DE69208568T2

DE69208568T2 - Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser

Info

Publication number: DE69208568T2
Application number: DE69208568T
Authority: DE
Inventors: Antonius Henricus Elisa Breuls; Henrikus Lambertus Mari Jansen; Bergen Andries Heero Van
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Plasma Optical Fibre BV
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2012-09-02
Also published as: JP3197069B2; CA2077197C; CA2077197A1; DE69208568D1; JPH05221681A; US5320660A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser, wobei eine stabförmige Ausgangsvorform mit einem Kern und einem diesen umgebenden Mantel hergestellt wird, wobei die Brechzahl des Mantels niedriger ist als die des Kerns, wonach die Ausgangsvorform dadurch gestreckt wird, daß in der Ausgangsvorform eine Erweichungszone erzeugt wird, die in der Längsrichtung an der Ausgangsvorform entlang verlagert wird, wonach wenigstens ein Überziehrohr auf der Ausgangsvorform geschmolzen wird und die auf diese Weise erhaltene Vorform zu einer optischen Faser gezogen wird.
Der Ausdruck optische Faser bedeutet in diesem Zusammenhang eine Faser aus Glas oder Quarzglas, wie diese für Telekommunikationszwecke verwendet wird.
Ein derartiges Verfahren ist in der US-Patentschrift US-A-4579101 beschrieben, wobei eine Ausgangsvorform verwendet wird, die nach dem Axial- Aufdampfverfahren hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich übrigens auch bei Ausgangsvorformen anwenden, die nach anderen, an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise nach einem Verfahren, bei dem ein Rohr auf der Innenseite in einem chemischen Aufdampfverfahren (CVD oder MCVD) oder in einem Plasma-aktivierten chemischen Aufdampfverfahren (PCVD) verkleidet wird, wonach das Rohr kollabiert wird, damit eine massive Ausgangsvorform erhalten wird. Nach der US- Patentschrift werden ein Wasserstoff-Sauerstoffbrenner oder ein Erhitzungsofen verwendet um eine Erweichungszone in der Ausgangsvorform beim Strecken derselben zu bewirken.Der Streckvorgang und die Steuerung desselben sind weiterhin von D.H.Smithgall und R.E.Frazee in "Journal of Lightwave Technology" LT-5 (12), Seiten 1755-1762 (1987) beschrieben.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist, daß es langsam ist und genaue Regelungen von Temperatur und Geschwindigkeiten erfordert. Die Wasserstoff- Sauerstoffflamme ist relativ breit und verursacht eine Erweichungszone mit einer Länge von 10 bis 12 cm. Die Temperatur in der Erweichungszone beträgt im allgemeinen 1800 bis 2000ºC , und kann einen Wert von 2200ºC haben. Einsatz einer weniger breiten und heißeren Flamme ist nicht gut möglich durch Abbrennverluste infolge von Konvektion, turbulente Gasströme um die Erweichungszone herum. Fies führt zu Materialverlust und kann zu einer unregelmäßig gebildeten Ausgangsvorform führen.
Es ist nun u.a. eine Aufgabe der Erfindung, ein schnelles und wirksames Verfahren zu schaffen zum Strecken einer Ausgangsvorform. Dabei bezweckt die Erfindung ein Verfahren zu schaffen, bei dem Abbrennverluste auf ein Minimum beschränkt werden und wobei die Ausgangsvorform eine regelmäßige Form beibehält. Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe ein Verfahren zu schaffen, bei dem auf komplizierte Regelungen für Temperatur und Verlagerungsgeschwindigkeiten der Energiezuführungsvorrichtung und der Ausgangsvorform verzichtet werden kann.
Diese Aufgaben werden nach der Erfindung erfüllt durch ein verfahren der eingangs beschriebenen Art, das nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Strecken der Ausgangsvorform eine schmale und heiße Erweichungszone verwendet wird, deren Größe in der Längsrichtung der Ausgangsvorform weniger als 5 cm beträgt und wobei die höchste Temperatur mindestens 2300ºC beträgt, und daß zum Erhalten der Erweichungszone eine Energiezuführungsvorrichtung verwendet wird, die an der Stelle der Ausgangsvorform keine oder kaum eine konvektive Gasströmung herbeiführt. Vorzugsweise beträgt die Größe der Erweichungszone in der Längsrichtung derselben weniger als 3 cm und beträgt die höchste Temperatur in der Erweichungszone mindestens 2400ºC. Die höchste Temperatur in der Erweichungszone ist die Temperatur der Glasoberfläche.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Energiezuführungsvorrichtung ein Plasmabrenner verwendet.
Nach einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Energiezuführungsvorrichtung eine Laserlichtquelle verwendet.
In der Europäischen Patentschrift EP-B-171 103 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben zum Kollabieren einer Quarzröhre zu einer Vorform, wobei ein Plasmabrenner als Energiezuführungsvorrichtung verwendet wird. In der Deutschen Patentanmeldung DE-A-3739 189 ist ein Verfahren beschrieben zum Kollabieren einer Quarzröhre zu einer Vorform, wobei die Röhre auf eine Temperatur von etwa 1600ºC vorgeheizt wird, wonach eine schmale Zone durch eine zusätzliche Energiezuführungsform, nach der Deutschen Patentanmeldung durch UV-Lampen oder durch eine Laserlichtquelle, auf eine Temperatur von etwa 2000ºC erhitzt wird. In beiden Veröffentlichungen wird nur das Kollabieren einer Vorform zur Herstellung einer optischen Faser beschrieben, wobei jedoch von dem Strecken einer Ausgangsvorform und von dern Festschmelzen einer Überziehröhre überhaupt keine Rede ist. Das nach der Erfindung zu lösende Problem ist in diesen Veröffentlichungen überhaupt kein Thema.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Streckvorgangs der Ausgangsvorform bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Erweichungszone der Ausgangsvorform.

