DE69723475T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von optischen fasern aus kern- und mantelglaskörper - Google Patents

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Reza Mossadegh
D. Ishwar AGGARWAL
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von optischen Fasern aus Kern- und Umhüllungsglasstäben. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf separat schmelzende Kern- und Umhüllungsglasstäbe und das Kombinieren der Schmelzen nahe einer Faserziehöffnung, so dass das Kernglas vom Umhüllungsglas umgeben und eine optische Umhüllungsglasfaser aus den kombinierten Schmelzen ausgebildet wird.
  • Glasfasern, Fenster und Filter werden, insbesondere in der Datenübertragung, immer häufiger verwendet. So sind z. B. Glasfasern auf Siliziumdioxid-Basis in der Telekommunikationsindustrie weit verbreitet. Siliziumdioxid-Fasern übertragen jedoch nur Wellenlängen von bis zu etwa 2 Mikrometer übertragen, und es gibt zahlreiche Anwendungen, bei denen die Wellenlängen über 2 Mikrometer liegen, wie z. B. Infrarotabbildungen, Detektion und Analyse von hohen Temperaturen bzw. der Auswirkungen hoher Temperaturen und die Leistungsabgabe von CO- und CO2- Lasern. Faseroptische, chemische Fühlersysteme sind für die Säuberung von Einrichtungen des Verteidigungsministeriums und des Energieministeriums, sowie für andere industrielle Anwendungen nützlich, da praktisch alle Molekülarten charakteristische Schwingungsbänder im Infrarotbereich zwischen 3–11 Mikron aufweisen. Fasern auf Zircontetrafluorid-Basis übertragen Wellenlängen bis zu ungefähr 3,5 Mikron, was aber für die meisten Infrarotsysteme immer noch unzureichend ist. Chalcogenidglas überträgt Wellenlängen bis über 10 Mikron und wird deshalb für Glasfasern in Messsystemen auf faseroptischer Basis verwendet, die auf Evaneszenz-, Absorptions- und diffuse Reflexionsspektroskopie zurückgreifen, die eine Übertragungsfähigkeit für lange Infrarotwellenlängen erforderlich machen. Da die Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit solcher Systeme zu einem Großteil von den optischen Infraroteigenschaften des Glases abhängen, ist es wichtig, dass das Glas geringe Übertragungsverluste aufweist. Daher besteht Bedarf für die Herstellung von Chalcogenidglasfasern mit niedrigem Übertragungsverlust insbesondere für lange Wellenlängen, um die Leistungsfähigkeit vieler Systeme zu erhöhen. Für die praktische Anwendung müssen die Chalcogenidglasfasern eine Glasumhüllung aufweisen, um unerwünschte Evaneszenzabsorption und Biegungsverluste zu vermeiden. Kern- und Umhüllungsglaszusammensetzungen sind so gewählt, dass der Kernbrechungsindex höher ist als der der Umhüllung, während die thermischen Eigenschaften jedoch ähnlich sind. Typische für das Herstellen von Glasumhüllungs-Chalcogenidglasfasern verwendete Verfahren schließen das Ziehen der Umhüllungsfaser von einer Vorform ein, die durch das Aufschrumpfen einer Umhüllungsglasröhre auf einen in dieser angeordneten Kernglasstab hergestellt wird. Bei der Verwendung von Glasumhüllungs-Chalcogenidfasern, die von solchen Vorformen gezogen worden sind, können jedoch aufgrund von Blasen, die sowohl im Kern als auch im Umhüllungsglas und an der Kern/Umhüllungsglas-Berührungsfläche vorhanden sind, und aufgrund von Rußpartikeln an der Kern/Umhüllungsglas-Berührungsfläche, die im Zuge der Herstellung der Vorformen und des Ziehens der Umhüllungsfasern entstehen, deutliche Übertragungsverluste auftreten. Diese Blasen und Rußpartikel streuen die übertragenen Infrarotsignale, wodurch wesentliche Übertragungsverluste entstehen. Darüber hinaus beschränken Größenbeschränkungen bei den Vorformen den Prozess des Ziehens von Mehrmodenfasern sowie die Länge der gezogenen Fasern auf üblicherweise weniger als 100 Meter. Die US-A-4.908.053 offenbart das Ziehen einer Umhüllungsfaser aus einem Glaskernstab-Verbundkörper, der konzentrisch innerhalb eines Umhüllungsglasrohrs angeordnet ist, in dem ein Zwischenraum zwischen Rohr und Stab besteht, der durch das Schmelzen des Verbundkörpers ausschließlich am Boden des Schmelztiegels in der Nähe der Ziehöffnung bewirkt wird. Das Schmelzen schrumpft das Rohr nur in der Schmelzzone auf den Stab, und der Verbundkörper bewegt sich langsam durch den Ofen nach unten, während er aufgebraucht wird. Obwohl dieses Verfahren die Verwendung einer Kern/Umhüllungsvorform umgeht, wird dadurch weder die Blasen- noch die Rußpartikelbildung an der Berührungsfläche zwischen Kern- und Umhüllungsglas verhindert.
  • Um die Notwendigkeit von Vorformen zu umgehen, sind Doppelschmelztiegelverfahren entwickelt worden, bei denen ein Kernglasschmelztiegel konzentrisch innerhalb eines Umhüllungsglasschmelztiegels angeordnet ist, so dass sich die Umhüllungsglasschmelze mit der Außenseite des Kernglasschmelztiegels in Kontakt befindet. Beide Schmelztiegel weisen ein Loch oder eine Öffnung auf, die konzentrisch im Boden des Schmelztiegels angeordnet ist, um ein Abfließen der Glasschmelzen zu ermöglichen, wobei beide Öffnungen koaxial sind und sich die Öffnung im Boden des Kernglasschmelztiegels knapp über der Öffnung im Umhüllungsglasschmelztiegel befindet. Wenn die Kernglasschmelze durch die Öffnung im Boden des Kernglasschmelztiegels abfließt, berührt sie bzw. ist umgeben von der Umhüllungsglasschmelze und beide Schmelzen strömen durch die Öffnung im Boden des Umhüllungsglasschmelztiegels und bilden eine Umhüllungsfaser, die als Kern/Umhüllungsfaser bezeichnet wird. Ein derartiges Verfahren ist z. B. in der US-A-4.897.100 offenbart, wo Kern- und Umhüllungsglasteile in zwei getrennten, jedoch konzentrischen Schmelztiegeln geschmolzen werden und der Kernglasschmelztiegel innerhalb des Umhüllungsglasschmelztiegels angeordnet ist. Jeder der Schmelztiegel weist im Boden eine Öffnung auf, um das geschmolzene Glas herauszuziehen, wobei die Kernglasschmelztiegelöffnung knapp über der Umhüllungsglasschmelztiegelöffnung angeordnet ist. Beide Öffnungen sind koaxial. Wenn die Kernglasschmelze durch die Öffnung im Boden des Kernglasschmelztiegels abfließt, ist sie von Umhüllungsglas umgeben, das durch die Öffnung im Boden der Umhüllungsglasschmelztiegels strömt, und eine Kern/Umhüllungsfaser wird gezogen. Bei diesem Verfahren kommt es durch das Schmelzen der Glasteile in den Schmelztiegeln zu Gasblasen an den Berührungsflächen und Zwischenräumen der schmelzenden Teile. Dadurch werden die Glasschmelzen für lange Zeiträume auf erhöhter Temperatur gehalten, um das Gas teilweise auszutreiben und eine homogene Schmelze zu erreichen. Unglücklicherweise kann dies die Zusammensetzung des Glases im Laufe der Zeit verändern, da leichtverdampfende Komponenten des Glases verdampfen. Beide Glasschmelzen werden gleichzeitig aus der Öffnung im Boden des zugehörigen Schmelztiegels gezogen, wobei die Kernglasschmelze durch die darunterliegende Umhüllungsglasschmelze strömt, so dass das Umhüllungsglas um das Kernglas fließt, wenn beide durch den Boden des Umhüllungsglasschmelztiegels strömen. Dieses Verfahren lässt sich nur schwer steuern, macht das Erreichen einer einheitlichen Konzentrizität des Kern- und Umhüllungsglases äußerst schwierig und verhindert weder Blasen- noch Rußbildung.
