der sich ergebenden Ziehform, um eine optische Faser zu bilden,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Arbeitsschritt des Einführens umfasst, Einführen in jede Öffnung (58) eines Verbundstabes, der durch Befestigen eines Glasstöpsels (65, 66)an jedem Ende des Spannungsstabes (62) gebildet wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient in der Mitte zwischen dem des Mantelglases (39) und dem Spannungsstab (62) ist, Einführen des zusammengesetzten Stabes in die Öffnung, wobei die Länge des Spannungsstabes (62) so ist, dass wenigstens ein Teil jedes dieser Stöpsel (65, 66) innerhalb der Öffnung (58) ist und Befestigen der Stöpsel an der Ziehform, um zu verhindern, dass der Spannungsstab (62) schmilzt und von dieser Öffnung (58) während des Arbeitsschrittes des Ziehens fließt.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Arbeitsschritte des Schmelzens und Ziehens umfassen, Einführen der Ziehform in den Eintrittsbereich eines Brennofens, Führen der Ziehform durch die heiße Zone des Brennofens mit einer Geschwindigkeit, die schnell genug ist, um eine wesentliche Verlängerung der Ziehform zu verhindern, wobei die Geschwindigkeit des Einführens und die Temperatur der heißen Zone ausreicht, um jeden der Spannungsstäbe (62) an die Oberfläche der Öffnung (58) anzuschmelzen, in welche er eingeführt worden war, Zurückziehen der Ziehform zu der Eintrittszone, Erhöhen der Temperatur der heißen Zone auf die Ziehtemperatur der Materialien der Ziehform, Einführen eines Endes der Ziehform in die heiße Zone und Ziehen einer Faser von der Ziehform.
3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem jeder Glasstöpsel (65, 66) an dem jeweiligen Ende eines jeweiligen Spannungsstabes (62) über einen Bereich (63, 64) befestigt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient in der Mitte zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Spannungsstabes und des Stöpsels, an dem er befestigt wird, liegt.
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