DE69822033T2

DE69822033T2 - Verfahren zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern durch Ziehen einer gesinterten Vorform

Info

Publication number: DE69822033T2
Application number: DE69822033T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki 2-13-1 Isob Shimizu; Tadakatsu 2-13-1 Isob Shimada; Hideo 2-13-1 Isob Hirasawa
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: US6131414A; EP0878449B1; DE69822033D1; EP0878449A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ziehen einer Roh-Vorform in eine Vorform für optische Fasern, wobei, wenn die Roh-Vorform in Vorformen für optische Fasern gezogen wird, ein Endbearbeitungsschritt weggelassen oder vereinfacht werden kann.
Zur Herstellung von Vorformen für optische Fasern aus Quarzgut bzw. synthetisches Siliziumdioxid wird ein beispielsweise durch VAD gefertigter Glasruß dehydriert und gesintert, um eine Roh-Vorform für die Vorform bereitzustellen. Diese Roh-Vorform, die normalerweise einen Durchmesser von 110 mm bis 200 mm aufweist, wird auf einen Durchmesser gezogen, der um 3 bis 5 mm größer ist als der Durchmesser der Vorform (z. B. 30 bis 80 mm Durchmesser). Bei diesem Schritt zum Ziehen wurde üblicherweise eine Glasverarbeitungs-Drehmaschine mit einem elektrischen Ofen oder einem Brenner verwendet. Wenn die Roh-Vorform einen kleinen Außendurchmesser von 100 mm oder weniger aufweist, ist es möglich, eine Glasverarbeitungs-Drehmaschine zum vorbereitenden oder primären Ziehen zu verwenden. Für Roh-Vorformen mit größeren Durchmessern ist die Hitzeentwicklung des Brenners zu gering, und somit wird für gewöhnlich ein elektrischer Ofen verwendet. Ein elektrischer Ofen, der für das Ziehen einer Roh-Vorform verwendet wird, besitzt einen derartigen Aufbau, dass eine Roh-Vorform von einem oberen Abschnitt des auf etwa 2000°C erhitzten elektrischen Ofens zugeführt wird und eine im Durchmesser reduzierte Vorform mittels Rollen oder Zieh-Einspannköpfen aus dem unteren Abschnitt des Ofens kontinuierlich weggenommen wird. Dies ist insbesondere in 5 dargestellt, die die Art der Wegnahme der Vorform unter Verwendung von Zieh-Einspannköpfen veranschaulicht. Zusätzlich werden Mess geräte für Außendurchmesser bereitgestellt, um die Außendurchmesser an einem Halsabschnitt der Roh-Vorform bzw. auch an einer Vorform zu messen.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein herkömmliches Verfahren zum Ziehen einer Vorform darstellt. In der Darstellung wird eine Roh-Vorform in einem Ofen, z. B. einem elektrischen Ofen, gezogen, und somit wird der Durchmesser reduziert, um ein primär verarbeitetes Produkt, d. h., eine Vorform bereitzustellen. Der beim Ziehen beabsichtigte Außendurchmesser wird auf einen Wert eingestellt, der um 5 bis 10% größer ist als ein beabsichtigter Endwert. Die Vorform wird einer Messung eines Brechung- sindexprofiles oder einer Verteilung in radiale Richtungen unterzogen. Auf der Grundlage der Messergebnisse werden die optischen Übertragungseigenschaften nach dem Ziehen zu einer optischen Endfaser abgeschätzt. Die Eigenschaften werden in Abhängigkeit von dem Brechungsindexprofil oder der Verteilung der Vorform entschieden, und insbesondere ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Kernabschnittes und des Hüllabschnittes (hierin in der Folge kurz als „Kern-zu-Hüllen-Verhältnis" bezeichnet) ist ein wichtiger Parameter. Um das Kern-zu-Hüllen-Verhältnis zu ändern, wird üblicherweise die Außenfläche des Hüllabschnittes mit Flusssäure geätzt. Durch das Ätzen erhöht sich das Kern-Hüllen-Verhältnis bis zu einem Ausmaß, das mit den beabsichtigten Eigenschaften übereinstimmt. Im Speziellen können die Eigenschaften der Roh-Vorform, die durch viele während der Herstellung der Roh-Vorform auftretende Einflüsse von vorbestimmten Eigenschaften abweichen können, gemäß den nachfolgenden Verarbeitungsschritten korrigiert werden. Aus den Ergebnissen der Voraussetzungen für die Eigenschaften sollten Vorformen, deren Eigenschaften korrigiert werden sollten, zum Korrigieren geätzt werden. Jene Vorformen, die keine Korrektur benötigen, werden einem nächsten Endbearbeitungsschritt zugeführt.