  • Bei einem weiteren Ansatz für ein Doppelschmelztiegelverfahren werden eine Kernglasscheibe und eine Umhüllungsglasscheibe mittels Kernbohrung aus großen Glasplatten hergestellt. Die Kernglasscheibe wird erhitzt und in einem Schmelztiegel geschmolzen, der im Boden ein Loch aufweist, aus dem eine Kernglasfaser gezogen wird. Die Umhüllungsglasscheibe wird in einem separaten Schmelztiegel erhitzt, der koaxial mit dem Kernglasschmelztiegel sowie vertikal unter diesem angeordnet ist und ebenso ein Loch oder eine Öffnung im Boden aufweist. Die aus dem Kernglasschmelztiegel gezogene massive Glasfaser tritt durch die Umhüllungsglasschmelze hindurch, die die Kernfaser mit Umhüllungsglas überzieht und eine Glasumhüllungsfaser wird aus dem Boden des Umhüllungsglasschmelztiegels gezogen. Da die massive Kernglasfaser durch die Umhüllungsglasschmelze dringen muss, müssen die beiden Glaswaren ein unterschiedliches Viskositätsprofil und das Kernglas eine höhere Schmelztemperatur besitzen. Abgesehen von inneren Spannungen bilden sich an der Kern- und Umhüllungsglasberührungsfläche Blasen und Ruß. Die Umhüllungsfaser hat zudem eine niedrige Schmelztemperatur und kann im Allgemeinen bei Temperaturen von über 110°C nicht verwendet werden, was bedeutet, dass sie bei Hochleistungslasern nicht eingesetzt werden kann. Des Weiteren können durch die Kernbohrung der Kern- und Umhüllungsglasscheiben von großen Glasplatten Verschmutzungen auf dem Glas verursacht werden. Die US-A-4.259.100 offenbart ein Doppelschmelztiegelsystem zur Herstellung von lichtleitenden Fasern. Das System weist einen inneren Schmelztiegel auf, der in Bezug auf einen äußeren Schmelztiegel, mit dem er konzentrisch angeordnet ist, axial verschoben werden kann. Glasstäbe werden direkt in die Schmelztiegel eingeführt und treten in direkten Kontakt mit den Glasschmelzen in den Schmelztiegeln, wenn diese erhitzt werden. Das Erhitzen erfolgt mittels einer einzelnen Induktionsspule, die eine Kapsel umgibt, in der die Schmelztiegel angeordnet sind. Der Boden jedes Schmelztiegels ist mit einer Düse versehen. Die Düsen der beiden Schmelztiegel sind voneinander beabstandet, und das geschmolzene Kernglas tritt durch die Düse des inneren Schmelztiegels an einer Stelle über der Düse des äußeren Schmelztiegels direkt in den äußeren Schmelztiegel ein.
  • Keines dieser Doppelschmelztiegelverfahren eignet sich für die Verwendung bei relativ flüchtigen und instabilen Chalcogenidglaszusammensetzungen, da beide Glaszusammensetzungen lange in geschmolzenem Zustand verbleiben und die dadurch verursachten Verdampfungsverluste zu Zusammensetzungsveränderungen im Kern- und Umhüllungsglas führen, was wiederum in erhöhten optischen Verlusten resultiert. Daher besteht immer noch Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von optischen Kern/Umhüllungsglasfasern, die auf die Verwendung von Kern/Umhüllungsvorformen oder Glasteilen verzichten, keine oder nur geringe Rußbildung an der Berührungsfläche zwischen den Glaswaren aufweisen und das Auftreten von Blasen im Glas eliminieren oder zumindest ihre Größe und Auftrittshäufigkeit minimieren.
  • Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, eine optische Kern/Umhüllungsglasfaser herzustellen, ohne dabei eine Kern/Umhüllungsvorform oder Glasteile zu verwenden.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Rußbildung an der Kern/Umhüllungsberührungsfläche einer optischen Kern/Umhüllungsglasfaser zu reduzieren oder zu eliminieren.
  • Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Blasenbildung an der Kern/Umhüllungsberührungsfläche der optischen Kern/Umhüllungsglasfaser zu reduzieren oder zu eliminieren.
  • Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Fasern vorgesehen, die eine Glaskern und eine Glasumhüllung besitzen, das folgende Schritte umfasst:
    • (a) das Anordnen eines Umhüllungsglaskörpers mit einer Oberseite und einer Unterseite in einem ersten Schmelztiegel mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des ersten Schmelztiegels in einer Öffnung endet, wobei die Öffnung des ersten Schmelztiegels den Boden des ersten Schmelztiegels mit einer Leitung verbindet, wobei sich die Leitung von der Öffnung nach unten in den Boden des ersten Schmelztiegels erstreckt und in einen Hohlraum mündet, wobei sich der Hohlraum nach unten erstreckt und in einer Faserziehöffnung endet, wobei die Leitung dünner als der Umhüllungsglaskörper ist, und sich die Oberseite des Umhüllungsglaskörpers auf einer Höhe unterhalb der Oberseite des ersten Schmelztiegels befindet;
    • (b) das Anordnen eines Kernglaskörpers mit einer Oberseite und einer Unterseite in einem zweiten Schmelztiegel mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des zweiten Schmelztiegels eine Öffnung aufweist, wobei sich die Öffnung des zweiten Schmelztiegels nach unten in eine Durchgangsöffnung erstreckt, die mit dem Hohlraum konzentrisch ist und an diesen angrenzt, wobei die Durchgangsöffnung enger ist als der Kernglaskörper, wobei die Durchgangsöffnung an einem Auslass oberhalb der Faserziehöffnung endet, wobei ein Zwischenraum zwischen dem Auslass und der Faserziehöffnung vorhanden ist, wobei der erste Schmelztiegel und der zweite Schmelztiegel voneinander beabstandet sind und der erste Schmelztiegel und der zweite Schmelztiegel einander nicht überschneiden;
    • (c) das Verschließen des Auslasses und der Faserziehöffnung in ausreichendem Ausmaß, um ein Austreten von Glasschmelze daraus zu verhindern;
    • (d) das Schmelzen des Umhüllungsglaskörpers im ersten Schmelztiegel, um eine Umhüllungsglasschmelze mit einer Oberseite und einer Unterseite zu bilden;
    • (e) das Schmelzen des Kernglaskörpers im zweiten Schmelztiegel, um eine Kernglasschmelze mit einer Oberseite und einer Unterseite zu bilden;
    • (f) das Ausüben von Druck auf die Oberseite der Kernglasschmelze, um das Fließen der Kernglasschmelze durch die Öffnung in den zweiten Schmelztiegel und durch die Bohrung zum Auslass zu bewirken;
    • (g) das Ausüben von Druck auf die Oberseite der Umhüllungsglasschmelze, um das Fließen der Umhüllungsglasschmelze durch die Öffnung in den Boden des ersten Schmelztiegels und durch den Hohlraum zur ersten Faserziehöftnung zu bewirken;
    • (h) das Öffnen des Auslasses und der Faserziehöffnung, so dass die Kernglasschmelze durch den Auslass und die Faserziehöffnung hinausfließt und an der Faserziehöffnung auf eine Ziehtemperatur abkühlt und die Umhüllungsglasschmelze den Zwischenraum füllt und an der Faserziehöffnung auf eine Ziehtemperatur abkühlt, wobei der Auslass und die Faserziehöffnung voneinander beabstandet sind, so dass das Umhüllungsglas das aus dem Auslass austretende Kernglas umgibt, bevor das Kernglas aus der Faserziehöffnung austritt, so dass eine umhüllte Glasfaser gebildet wird; und
    • (i) das Ziehen der umhüllten Glasfaser aus der Faserziehöffnung.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Endung stellt eine Vorrichtung bereit, die für die Herstellung einer Faser mit einem Glaskern und einer Glasumhüllung nützlich ist, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
    einen ersten Schmelztiegel mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des ersten Schmelztiegels in einer Öffnung endet, wobei die Öffnung des ersten Schmelztiegels den Boden des ersten Schmelztiegels mit einer Leitung verbindet, wobei sich die Leitung von der Öffnung nach unten in den Boden des ersten Schmelztiegels erstreckt und in einen Hohlraum mündet, wobei sich der Hohlraum nach unten erstreckt und in einer Faserziehöffnung endet;
    einen zweiten Schmelztiegel mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des zweiten Schmelztiegels eine Öffnung aufweist, wobei sich die Öffnung des zweiten Schmelztiegels nach unten in eine Durchgangsöffnung erstreckt, die mit dem Hohlraum konzentrisch ist und an diesen angrenzt, wobei die Bohrung in einem Auslass oberhalb der Faserziehöffnung endet, wobei ein Zwischenraum zwischen dem Auslass und der Faserziehöffnung vorhanden ist, wobei der erste Schmelztiegel und der zweite Schmelztiegel voneinander beabstandet sind und der erste Schmelztiegel und der zweite Schmelztiegel einander nicht überschneiden;
    eine erste Heizeinrichtung, um den Inhalt des ersten Schmelztiegels auf einer ersten Temperatur zu halten; und
    eine zweite Heizeinrichtung, um den Inhalt des zweiten Schmelztiegels auf einer zweiten Temperatur zu halten, die sich von der ersten Temperatur unterscheidet.
  • Die Kern- und Umhüllungsgläser werden also in getrennten Schmelztiegeln oder Schmelzzonen geschmolzen. Die beiden Schmelzen werden dann getrennt in zwei zugehörige Glasschmelzeströmungszonen (d. h. die Leitung und die Durchgangsöffnung) zugeführt und durch diese hindurch – ohne Kontakt zu einander – zu einer zugehörigen Öffnung oder Ausgangselement der jeweiligen Strömungszone geleitet, wo sie die jeweilige Strömungszone verlassen und einander als Schmelze nahe einer Faserziehöffnung oder -form berühren, wobei die Umhüllungsglasschmelze die Kernglasschmelze nahe der Faserziehöffnung oder -form umgibt, an der eine Kern/Umhüllungsfaser gezogen wird. Vorzugsweise sind die beiden Schmelztiegel oder Schmelzzonen weder konzentrisch noch koaxial angeordnet, wie dies bei Doppelschmelztiegelverfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist, wobei sie jedoch falls erwünscht dennoch derartig angeordnet werden können. In einer Ausführungsform, die zur Veranschaulichung der Wirksamkeit des Verfahrens der Erfindung herangezogen worden ist, sind die beiden Glasschmelzzonen seitlich oder horizontal voneinander beabstandet und nicht vertikal in Bezug aufeinander angeordnet, wie bei den Doppelschmelztiegelverfahren nach dem Stand der Technik. Dadurch wird eine bessere Steuerung (i) des Glasschmelzvorgangs, (ii) der Atmosphäre und des Drucks in den beiden Schmelztiegeln ermöglicht und (iii) die Verschmutzung der Glasschmelze in den Schmelztiegeln minimiert, wie untenstehend im Detail erklärt werden wird. Das Verfahren ermöglicht zudem, dass die Schmelzzonen und Schmelztiegel, falls erwünscht, auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt werden. Das Verfahren der Erfindung bildet Glasfasern direkt aus einem Kernglasstab und einem Umhüllungsglasstab, ohne dafür Kern/Umhüllungsvorformen oder Umhüllungsglasröhren zu benötigen, ohne Schmelzen aus Glasteilen samt Begleiterscheinungen wie Gasabsorption, Gaseinschluss und längere Heizzeiten auszubilden und ohne dadurch beschränkt zu sein, beide Glassschmelzen auf gleicher Temperatur halten zu müssen. Beim Verfahren der Erfindung können die beiden Glasschmelzzonen eine zu den Glasschmelzzonen und der Glasberührungs-/Faserziehzone unterschiedliche Temperatur aufweisen. Die Verwendung von Glasstäben als Glaskörper ermöglicht den Einsatz einfacher Stabgeometrien, die nicht zylindrisch sein müssen, sondern jede beliebige praktische Form aufweisen können und in Größen hergestellt werden können, die größer oder kleiner als die in Verfahren mit Stäben und Röhrenkombinationen oder Vorformen derzeit verwendbaren sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Abmessungen der Stäbe nicht präzise sein müssen, wie dies bei der Verwendung von Kernstäben und Umhüllungsröhrenanordnungen und Herstellungsvorformen der Fall ist. Darüber hinaus besteht ein anderer Vorteil, dass eine Glasschmelze direkt von einem Stab gebildet wird, darin, dass der Stab unter Verschluss in einer geeigneten Ampulle oder einem anderen Mittel geformt werden kann, und der so erzeugte Stab direkt ohne eine Weiterverarbeitung in Teile, Vorformen, Röhren oder dergleichen, wodurch Gasblasen, Ruß oder andere Verschmutzungsstoffe in das Glas eingeführt werden, geschmolzen werden kann. Falls der Anwender es wünscht, können die „Glasstäbe", die als Ausgangsbasis für das Kern- und Umhüllungsglas im Verfahren der Erfindung bilden, scheibenförmig sein oder auch die Form einer Hohlröhre haben. Da diese Scheiben- und Hohlröhrenformen zu Rußbildung und/oder Gasblasen sowie anderen Verschmutzungsstoffen in der Glasfaser führen können bzw. dies auch tun, sind die Stäbe vorzugsweise massive Glaskörper und weisen insbesondere eine Länge auf, die zumindest dem mittleren Querschnitt oder einem äquivalenten Durchmesser entspricht, wenn eine andere Form als die eines Zylinders verwendet wird. Im Verfahren der Erfindung können die Glasschmelzzonen (Schmelztiegel) und Schmelzeströmungszonen sowie die Kern- und Umhüllungsglasstäbe bevor die Schmelzen gebildet werden entgast werden, und die Atmosphäre für das Schmelzen und Ziehen durch eine Edelgasatmosphäre ersetzt werden. Die Kern- und Umhüllungsglasstäbe werden jeweils entweder als Einzelmasse geschmolzen oder nur während des Verfahrens langsam nahe ihres Bodenabschnitts geschmolzen werden, um die Wärmeeinwirkung auf die Glaszusammensetzungen sowie die damit einhergehende Verdampfung und Zusammensetzungsveränderungen durch den Schmelzvorgang zu minimieren. Unter Schmelzen ist zu verstehen, dass das Glas weich genug ist, um zu fließen, was für jede Glaszusammensetzung empirisch bestimmt werden muss, da dies eine Funktion der Schmelztemperatur, des Drucks auf die Glasschmelze und der Viskosität des Glases ist. Im weitesten Sinne steht der Begriff Schmelze für erweichtes Glas mit einer Temperatur über dessen Glasumwandlungstemperatur und einer Viskosität innerhalb des breiten Bereichs von etwa 100–109 Poise, und genauer gesagt innerhalb eines Bereichs von etwa 103–106 Poise bei Chalcogenidglas.
