DE7202166U - Optical fiber - Google Patents
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Description
Hanau, den 20. Jan. 1972 PA-Dr.Hn/kuHanau, January 20, 1972 PA-Dr.Hn/ku
Heraeus-Schott Quarzschmelze GmbH, Hanau/MainHeraeus-Schott Quarzschmelze GmbH, Hanau / Main
GebrauchsmusteranmeldungUtility model registration
"Lichtleitfaser""Optical fiber"
Die Erfindung betrifft eine Lichtleitfaser mit einem Kern aus glasigem Werkstoff und mit einem den Kern umhüllenden, mit ihm verschmelzenden Mantel aus glasigem Werkstoff, wobei der Brechungsindex des Kernwerkstoffes größer ist als der Brechungsindex des Mantelwerkstoffes.The invention relates to an optical fiber with a core made of vitreous material and with a core that envelops it fusing cladding made of vitreous material, the refractive index of the core material is greater than the refractive index of the cladding material.
Lichtleitfasern mit einem glasigen Kern und einem glasigen Mantel, bei denen der Brechungsindex des Kerns größer ist als der des Mantels, sind bekannt. Als Kernwerkstoff werden Glas oder Quarzglas und als Mantelwerkstoff Glas benutzt. Das in den Kern der Lichtleitfaser eingeleitete Licht wird an der Grenzfläche Kern-Mantel durch Totalreflexion in den Kern reflektiert. Das eingeleitete Licht durchläuft optisch-geometrisch gesehen die Faser in Zickzack-Form. Kerndurchmesser im Bereich von etwaOptical fibers with a glassy core and a glassy cladding, in which the refractive index of the core is greater than that of the clad are known. The core material used is glass or Quartz glass and glass used as a cladding material. The light introduced into the core of the optical fiber is at the interface Core-cladding reflected in the core by total reflection. In terms of optics and geometry, the introduced light passes through the Fiber in a zigzag shape. Core diameter in the range of about
0,5 bis 30 /um gewährleisten üblicherweise eine Weiterleitung
des eingeleiteten Lichtsignals ohne Phasenänderung, wenn sie
dabei der Gleichung0.5 to 30 / um usually guarantee a forwarding
of the initiated light signal without a phase change if they
doing the equation
TCernTCern
2,4052.405
7Γ7Γ
2 2 1 Kern " n Mantel2 2 1 core " n jacket
genügen, wobei λ die Wellenlänge des eingeleiteten Lichtessuffice, where λ is the wavelength of the introduced light
= brechungsindex des Kernmaterials
nM tel = Brechungsindex des Mantelmäterials = refractive index of the core material
n M tel = refractive index of the cladding material
Kern xKernCore x core
Kerndurchmesser ist.Core diameter is.
Eine solche Weiterleitung von Lichtsignalen wird als "monomode"
Weiterleitung bezeichnet. Die Lichtenergie wird dabei zum überwiegenden Teil im Kern transportiert, zum Teil aber auch in dem
ihn umhüllenden. Mantel, und zwar dort innerhalb einer zylinderförmigen
Schicht. Diese zylinderförmige Mantelschicht grenzt an die Kernoberfläche an und ist bis zu 15 /um dick. Während nach
der klassischen Theorie der Totalreflexion die Lichtenergie
(Lichtvektor) in dieser zylinderförmigen Mantelschicht in einer Schichtdicke von einer Wellenlänge des eingeleiteten Lichts auf
den Betrag- 1/e abgefallen ist, muß man nach neuerer Theorie mit einem langsameren Abfall der Lichtenergie rechnen. Bei der Weiterleitung
des in die Faser eingeleiteten Lichts ist daher der in der zylinderförmigen Mantelschicht weitergeleitete Teil gegenüber
dem im Kern weitergeleiteten Teil nicht vernachlässigbar, insbesondere dann nicht, wenn die Lichtsignal-Weiterleitung
über weite Entfernungen erfolgt. Um eine möglichst ungeschwächte Weiterleitung von in die Lichtleitfaser eingeleiteten
Lichtsignalen über weite Entfernungen zu erzielen, ist es somit erforderlich, Lichtverluste im Kern und im Mantel der Lichtleitfaser
so gering wie möglich zu halten.Such forwarding of light signals is referred to as "monomode" forwarding. The light energy is mainly transported in the core, but also partly in the one surrounding it. Coat, namely there within a cylindrical layer. This cylindrical cladding layer adjoins the core surface and is up to 15 μm thick. While according to the classical theory of total reflection the light energy