Der Endbearbeitungsschritt erfolgt üblicherweise mittels einer Glasbearbeitungs-Drehmaschine. Das primäre Ziehen der Roh-Vorform in einem elektrischen Ofen wird innerhalb einer relativ kurzen Zeit von 1 bis 2 Stunden ausgeführt. In diesem Zusammenhang erfordert das Feinziehen mit einer Drehmaschine zur Glasbearbeitung jedoch etwa 1,5 Stunden je Vorform-Einheit, wenn eine Vorform mit einer Länge von 1000 mm und einem Durchmesser von 43 mm beispielsweise auf einen Durchmesser von 40 mm angepasst wird. Somit erfordert es eine bemerkenswert lange Zeit, um die Vorformen eine nach der anderen zu verarbeiten und es ist wünschenswert, den Grad oder den Betrag des Feinziehens auf ein geringstmögliches Ausmaß zu reduzieren.
Bei dem vorstehend erklärten herkömmlichen Verfahren wird die Verteilung des Index in der Form der primär verarbeiteten Vorformen gemessen, um optische Übertragungseigenschaften vorauszusetzen, und jede Vorform wird auf der Grundlage der Messergebnisse geätzt, wie vorstehend beschrieben. Dies wiederum erfordert, dass alle Vorformen, einschließlich jener, die nach dem Ziehen keinerlei Anpassung der Eigenschaften benötigen, auf einen Durchmesser gezogen werden müssen, der um 5 bis 10% größer ist als ein beabsichtigter Durchmesser. Dies bedeutet, dass Vorformen, die nicht geätzt werden müssen, zwangsläufig dem Feinziehen unterzogen werden müssen.
Die DE 39 13 907 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform einer optischen Faser, bei dem eine Roh-Vorform auf der Grundlage der Messung ihres Kern/Hüllen-Verhältnisses verlängert wird.
Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Ziehen einer Roh-Vorform für optische Fasern bereitzustellen, das zumindest einige von den Nachteilen des Verfahrens nach dem Stand der Technik überwindet oder mildert, wobei ein Endbearbeitungsverfahren, das unerwünschterweise eine beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt, weg gelassen oder vereinfacht werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ziehen einer Roh-Vorform in eine Vorform für optische Fasern bereitgestellt, das umfasst, dass eine Roh-Vorform vorgesehen wird, die Roh-Vorform einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex entlang ihrer radialen Richtungen unterzogen wird, um ein Verhältnis eines Kerndurchmessers zu einem Hülldurchmesser zu bestimmen, und das somit bestimmte Verhältnis mit einem vorbestimmten Verhältnis zwischen Kerndurchmesser und Vorformdurchmesser verglichen wird, wodurch beabsichtigte optische Übertragungseigenschaften nach dem Faserziehen sichergestellt werden, mit denen, wenn das bestimmte Verhältnis für die beabsichtigten Lichtübertragungseigenschaften nur unzureichend ist, die Roh-Vorform weiterbearbeitet wird, was Ätzen und Ziehen umfasst, bis das vorbestimmte Verhältnis im Wesentlichen erreicht ist, um eine Vorform für optische Fasern zu bilden, oder wenn das bestimmte Verhältnis bei Vergleich mit dem vorbestimmten Verhältnis akzeptabel ist, die Roh-Vorform direkt in eine Vorform für optische Fasern gezogen wird.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erfolgt die Messung des Profils des Brechungsindex an der Roh-Vorform, und auf der Grundlage der Messergebnisse wird ein beabsichtigter Außendurchmesser einer Vorform für optische Fasern bestimmt. Danach wird die Roh-Vorform in eine Vorform für optische Fasern gezogen, deren Außendurchmesser im Wesentlichen dem vorbestimmten Kern-Hüllen-Verhältnis entspricht. Dies erlaubt es, ein Endbearbeitungsverfahren, das viel Zeit erfordert, weg zu lassen oder zu vereinfachen.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind unten stehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Ziehen einer Roh-Vorform gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Ziehen einer Roh-Vorform gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine schematische Darstellung ist, die eine Vorrichtung zum Messen eines Profils oder einer Verteilung des Brechungsindex einer Roh-Vorform darstellt;
4 eine Darstellung ist, die ein Indexprofil einer Vorform für optische Einmodenfasern entlang radialer Richtungen der Vorform zeigt;
5 eine schematische Darstellung ist, die eine herkömmliche Vorrichtung zum Ziehen einer Roh-Vorform veranschaulicht; und
6 ein Flussdiagramm ist, das ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen einer Vorform durch Ziehen darstellt.
Das Ziehverfahren gemäß der Erfindung ist auf die Herstellung einer Vorform für optische Fasern, die insbesondere für die Herstellung einer optischen Einmodenfaser nützlich ist, anwendbar.
Nunmehr wird auf die beiliegenden Zeichnungen und insbesondere auf die 1 und 2 Bezug genommen.