  • Obwohl das Verfahren der Erfindung an einer Chalcongenid-Kern- und Umhüllungsglaszusammensetzung demonstriert worden ist, eignet es sich für alle Glaszusammensetzungen und ist nicht auf die Verwendung mit Chalcogenidglas beschränkt. Beispielhafte, jedoch nicht eingrenzende Beispiele für andere Glasarten, die zu Glasumhüllungsglasfasern geformt werden können, schließen Silikate, Fluorid-Glas, Phosphate, Borate und Germanate ein. Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, umfasst Chalcogenidglas zumindest eines der Chalcogenid-Elemente S, Se und Te und schließt typischerweise zudem zumindest eines der Elemente Ge, As, Sb, Tl, Pb, Si, P, Ga, In, La, Cl, Br und l ein. Gläser dieser Art können auch ein oder mehrere Seltenerdelemente enthalten. Chalcogenidglas enthält typischerweise zumindest etwa 25 Mol-% und im Allgemeineren zumindest 50 Mol-% eines oder mehrerer der drei Chalcogenidelemente. Es hat sich herausgestellt, dass das Vorhandensein von Tellurium in der Glaszusammensetzung die Übertragung im Infrarotbereich erhöht. Während Sulfid-Fasern wie As2S3 etwa Wellenlängen von etwa 1–6 Mikron übertragen, ist das Übertragungsfenster durch die Zugabe des schwereren Chalcogenidelements Tellurium auf über 10 Mikron vergrößert. Gläser, die eine große Menge an Tellurium enthalten, übertragen üblicherweise im Bereich von 3–12 Mikron.
  • Bei der Demonstration der Erfindung wurde ein zylindrischer Kernglassstab in einen rohrförmigen Quarzschmelztiegel oder -schmelzzone, und ein zylindrischer Kernglasstab wurde in einen separaten Quarzschmelztiegel oder -schmelzzone gegeben, der seitlich vom Kernglassschmelztiegel beabstandet war, so dass die Längsachsen der beiden Schmelztiegel nicht übereinstimmten und die beiden Schmelztiegel seitlich auf etwa derselben horizontalen Ebene beabstandet waren. Jeder Schmelztiegel wies im Boden eine Öffnung auf, die in eine entsprechende Schmelzströmungszone mündete. Jeder Stab wurde in seinem zugehörigen Schmelztiegel oder in seiner Schmelzzone erhitzt, um das Glas aufzuweichen, so dass es nach unten in eine zugehörige Glasschmelze-Strömungszone (ebenfalls aus Quarz hergestellt) floss, ohne dabei die andere Glasschmelze zu berühren, wobei die Umhüllungsglasschmelze-Strömungszone die Kernglasschmelze-Strömungszone umgab. Der Boden der Umhüllungsglasströmungszone wies eine Öffnung auf, die als Faserziehöftnung diente, und die Kernglasströmungszone hatte eine Ausgangsöffnung, die nahe der Ziehöffnung, jedoch leicht über und koaxial mit ihr, angeordnet war, so dass die Kernglasschmelze in der Nähe der Ziehöffnung von Umhüllungsglasschmelze umgeben war, um beim Herausströmen der beiden Schmelzen nach unten und aus der Ziehöffnung eine Kern/Umhüllungsglasfaser auszubilden. In dieser Ausführungsform war die Kernglasschmelze von der Umhüllungsglasschmelze umgeben und wurde von dieser berührt, bevor die beiden Schmelzen die Vorrichtung über die Umhüllungsglasöffnung, die als Faserziehöffnung diente, verließen. In einer anderen Ausführungsform jedoch fließt die Umhüllungsglasschmelze aus einer Öffnung, die die Form eines kegelförmigen Rings hat, der die Kernglasschmelze, die in Form eines Fadens oder einer Glasfaser vorliegt, knapp unter der Umhüllungsglasschmelzeöffnung berührt, die zudem die Faserziehöftnung oder -form ist. In einer weiteren Ausführungsform berührt die Kernglasschmelze die umgebende Umhüllungsglasschmelze innerhalb der Umhüllungsglasöftnung bzw. Faserziehöffnung oder -form. Der Begriff „Nahe der Faserziehöffnung" gilt für alle drei Ausführungsformen, wie Fachleute auf dem Gebiet anerkennen werden. Beide Schmelzeströmungszonen wurden auf dieselbe Temperatur erhitzt, um die jeweiligen Gläser zu schmelzen. Beide Schmelztiegel wurden auf dieselbe Schmelztemperatur erhitzt, um das jeweilige Glas zu schmelzen. Somit umfasst das Verfahren der Erfindung in dieser Ausführungsform folgende Schritte: (a) Schmelzen eines Kernglasstabs und eines Umhüllungsglasstabs in zugehörigen Schmelztiegeln, die weder konzentrisch noch koaxial und seitlich voneinander beabstandet sind; (b) Fließen jeder Glasschmelze durch eine zugehörige Schmelzeströmungszone, so dass die Glasschmelzen nicht miteinander in Kontakt kommen; (c) Weiterleiten der Schmelzen von den Strömungszonen zu einer Berührungszone, in der die Schmelzen miteinander in Kontakt treten, wobei die Umhüllungsglasschmelze das Kernglas umgibt, und Ziehen einer Kern/Umhüllungsfaser (einer Glaskern/Glasumhüllungsfaser) aus der Berührungszone. Weitere Ausführungsformen schließen vor dem Schmelzen des Glases das Entgasen der Schmelz-, Strömungs- und Berührungszonen sowie der Kern- und Umhüllungsglasstäbe in ihren zugehörigen Schmelztiegeln ein. Noch eine andere Ausführungsform umfasst das Anwenden einer Inertgasatmosphäre auf die jeweiligen Schmelzen in den zugehörigen Schmelztiegeln sowie das Ausüben eines Drucks auf die Glasschmelzen durch das Gas, um die Glasschmelzen darin zu unterstützen, bei einer niedrigeren Temperatur als normalerweise für das Strömen ohne Druck notwendig zu fließen. Weitere Ausführungsformen schließen (i) das Halten der Schmelze- und Strömungszonen auf unterschiedlichen Temperaturen und (ii) das Halten der beiden Schmelzzonen oder Schmelztiegel auf unterschiedlichen Temperaturen. Die durch das Verfahren der Erfindung hergestellte Kern/Umhüllungs-Chalcogenid-Glasfaser weist eine Konzentrizität von 100% auf. Auch obwohl sich die obigen Illustrationen auf die Mehrmodenglasfaserherstellung bezogen haben, kann das Verfahren ebenso bei der Produktion von Einzelmodenglasfasern verwendet werden. Abschließend werden Fachleute auf dem Gebiet anerkennen, dass durch Addition einer dritten Glasschmelzzone und einer weiteren Schmelzeströmungszone, die die erste Schmelzeströmungszone zumindest teilweise umgibt, etc., die Herstellung einer Glasumhüllungs-Glaskern-Doppelglasfaser ermöglicht wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Ein umfassenderes Verstehen der Erfindung wird durch Verweis auf die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und die begleitenden Abbildungen erzielt, bei denen dieselben Strukturen oder Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit ähnliche Verweiszahlen bezeichnet worden sind, worin:
  • 1 schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung veranschaulicht, die für das Verfahren der Erfindung nützlich ist.
