DK155474B - Optisk polarisationsbevarende fiber af enkeltboelgetype og fremgangsmaade ved tilvirkning heraf - Google Patents

Description

' DK 155474 B

Opfindelsen angår en optisk polarisationsbevarende fiber af enkeltbølgetype og af den art, der omfatter en transparent kore omgivet af et lag af transparent beklædningsmateriale med brydningsindeks lavere end korens 5 brydningsindeks, og hvor beklædningslaget har en asymmetri, der fremkalder dobbeltbrydning i koren.

I mange anvendelser af optiske enkeltbølgetype-le-dere, f.eks. gyroskoper, sensorer osv., er det vigtigt, at det vandrende optiske signal bibeholder polarisations-1 o egenskaberne af det ankommende lys, når der forekommer eksterne depolariserende forstyrrelser. Dette indebærer, at lederen skal have azimutasymmetri i brydningsindeks-karakteristikken.

En svag forbedring af polarisationsegenskaberne hos 15 optiske enkeltbølgetype-ledere kan opnås ved forvrængning af fiberkoresymmetrien som en måde at afkoble forskelligt polariserede bølger på. To sådanne fiber-bølge-ledere kendes fra beskrivelsen til US patent nr. 4.184.859 og fra publikationen: "Influence of Noncircular Core on 20 the Polarisation Performance of Single Mode Fibers", V. Ramaswamy et al., Electronics Letters, bind 14, nr.5, side 143-144, 1978. Imidlertid angiver Ramaswamy publikationen, at målinger på fibre af borosilikat med ikke-cirkulær kore tyder på, at den ikke-cirkulære geometri 25 og den tilhørende påvirkningsinducérede dobbeltbrydning i sig selv ikke er tilstrækkelig til opretholdelse af polarisation i enkeltbølgetype-fibre.

Den opfindelse, der ,er beskrevet i GB patent nr. 2.012.983, beror på den erkendelse, at orthogonalt pola-30 riserede bølger afkobles mere effektivt i en bølgeleder, der er således konstrueret, at den tilsigtet fremhæver dobbeltbrydning fremkaldt ved påvirkning udefra.Læren fra dette patentskrift er, at dette opnås ved at indføre en geometrisk eller materialemæssig asymmetri i det emne, 35 hvorfra den optiske fiber trækkes. Den påvirkningsindu- ( i 2

DK 155474 B

cerede dobbeltbrydning indføres ved i det mindste delvis at omslutte enkeltbølgetype-lederen med en kappe, der har en anden koefficient for termisk udvidelse end selve bølgelederen og i én retning en tykkelse, som er forskellig 5 fra tykkelsen i en anden retning vinkelret på først nævnte retning. Eksempelvis kan udgangsemnet være en trelagsstruktur omfattende et indre koreområde omgivet af et dæklag, der igen er omgivet af en kappe, som har en anden koefficient for termisk udvidelse end selve dæklaget.

10 Diametralt modstående dele af yderlaget slibes bort, og det resulterende emne trækkes til en fiber, der i hovedsagen har form som en flise, hvor kappen har forskellig godstykkelse i to vinkelrette retninger. Et lignende resultat kan opnås ved at udforme udgangsemnet med et indre 15 koreområde, et overtræk og to langs udgangsemnets overflade anbragte, modstående ydre kappedannende lag. Det kan være vanskeligt at fremstille et udgangsemne af denne art, eftersom der opstår spænding i det ydre lag. Når der foretages afslibning af yderlaget, eller når der skæ-20 res riller i dette lag, har den forekommende spænding tilbøjelighed til at bevirke, at emnet går i stykker.

Hvis det antages, at der kan trækkes en fiber ud fra udgangsemnet, vil det spænding s f rembringende yderlag befinde sig i relativt stor afstand fra fiberkoren, hvorfor 25 spændingens virkning på koren er minimal.

I den udførelsesform, der er vist i fig. 10-15 i nævnte GB patentskrift 2.012.983, danner et relativt tykt substratrør yderparten af den optiske fiber. For at bibringe fibren de ønskede egenskaber er enten inderfla-30 den eller yderfladen på substratrøret ikke-cirkulær. Da i det mindste en del af substratvæggen skal være relativt tyk, påvirkes påføringseffektiviteten i ugunstig retning. Da substratrøret også danner fibrens ydre sam-mentrykkelige lag, kan det ske, at de i handelen tilgæn-35 gelige rør ikke kan anvendes i processen,med mindre de 3

DK 155474 B

tilfældigvis besidder de ønskede ekspansions- og/eller viskositetsegenskaber for det resulterende fiberyderlag.