In dem Fließdiagramm von 1 wird eine Roh-Vorform bereitgestellt. Die Roh-Vorform wird nach dem VAD- und/oder OVD-Verfahren unter Verwendung von Ausgangsgasen wie z. B. Siliciumtetrachlorid und Germaniumtetrachlorid hergestellt. Beispielsweise wird in einer Kammer mit zumindest einem Brenner für den Kern eine Zielstange aufgehängt und wird, während sie mit z. B. 30 U/min^–1 rotiert, senkrecht nach oben gezogen. In diesem Zustand werden SiCl₄ zusammen mit einem Ar-Trägergas und GeCl₄ zusammen mit einem Ar-Trägergas gemeinsam mit Wasserstoff- und Sauerstoffgas dem Kernbrenner zugeführt und bilden dabei einen Glasrußkern aus. Der Kern wird dehydriert und erstarrt, zum Beispiel bei 1500°C, und bildet einen lichtdurchlässigen Kern. Der lichtdurchlässige Kern wird dann beispielsweise einem OVD-Verfahren unterzogen, bei dem der Zielkern mit einer Glasrußhülle abgeschieden wird, indem SiCl₄ zusammen mit einem Ar-Trägergas sowie Wasserstoff- und Sauerstoffgas einem Brenner zugeführt wird, gefolgt von einer Dehydrierung und Erstarrung in einem elektrischen Ofen, um eine lichtdurchlässige Roh-Vorform zu erhalten. Selbstverständlich kann die Roh-Vorform nach jedem beliebigen bekannten Verfahren hergestellt werden. In der Praxis der Erfindung wird Glasruß zum Ausbilden einer Hülle in einer Menge von 1 bis 5% mehr als eine beabsichtigten Menge abgeschieden, um ein Kern-Hüllen-Verhältnis nahe an einen beabsichtigten Wert zu bringen, oder um zu vermeiden, dass die resultierende Roh-Vorform als nicht akzeptabel ausgeschieden wird, wie später erläutert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Roh-Vorform zu Beginn der Messung der Verteilung eines Brechungsindex entlang radialer Richtungen von ihr unterzogen. Auf der Grundlage der Messergebnisse, d. h., des Kern-Hüllen-Verhältnisses, können nach dem Faserziehen mehrere optische Übertragungseigenschaften abgeschätzt werden, wie später beschrieben wird. Die Roh-Vorform wird, abhängig davon, ob das Kern-Hüllen-Verhältnis mit einem vorbestimmten Kern-Hüllen-Verhältnis übereinstimmt oder nicht, geätzt oder nicht geätzt. Wenn die Beurteilung ergibt, dass Ätzen nicht notwendig ist, wird diese Roh-Vorform direkt in eine End-Vorform (Vorform für optische Fasern) mit einem endgültigen beabsichtigten Durchmesser gezogen. Insbesondere dann, wenn das gemessene Kern-Hüllen-Verhältnis auf Basis des vorbestimmten Verhältnisses bei ±1% liegt, wird die Roh-Vorform als annehmbar beurteilt. Diese Roh-Vorform wird direkt zum Feinziehen weitergegeben, um eine Vorform für optische Fasern zu erhalten, ohne irgend welche weiteren Schritte durchzuführen.
Wenn dagegen das gemessene Kern-Hüllen-Verhältnis um mehr als 1% kleiner ist als das vorbestimmte Verhältnis, wird Ätzen als notwendig beurteilt. Diese Roh-Vorform wird auf einen Außendurchmesser geätzt, der das Erfordernis für das vorbestimmte Kern-Hüllen-Verhältnis erfüllt. Die so geätzte Roh-Vorform wird gezogen, um eine primär gezogene Vorform zu erhalten. Die auf diese Weise erhaltene Vorform wird einem Endbearbeitungsschritt unterzogen, wobei die Vorform beispielsweise auf herkömmliche Art flammpoliert wird, um eine endgültige Vorform zu erhalten.