(Light vector) has dropped in this cylindrical cladding layer in a layer thickness of one wavelength of the introduced light to the amount of 1 / e, one must reckon with a slower decrease in light energy according to more recent theory. When the light introduced into the fiber is passed on, the part passed on in the cylindrical cladding layer is therefore not negligible compared to the part passed on in the core, in particular not when the light signal is passed on over long distances. In order to achieve the most undiminished transmission of light signals introduced into the optical fiber over long distances, it is therefore necessary to keep light losses in the core and in the cladding of the optical fiber as low as possible.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Lichtleitfaser der eingangs beschriebenen Gattung zur monomoden Weiterleitung von LichtSignalen, bei der die Lichtverluste im Kern oder im Mantel möglichst klein sind.The object of the invention is to create an optical fiber of the type described at the beginning for monomode transmission of light signals in which the light losses in the core or are as small as possible in the coat.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kern oder der Mantel aus einem in wasser-, wasserstoff-und metallionenfreier Atmosphäre, insbesondere in reiner Stickstoff-, Sauerstoff- oder Edelgasatmosphäre, aus Siliziumhalogenid, vorzugsweise Siliziumtetrachlorid, hergestellten synthetischen Quarzglas besteht, das weniger als 5 ppm Metallionenverunreinigungen, weniger als 5 ppm OH-Ionen und weniger als 12 mit dem bloßen Auge sichtbare Streuzentren pro cm3 enthält.According to the invention this object is achieved in that the core or the jacket made of one free from water, hydrogen and metal ions Atmosphere, in particular in a pure nitrogen, oxygen or noble gas atmosphere, made of silicon halide, preferably Silicon tetrachloride, manufactured synthetic quartz glass, which contains less than 5 ppm metal ion impurities, Contains less than 5 ppm OH ions and less than 12 scattering centers per cm3 visible to the naked eye.
In bevorzugter Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Lichtleitfaser einen Kern aus üblichem Quarzglas oder Glas mit einem SiO2-Gehalt von mehr als 80 % auf. Dieser Kern ist von einem Mantel aus synthetischem Quarzglas mit den vorgenannten Eigenschaften eingehüllt. Diese synthetische Quarzglasschicht ist wenigstens 5 /um dick. Als Mantel ist vorteilhafterweise eine Kapillare aus dem synthetischen Quarzglas auf den Kern aufgeschmolzen.. Es wurde festgestellt, daß sich bei einer so aufgebauten Lichtleitfaser' durch Verwendung von "OH-freiern" Quarzglas oder Glas - das ist Quarzglas oder Glas, dessen OH-Gehalt & ifgrund besonderer bekannter Behandlungen während seiner Herstellung und/oder Verformung auf Vierte im Bereich von 5 bis 35 ppm OH-Ionen vermindert wurde - als Kernmaterial die Lichtverluste für durch diese Faser geleitete Lichtsignale noch vermindern lassen.In a preferred embodiment, the optical fiber according to the invention has a core made of conventional quartz glass or glass with an SiO 2 content of more than 80 % . This core is encased in a jacket made of synthetic quartz glass with the aforementioned properties. This synthetic quartz glass layer is at least 5 μm thick. A capillary made of synthetic quartz glass is advantageously melted onto the core as the jacket. It has been found that with an optical fiber constructed in this way, quartz glass or glass - that is quartz glass or glass, its OH content - can be obtained by using "OH-free" quartz glass Due to special well-known treatments during its production and / or deformation it was reduced to fourth in the range of 5 to 35 ppm OH-ions - as a core material, the light losses for light signals guided through this fiber can be reduced.