Det ydre overtrækslag 60 på en fiber af den art, der er vist i fig. 12 i nævnte GB patentskrift 2.012.983, 5 betegnes her spændingsovertræk. Det har vist sig, at spændingen σ i koren i en optisk, cirkelsymmetrisk en-keltbølgetype-fiber er lig med produktet f*g, hvor f er en funktion af geometriske faktorer, og g en funktion af glasfaktorer. Funktionen f defineres ved ligningen; 10

Asc * - s5- (i)

Af hvor A er spændingsovertrækkets tværsnitsareal, og er fibrens totale tværsnitsareal. Funktionen f kan der-15 for have en sådan værdi, at 0 < f < 1. Funktionen g defineres ved ligningen: _ _ Ε(Δ«)ΔΤ 3 " 2(1-0' (2) 20 hvor E er fibrens effektive elasticitetsmodul, Δ«* er differensen mellem varmeudvidelseskoefficienten for spændingsovertrækket og varmeudvidelseskoefficienten for den resterende del af fibren, ΔΤ er differensen mellem det laveste størkningspunkt (såkaldt set point) for de glas-25 materialer, som fibren består af, og stuetemperaturen, og v er Poisson -forhold. Da den ovenfor angivne definition af spænding σ generelt også gælder for ikke-symme-triske fibre såsom de fibre, der er omtalt i GB patent nr. 2.012.983, er det nødvendigt at øge f så meget som 30 muligt for at opnå den maksimale korespænding og dermed den maksimale spændings-dobbeltbrydning. Værdier af f større end 0,9 skal kunne opnås for at give maksimale værdier af spændings-dobbeltbrydning. At der er behov for at gøre funktionen f maksimal, fremgår af ligninger-35 ne (7) og (8) i nævnte GB patent nr. 2.012.983.

I i 4

DK 155474 B

Et andet velkendt udformningskriterium for optiske enkeltbølgetype-ledere har relation til problemet med at gøre tabene minimale. En almindelig metode til tilvejebringelse af udgangsemner til optiske enkeltbølgetype-5 ledere er illustreret i fig. 11 i GB patentskrift nr. 2.012.983, hvor der vises et antal damppåførte lag på indersiden af et substratrør. Substratrørets renhed er sædvanligvis ikke så høj som renheden af det damppåførte glas. Derfor er det damppåførte glas isoleret fra sub-10 stratrøret ved hjælp af et lag af damppåført optisk overtræksglas i tilstrækkelig tykkelse. For en enkeltbølgety-pe-fiber, der har en kore med cirkulært eller tilnærmelsesvis cirkulært tværsnit, skal radien rg af det optiske overtræk være på i det mindste fem gange radien ra 15 af koren. Denne vurdering er baseret på de resultater, der er angivet i publikationen: Electronics Letters, bind 13, nr. 15, side 443-445 (1977). For fibre, hvis kore har aflang tværsnitsform, har denne relation ingen særlig significans. For en sådan fiber kan omfanget af 20 optisk overtræk bedst udtrykkes i relation til dets tykkelse* Da størrelsen af en enkeltbølgetype-kore har relation til transmissionsbølgelængden λ, kan tykkelsen af det optiske overtræk også udtrykkes i relation til λ.

Det ovennævnte forhold mellem overtrækradius og korera-25 dius indebærer, at det optiske overtræk bør have en tykkelse på i det mindste 20λ. Når der udformes en enkelt-bølgetype-leder i overensstemmelse med dette kriterium, vil det tab, der knytter sig til tykkelsen af overtrækket, begrænses til en acceptabel lav værdi.

30 Den efterfølgende analyse af GB patentskriftet nr.

2.012.983 tager bl.a. hensyn til den specifikke udførelsesform, der er beskrevet under henvisning til fig. 10-12 i nævnte patentskrift. Fibren i denne udførelsesform opfylder det krav, at forholdet Asc/A^ skal være større 35 end 0,9, undtagen når substratrøret er fuldstændigt

DK 155474B

I I

5 fyldt med indre lag under processen til frembringelse af det udgangsemne, hvorfra fibren trækkes. Den nævnte undtagelse er naturligvis en umulighed. Da substratrøret ikke kan fyldes fuldstændigt under processen til påfø-5 ring af det indre lag, vil den totale tykkelse af de indre lag være begrænset af inderdiameteren i substratrøret. Det er velkendt, at korediameteren i en trinprofil-enkeltbølgetype-fiber sædvanligvis er på mellem 3 ym og 10 ym. Fibrens yderdiameter er sædvanligvis på ca. 125 ym.

10 Hvis det i GB patentskrift nr. 2.012.983 beskrevne udgangsemne tilvejebringes på konventionel måde, således at forholdet A /A^ er større end 0,9, vil tykkelsen af det optiske overtræklag være mindre end 20λ ved de konventionelle bølgelængder. Derfor vil de overskydende fi-15 bertab, der skyldes utilstrækkelig tykkelse af det optiske overtræk, ikke have tilstrækkeligt lav værdi til mange anvendelser.

Opfindelsen tager derfor sigte på en forbedret optisk enkeltpolarisations-, enkeltbølgetype-leder, der udviser 20 spændingsinduceret dobbeltbrydning.

Med henblik herpå er en optisk fiber af den indledningsvis angivne art ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at beklædningslaget omfatter et par diametralt modstående, langsgående glasområder, hvis varmeudvidelses-25 koefficient er forskellig fra varmeudvidelseskoefficien-ten for beklædningsglasset.