Überdies wird, wenn das gemessene Verhältnis um mehr als 1% größer ist als das vorbestimmte Verhältnis, eine solche Roh-Vorform nicht weiter bearbeitet sondern ausgeschieden. Das vorbestimmte Kern-Hüllen-Verhältnis ist vorzugsweise bei 1 : 15,5 bis 1 : 12 festgelegt.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In der Abbildung wird eine Roh-Vorform der Messung einer Indexverteilung entlang radialer Richtungen unterzogen, wie in 1. Die optischen Übertragungseigen schaften der gezogenen optischen Faser werden aus den Messergebnissen des Brechungsindexprofiles abgeschätzt, aus dem das Kern-Hüllen-Verhältnis berechnet wird. Da, wie später beschrieben wird, das Kern-Hüllen-Verhältnis in enger Beziehung zu den optischen Übertragungseigenschaften steht, reicht es aus, eine beabsichtigte optische Übertragungseigenschaft oder -eigenschaften nach der Beurteilung des Verhältnisses zu beurteilen. Ob die Roh-Vorform weiterverarbeitet werden sollte oder nicht, hängt insbesondere davon ab, ob das gemessene Kern-Hüllen-Verhältnis mit einem vorbestimmten Kern-Hüllen-Verhältnis innerhalb des oben definierten Bereiches von ±1% auf Basis des vorbestimmten Verhältnisses übereinstimmt oder nicht. Wenn die Beurteilung ergibt, dass Ätzen nicht notwendig ist, wird die Roh-Vorform auf einen Außendurchmesser gezogen, der mit einem aus dem vorbestimmten Kern-Hüllen-Verhältnis bestimmten beabsichtigten Enddurchmesser übereinstimmt, wodurch eine endgültige Vorform erzielt wird. Dies ist dasselbe wie im Fall von 1. Wenn im Gegensatz dazu Ätzen als notwendig beurteilt wird, wird die Roh-Vorform, anders als in 1, als Erstes einem primären Ziehen unterworfen. Zum Ziehen wird der Außendurchmesser der resultierenden primär gezogenen Vorform so festgelegt, dass er um 5 bis 15% größer ist als der beabsichtigte Außendurchmesser einer endgültigen Vorform. Insbesondere wird die Roh-Vorform in eine primär gezogene Vorform mit einem Außendurchmesser, der einem beabsichtigten Enddurchmesser und einer Tiefe eines zu ätzenden Außenflächenabschnittes entspricht, primär gezogen. Diese primär gezogene Vorform wird geätzt, um den beabsichtigten Enddurchmesser zu erhalten, und dann folgt eine Endbearbeitung wie Flammpolieren, um eine Vorform für optische Fasern auf übliche Art zu erhalten. Dies wird in nachfolgenden Beispielen speziell beschrieben.
3 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Messen der Verteilung des Index einer Roh-Vorform. In 3 umfasst die Vorrichtung D zum Messen einen Aufhängemechanismus 2 zum Aufhängen einer Roh-Vorform 1, eine Zelleneinheit 3, die in der Lage ist, einen Strahl zu übertragen, wenn ein Laserstrahl gegen die Roh-Vorform 1 gestrahlt wird, und eine optische Einheit 4, die in der Lage ist, die Roh-Vorform mit einem Laserstrahl zu bestrahlen, um einen Brechungswinkel eines übertragenen Strahls zu messen. Die Verteilung des Brechungsindex wird durch ein Verfahren erhalten, bei dem die Roh-Vorform in der mit einem passenden Öl gefüllten Zelleneinheit 3 angeordnet wird, und mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, um einen Brechungswinkel eines übertragenen Strahls zu messen. Der für diesen Zweck verwendete Laserstrahl besitzt eine Emissionswellenlänge von beispielsweise 632,8 nm.
4 zeigt schematisch ein Profil des Brechungsindex entlang radialer Richtungen einer Vorform für optische Einmodenfasern. Aus diesem Profil wird ein Verhältnis zwischen Kerndurchmesser (a) und Hülldurchmesser (d), d. h., ein Kern-zu-Hüllen-Durchmesserverhältnis von a bis d, berechnet. Es sollte beachtet werden, dass der hierin verwendete Begriff „Kern-Hüllen-Verhältnis" in der gesamten Beschreibung durchgehend ein in 4 gezeigtes Verhältnis von a bis d bedeutet.
Auf der Grundlage des Kern-Hüllen-Verhältnisses können optische Übertragungseigenschaften einer nach dem Faserziehen erhaltenen optischen Faser z. B. ein Felddurchmesser (hierin im Folgenden kurz als MFD abgekürzt), eine Grenzwellenlänge (hierin im Folgenden als λc abgekürzt), eine Nulldispersionswellenlänge (λo), eine Differenz zwischen den Brechungsindizes der Kern- und der Hüllabschnitte (Δn), und die Form des Kerns (z. B. Exzentrizität oder Unrundheit) einfach abgeschätzt werden. Von diesen wird/werden in den meisten Fällen der Wert oder die Werte des MFD und der λc abgeschätzt. Um den Wert der λc anzupassen, was eine schär fere Steuerung als der MFD erfordert, wird in der Praxis das Kern-Hüllen-Verhältnis verwendet, das der λc entspricht. Jedenfalls hängt das Kern-Hüllen-Verhältnis proportional von den Werten dieser Eigenschaften ab.
Diese Eigenschaften sind sehr empfindlich gegenüber Abweichungen von den beabsichtigten Eigenschaften durch verschiedene Einflüsse, die während der Herstellung von Roh-Vorformen bewirkt werden, und sollten entsprechend den in den 1 und 2 dargestellten Verfahren korrigiert werden.