Auch Lichtleitfasern, bei denen der Kern aus dem synthetischen Quarzglas mit den oben genannten Eigenschaften besteht, habenOptical fibers, in which the core consists of synthetic quartz glass with the properties mentioned above, also have
sich bewährt. Diese Fasern weisen einen auf den Kern aufgeschmolzenen Mantel aus Quarzglas oder Glas auf, das einen niedrigeren Brechungsindex als der Kernwerkstoff besitzt. Für einen Brechungsindex von nD w 1,4588 für den Kernwerkstoff aus synthetischem Quarzglas ist als Mantelwerkstoff ein Quarzglas oder Glas zu verwenden, dessen Brechungsindex kleiner ist als dieser Wert.proven itself. These fibers have a cladding made of quartz glass or glass which is fused onto the core and which has a lower refractive index than the core material. For a refractive index of n D w 1.4588 for the core material made of synthetic quartz glass, a quartz glass or glass whose refractive index is smaller than this value is to be used as the cladding material.
Um zu vermeiden, daß von außen Falschlicht in die Lichtleitfaser gelangen kann, ist es vorteilhaft, den Mantel mit einer lichtabsorbierenden oder Licht nach außen reflektierenden Schicht zu umhüllen. Dies kann durch Aufbringen eines Farbanstriches, durch Aufschmelzen einer Kapillare aus einem lichtabsorbierenden Quarzglas oder Glas erfolgen oder man bringt auf die Mantel-Außenoberfläche einen Reflexionsbelag, beispielsweise einen Spiegelbelag, auf.In order to avoid that stray light can get into the optical fiber from the outside, it is advantageous to cover the cladding with a enveloping light-absorbing or light-reflecting layer. This can be done by applying a coat of paint, be done by melting a capillary made of a light-absorbing quartz glass or glass or one brings on the outer surface of the jacket has a reflective coating, for example a mirror coating.
Die bisher verwendeten glasigen Werkstoffe zur Herstellung von Lichtleitfasern weisen bei einer Wellenlänge von 1,06 ,\x Lichtverluste in der Größenordnung von 10 bis 50 dB/km (Decibel pro km) auf, in der Masse gemessen. Bei erfindungsgemäßen Lichtleitfasern mit einem Kern oder Mantel aus synthetischem Quarzglas ergeben sich geringere Lichtverluste als bei bekannten Lichtleitfasern, was darauf zurückzuführen ist, daß das synthetische Quarzglas mit weniger als 5 ppm Metallionenverunreinigungen, weniger als 5 ppm OH-Ionen und weniger als 12 mit dem bloßen Auge sichtbaren Streuzentren pro cm3 bei der Wellenlänge von 1,06 /U nur Lichtverluste mit einigen dB/km, beispielsweise 2,5 dB/km, in der Masse gemessen, besitzt.The vitreous materials used to date for the production of optical fibers show light losses of the order of 10 to 50 dB / km (decibels per km) at a wavelength of 1.06, measured in terms of mass. With optical fibers according to the invention with a core or cladding made of synthetic quartz glass, lower light losses result than with known optical fibers, which is due to the fact that the synthetic quartz glass with less than 5 ppm metal ion impurities, less than 5 ppm OH ions and less than 12 with the bare Scattering centers visible to the eye per cm3 at the wavelength of 1.06 / U only has light losses of a few dB / km, for example 2.5 dB / km, measured in terms of mass.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Lichtleitfaser mit einem Kern aus Quarzglas oder Glas mit einem SiOp-Gehalt von mehr als 80 % und mit einem Mantel aus synthetischem Quarzglas erfolgt beispielsweise wie nachstehend beschrieben:The production of an optical fiber according to the invention with a core made of quartz glass or glass with an SiOp content of more than 80 % and with a cladding made of synthetic quartz glass takes place, for example, as described below:
Ausgangsprodukte bilden ein Stab aus Quarzglas oder hochsilikatischem Glas mit kreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser von beispielsweise .5 mm sowie ein Kapillarrohr mit kreisförmigem Querschnitt aus synthetischem Quarzglas mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 5»5 inm und einem Außendurchmesser im Bereich von 50 bis 80 mm. Es ist selbstverständlich, darauf zu achten, daß die Oberfläche des Stabes und die Innenoberfläche des Kapillarrohres sauber und unbeschädigt sein müssen. Der den Kern der Faser bildende Stab wird in dem den Mantel der Faser bildenden Kapillarrohr koaxial angeordnet und die so gebildete Einheit in eine Glasdrehbank eingespannt. Die Einheit aus Stab und Kapillarrohr