Opfindelsen angår også en optisk polarisationsbevarende fiber af enkeltbølgetype og af den art, der omfatter transparent kore omgivet af et lag af transparent 30 beklædningsmateriale med brydningsindeks lavere end korens brydningsindeks, og hvor beklædningsmaterialet danner en udvendig beklædning af spændingsbeklædningsglas, der omgiver en indre beklædning og har en varmeudvidelseskoeff icient, der er forskellig fra varmeudvidelses- 6

DK 155474 B

koefficienten for den indre beklædning, hvilken ydre beklædnings yderflade i hovedsagen har cirkulær tværsnitsform, og hvor beklædningslaget har en asymmetri, der fremkalder dobbeltbrydning i koren, hvilken fiber er 5 ejendommelig ved, at koren har aflang tværsnitsform, at beklædningslaget udgøres af et indre aflangt beklædningslag på overfladen af koren, og at nævnte indre beklædning omfatter et optisk beklædningslag af meget rent glas omgivet af et lag af glas med lavere renhedsgrad.

10 Den nævnte optiske fiber kan dannes ved tilveje bringelse af et rørformet mellemprodukt, der omfatter et indre lag af koreglas omgivet af et første lag af overtræksglas. Mellemproduktet bringes til at klappe sig sammen til opnåelse af et udfladet udgangsemne, hvor ko-15 regiasset er omdannet til et monolitisk lag af aflang tværsnitsform. Dette koreglas er omgivet af et indre overtrækslag, der nu har aflang tværsnitsform. Et lag partikelformet glas, ofte såkaldt sod, påføres yderfladen på det indre overtrækslag, idet varmeudvidelseskoef-20 ficienten for det partikelformede glas er forskellig fra varmeudvidelseskoefficienten for det indre overtræksglas. Det resulterende emne opvarmes for at omdanne det partikelformede glas til et ydre overtræksglaslag, hvorved der dannes et massivt glasemne, der kan trækkes til 25 en optisk fiber.

En metode til frembringelse af det rørformede mellemprodukt går ud på, at et antal lag ved en kemisk damppåføringsteknik påføres indersiden af et substratrør, der består af glas af lavere renhed end de deri af-30 lejrede glaslag. Det inderste lag danner koren, og det næste hosliggende lag, som er tykkere end korelaget, danner det optiske overtræk. Denne måde at fremstille fibren på gør det muligt for det optiske overtræk at opnå en tykkelse, der er større end 20λ ved arbejdsbølge-35 længden. Koren er således på passende måde isoleret fra 7

DK 155474 B

det urene substratrør.

Som en anden mulighed kan det rørformede mellemprodukt tilvejebringes ved en flammeoxidationsteknik. Reaktantdampetilføres en brænder, hvor de oxideres i en 5 flamme med henblik på dannelse af lag af glaspartikelma-teriale, der påføres en cylindrisk dorn. Det første påførte lag danner korematerialet i den resulterende fiber. Mindst ét yderligere lag påføres det første lag for at danne det indre overtræk. Efter fjernelse af dornen 10 kan det resulterende hule, porøse udgangsemne forstærkes til dannelse af et glasrør, som derefter opvarmes på to modstående sider, hvorved rører kollaberer. Som en anden mulighed kan der påtrykkes lavt tryk på åbningen til sod-udgangsemnet for at bevirke, at det kollaberer under 15 forstærkningsprocessen.

Begge disse metoder gør det muligt at opnå et meget tykt spændings-overtrækslag, således at forholdet Asc/A^ er større end 0,9.

Fibren i henhold til sidstnævnte udførelsesform 20 kan tilvejebringes på følgende måde. Et første lag partikelformet glas påføres en roterende dorn. Et andet lag partikelformet glas med brydningsindeks lavere end det første lag påføres det første lag. Et første henholdsvis et andet langsgående område af partikelformet 25 glas med varmeudvidelseskoefficient forskellig fra koefficienten for det andet lag tilvejebringes på diametralt modstående områder af det andet lag. Dette kan opnås ved at standse dornens rotation, bevæge påføringsmidlerne langs dornen, dreje dornen 180° og igen bevæge påfø-30 ringsmidlerne langs dornen. Som en anden mulighed kan de langsgående områder dannes ved at ændre sammensætningen af de til påføringsmidlerne tilførte reaktantmaterialer under rotationen af dornen, således at de ønskede partikelformede glasmaterialer tilvejebringes og afsættes un-35 der hvert trin af dornens rotation. Derefter påføres et 8

DK 155474 B

overtræk af partikelformet overtræksmateriale ydersiden af det resulterende legeme. Varmeudvidelseskoefficienten for overtræksglasset er den samme som for det andet glasovertræk, og brydningsindeksen for overtræksglasset 5 er lig med eller mindre end brydningsindeksen for det andet glasovertræk. Dornen fjernes og det resulterende porøse udgangsemne omdannes til en optisk fiber.