Das Kern-Hüllen-Verhältnis einer Roh-Vorform wird aus der gemessenen Index-Verteilung bestimmt, aus der die optische/n Übertragungseigenschaften in Bezug auf eine nach dem Faserziehen der gemessenen Roh-Vorform erhaltene optische Faser abgeschätzt wird/werden. Der Vergleich zwischen den abgeschätzten Eigenschaften und den beabsichtigten Eigenschaften ermöglicht es zu bestimmen, ob die Roh-Vorform geätzt wird oder nicht. Wie oben erwähnt, kann die hauptsächlich verwendete Eigenschaft der MFD und/oder die λc sein. Wenn die Roh-Vorform oder Vorform geätzt wird, erhöht sich das Kern-Hüllen-Verhältnis, und ermöglicht dadurch sowohl eine Erhöhung des MFD als auch der λc.
Die Ätzbehandlung kann eine für diesen Zweck üblicherweise verwendete sein. Beispielsweise wird eine Roh-Vorform oder Vorform in einen Behälter mit einer im Kreislauf geführten z. B. wässrigen Flusssäurelösung mit einer Konzentration von z. B. 50% eingetaucht. Die Ätzzeit wird abhängig von dem Unterschied zwischen den geschätzten Eigenschaften und den beabsichtigten Eigenschaften entsprechend gesteuert. Es sollte beachtet werden, dass, wenn eine solche wässrige Lösung wie oben erwähnt verwendet wird, eine Ätztiefe je Stundeneinheit etwa 0,2 mm beträgt.
Wie oben stehend beschrieben kann die Ätzbehandlung im Stadium einer Roh-Vorform, wie in 1 gezeigt, oder im Stadium einer Vorform nach dem primären Ziehen, wie in 2 dargestellt, durchgeführt werden.
Die Roh-Vorform weist üblicherweise einen Außendurchmesser von 110 bis 200 mm und ein Gewicht von 30 bis 100 kg auf, so dass unerwünschterweise ein groß dimensionierter Ätzbehälter notwendig wird. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine primär gezogene Vorform verwendet wird wie in 2, ist eine größere Ätztiefe notwendig, und somit stellt sich das Problem dar, dass eine längere Ätzzeit erforderlich ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt eine Roh-Vorform behandelt, die einen maximalen Wert eines Außendurchmessers an einem effektiven Abschnitt von 100 mm oder darüber besitzt.
Wenn die erzielte Vorform anderseits nach dem primären Ziehen geätzt wird, wie im Fall von 2, liegt ihr Außendurchmesser im Bereich zwischen 30 und 80 mm und das Gewicht ist 3 bis 10 kg gering, was das Ätzen erleichtert. Die Ätzzeit kann verkürzt werden. Jedoch erhöht sich die Zahl der Vorformen nach dem primären Ziehen. Dies erfordert viel Zeit und Aufwand, berechnet auf die Roh-Vorform-Einheit. Somit haben die Ätzbehandlungen in Form einer Roh-Vorform bzw. Vorformen nach dem primären Ziehen sowohl Vor- als auch Nachteile. Es sollte beachtet werden, dass das Ätzen von Vorformen eine lange Zeit von 5 bis 30 Stunden beansprucht, aber Arbeit nur für das Einrichten und Entfernen der Vorformen erforderlich, so dass eine tatsächliche Arbeitszeit für die Arbeiter nicht so lang ist.
In 2 wird eine Roh-Vorform, die geätzt werden muss, primär gezogen, um eine dickere primär gezogene Vorform mit einem Umfangsabschnitt, der einer Ätztiefe entspricht, bereitzustellen. Die primär gezogene Vorform wird geätzt, so dass ihre Eigenschaften bei gewünschten Werten liegen, und danach mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine endbearbeitet. Vor dem Ätzen umfasst der Außendurchmesser der primär gezogenen Vorform die einem beabsichtigten Enddurchmesser zugefügte Ätztiefe. Der Durchmesser der Vorform nach dem Ätzen wird im Wesentlichen gleich wie der endgültige. Dementsprechend ist die Endbearbeitung mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine im Wesentlichen nicht notwendig. Wenn diese nicht notwendig ist, wird die beim Ätzen aufgeraute Oberfläche der Vorform mit einem Brenner poliert. Das bedeutet, dass Flammpolieren, das keine lange Zeit beansprucht, für diesen Zweck ausreichend ist.
Die Oberflächen einer Vorform, die nicht geätzt wird, sind im Wesentlichen glatt und Flammpolieren ist normalerweise nicht notwendig. Die Vorform, die geätzt wurde, weist relativ große Unregelmäßigkeiten an ihren Oberflächen auf und sollte unter Verwendung einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine flammpoliert werden, um die Oberflächen für ihre Verwendung beim Faserziehen zu glätten. Die für das Flammpolieren erforderliche Zeit beträgt etwa 40 Minuten, wenn eine Vorform verwendet wird, die beispielsweise einen Außendurchmesser von 60 mm und eine Länge von 1000 mm aufweist.