wird dann von außen mittels wasser- und wasserstofffreier Heizquellen stetig steigend bis auf eine Temperatur dicht unter dem Erweichungspunkt des Teils, der den niedrigsten Schmelzpunkt besitzt, erhitzt. Während dieser Erhitzung wird durch den beispielsweise 0,5 mm breiten Spalt zwischen Stab und Kapillarrohrinnenoberflache reinstes, partikelfreies Spülgas, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff oder ein Edelgas oder eine Mischung aus solchen Spülgasen, hindurchgeleitet. Hierdurch werden alle während der Erhitzung abdampfenden Oberflächenverunreinigungen weggespült. Streuzentren bildende und damit Extinktion verursachende Verunreinigungen, wie Flecken, Punkte und Einschlüsse, zeigen als artfremde Stoffe ein vom Werkstoff des Stabes oder des Kapillarrohres unterschiedliches Emissionsverhalten. Sie sind mit dem bloßen Auge, besonders, wenn in einem abgedunkelten Raum gearbeitet wird, beim Abkühlen der Einheit gut zu erkennen. Den Spül- und damit Reinigungsvorgang kann man also leicht mit dem Auge kontrollieren dadurch, daß man die Beheizung der Einheit aus Stab und Kapillarrohr kurzzeitig unterbricht und den Abkühlvorgang der stark glühenden Einheit beobachtet. Das oben beschriebene Durchleiten von Spülgas durch den Spalt zwischen dem erhitzten StabThe starting products form a rod made of quartz glass or highly silicate Glass with a circular cross-section and a diameter of, for example, .5 mm and a capillary tube with a circular Cross-section of synthetic quartz glass with an inside diameter of, for example, 5 »5 inches and an outside diameter in the range from 50 to 80 mm. It goes without saying ensure that the surface of the rod and the inner surface of the capillary tube are clean and undamaged. The rod forming the core of the fiber becomes the cladding the fiber-forming capillary tube is arranged coaxially and the unit thus formed is clamped in a glass lathe. The unit the rod and capillary tube are then continuously increasing from the outside by means of water- and hydrogen-free heating sources up to heated to a temperature just below the softening point of the part having the lowest melting point. During this The 0.5 mm wide gap between the rod and the inner surface of the capillary tube ensures that the heating is pure and particle-free Purge gas, such as oxygen, nitrogen or a noble gas or a mixture of such purge gases, passed through. As a result, all surface contaminants that evaporate during heating are washed away. Scattering centers Impurities that form and thus cause extinction, such as stains, dots and inclusions, show as alien substances an emission behavior that differs from the material of the rod or the capillary tube. You are with the naked eye, especially when working in a darkened room, easy to see when the unit cools down. The rinsing and with it The cleaning process can therefore easily be checked with the eye by heating the unit made up of rod and capillary tube briefly interrupted and observed the cooling process of the glowing unit. Passing through as described above of purge gas through the gap between the heated rod
land dem Kapillarrohr wird so lange fortgesetzt, bis nur noch weniger als 6 Streuzentren pro cm^ an der Grenzfläche Stab/ Kapillarrohr, d. h. an der Innenoberfläche_des Kapillarrohres bzw. der Außenoberfläche des Stabes, beobachtet werden. Danach wird im Spalt zwischen Stab und Kapillarrohr eine Spülgasatmosphäre aufrechterhalten, deren Druck kleiner als Atmosphärendruck ist, und die erhitzte Einheit von einem Ende her fortschreitend so stark erhitzt, daß Kapillarrohr und Stab miteinander verschmelzen. Das so gewonnene Produkt kann dann in einem oder mehreren Arbeitsgängen in üblicher Weise zu einer Lichtleitfaser mit einem Kerndurchmesser im Bereich von 0,5 bis 30 /um ausgezogen werden.land the capillary tube is continued until there are fewer than 6 scattering centers per cm ^ at the interface rod / Capillary tube, d. H. on the inner surface of the capillary tube or the outer surface of the rod, can be observed. A purging gas atmosphere is then created in the gap between the rod and the capillary tube whose pressure is less than atmospheric pressure, and advancing the heated unit from one end heated so much that the capillary tube and rod fuse together. The product obtained in this way can then be used in a or several work steps in the usual way to an optical fiber with a core diameter in the range from 0.5 to 30 / to be undressed.
