DE69212017T2

DE69212017T2 - Verfahren zum Herstellen einer Glasvorform für optische Fasern

Info

Publication number: DE69212017T2
Application number: DE69212017T
Authority: DE
Inventors: Toshio Danzuka; Masumi Ito; Hiroo Kanamori; Hiroshi Yokota
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1992-02-25
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: FI920784A; EP0501429A1; AU1118992A; ZA921271B; NO920724L; JPH04270132A; FI920784A0; AU649519B2; NO308524B1; EP0501429B1; NO920724D0; KR950004058B1; KR920016363A; FI96944C; DE69212017D1; TW198002B; FI96944B

Description

Hintergrund der Erfindung

Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Glas-Vorformlings zur Verwendung bei der Herstellung einer optischen Faser mit geringem Transmissionsverlust.

Beschreibung der Standes der Technik

Als ein Verfahren zur Herstellung eines Glas-Vorformlings fur eine optische Faser ist eine Stab-in-Rohr-Methode ("rod-in-tube method") bekannt, die das Einsetzen eines Stabes als Kernmaterial in ein Glasrohr als Umhüllungsmaterial mit einem niedrigeren Brechungsindex als das Kernmaterial und das Verschmelzen und miteinander Vereinigen umfaßt. Da der nach der Stab-in-Rohr-Methode hergestellte Glas-Vorformling zu Fehlstellen an der Grenzfläche zwischen dem Kernmaterial und dem Umhüllungsmaterial neigt, besitzt die aus dem Vorformling hergestellte optische Faser einen hohen Transmissionsverlust.
Um ein derartiges Problem der Stab-in-Rohr-Methode zu lösen, schlägt die japanische Patentveröffentlichung Nr. 34938/1989 ein Verfahren vor, das das Einsetzen eines Glasstabes als Kernmaterial in ein Glasrohr als Umhüllungsmaterial, das Aufbauen eines Schichtkörpers aus dem Stab und dem Rohr auf einer Glasdrehbank und das Erhitzen des Schichtkörpers mit einem Wasserstoff- Sauerstoff-Brenner zum Schrumpfen des Rohres umfaßt, wobei das Rohr und der Stab geschmolzen und miteinander verbunden werden.
Bei diesem Verfahren wird der Wasserstoff-Sauerstoff- Brenner von einem Ende des Schichtkörpers zum anderen geführt, und man läßt ein Gas wie etwa ein Halogengas in einen Raum zwischen dem Stab und dem Rohr strömen. Bei diesem Verfahren können jedoch Blasen an der Grenzfläche zwischen dem Glasrohr und dem Glasstab des sich daraus ergebenden Vorformlings zurückbleiben, sodaß eine aus einem solchen Vorformling hergestellte optische Faser keine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist und der Transmissionsverlust negativ beeinflußt wird.
EP-A-0 196 671 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Glas-Vorformlings für eine optische Faser. Gemäß der dortigen Ausführungsbeispiele wird ein Gemisch eines halogenhaltigen Gases wie etwa SF&sub6;, SOCl&sub2;, SiF&sub4; oder Cl&sub2; und Sauerstoff zwischen den Glasstab und das Glasrohr während ihres Zusammenfügens eingeführt. Das Glasrohr besteht aus reinem Siliziumoxid ohne Dotierstoff aus Metalloxid. Das Gasgemisch dient zum Entfernen von Feuchtigkeit, Staub oder Verunreinigungen von der Glasoberfläche und zur Verhinderung oder Unterdrückung der Ausbildung einer rauhen Oberfläche aufgrund eines Ätzvorganges.
EP-A-0 198 510 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Glas-Vorformlings fur eine optische Faser. Dieses Verfahren umfaßt jedoch nicht die Verwendung eines Gasgemisches einschließlich unter anderem Sauerstoff in dem Schritt, bei dem das Glasrohr mit dem Glasstab zusammengefügt wird.
In JP-63-256545 ist eine Stab-in-Rohr-Methode für das Anfertigen eines Vorformlings für eine optische Faser beschreiben, bei dem der Glasstab auf seiner Mantelfläche eine Kohlebeschichtung aufweist. Das Verschmelzen von Stab und Rohr erfölgt in einem CCl&sub4; als halogenhaltiges Gas enthaltenden Gasgemisch.
Die das Kernmaterial bildenden Glasstäbe bestehen bekanntlich aus Quarzglas, das Dotierstoffe wie etwa Ge oder Ti enthält. Die Dotierstoffe erhöhen den Brechungsindex des Kernmaterials. Ein derartiger Dotierstoffliegt in Form eines Oxids wie etwa GeO&sub2; oder TiO&sub2; vor. Wenn der aus dem Glasstab und dem Glasrohr bestehende Schichtkörper erhitzt und verschmolzen wird, sollte das Quarzglas ausreichend erweicht werden. Deshalb wird der Schichtkörper auf eine Temperatur von 1900 ºC oder höher erhitzt. Bei einer solch hohen Temperatur wird das Metalloxid reduziert. Beispielsweise entstehen im Fall von GeO&sub2; gasförmiges GeO und molekularer Sauerstoff gemäß folgender Reaktion:
GeO&sub2; T GeO + 1/2O&sub2;
Die während des Verschmelzens des Stabes mit dem Rohr erzeugten Gase werden in der Grenzfläche zwischen dem Kernmaterial und dem Umhüllungsmaterial eingeschlossen, wodurch Blasen entstehen. Das halogenhaltige Gas beschleunigt die obengenannte Reduktionsreaktion. Um diese Reaktion zu unterdrücken, wird in der vorliegenden Erfindung Sauerstoff verwendet.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Stab-in-Rohr-Methode zur Erzeugung eines Glas-Vorformlings für die Verwendung in der Herstellung einer optischen Faser.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Stab-in-Rohr-Methode, nach der die Ausbildung von Blasen an der Grenzfläche zwischen dem Glasstab und dem Glasrohr verhindert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Glas-Vorformlings für die Verwendung in der Herstellung einer optischen Faser bereitgestellt, das folgende Schritte umfaßt:
Einsetzen eines Glasstabes mit einem Metalloxid als Dotierstoff, dessen Verteilung die Mantelfläche des Glasstabes einschließt, als Kernmaterial in ein Glasrohr als Umhüllungsmaterial mit einem niedrigeren Brechungsindex als demjenigen des Kernmaterials, und
Erhitzen des Schichtkörpers aus dem Glasstab und dem Glasrohr von außen, während ein Gasgemisch, das ein aus CF&sub4;, SF&sub6; oder Cl&sub2; ausgewähltes halogenhaltiges Gas und 20 bis 80 Volumenprozent Sauerstoff umfaßt, in den Raum zwischen dem Glasstab und dem Glasrohr strömt, um diese miteinander zu verschmelzen und den Glas-Vorformling zu erzeugen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Anzahl der Blasen bzw. dem Transmissionsverlust und der Sauerstoffkonzentration, des Gasgernisches, das in dem Beispiel in den Raum zwischen dem Glasstab und dem Glasrohr gegeben wird.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann im wesentlichen unter den gleichen Bedingungen wie bei den herkömmlichen Stab-in-Rohr-Methoden durchgeführt werden, mit der Ausnahme, daß das Gasgemisch in den Raum zwischen dem Glasstab und dem Glasrohr strömt, während diese durch Erhitzen miteinander verschmolzen werden.
Das einzugebende Gasgemisch enthält 20 bis 80 Volumenprozent Sauerstoff. Wenn der Sauerstoffgehalt weniger als 20 Volumenprozent beträgt, können Blasen an der Grenzfläche entstehen. Wenn der Sauerstoffgehalt größer als 80 Volumenprozent ist, wird Wasser oder Feuchtigkeit aufgrund des mangelnden Halogengehalts nicht ausreichend von der Glasoberfläche entfernt, so daß die schließlich hergestellte optische Faser wegen Hydroxylgruppen in der Faser einen erhöhten Transmissionsverlust besitzt.
Beispiele für das halogenhaltige Gas sind reine Halogengase wie etwa Fluor oder Chlor und Halogenatome enthaltende Verbindungen wie etwa CF&sub4;, SF&sub6; und ähnliches.
Vorzugsweise wird der Druck in dem Raum zwischen dem Glasstab und dem Glasrohr während des Verschmelzens bei einem erniedrigten Wert gehalten, beispielsweise bei etwa 300 mmHg. Durch den erniedrigten Druck wird das Schrumpfen des Glasrohres beschleunigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die innere Wandung des Glasrohres oder die Mantelfläche des Glasstabes, vorzugsweise beide, vor dem Verschmelzen angeätzt. Die Glasoberfläche wird mit Flußsäure 10 bis 200 um tief geätzt.
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen weiter im einzelnen erläutert.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine in der Stab-in-Rohr-Methode eingesetzte Vorrichtung, in der die Ziffern 1, 2 und 3 einen Glasstab als Kernmaterial, ein Glasrohr als Umhüllungsmaterial und ein Trägerrohr aus Glas bezeichnen. Der Glasstab und das Glasrohr werden vorzugsweise nach dem VAD-Verfahren hergestellt. An beiden Enden des Glasrohres 2 sind entsprechende Trägerrohre aus Glas durch Verschmelzen befestigt, und die Trägerrohre aus Glas werden beispielsweise mittels Spannfutter 11 senkrecht aufgehängt und mittels Hebemechanismus 12 auf und ab bewegt. Das Glasrohr 2 ist in einer Innenkammer eines Heizofens 13 angeordnet. Der Ofen 13 besitzt einen Ringheizkörper 14, eine Wärmedämmung 15 und ein Hüllrohr 16, das die Ablagerung von aus dem Heizkörper und dem Dämmstoff freigesetzten Verunreinigungen auf dem Glas- Vorformling verhindert.
Der Glasstab 1 wird in das Glasrohr 2 eingesetzt, und das untere Ende des Glasstabes 1 wird durch einen Trägerstab 17 gestützt. Die beiden freien Enden des Trägerrohres 3 sind mit Abschlußvorrichtungen 18, 18' ausgestattet, womit eine bestimmte Atmosphäre oder ein bestimmter Druck in dem Rohr aufrecht erhalten wird. Die untere Vorrichtung 18 stützt den Glasstab 1 mittels Trägerstab 17. Das Gasgemisch wird in den Raum zwischen dem Glasstab 1 und dem Glasrohr 2 von einer Gasversorgungsleitung durch Öffnen eines oberen Ventils 19 eingelassen. Dann wird das obere Ende des Glasrohres, in das der Glasstab eingesetzt ist, auf die Höhe des Ringheizkörpers 14 angehoben, wodurch das Glasrohr 2 vom oberen Binde her erhitzt und erweicht wird und wodurch aufgrund der Oberflächenspannung und der Druckdifferenz zwischen innen und außen das Glasrohr 2 schrumpft, so daß das Glasrohr und der Glasstab miteinander verschmolzen werden. Unter solchen Bedingungen wird der Schichtkörper aus dem Glasrohr und dem Glasstab nach oben geführt und in der Längsrichtung verschmolzen, bis die Schmelzverbindung zwischen dem Glasrohr und dem Glasstab, während das Gas aus dem Raum zwischen dem Glasrohr und dem Glasstab mittels einer vorgesehenen Gasbehandlungseinrichtung abgesaugt wird, vervollständigt ist.