  • 2(a), 2(b) und 2(c) jeweils schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung aus 1 sowie der Kern- und Umhüllungsglasstäbe und Schmelzen während des Verfahrens der Erfindung darstellen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bezugnehmend auf 1 ist schematisch ein Querschnitt einer Vorrichtung 10, die sich zur Verwendung im Verfahren der Erfindung eignet, so veranschaulicht, dass sie hohle, rohrtörmige Schmelztiegel 12 und 14 umfasst, die jeweils eine kegelförmige Schliffglasoberseite (Quarzglas) 16 und 18 aufweisen, die durch zugehörige hohle Deckel oder Stöpsel 20 und 22 verschlossen sind, die wiederum entsprechende Glasverbindungsstücke 24 und 26 besitzen. Die Schmelztiegel 12 und 14 enthalten zugehörige Glasschmelzezonen in Form von Hohlräumen 30 und 32. Die Glasverbindungsstücke 24 und 26 ermöglichen das Ausüben eines Vakuums auf das Innere der Vorrichtung, um sowohl die Innenflächen der Vorrichtung als auch die Außenfläche eines Glaskernstabs (nicht dargestellt) und die eines Umhüllungsglasstabs (nicht dargestellt) zu entgasen. Sie erlauben zudem das Einfüllen eines Edelgases oder Reaktionsgases in die Innenräume 30 und 32 der Schmelztiegel über die Glasumhüllungs- und -kernstäbe sowie der Glasschmelzen während des Schmelz-, Strömungs- und Ziehvorgangs. Das Edelgas dient dazu, eine Verschmutzung der Oberflächen während des Verfahrens zu verhindern, und unterstützt das Fließen der Schmelzen sowie das Ziehen, indem es Druck auf die Schmelzen ausübt (nicht dargestellt). In dieser Ausführungsform hält eine Stütze 28 die Schmelztiegel in ihren Positionen, verstärkt die Vorrichtung und macht sie weniger bruchanfällig. Fachleute auf dem Gebiet werden anerkennen, dass die Vorrichtung bei der Verwendung von Glas mit höherer Schmelztemperatur und nicht von Chalcogenidglasstäben aus einem geeigneten Material mit höherer Schmelztemperatur, wie Platin, Platinlegierungen und dergleichen, hergestellt sein wird. In dieser Ausführungsform ermöglichen die Schliffglasflächen die Ausbildung eine Abdichtung durch die hohlen Quarzstöpsel 20 und 22. Die Stütze 28 ist ein Quarzstab. Die Wand 34 des Schmelztiegels 12 setzt sich nach unten fort, um einen durch die Wand 36 definierten röhrenförmigen Zylinder auszubilden, der einen zylindrischen Hohlraum 38 mit einem ring- oder scheibenförmigen Querschnitt formt. Der Boden des Schmelztiegels 12 enthält eine Düse oder Öffnung 39, die sich nach unten in den Hohlraum 42 in der Röhre 40 erstreckt. Der Schmelztiegel 14 weist am Boden ebenfalls eine Öffnung 37 auf, die sich in den Hohlraum oder Durchgangsöffnung 43 der ringförmigen Leitung 41 und anschließend in den Hohlraum 38 erstreckt. Die Leitung 41 mündet in den Hohlraum 38, der durch die Wände 34 und 36 definiert ist. Die Durchgangsöffnung 43 und der Hohlraum 38 grenzen aneinander an und dienen als Schmelzeströmungszone für die Umhüllungsglasschmelze, die aufgrund des Schmelzens des Umhüllungsglasstabs im Umhüllungsglasschmelztiegel 14 durch diese strömt. Ähnlich dient auch die Durchgangsöffnung 42 als Schmelzeströmungszone für die Kernglasschmelze, die durch das Schmelzen des Kernglasstabs (nicht dargestellt) im Kernglasschmelztiegel 12 entsteht. Die Kapillarröhre 35 erstreckt sich von der Wand 36 nach außen sowie nach oben bis fast zur Spitze der Vorrichtung und umfasst eine Durchgangsöffnung 33, die in den Hohlraum 38 an ihrem unteren Ende mündet. Zudem öffnet sie sich an ihrem anderen Ende in die Atmosphäre und dient als Gasleitung, so dass jedes beliebige im Hohlraum 38 vorhandene Gas in die Durchgangsöffnung 33 strömt und durch das obere Ende der Kapillarröhre entweicht, wenn die Ummhüllungsglasschmelze aus ihrem Schmelztiegel oder Schmelzzone fließt und den Hohlraum 38 anfüllt. Die Durchgangsöffnung 33 ist zu klein für das Glas, um durchfließen zu können. Inertgas, das über die hohlen Stöpsel 20 und 22 auf die Oberseite der Schmelze eingeführt wird, dient dazu, die Glasschmelzen durch die Schmelzeströmungszonen, und zwar die Hohlräume 38, 42 und 43, nach unten zu drücken. Wie durch Verweis auf die 1 ersichtlich wird und wie die 2(a), 2(b) und 2(c) detailliert zeigen, verlässt flüssiges Kernglas seine Schmelzezone (Hohlraum 42) über die rohrförmige Öffnung 44, die sich nach unten erstreckt und knapp über der Öffnung 48 einen Auslass für die Umhüllungsglasschmelze bereitstellt, wo das Kernglas vom flüssigen Umhüllungsglas, das über die als Faserziehöffnung dienende Düse 48 aus dem Hohlraum 38 austritt, umgeben und berührt wird. Die Schmelzen berühren einander in der Berührungszone 48, die durch einen kleinen Zwischenraum zwischen dem Boden der Umhüllungsglasschmelze-Strömungsöffnung 44 und der Faserziehöffnung 48 definiert ist. Eine optische Kern/Umhüllungsglasfaser (nicht dargestellt) wird aus der Öffnung 48 gezogen. Ein abnehmbarer Quarzverschlussstöpsel 62 wird an den Bodenöffnungen 44 und 48 angebracht, bis die Faser zum Ziehen bereit ist. Nicht dargestellt ist in 1 der Ofen, der die Mittel zum Erhitzen der Schmelztiegel 12 und 14 sowie die Schmelzeströmungszonen umfasst. Dies ist in der 2 veranschaulicht und untenstehend im Detail erklärt.