En hensigtsmæssig fremgangsmåde ved fremstilling af et udgangsemne til optisk fiber, til brug ved til-10 virkning af en optisk polarisationsbevarende fiber af ovennævnte art, og hvor der tilvejebringes et rør af beklædningsglas, der anbringes en glasstav centralt i dette rør, der placeres et par glasstænger på diametralt modstående sider af førstnævnte glasstav, og der place-15 res flere stænger af beklædningsglas i det mindste i nogle af mellemrummene mellem den centrale stav, de diametralt modstående stænger og røret, er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at der som central stav i glasrøret anvendes en stav bestående af en aksialt beliggende 20 kore, omgivet af et lag beklædningsglas, og at der for nævnte modstående glasstænger anvendes stænger af glas med varmeudvidelseskoefficient forskellig fra varmeudvidelseskoeff icienten for beklædningslaget. Den resulterende kombination kan trækkes til fibre. Man kan forøge 25 dobbeltbrydningen ved i røret på modstående sider af den første stang og orthogonalt i forhold til det første par glasstænger at anbringe et andet par glasstænger, der har andre fysiske egenskaber end det første par glasstænger.

30 Fibren ifølge opfindelsen kan også fremstilles ved en metode, i henhold til hvilken der gennem et første rør føres en gas, der, når den opvarmes, tilvejebringer glaspartikler og ved langs ydersiden af det første rør at bevæge en varmekilde, hvorved i det mind-35 ste en del af gassen omdannes til partikelformet materi- 9

DK 155474 B

ale, og i det mindste en del af det partikelformede materiale afsættes på indersiden af det første rør. Forbedringen i henhold til opfindelsen går ud på at bevæge et par rør inden i det første rør, medens enderne af 5 det par rør, der er beliggende inden i det første rør, holdes i afstand fra varmekilden og på opstrømssiden for varmekilden, hvorhos rørparret er placeret symmetrisk i forhold til midten af det første rør. Gassen føres gennem det første rør og rørparret. Gennem rørpar-10 ret føres der en anden gas, der i den varme zone reagerer til dannelse af et oxid, der kombineres med det partikelformede materiale til dannelse af et glasområde, som har en anden udvidelseskoefficient end koefficienten for de glaspartikler, der alene tilvejebringes af 15 den første gas. Rørparret kan i det mindste delvis trækkes fra det første rør, undtagen når gassen passerer derigennem.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor 20 fig. 1 er et snitbillede gennem et mellemprodukt, som anvendes til dannelse af det udgangsemne, hvormed fibren ifølge opfindelsen tilvejebringest fig. 2 viser et apparat, som anvendes til at få det i fig. 1 viste mellemprodukt til at kollabere, 25 fig. 3 og 4 er skematiske billeder af et apparat til fremstilling af et sammensat udgangsemne, som har et overtræk af sod, fig. 5 viser et snitbillede gennem et emne, som opnås ved forstærkning af det i fig. 4 viste sammensatte 3 0 emne, fig. 6 viser et snit gennem en enkeltbølgetype-, en-keltpolarisationsfiber, der er fremstillet ved hjælp af det i fig. 5 viste emne, fig. 7 illustrerer en flammehydrolyse-proces til 35 frembringelse af et emne omfattende en kore og et over- 10

DK 155474 B

træk på koren, fig. 8 viser det i fig. 7 viste sod-udgangsemne, efter at dornen er blevet fjernet, fig. 9 viser det forstærkede emne, 5 fig. 10 er en skematisk afbildning af en forstærk ningsovn, som kan anvendes til forstærkning af det i fig. 8 viste udgangsemne, fig . 11 et tværsnit gennem en optisk fiber fremstillet i overensstemmelse med opfindelsen, 10 fig. 12 og-13 er snitbilleder af yderligere udførel sesformer for opfindelsen, fig . 14 viser et apparat til tilvejebringelse af én af udførelsesformerne ifølge opfindelsen, fig . 15 er et snitbillede gennem et færdigt sod-15 udgangsemne fremstillet ved hjælp af det i fig. 14 viste apparat, fig. 16 er et snitbillede gennem en fiber, der er fremstillet ud fra det i fig. 5 viste udgangsemne, fig. 17 viser et snitbillede gennem en del af et 20 modificeret sod-udgangsemne, fig. 18 viser et snitbillede gennem et emne af den art, der omfatter stænger i det indre af et rør, fig. 19 viser et andet apparat, som kan anvendes til fremstilling af en fiber i overensstemmelse med op-25 findelsen, fig. 20 viser et snit gennem et emne, der fremstilles med det i fig. 19 viste apparat, og fig. 21 et snit gennem en fiber, der kan fremstilles ud fra det i fig. 17 viste udgangsemne eller ud fra det 30 i fig. 20 viste udgangsemne.

Fig. 1-10 har relation til en udførelsesform, hvor en enkeltbølgetype-fiber har en aflang kore omgivet af et aflangt indre beklædningslag og et yderlag dækglas, der tilvejebringer spændingspåvirkning, og som har en cirku-35 lær yderflade. Fig. 1 viser et mellemprodukt 10, der

' ' ' DK 155474 B

11 tilvejebringes ved den i og for sig kendte kemiske damppåføringsteknik, hvor et eller flere lag af glas tilvejebringes på indersiden af et substratrør, der senere kommer til at danne i det mindste en del af dækmaterialet.