Bewährt hat es sich, das Produkt zu einem Stab -"On beispielsweise 5 mm Durchmesser auszuziehen und diesem Stab in der vorbeschriebenen Weise wiederum ein Kapillarrohr aus synthetischem Quarzglas aufzuschmelzen und erst dann aus diesem zylinderförmigen Produkt die Lichtleitfaser auf den gewünschten Kerndurchmesser im Bereich von 0,5 bis 30 /um auszuziehen.It has proven useful to put the product on a stick - "On, for example Take off 5 mm diameter and this rod in the manner described above in turn a capillary tube made of synthetic To melt quartz glass and only then from this cylindrical product the optical fiber to the desired core diameter in the range of 0.5 to 30 / µm take off.
Die so hergestellte Lichtleitfaser kann nun noch mit einer lichtabsorfcierenden Schicht oder einer Licht nach außen reflektierenden Schicht versehen werden, um das Eindringen von Falschlicht von außen in die Faser zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann die ausgezogene Lichtleitfaser durch ein Farbstoffbad hindurchgezogen werden. Eine reflektierende Schicht anstelle der Farbstoffschicht kann beispielsweise durch Aufdampfen eines Metalls erzeugt werden.The optical fiber produced in this way can now also have a light-absorbing layer or a light that is reflective to the outside Layer are provided in order to avoid the penetration of stray light from the outside into the fiber. To this end can pulling the drawn optical fiber through a dye bath. A reflective layer instead of the dye layer can be produced, for example, by vapor deposition of a metal.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Lichtleitfasern in Ansicht dargestellt.In the figures, exemplary embodiments of optical fibers according to the invention are shown in a view.
Figur 1 zeigt eine Lichtleitfaser nut einem Kern 1 aus OH-freie Glas mit einem Siliziumgehalt von über 80 %. Dieser Kern ist umhüllt von einem Mantel 2 aus synthetischem Quarzglas, welches weniger als 5 ppm Metallionenverunreinigungen, weniger als 5 ppm OH-Ionen und weniger als 12 mit dem bloßen Auge sichtbare Streuzentren pro cm^ enthält.FIG. 1 shows an optical fiber with a core 1 made of OH-free glass with a silicon content of over 80 %. This core is encased by a cladding 2 made of synthetic quartz glass, which contains less than 5 ppm metal ion impurities, less than 5 ppm OH ions and less than 12 scattering centers per cm ^ visible to the naked eye.
Figur 2 zeigt eine Lichtleitfaser. Im Gegensatz zu Figur 1 besteht bei dieser Faser der Koir 3 aus synthetischem Quarzglas mit den vorgenannten Eigenschaften. Dieser Kern ist umhüllt von einem Mantel 4 aus Glas.Figure 2 shows an optical fiber. In contrast to FIG. 1, the Koir 3 in this fiber consists of synthetic quartz glass with the aforementioned properties. This core is surrounded by a jacket 4 made of glass.
Figur 3 stellt eine Faser gemäß Figur 1 dar. Der Mantel 2 ist umhüllt von einer lichtabsorbierenden Schicht 5, beispielsweise einer auf den Mantel aufgebrachten Farbstoff schicht.FIG. 3 shows a fiber according to FIG. 1. The cladding 2 is encased by a light-absorbing layer 5, for example a dye layer applied to the coat.
Figur 4 zeigt eine Lichtleitfaser gemäß Figur 2. Ihr Mantel 4 ist mit einem reflektierenden Belag 6 versehen, so daß yon außen auf die Faser auftreffendes Licht (Pfeil 7) wieder nach außen reflektiert wird und nicht in das Innere der Faser gelangen kann.Figure 4 shows an optical fiber according to Figure 2. Your cladding 4 is provided with a reflective coating 6 so that light hitting the fiber from outside (arrow 7) is reflected outwards again and cannot get inside the fiber.
7202186^.5.727202186 ^ .5.72
Claims (7)
pro cm"* an der Grenzfläche Kern-Mantel aufweist. ο
per cm "* at the core-shell interface.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE7202166U true DE7202166U (en) | 1972-05-04 |
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ID=1276475
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|---|---|---|---|
| DE7202166U Expired DE7202166U (en) | Optical fiber |
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|---|---|
| DE (1) | DE7202166U (en) |
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- DE DE7202166U patent/DE7202166U/en not_active Expired
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