  • Bezugnehmend auf die 2(a), 2(b) und 2(c), die das Verfahren und eine Vorrichtung der Erfindung veranschaulichen, wird eine Vorrichtung 50 gezeigt, die für das Verfahren der Erfindung geeignet ist, die eine Vorrichtung 10 umfasst, die im Wesentlichen der aus 1 entspricht, jedoch aus Gründen der Kürze nicht alle Details aufweist. Die Vorrichtung 10 ist, wie dargestellt, von einem Ofen umgeben, der eine Glasummantelung (Pyrex oder Quarz) aufweist, an deren Außenseite Heizmittel 58 und 60, wie ein Heizdraht, Heizband oder ein anderes beliebiges, Fachleuten auf dem Gebiet bekanntes geeignetes Mittel, angebracht sind. In der in den Beispielen verwendeten Ausführungsform bestehen die Heizmittel aus Heizbändern, wobei die Glasummantelung und das Heizband mit FiberfaxTM-Wärmeisolation – eine Art Glasfaserisoliermaterial, das Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist – umwickelt sind. Die Glasummantelung ist so dimensioniert, dass sie so eng wie möglich der Außenform der Vorrichtung entspricht, um ein einheitliches Heizen zu bewirken. Zuerst sind, mit besonderem Verweis auf die 2(a), ein Glaskernstab 54 und ein Glasumhüllungsstab 56 in den zugehörigen Schmelztiegeln 12 und 14 dargestellt, wobei die Bodenöffnung mit einem abnehmbaren Quarzverschlussstöpsel verschlossen ist. In dieser Ausführungsform umfassen die Heizmittel 58 und 60 zwei separate Heizbänder, die um die Außenseite des Glasbehälters gewickelt sind, so dass die Glasaufweich- oder -schmelzzonen (Schmelztiegel 12 und 14), wenn erwünscht, auf eine andere Temperatur erhitzt werden können als die darunter angeordneten Schmelzesströmungs- und Ziehzonen. Die Glaskern- und -umhüllungsstäbe werden in den jeweiligen Schmelztiegel gegeben, und die gesamte Vorrichtung auf bis etwa 100°C erhitzt, während im Inneren der Vorrichtung und auf der Außenfläche der Glasstäbe durch das Vakuum-Entgasen des Inneren der Vorrichtung sowie der Glasstäbe durch die Gasverbindungsstücke 24 und 26 ein Vakuum erzeugt wird. Die Stäbe und das Innere der Vorrichtung werden dann mit über die Verbindungsstücke 24 und 26 eingeführtem Trockenstickstoff gereinigt, und die Schmelzzonen und Schmelztiegel dann mittels der Heizbänder 58 auf eine über der Glasübergangstemperatur des Glases erhitzt, während die untere Schmelzeströmungs- und Faserziehzone mittels der Heizbänder 60 auf die selbe oder eine andere Temperatur erhitzt wird. Das Erhitzen führt dazu, dass die Glasstäbe weich werden und das Glas in die entsprechenden Kern- und Umhüllungsglasleitungen 42 und 43 strömt, wie in 2(b) dargestellt ist, und der auf die Glasschmelzen ausgeübte Druck erhöht wird. Der Stöpsel 62 wird entfernt und die Kern/Umhüllungsglasfaser wie in 2(c) aus dem Boden gezogen. Das Verfahren der Endung ermöglicht es, eine hohe Konzentrizität zwischen dem Kern- und Umhüllungsglas in der Faser zu erzielen. Die Konzentrizität wird dadurch bestimmt, dass der Querschnitt der Kern/Umhüllungsfaser, und zwar jeweils die maximale und minimale Umhüllungsdicke, an mehreren unterschiedlichen Stellen entlang der Länge der Faser gemessen wird, und dann der Minimumwert durch den Maximumwert dividiert und mit 100 multipliziert wird, um einen Prozentwert für die Konzentrizität zu erhalten. Die durch das Verfahren der Erfindung hergestellte Chalcogenid-Kern/Umhüllungsglasfaser weist eine Konzentrizität von 100 % auf.
  • Nachdem nun die Erfindung beschrieben worden ist, dienen die folgenden Beispiele der Illustration spezifischer Anwendungen der Erfindung, einschließlich der jetzt bekannten besten Art, die Erfindung umzusetzen. Die spezifischen Beispiele sollen den Schutzumfang der in dieser Anwendungsmöglichkeit beschriebenen Erfindung nicht eingrenzen.
  • BEISPIELE
  • In den unten angeführten Beispielen wurden aus elementaren, analysenreinen Ausgangsstoffen, die zusätzlich gereinigt worden sind, Chalcogenid-Kernglasstäbe hergestellt, die die Zusammensetzung As40S58Se2 (Atom-%) aufwiesen. Für jeden Stab wurden Arsen, Schwefel und Selen eingewogen, trockengemischt und in eine Quarzglasampulle gefüllt, die aus Quarzglas in einem Trockenschrank hergestellt wurde, wobei die Ampullen danach entleert und mit einem Sauerstoff-Methan-Brenner versiegelt wurden. Der Chalcogenid-Umhüllungsglasstab setzte sich aus As40S60 zusammen und wurde unter Verwendung desselben Verfahrens erzeugt. Das Schmelzen der Glaschargen erfolgte bei 850°C für 8 h in einem Schüttelofen, um das Mischen zu erleichtern. Die Schmelzen wurden anschließend abgeschreckt, wobei sich die Ampullen in einer vertikalen Position befanden, und auf etwa die Glasübergangstemperatur (200°C) abgekühlt wurden, um Stäbe mit einer Länge von etwa 10 cm und einem Durchmesser von 10 mm herzustellen. Die unterschiedliche Wärmeexpansion und -kontraktion von Chalcogenidglas und Quarzglas führt dazu, dass die Chalcogenidglasstäbe einen etwas kleineren Durchmesser als die Quarzglasstäbe aufweisen, so dass die Stäbe leicht aus den Ampullen entfernt werden können, nachdem deren Spitze abgebrochen worden ist. Das Chalcogenidglas reagiert bei den im Verfahren der Erfindung eingesetzten Temperaturen nicht mit dem Quarz, wie in den untenstehenden Beispielen erläutert ist.