5 Reaktantdampen sammen med et oxiderende medium passerer gennem det hule, cylindriske substratrør 12. Substratet og dampblandingen i røret opvarmes ved hjælp af en kilde, som forskydes langs røret, hvorved der forekommer en varm zone inden i substratrøret 12. En suspension 10 af partikelformet materiale, der tilvejebringes inden i den varme zone, cirkulerer i retning med strømmen, og en del af materialet afsættes på indersiden af røret 12, hvor det smeltes til dannelse af en kontinuert glasagtig beklædning. Processens parametre såsom temperatur, strøm-15 mængde, reaktanter osv. findes omtalt i US patent nr.

4.217.027 og i publikationerne: J. B. MacChesney m.f., Proceedings of the IEEE, 1280 (1974) og W. G. French m.f., Applied Optics, 15 (1976). Der henvises også til "Vapor Deposition" udgivet af C. F. Powell m.f., John Wiley & 20 Sons, Inc. (1966) .

Sommetider vil der i starten afsættes et tyndt barrierelag 14 af rent siliciumoxid eller af siliciumoxid doteret med et oxid såsom B2O2 på indersiden af røret 12, der sædvanligvis består af siliciumoxid eller af 25 glas med højt indhold af siliciumoxid, idet glassets renhed er mindre end renheden af de deri tilvejebragte damppåførte lag.

Barrierelaget forhindrer vandring af hydroxylioner og andre lysabsorberende urenheder fra røret 12 til 30 det optiske beklædningslag 16. Med henblik på at reducere de lystransmissionstab, der skyldes urenheder i substratrøret, til et tilstrækkeligt lavt niveau bibringes laget 16 en tilstrækkelig tykkelse til, at tykkelsen af det optiske beklædningslag i den resulterende fiber 35 er større end 20λ. Da barrierelaget 14 er valgfrit, er 12

DK 155474 B

det ikke vist i fig. 3-6. Det optiske beklædningslag er et relativt tykt lag glas med relativt lav brydningsindeks. Det kan på konventionel måde bestå af rent siliciumoxid eller siliciumoxid, der er doteret med en lille 5 mængde oxid, med henblik på nedsætning af procestempera turerne. Tilsætningen af en lille mængde ti3· påførte beklædningslag af siliciumoxid anbefales i publikationen: S. Sentsui m.f., "Low Loss Monomode Fibers With P20jj-SiC>2 Cladding in the Wavelength Region 1,2-1,6 10 ym", 5. Europæiske Konference om Optiske Kommunikationer, Amsterdam, September 1979. Brugen af P2°5 sammen med en-ten B2 O3 eller F i det påførte beklædningslag af siliciumoxid omtales i publikationen: B. J. Ainslie m.f., "Preparation of Long Length of Ultra Low-Loss Single-Mo-15 de Fiber", Electronics Letters, Juli 5, 1979, bind 15, nr. 14, side 411-413. Brugen af sådanne doteringsmaterialer har ført til en påføringstemperatur på ca. 1500°C, der er ca. 200°C lavere end den fornødne temperatur til påføring af et beklædningslag af rent, smeltet silicium-20 oxid. Efter påføring af det optiske beklædningslag 16 påføres et tyndt lag 18 af koremateriale på indersiden af dette beklædningslag. Korelaget 18 består af meget rent glas med en brydningsindeks, der er større end indeksen for beklædningslaget 16. Laget 18 kan på kon-25 ventionel måde bestå af siliciumoxid doteret med lavtab-oxid med henblik på at forøge brydningsindeksen. Man har anvendt mange doteringsmaterialer til fremstilling af koren i optiske enkeltbølgetype-fibre, men sædvanligvis foretrækker man at anvende GeC^· Enkeltbølgetype-fibre 30 med tab mindre end 1 dB/km i det infrarøde område har en kore, der består af Si02 doteret med Ge02 jf. ovennævnte publikationer af Sentsui og Ainslie. Det resulterende mellemprodukt 10 har en åbning 20.

Til brug ved bølgelængder i området fra 1,1 til 1,8 33 ym kunne et foretrukket mellemprodukt fremstilles som an- 13

DK 155474 B

givet i US patentskrift nr. 4.154.491. Denne patentskrift omtaler tilvejebringelsen af et beklædningsslag af P20,--doteret Si02 på indersiden af et substratrør af borosilikat med efterfølgende påføring af et tyndt lag 5 af rent SiC>2 for at forhindre P20,- ·* a*· diffundere i den Ge02~kore, som påføres indersiden af laget af rent SiO?.

Hvad angår den foreliggende opfindelse kræves der blot, at mellemproduktet 10 har et indre lag af kore-10 glas omgivet af et lag af optisk beklædningslag med lavere brydningsindeks. Koren 18 kan f.eks. direkte påføres indersiden af røret 12, såfremt røret 12 består af meget rent glas. Det her anvendte udtryk "indre beklædningslag" bruges til at betegne røret 12 og et 15 hvilket som helst andet lag eller andre lag af glas, der omgiver korelaget 18 i mellemproduktet 10.