Ausführungsbeispiel

Es wurde eine Ausgangsvorform nachdem an sich bekannten PCVD- Verfahren hergestellt, mit einem Kern und einem diesen umgebenden Mantel, wobei die Brechzahl des Mantels niedriger ist als die des Kerns, und zwar durch geeignet gewählte Dotierungen des Quarzglases, das für den Kern und/oder den Mantel verwendet wurde. Andere an sich bekannte Verfahren wie MCVD, OVD und VAD können gewünschtenfalls zum Herstellen der Ausgangsvorform angewandt werden.
Die Ausgangsvorform wurde zum Erhalten einer größeren Lange der Vorform und eines kleineres Durchmessers des Kerns gestreckt, siehe beispielsweise die US Patentschrift US-A-4578101. Fig. 1 zeigt schematisch das Strecken der Ausgangsvorform 1, unter Anwendung eines Plasmabrenners 2 aus Quarzglas. Der Plasmabrenner 2 ist mit einer Gaszufuhr 3 versehen, mit der beispielsweise ein Gemisch aus Argon und Luft zugeführt werden kann. Um den Plasmabrenner 2 herum befindet sich eine Spule 4, die mit einem in der Figur nicht dargestellten HF-Generator verbunden ist. Das gebildete Plasma wurde mit Hilfe eines laminaren Gasstromes 5 in Richtung der Ausgangsvorform 1 verlagert. Die Ausgangsvorform 1 wurde dadurch gestreckt, daß in Richtung des Pfeils 6 an der Ausgangsvorform gezogen wurde, während der Plasmabrenner in Richtung des Pfeils 7 verlagert wurde, damit die Erweichungszone sich verlagert. Beim Strecken kann die Ausgangsvorform gewünschtenfalls um die Längsachse gedreht werden. Das Verfahren zum Strecken einer Ausgangsvorform ist in der bereits genannten Veröffentlichung von D.H.Smithgall und R.E.Frazee eingehend beschrieben. Ein geeigneter Plasmabrenner und ein Verfahren zur Verwendung eines derartigen Brenners sind in der Europäischen Patentschrift EP-B-171 103 beschrieben. Nach einer alternativen Ausführungsform kann bei dern Verfahren auch eine Laserlichtquelle als Energiezuführungsvorrichtung verwendet werden zum Erhalten einer schmalen und heißen Erweichungszone.
Nach dem Strecken der Ausgangsvorform werden eine oder mehrere Überziehröhren auf der Vorform geschmolzen, damit der Mantel die erforderliche Dicke erhält. Dazu wird im allgemeinen Quarzglas verwendet, woran weniger hohe Anforderungen gestellt werden können als an Quarzglas für den kern und denjenigen Teil des Mantels, der den Kern unmittelbar umgibt. Danach wird die auf diese Weise erhaltene Vorform nach einem an sich bekannten Verfahren zu einer optischen Faser gezogen, die nach ebenfalls an sich bekannter Art und Weise mit einer schützenden Umhüllung aus Metall oder Kunststoff verkleidet werden kann.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Temperatur T in ºC in Abhängigkeit von dem Abstand d in der Längsrichtung der Ausgangsvorform an der Stelle der Erweichungszone nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (A) bzw. nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik (B). Die Größe der Erweichungszone entspricht weitgehend dem Bereich, in dem die Temperatur höher ist als etwa 1800ºC und beträgt nach der Erfindung weniger als 5 cm, nach dem Ausführungsbeispiel etwa 3 cm. Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik beträgt die größe der Erweichungszone 10 bis 12 cm. Die höchste Temperatur in der Erweichungszone beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren mehr als 2300ºC, nach dem Ausführungsbeispiel etwa 2400ºC. Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik beträgt die höchste Temperatur weniger als 2200ºC, im allgemeinen zwischen 1800 und 200ºC. Die Verwendung einer schmalen heißen Zone schafft genügend Energie für die erforderliche Erweichung und Verformung beim Strecken der Ausgangsvorform, vermeidet aber das Auftreten unerwünschter Nebenwirkungen vor und nach des eigentlichen Streckvorgangs. Dadurch sind Korrekturen und mühsame Prüfungsmaßnahmen überflüssig. Es ist beim Verfahren nach dem Stand der Technik insbesondere ein Problem, daß während der langen erforderlichen Prozeßzeit die Temperatur sowie die Verlagerungsgeschwindigkeiten der Ausgangsvorform (auf der Seite, wo gezogen wird) und des Plasmabrenners mit größter Genauigkeit gesteuert werden müssen. Das erfindungsgemaße Verfahren vermeidet diese Nachteile durch Verwendung einer weniger breiten und dadurch besser definierten Erweichungszone und durch eine höhere Geschwindigkeit des ganzen Prozesses.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser, wobei eine stabförmige Ausgangsvorform (1) mit einem Kern und einem diesen umgebenden Mantel hergestellt wird, wobei die Brechzahl des Mantels niedriger ist als die des Kerns, wonach die Ausgangsvorform dadurch gestreckt wird, daß sie einer Zugkraft ausgesetzt wird und daß in der Ausgangsvorform eine Erweichungszone erzeugt wird, die in der Längsrichtung an der Ausgangsvorform entlang verlagert wird, wonach wenigstens ein Überziehrohr auf der Ausgangsvorform geschmolzen wird und die auf diese Weise erhaltene Vorform zu einer optischen Faser gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Strecken der Ausgangsvorform eine schmale und heiße Erweichungszone verwendet wird, deren Größe in der Längsrichtung der Ausgangsvorform weniger als 5 cm beträgt und wobei die höchste Temperatur der Glasoberfläche mindestens 2300ºC beträgt, und daß zum Erhalten der Erweichungszone eine Energiezuführungsvorrichtung (2) verwendet wird, die an der Stelle der Ausgangsvorform keine oder kaum eine konvektive Gasströmung herbeiführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Größe der Erweichungszone in der Längsrichtung der Ausgangsvorform (1) weniger als 3 cm beträgt und die höchste Temperatur der Glasoberfläche in der Erweichungszone mindestens 2400ºC beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiezuführungsvorrichtung ein Plasmabrenner (2) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiezuführungsvorrichtung eine Laserlichtquelle verwendet wird.