  • BEISPIEL 1
  • In diesem Beispiel wurde die in den 1 und 2 schematisch dargestellte und beschriebene Vorrichtung verwendet. Die Vorrichtung aus 1 wurde aus Quarz hergestellt und dann in einen satt anliegenden Glasbehälter gegeben, der um die Außenseite herumgewickelte Heizbänder, wie in 2 ersichtlich, zum Ausbilden zweier unabhängiger Heizzonen aufwies. Die Abmessungen der Kern- und Umhüllungsglasschmelztiegelröhren 12 und 14 betrugen 12 × 18 mm. Der Abstand von der Schnittstelle zwischen dem unteren Ende der Umhüllungsglasleitung 41 und der Quarzglaswand 36 zum Boden der Schmelzeströmungs- und Ziehzone betrug 3 Zoll. Die Leitung 41 maß 6 × 10 mm und die Kernglasstabströmungsleitung 40 5 × 8 mm mit einem 1 mm Spalt zwischen dem Boden der Kernglasströmungsöffnung 44 und dem Boden der Innenseite der Außenwand 36, die als Glasschmelze-Berührungszone diente, in der das Kernglas nach unten und aus der Öffnung im Boden seiner Strömungsleitung strömte und mit der Umhüllungsglasschmelze in Kontakt kam, welche diese bereits vor dem Austreten der Glaswaren aus dem Boden der Vorrichtung als optische Kern/Umhüllungsglasfaser umgab. Die Ziehöffnung hatte einen Durchmesser von 7 mm, und die Öffnung am Boden der Kernglasströmungsleitung war 3 mm breit. Beide Öffnungen waren geschliffen und nach außen leicht kegelförmig gestaltet, um das Verschließen zu erleichtern. Wie oben erklärt war eine Heizzone die obere Zone, die die beiden Schmelztiegel oder Glasschmelzzonen erhitzte, und die andere Heizzone die untere Zone, die die Glasschmelzeströmungszone und die Faserziehzone umfasste. Die hohlen Stöpsel (20 und 22) wurden aus der geschliffenen Glasverbindungsstelle entfernt, und die Kern- und Umhüllungsglasstäbe in die jeweiligen Schmelztiegel gegeben, wobei, wie in den Figuren gezeigt, der Kernglasstab im zentralen Rohr 12 und der Umhüllungsglasstab im anderen Rohr 14 angeordnet war. Danach wurden die hohlen Stöpsel wieder in die Schliffglasverbindungsstellen am oberen Ende eingeführt und mit einer Stickstoffquelle verbunden, und der abnehmbare Quarzverschlusstöpsel (62) wurde in der Bodenöffnung angebracht. Die Glassstäbe und die Vorrichtung wurden mit Trockenstickstoff gereinigt und in der oberen Zone auf eine festgesetzte Temperatur von etwa 395°C und in der unteren Zone auf eine Temperatur von 375°C erhitzt, wobei beide Temperaturen über der Glasübergangstemperatur von etwa 200°C lagen. Die zonalen Temperaturunterschiede waren willkürlich gewählt. Unter diesen Bedingungen wurden die Kern- und Umhüllungsglasstäbe erweicht und flossen unter einem Stickstoffdruck von etwa 1 Zoll Wasser in ihre zugehörigen Schmelzeströmungsleitungen, wodurch die Öffnungen am Boden der Schmelztiegelröhren wie in 2(b) ersichtlich verstopften. Dadurch begann sich der Druck über jedem Glas zu erhöhen, wobei der Druck durch ein Drucksteuerungselement und ein Druckablassventil kontrolliert wurde. Die vorbestimmten Anfangstemperaturen in den oberen und unteren Zonen wurden auf 370°C bzw. 358°C abgesenkt, und der Druck auf die Kern- und Umhüllungsglasstäbe wurde auf 1,5 Zoll (P1) bzw. 2 Zoll Wasser (P2) erhöht. Nun wurde der Quarzstöpsel entfernt, und die Kern/Umhüllungsfaser trat aus dem Boden der Quarzglasware wie in 2(c) dargestellt aus. Die Faser wurde mit Kern- und Umhüllungsdurchmessern von 175 um bzw. 235 um gezogen. Die Faser zeigte eine Konzentrizität von 100 %. Durch ein Herabsetzen der vorbestimmten Temperatur der oberen und unteren Zone auf 362°C bzw. 348°C sowie ein Erhöhen des Drucks auf Kern- und Umhüllungsglasstab auf 0,2 bzw. 0,5 psi konnte eine dickere Faser mit Kern- und Umhüllungsglasdurchmessern von 190 um und 250 um erzeugt werden. Auf einer Aufwickeltrommel wurden über 50 m dieser Faser gesammelt, die eine Konzentrizität von 100% aufwies.
  • BEISPIEL 2
  • In diesem Versuch war der untere Abschnitt der Quarzglasware wesentlich kürzer und etwa nur ¾ Zoll lang, im Vergleich zu 3 Zoll bei der Vorrichtung aus Beispiel 1. Die Kern- und Umhüllungsglasöffnungen im Boden wurden von 3 (Beispiel 1) auf 4 bzw. von 7 (Beispiel 1) auf 8 mm vergrößert. Durch das Vergrößern der Austrittsabmessungen kann eine dickere Faser gezogen werden. Im Versuch wurde bei Temperaturen der oberen und unteren Zone von 371°C bzw. 363°C und einem Kern- und Umhüllungsdruck von 0,5 psi bzw. 0,2 psi eine Kern/Umhüllungsglasfaser mit einem Durchmesser von 400 um gezogen. Bei einer oberen und unteren Temperatur von 366°C und 362°C und einem Stickstoffdruck auf Kern- und Umhüllungsglas von 0,3 psi bzw. 0,2 psi, konnte auch eine Kern/Umhüllungsfaser mit einem Durchmesser von 350 um gezogen werden.