Der er ved den foreliggende opfindelse den fordel, at der til substratrøret 12 kan anvendes glasrør, der er tilgængelige i handelen. Beklædningslaget 16's 20 tværsnitsareal kan gøres meget større eksempelvis dobbelt så stort som substratrøret 12's tværsnitsareal, således at det snarere er de fysiske egenskaber af det påførte lag 16 end af røret 12, der har overvægt i bestemmelsen af egenskaber såsom varmeudvidelseskoeffi-25 cienten for den indre beklædning. 1 en sådan situation er substratrørets tværsnitsareal så lille i forhold til hele den resulterende fibers tværsnitsareal, at dets fysiske egenskaber i praksis ingen betydning har.

Mellemproduktet 10 kan bringes til at kollabere 30 på den måde, der er illustreret i fig. 2. Brændere 22 og 24 tilvejebringer flammer henholdsvis 26 og 28 på de to modstående sider af mellemproduktet 10. Under denne proces kan mellemproduktet 10 være anbragt i den ikke viste holder (på enkelsk såkaldt glass lathe), hvori 35 det var anbragt under tilvejebringelsen af lagene 14 og 14

DK 155474 B

16. Under den kollaberings- eller sammenklapningsproces, der er illustreret i fig. 2, afbrydes rotationen af holderen, således at det kun er modstående sider af produktet 10, der opvarmes. Under sammenklapningsprocessen 5 opretholdes der fortrinsvis et kontrolleret indre tryk, som omtalt i US patent nr. 4.154.491. Under dette trin skal varmekilden dække et tilstrækkeligt bredt aksialt område af mellemproduktet 10, for at det kan klappe sammen. Alternativt kan der anvendes en enkelt varmekilde, 10 på den måde der er beskrevet i US patent nr. 4.184.859, hvorved det først er den ene side og derefter den anden side, der kollaberer.

En komplet sammenklapning af mellemproduktet 10 fører til opnåelse af et emne 30, hvori modstående si-15 der af korelaget 16 nu danner en korepart 32, der har aflang tværsnitsform. På denne måde kan der opnås en kore med stort højde/bredde-forhold. Koren er omgivet af en indre beklædning 34 og et substrat 36, der begge har aflang form.

20 Emnet 30 forsynes derefter med en beklædning, hvis yderflade i hovedsagen er cirkulær. Overfladen på emnet 30 forarbejdes på konventionel måde forud for påføringen af yderbeklædningen. Overfladen på emnet 30 holdes ren efter den varmebehandling, der har ført til sammen-25 klapning af mellemproduktet 10, idet emnet 30 placeres i en ren, forseglet pose af f.eks. polyethylen. Hvis emnet 30 håndteres eller smudses til, kræves der flere rensningsoperationer. Det vaskes i desioniseret vand og derefter i et bad af isopropylalkohol. Derefter foreta-30 ges cler ætsning i HF for at fjerne et lag glas på nogle få μ, ca. 1% af emnets vægt. Derefter renses emnet 30 i desioniseret vand, og det affedtes i isopropylalkohol, hvorpå det placeres i en ren pose af polyethylen. Sod af ønsket glasbeskaffenhed påføres emnet 30 ved en konven-35 tionel flammehydrolyse-proces af samme art som beskrevet 15

DK 1554 74 B

US patenterne nr. 3.737.292 og 4.165.223. Fig. 3 og 4 viser et apparat af den art, der nu bruges på konventionel måde ved fremstilling af optiske fibre med svage tab. En flammehydrolysebrænder 40, der får tilført brændsel, 5 reaktantgas og oxygen eller luft, afgiver en flamme 38, der indeholder glas-sod. Der kan anvendes brændere af den art, der er omhandlet i US patenterne nr. 3.565.345, 3.565.346, 3.609.829 og 3.698.936. De fornødne væskebe-standdele til dannelse af glas-sod kan tilføres brænde-10 ren ved hjælp af et hvilket som helst af de i og for sig kendte systemer til tilførsel af reaktantmidler. I så henseende henvises der til US patenterne nr. 3.826.560, 4.148.621 og 4.173.305. Der tilføres et overskud af oxygen til brænderen, således at reaktantdampene oxyderes 15 inden i flammen 38 for at danne den glas-sod, der rettes mod emnet 30.

I henhold til en teknik til frembringelse af det ydre beklædningslag afsættes det først langsgående strimler 44 og 46 på de flade sidevægge af emnet 30 for 20 at accelerere tilvejebringelsen af den cirkulære yderbeklædning. Medens holderen holder stille, føres brænderen 40 et tilstrækkeligt antal gange frem og tilbage, for at der kan dannes et sodlag 44. Emnet 30 drejes 180°, og et andet sodlag 46 påføres den modstående side som 25 vist i fig. 4. Yderlaget 48 af beklædningssod påføres derefter, når emnet 30 roterer, medens brænderen 40 bevæger sig langs emnet.