In dem Fall, in dem eine Vorform, deren geschätzte Eigenschaften mit den beabsichtigten übereinstimmen, nicht einem Ätzen unterzogen wird, wird eine Roh-Vorform unmittelbar in einem elektrischen Ofen feingezogen, so dass ihr Feinziehen mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine weggelassen werden kann. Es sollte beachtet werden, dass abhängig von dem Zustand der Oberfläche nach dem Ziehen, die gezogene Vorform weiter bearbeitet werden oder flammpoliert werden kann, sofern dies erforderlich ist.
Das Flammpolieren, das ein Endbearbeitungsschritt unter Verwendung einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine ist, kann, unabhängig von dem Durchmesser einer Vorform, innerhalb von etwa 2 bis 30 Minuten abgeschlossen werden. Die Zeit zum Ziehen variiert stark, abhängig von dem Unterschied zwischen dem Durchmesser der Vorformen vor und nach dem Ziehen, und liegt im Allgemeinen zwischen 60 bis 120 Minuten, was länger ist als die Zeit, die zum Flammpolieren erforderlich ist. Die Verarbeitung mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine ist zum Teil automatisiert, aber in vielen Fällen ist Arbeit erforderlich. Die Verkürzung der Zeit oder das Weglassen dieses Schrittes ist sehr wirkungsvoll bei der Vereinfachung eines Herstellungsverfahrens für Vorformen.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen detaillierter beschrieben. Es werden auch Vergleichsbeispiele gezeigt.
Beispiel 1
Wie im Stand der Technik gut bekannt, werden Siliciumtetrachlorid und Germaniumtetrachlorid, die als Ausgangsgase für Glas verwendet wurden, einem VAD Verfahren und einem OVD Verfahren unterzogen, um einen Glasruß zu bilden. Der Glasruß wurde dehydriert und erstarrt, um eine Roh-Vorform für optische Einmodenfasern mit einem Außendurchmesser von 150 mm und einer Körperlänge von 1200 mm zu erhalten. Diese Roh-Vorform wurde unter Verwendung einer Einrichtung zum Messen der Verteilung des Index vom in 3 dargestellten Typ einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex entlang ihrer radialen Richtungen unterzogen.
Die optischen Übertragungseigenschaften MFD, λc, λo, Δn und dergleichen nach dem Ziehen wurden aus der Indexverteilung abgeschätzt, was zeigte, dass ein Kern-Hüllen-Verhältnis der Durchmesser um 2,5% kleiner war als ein beabsichtigtes Verhältnis von 1 : 14. Demgemäß wurde die Roh-Vorform geätzt. Im Speziellen wurde die Roh-Vorform in einem 50%igen Flusssäure-Ätzmittel geätzt, wobei das Ätzmittel 10 Stunden lang im Kreislauf geführt wurde. Als Ergebnis wurde die Oberflächenschicht der Roh-Vorform in einer Stärke von 1,9 mm entfernt. Danach wurde die Roh-Vorform mit Wasser gewaschen, gefolgt vom Ziehen in einem elektrischen Ofen, um eine Vorform mit einem Außendurchmesser von 40 mm und einer Gesamtlänge von 17 m zu erhalten. Die Vorform wurde in 17 Stücke geschnitten, von denen ein jedes eine Länge von 1 m aufwies. Die so gezogenen Vorformen wiesen an ihren Oberflächen noch zurückgebliebene Ätzflecken auf, und eine jede Vorform wurde in eine Glasverarbeitungs-Drehmaschine eingesetzt, und die Gasmengen wurden mit 70 Liter/Minute für Sauerstoff und 120 Liter/Minute für Wasserstoff eingestellt. Die Vorform wurde mit einem Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner flammpoliert, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Die für das Flammpolieren erforderliche Zeit betrug 30 Minuten je Vorform-Einheit, und die gesamte Zeit betrug 8,5 Stunden.