Beispiel

Verwendet wurden ein Glasstab als Kernmaterial, der homogen verteiltes Germanium enthält und damit ein gleichförmiges Brechungindex-Profil besitzt, und ein aus reinem Quarzglas hergestelltes Glasrohr als Umhüllungsmaterial. Diese werden in die Vorrichtung von Fig. 1 eingesetzt. Ein Raum zwischen dem Glasstab und dem Glasrohr wurde mit einem Gasgemisch aus Chlorgas und Sauerstoff mit verschiedenen Volumenverhältnissen aus einer Ventile 19 und eine eingesetzte Gasbehandlungseinrichtung 20 aufweisenden Gasversorgungsleitung befüllt. Dann wurde der Schichtkörper aus dem Glasstab und dem Glasrohr zur Erzeugung des Glas-Vorformlings vorn oberen Ende her erhitzt und verschmolzen.
Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Bei einer Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch von 50 Volumenprozent oder höher entstanden keine Gasblasen. Bei einer Sauerstoffkonzentration von 20 Volumenprozent bildeten sich lediglich zwei Gasblasen pro Meter.
Der Transmissionsverlust einer aus dem wie oben gebildeten Glas-Vorformling hergestellten Glasfaser hatte einen kleinen Wert von 0,35 dB/km bei einer Wellenlängenbande von 1,3 um für eine Sauerstoffkonzentration von 80 Volumenprozent oder niedriger, aber bei einer Sauerstoffkonzentration von mehr als 80 Volumenprozent nahm der Transmissionsverlust stark zu. Deshalb liegt der bevorzugte Bereich der Sauerstoffkonzentration zwischen 20 und 80 Volumenprozent, für den sich eine geringe Zahl von Gasblasen und ein geringer Transmissionsverlust ergeben.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines Glas-Vorformlings für die Verwendung bei der Herstellung einer optischen Faser, das folgende Schritte umfaßt:

Einsetzen eines Glasstabes (1), der ein Metalloxid als Dotierstoff enthält, dessen Verteilung die Mantelfläche des Glasstabes umfaßt, als Kernmaterial in ein Glasrohr (2) als Umhüllungsmaterial, das einen kleineren Brechungsindex als das Kernmaterial aufweist, und

Erhitzen des Schichtkörpers aus dem Glasstab (1) und dem Glasrohr (2) von außen, während ein Gasgemisch, das ein halogenhaltiges Gas, ausgewählt aus CF&sub4;, SF&sub6; oder Cl&sub2;, und 20 bis 80 Volumenprozent Sauerstoff umfaßt, in den Raum zwischen dem Glasstab und dem Glasrohr strömt, um diese zur Erzeugung des Glas- Vorformlings miteinander zu verschmelzen.