Påføringen af strimlerne 44 og 46 kan undlades, uden at dette får for stor indflydelse på den geometri-30 ske form af den resulterende fiber. Hvis beklædningslaget 48 direkte påføres emnet 30, vil sodstrømmen fra brænderen afsætte en større mændge sod, når de plane sidevægge af emnet 30 vender mod brænderen, end når det er de afrundede dele af emnet, der vender mod brænderen, 35 eftersom sodafsætningseffektiviteten afhænger af størrelsen af emnet som mål. Dette bevirker, at man får en mere og mere cirkulær form, efterhånden som laget 48 bliver tykkere. Man opnår i hovedsagen cirkulær tværsnitsform, « 16

DK 155474 B

når yderdiameteren på laget 48 er tilstrækkelig, i forhold til korens størrelse, til at den resulterende fiber kan virke som enkeltbølgetype-fiber. Laget 48 skal have tilstrækkelig tykkelse til, at forholdet Agc/Af for 5 den resulterende fiber er større end 0,9.

Det beklædningslag, der opnås ved flammehydrolyse, er porøst og skal opvarmes for, at det kan smelte eller forstærkes til dannelse af et glaslag uden grænseflader mellem partiklerne. Denne konsolidering opnås fortrins-10 vis ved, at det sammensatte emne 50 behandles i en ovn på den måde, der-er angivet i DS patent nr. 3.933.454.

Det resulterende glasemne 56 vil muligvis ikke være cirkulært, hvis ikke man har påført lagene 44 og 46, eller hvis de er blevet påført på en sådan måde, at de 15 ikke opvejer den manglende cirkularitet, som emnet 30 havde i begyndelsen. Det omfang, hvori yderfladen på emnet 56 afviger fra den cirkulære form, aftager, når den ydre beklædning 48 bliver tykkere.

Det i fig. 5 viste emne 56 placeres i en ovn, 20 hvor i det mindste den ene ende af emnet opvarmes til en tilstrækkelig høj temperatur, til at der fra emnet på konventionel måde kan trækkes en fiber 70 som vist i fig. 6. Medens fibren 70 trækkes, har overfladespændingen tendens til at gøre yderfladen mere rund.

25 Pig- 7-10 viser andre metoder til frembringelse af mellemproduktet. Som vist i fig. 7 påføres en cylindrisk dorn 85 et første overtræk 84 af glas-sod ved en konventionel flammehydrolyse-proces af f.eks. den ovenfor angivne art. En flammehydrOlysebrænder 87 afgiver en 30 flamme 86, der indeholder glas-sod, og som rammer dornen 85. Efter at der på dornen 85 er tilvejebragt et overtræk 84 af koreglas, ændres sammensætningen af den til brænderen 87 førte reaktantgas, og et andet overtræk 88 af indre beklædningsglas påføres yderfladen 35 på den første beklædning 84. Beklædningen 84 har en større brydningsindeks end beklædningen 88. De fysiske egenskaber af beklædningen 88, f.eks. dens varmeudvidel-seskoefficient, vælges således, at den indre beklædning 17

DK 15 5 4 7 4 B

i den resulterende optiske fiber bibringes spænding i fornødent omfang.

Når beklædningen 88 har fået den ønskede tykkelse, fjernes dornen, således at man som vist i fig. 8 opnår 5 et porøst emne 90 med åbning 89. Det resulterende hule sodemne kan derefter konsolideres på samme måde som beskrevet i det foregående med henblik på opnåelse af et hult mellemprodukt 10' som vist i fig. 9. Mellemproduktet 101 kan derefter bringes til at klappe sammen 10 som beskrevet under henvisning til fig. 2, og det kan yderligere behandles som beskrevet under henvisning til fig. 3-6 med henblik på dannelse af en optisk, polarisationsbevarende enkeltbølgetype-fiber.

Det i fig. 8 viste emne 90 kan også i et enkelt 15 behandlingstrin konsolideres på den måde, der er vist i fig. 10, med henblik på opnåelse af et emne med stort højde/bredde-forhold. Efter fjernelse af dornen 85 fra sodemnet indføres der et rør 91 i den ene ende af emnet. Derefter ophænges emnet på en rørformet holder 92 20 ved hjælp af to platintråde, hvoraf der kun vises én tråd ved 93. Enden af gastilførselsrøret 91 rager ud fra den rørformede holder 92 og ind i den hosliggende ende af emnet 90. Emnet konsolideres ved, at det gradvis føres ind i en ovn 94 i den retning, der er angivet af 25 pilen 97. Emnet bør konsolideres gradvis, således at det først er dets nederste ende, der konsolideres, hvorpå konsolideringsprocessen fortsætter og når frem til den ende, der befinder sig ved den rørformede holder 92.

Under konsolideringsprocessen kan der til ovnen som anty-30 det ved pilene 95 tilføres flus-gas såsom helium, oxygen, argon, neon eller blandinger heraf. Inden emnet 90 begynder at konsolideres,kan der til åbningen 89 føres tørregas på den måde, der er angivet i US patent nr.