Beispiel 2
Eine Roh-Vorform für optische Einmodenfasern, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, und die einen Außendurchmesser von 150 mm und eine Körperlänge von 1200 mm aufwies, wurde einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex, gefolgt von einer Abschätzung der optischen Übertragungseigenschaften, aus denen über ein vorbestimmter Kern-Hüllen-Verhältnis entschieden wurde, unterzogen. Insbesondere stellte sich heraus, dass das Kern-Hüllen-Verhältnis um 2,5% kleiner war als ein beabsichtigtes Verhältnis von 1 : 14. Die Roh-Vorform wurde in einem elektrischen Ofen primär gezogen, so dass 17 Vorformen erhalten wurden, von denen eine jede einen Außendurchmesser von 41 mm, der aus einem Außendurchmesser von 40 mm einer für das Faserziehen verwendeten Vorform und einer Ätztiefe von 1 mm bestand, und eine Länge von 1 m aufwies. Alle Vorformen wurden entsprechend an ihrer Oberfläche in einem Flusssäure-Ätzmittel auf die selbe Weise geätzt wie in Beispiel 1, wobei eine Schichtstärke von 0,5 mm entfernt wurde. Da das Ätzen der 17 Vorformen gleichzeitig erfolgte, betrug die zum Ätzen erforderliche Zeit 2,5 Stunden. Die so geätzten Vorformen wiesen jeweils Ätzflecken auf und wurden unter Verwendung eines Glasverarbeitungs-Drehmaschine einem Flammenpolieren unterzogen, um Vorformen, die für das Faserziehen verwendet werden, zu erhalten. Die für das Flammpolieren erforderliche Zeit betrug 30 Minuten pro Einheit Vorform, und die Zeit zum Polieren betrug 8,5 Stunden.
Beispiel 3
Eine Roh-Vorform für optische Einmodenfasern, die auf die gleiche Weise hergestellt wurde wie in Beispiel 1, und die einen Außendurchmesser von 200 mm und eine Körperlänge von 1500 mm aufwies, wurde einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex unterzogen. Als Ergebnis stellte sich heraus, dass ein abgeschätztes Kern-Hüllen-Verhältnis des Durchmessers mit einem beabsichtigten Verhältnis übereinstimmte. Demgemäß wurde die Roh-Vorform in einem elektrischen Ofen auf einen beabsichtigten Enddurchmesser von 60 mm gezogen und in 17 Vorform-Stücke mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einer Länge von 1 m (bei einer Gesamtlänge von 16,6 m) gezogen. Die Vorformen wurden nicht endbearbeitet, da sie nicht mit glatten Oberflächen geätzt wurden.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Roh-Vorform für optische Einmodenfasern, die auf die selbe Weise hergestellt wurde wie in Beispiel 1, und die einen Außendurchmesser von 150 mm und eine Körperlänge von 1200 mm aufwies, wurde in einem elektrischen Ofen auf einen Wert von 43 mm relativ zu einem beabsichtigten Enddurchmesser von 40 mm primär gezogen und in 17 primär gezogene Vorform-Stücke geschnitten, von denen ein jedes eine Länge von 1 m aufwies. Die entsprechenden Vorformen wurden einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex unterzogen, und es zeigte sich, dass es notwendig war, ein Kern-Hüllen-Verhältnis um 2,5% einzustellen. Demgemäß wurden die Oberflächen jeder Vorform mittels einem 50%igen Flusssäure-Ätzmittel geätzt, um eine Schicht in der Stärke von 0,5 mm zu entfernen um eine Vorform mit einem Außendurchmesser von 42 mm bereitzustellen. Die Zeit, die zum Ätzen aller Vorformen erforderlich war, betrug 2,5 Stunden. Danach wurde jede Vorform in eine Glasverarbeitungs-Drehmaschine eingesetzt, und die Gasmengen wurden mit 70 Liter/Minute für Sauerstoff, und 120 Liter/Minute für Wasserstoff eingestellt. Jede Vorform wurde mittels eines Knallgas-Brenners einem Feinzug von 42 mm Außendurchmesser auf 40 mm unterzogen. Die dafür erforderliche Zeit betrug 1 Stunde je Vorform-Einheit, bei einer gesamten Zeit von 17 Stunden. Auf der Vorform, die unter Verwendung der Glasverarbeitungs-Drehmaschine endgezogen wurde, hafteten feine Siliciumoxidteilchen, und sie wurde an ihren Oberflächen einem Flammpolieren unterzogen, um eine saubere Vorform zu erhalten. Die erforderliche Zeit für das Endpolieren betrug 0,5 Stunden pro Vorform-Einheit, und die Zeit um Polieren betrug 8,5 Stunden.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Roh-Vorform für optische Einmodenfasern, die auf die selbe Weise hergestellt wurde wie in Beispiel 1, und die einen Außendurchmesser von 150 mm und eine Körperlänge von 1200 mm aufwies, wurde in einem elektrischen Ofen bezogen auf einen beabsichtigten Enddurchmesser von 40 mm auf einen Wert von 43 mm primär gezogen und in 17 primär gezogene Vorform-Stücke mit jeweils einer Länge von 1 m geschnitten. Die entsprechenden Vorformen wurden einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex unterzogen, woraus sich ergab, dass es nicht notwendig war, das Kern-Hüllen-Verhältnis anzupassen. Demgemäß wurde eine jede Vorform in eine Glasverarbeitungs-Drehmaschine eingesetzt und mittels eines Knallgas-Brenners schließlich gezogen, bis der Außendurchmesser von 43 mm auf 40 mm reduziert war.