  • Es ist zu verstehen, dass die verschiedenen anderen Ausführungsformen und Modifikationen in der praktischen Anwendung für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind und von ihnen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Schutzumfang der oben beschriebenen Erfindung überschritten wird. Dementsprechend ist der Schutzumfang der hiernach angeführten Ansprüche nicht als durch obige exakte Beschreibung begrenzt zu verstehen, sondern es sind die Ansprüche vielmehr so aufzufassen, dass sie sämtliche patentierbaren neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung umfassen, einschließlich aller Merkmale und Ausführungsformen, die von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung als äquivalente Ausführungsformen dieser bezeichnet werden würden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Faser mit einem Glaskern und einer Glashülle, folgende Schritte umfassend: (a) das Anordnen eines Umhüllungsglaskörpers (56) mit einer Oberseite und einer Unterseite in einem ersten Schmelztiegel (14) mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des ersten Schmelztiegels in einer Öffnung (37) endet, wobei die Öffnung (37) des ersten Schmelztiegels (14) den Boden des ersten Schmelztiegels mit einer Leitung (43) verbindet, wobei sich die Leitung (43) von der Öffnung (37) nach unten in den Boden des ersten Schmelztiegels (14) erstreckt und in einen Hohlraum (38) mündet, wobei sich der Hohlraum (38) nach unten erstreckt und in einer Faserziehöffnung (48) endet, wobei die Leitung (43) dünner als der Umhüllungsglaskörper (56) ist, und sich die Oberseite des Umhüllungsglaskörpers (56) auf einer Höhe unterhalb der Oberseite des ersten Schmelztiegels (14) befindet; (b) das Anordnen eines Kernglaskörpers (54) mit einer Oberseite und einer Unterseite in einem zweiten Schmelztiegel (12) mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des zweiten Schmelztiegels (12) eine Öffnung (39) aufweist, wobei sich die Öffnung (39) des zweiten Schmelztiegels (12) nach unten in eine Durchgangsöffnung (42) erstreckt, die mit dem Hohlraum (38) konzentrisch ist und an diesen angrenzt, wobei die Durchgangsöffnung (42) enger ist als der Kernglaskörper (54), wobei die Durchgangsöffnung (42) an einem Auslass (44) oberhalb der Faserziehöftnung (48) endet, wobei ein Zwischenraum zwischen dem Auslass (44) und der Faserziehöftnung (48) vorhanden ist, wobei der erste Schmelztiegel (14) und der zweite Schmelztiegel (12) voneinander beabstandet sind und der erste Schmelztiegel (14) und der zweite Schmelztiegel (12) einander nicht überschneiden; (c) das Verschließen des Auslasses (44) und der Faserziehöffnung (48) in ausreichendem Ausmaß, um ein Austreten von Glasschmelze daraus zu verhindern; (d) das Schmelzen des Umhüllungsglaskörpers (56) im ersten Schmelztiegel (14), um eine Umhüllungsglasschmelze (56) mit einer Oberseite und einer Unterseite zu bilden; (e) das Schmelzen des Kernglaskörpers (54) im zweiten Schmelztiegel (12), um eine Kernglasschmelze (54) mit einer Oberseite und einer Unterseite zu bilden; (f) das Ausüben von Druck auf die Oberseite der Kernglasschmelze (54), um das Fließen der Kernglasschmelze (54) durch die Öffnung (39) in den zweiten Schmelztiegel (12) und durch die Bohrung (42) zum Auslass (44) zu bewirken; (g) das Ausüben von Druck auf die Oberseite der Umhüllungsglasschmelze (56), um das Fließen der Umhüllungsglasschmelze (56) durch die Öffnung (37) in den Boden des ersten Schmelztiegels (14) und durch den Hohlraum (38) zur ersten Faserziehöffnung (48) zu bewirken; (h) das Öffnen des Auslasses (44) und der Faserziehöffnung (48), so dass die Kernglasschmelze (54) durch den Auslass (44) und die Faserziehöffnung (48) hinausfließt und an der Faserziehöffnung (48) auf eine Ziehtemperatur abkühlt und die Umhüllungsglasschmelze (54) den Zwischenraum füllt und an der Faserziehöffnung (48) auf eine Ziehtemperatur abkühlt, wobei der Auslass (44) und die Faserziehöffnung (48) voneinander beabstandet sind, so dass das Umhüllungsglas das aus dem Auslass (44) austretende Kernglas umgibt, bevor das Kernglas aus der Faserziehöffnung (48) austritt, so dass eine umhüllte Glasfaser (70) gebildet wird; und (i) das Ziehen der umhüllten Glasfaser (70) aus der Faserziehöffnung (48).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Kern- und der Umhüllungsglaskörper (54, 56) massive Glasstäbe (54, 56) sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Umhüllungsglas (54) ein erstes Chalcogenidglas umfasst und das Kernglas (54) ein zweites Chalcogenidglas umfasst, wobei sich das erste Chalcogenidglas vom zweiten Chalcogenidglas unterscheidet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Druck auf die Kernglasschmelze (54) und die Umhüllungsglasschmelze (56) durch Gas ausgeübt wird, das auf die Oberseiten der Kernglasschmelze (54) und der Umhüllungsglasschmelze (56) drückt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Kernglasschmelze (54) und die Umhüllungsglasschmelze (56) aus Fluoridglas bestehen.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der erste Schmelztiegel (14) vor dem Schmelzen des Umhüllungsglaskörpers (56) entgast wird und der zweite Schmelztiegel (12) vor dem Schmelzen des Kernglaskörpers (54) entgast wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der erste Schmelztiegel (14) und der zweite Schmelztiegel (12) in Bezug aufeinander parallel angeordnet sind und seitlich voneinander bestandet sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der erste Schmelztiegel (14) und der zweite Schmelztiegel (12) seitlich voneinander beabstandet sind.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Hohlraum (38) zylindrisch ist und worin der Zwischenraum ringförmig ist.
  10. Vorrichtung, die zum Ausbilden einer Faser mit einem Glaskern und einer Glasumhüllung nützlich ist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen ersten Schmelztiegel (14) mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des ersten Schmelztiegels in einer Öffnung (37) endet, wobei die Öffnung (37) des ersten Schmelztiegels (14) den Boden des ersten Schmelztiegels (14) mit einer Leitung (43) verbindet, wobei sich die Leitung (43) von der Öffnung (37) nach unten in den Boden des ersten Schmelztiegels (14) erstreckt und in einen Hohlraum (38) mündet, wobei sich der Hohlraum (38) nach unten erstreckt und in einer Faserziehöffnung (48) endet; einen zweiten Schmelztiegel (12) mit einer offenen Oberseite und einem Boden, wobei der Boden des zweiten Schmelztiegels (12) eine Öffnung (39) aufweist, wobei sich die Öffnung (39) des zweiten Schmelztiegels (12) nach unten in eine Durchgangsöffnung (42) erstreckt, die mit dem Hohlraum (38) konzentrisch ist und an diesen angrenzt, wobei die Bohrung (42) in einem Auslass (44) oberhalb der Faserziehöffnung (48) endet, wobei ein Zwischenraum zwischen dem Auslass (44) und der Faserziehöffnung (48) vorhanden ist, wobei der erste Schmelztiegel (14) und der zweite Schmelztiegel (12) voneinander beabstandet sind und der erste Schmelztiegel (14) und der zweite Schmelztiegel (12) einander nicht überschneiden; eine erste Heizeinrichtung, um den Inhalt des ersten Schmelztiegels (14) auf einer ersten Temperatur zu halten; und eine zweite Heizeinrichtung, um den Inhalt des zweiten Schmelztiegels (12) auf einer zweiten Temperatur zu halten, die sich von der ersten Temperatur unterscheidet.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin der erste Schmelztiegel und der zweite Schmelztiegel aus Quarz bestehen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 mit Mitteln (24, 26) zum Einleiten eines Gases in zumindest einen aus dem ersten (14) und dem zweiten (12) Schmelztiegel.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, die weiters einen Ofen zum Heizen des ersten und des zweiten Schmelztiegels umfasst.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin der Ofen mehr als eine Heizzone (58, 60) umfasst, wobei zumindest eine der Heizzonen (58, 60) dazu in der Lage ist, sich auf eine Temperatur zu erhitzen, die sich von der Temperatur einer anderen Heizzone unterscheidet.
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