Die für das Ziehen erforderliche Zeit betrug 1,5 Stunden je Vorform-Einheit bei einer gesamten Zeit von 25,5 Stunden. Auf den Oberflächen der nach dem Feinziehen mit der Glasverarbeitungs-Drehmaschine erreichten Vorform hatten sich feine Siliciumdioxidteilchen abgeschieden, so dass diese an ihren Oberflächen flammpoliert wurde, um eine saubere Vorform zu erhalten. Die für das Flammpolieren erforderliche Zeit betrug 0,5 Stunden pro Vorform-Einheit, bei einer gesamten Zeit von 8,5 Stunden.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass im herkömmlichen Fall, in dem eine Roh-Vorform in einem elektrischen Ofen primär gezogen und einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex in einer Vorform unterzogen wird, und abhängig von den Messergebnissen geätzt wurde oder nicht, gefolgt von Feinziehen mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine und Flammpolieren, allein die Endbearbeitung mit der Drehmaschine insgesamt 34 Stunden erfordert. Im Gegensatz dazu wird gemäß der Erfindung eine Roh-Vorform der Messung einer Verteilung des Brechungsindex unterzogen, gezogen und/oder, abhängig von den Messergebnissen geätzt, gefolgt von Flammpolieren an ihren Oberflächen mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine, wobei die Zeit zum Drehen auf 8,5 Stunden verkürzt werden kann.
Wenn eine Roh-Vorform nicht geätzt wird, kann die Endbearbeitung mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine weg gelassen werden.
Somit kann gemäß dem Verfahren der Erfindung ein Außendurchmesser einer Vorform nach dem Ziehen in einem elektrischen Ofen nahe an einen beabsichtigten Enddurchmesser herangeführt werden. Dies erlaubt es, das Feinziehen mit einer Glasverarbeitungs-Drehmaschine wegzulassen oder den Grad des Feinziehens zu reduzieren, was in einer bemerkenswerten Verringerung der Zeit für die Endbearbeitung resultiert.

Claims

Verfahren zum Ziehen einer Roh-Vorform in eine Vorform für optische Fasern, das umfasst, dass eine Roh-Vorform vorgesehen wird, die Roh-Vorform einer Messung einer Verteilung des Brechungsindex entlang ihrer radialen Richtungen unterzogen wird, um ein Verhältnis eines Kerndurchmessers zu einem Hülldurchmesser zu bestimmen, und das somit bestimmte Verhältnis mit einem vorbestimmten Verhältnis zwischen Kerndurchmesser und Vorformdurchmesser verglichen wird, wodurch beabsichtigte optische Übertragungseigenschaften nach dem Faserziehen sichergestellt werden, mit denen, wenn das bestimmte Verhältnis für die beabsichtigten Lichtübertragungseigenschaften nur unzureichend ist, die Roh-Vorform weiterbearbeitet wird, was Ätzen und Ziehen umfasst, bis das vorbestimmte Verhältnis im Wesentlichen erreicht ist, um eine Vorform für optische Fasern zu bilden, oder wenn das bestimmte Verhältnis bei Vergleich mit dem vorbestimmten Verhältnis akzeptabel ist, die Roh-Vorform direkt in eine Vorform für optische Fasern gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Roh-Vorform in einem elektrischen Ofen gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Roh-Vorform vor dem Ziehen einen maximalen Wert eines Außendurchmessers an ihrem effektiven Abschnitt von 100 mm oder darüber besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der Schritt zur Weiterverarbeitung die Unterschritte umfasst, dass die Roh-Vorform gezogen wird, um eine primär gezogene Vorform zu bilden, die primär gezogene Vorform geschnitten wird, um Zwischenvorformen zu bilden und die Zwischenvorformen endbearbeitet werden, um Vorformen für optische Fasern zu erhalten, wobei der Schritt zum Ätzen vor oder nach den Schritten zum Ziehen und Schneiden ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Unterschritte zum Ätzen, Ziehen, Schneiden und Endbearbeiten in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Unterschritte zum Ziehen, Schneiden, Ätzen und Endbearbeiten in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorbestimmte Verhältnis im Bereich von 1 : 15,5 bis 1 : 12 liegt, wodurch die beabsichtigten Lichtübertragungseigenschaften sichergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Roh-Vorform in die Vorform für optische Fasern gezogen wird, wenn das bestimmte Verhältnis auf der Grundlage des vorbestimmten Ver- hältnisses in einem Bereich von ±1% liegt.
Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser oder einer Einrichtung, die optische Fasern umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass eine Vorform für optische Fasern gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gezogen wird.