4.125.388. I den tid, hvor spidsen af emnet begynder at 35 konsolideres, nedsættes trykket i åbningen 89 i forhold til trykket uden for emnet. Dette kan opnås ved at forbinde en vakuumkilde med gastilførselsrøret 91 gennem en rørledning 96. Medens emnet 90 føres ind i 18 «

DK 155474 B

ovnen i den af pilen 97 angivne retning, bevirker det lave tryk i åbningen 89, at emnet begynder at klappe sig sammen først i området ved den oprindeligt konsoliderede spids af emnet. Efterhånden som emnet konsolide-5 res, klapper den resterende del af åbningen sig efterhånden sammen. På denne måde kan der i ét enkelt konsolideringstrin foretages konsolidering af et med åbningen 89 udformet, porøst sodemne 90, samtidigt med at åbningen klapper sig sammen til dannelse af et emne af den 10 art, der er vist ved 30 i fig. 3.

Der henvises igen til fig. 4-6. Sodlaget 48 samt strimlerne 44 og 46, såfremt de er blevet påført, har en sådan beskaffenhed, at varmeudvidelseskoefficienten for det resulterende beklædningslag 74 er meget større 15 eller meget mindre end varmeudvidelseskoefficienten for den resterende del af fibren 70. Det er kendt, at den del 72, der omfatter koren 80, substratrøret 82 og de eventuelle lag, der danner den indre beklædning 78, vil være under spænding, hvis varmeudvidelseskoefficien-20 ten for det ydre lag 74, dvs. det såkaldte "spændings-lag" , er lavere end den effektive varmeudvidelseskoeffi-cient for delen 72. Omvendt vil delen 72 være under trykpåvirkning, hvis dens effektive varmeudvidelseskoef-ficient er mindre end koefficienten for spændingsbeklæd-25 ningen 74, jf. publikationen: S. T. Gulati og Η. E. Ha-gy, American Ceramic Society 61 260 (1978). Desuden vil der i koren 80 være en spændingsfordeling i henhold til relationen σχ > σ^, hvor σχ og er spændingerne i koren parallel med og vinkelret på storaksen i korens tvær-30 snit. Denne spændingsforskel vokser med voksende korehø jde/bredde-forhold. Det er denne spændingsforskel, der bevirker den ønskede dobbeltbrydning.

Der kræves en spænding på 20-40 kpsi i koren for at fremkalde den ønskede dobbeltbrydning. Med de højde/bred-35 de-forhold, der kan opnås med de ovenfor beskrevne metoder, bør differensen mellem varmeudvidelseskoefficienter-ne for den indre beklædning og den ydre spændingsbeklædning være større end 1 · 10_^/°C. Der angives herefter

DK 155474 B

19 teoretiske eksempler, hvor glaskompositionerne for de forskellige dele af fibren vælges, således at fiberkoren befinder sig under trykspænding henholdsvis trækspænding.

Der tilvejebringes en fiber som vist i fig. 6 med 5 de glaskompositioner, der er givet i tabel 1. Tabellen angiver også varmeudvidelseskoefficienten for hver komposition.

Tabel 1 10

Komposition (vægtprocent)

Varmeudvidelseskoeffi-Ge02 SiC>2 cient (x 10 V°C)

Kore 15 85 13 15 Indre beklædning 100 5 Rør 100 5

Ydre beklædning 30 70 23

Fibren i henhold til tabel 1 har en kore, hvori der 20 er trykspænding,og en yderbeklædning, hvor der er trækspænding. Selv om der er en passende spænding i koren, kan fibren dog have en utilstrækkelig styrke. En sådan fiber bør forstærkes ved at påføre yderfladen et yderligere beklædningslag af f.eks. Si02 med lav udvidelses-25 koefficient.

En fiber af den i fig. 6 viste art kan fremstilles med de materialer, der angives i tabel 2 med henblik på at bibringe koren trækspænding.

30 Tabel 2

Komposition (vægtprocent)

Varmeudv.-

Ge02 P205 S±©2 Ti02 koeff. (x 10_7/°C) 35 Kore 15 1,5 83,5 15

Indre beklædning 1,5 98,5 6

Ydre beklædning 93 7 0 20

DK 155474 B

En fiber af denne type, hvor koren er under trækspænding, er at foretrække, eftersan der vil være trykspænding i den ydre beklædning, hvilket bibringer fibren en større styrke.

5 Fig. 11-21 har relation til en yderligere udførel sesform for opfindelsen, hvor fiberkoren bibringes en spændingsinduceret dobbeltbrydning ved, at der i beklædningen på modstående sider af koren tilvejebringes langsgående områder af glas, som har en anden varmeudvidelses-10 koefficient end den resterende del af beklædningen. Fig.

11 viser et tværsnit gennem en optisk enkeltpolarisationsfiber, der omfatter en korev 110 omgivet af et indre beklædningsområde 111. Diametralt modstående i forhold til koren 110 findes der to smalle langsgående 15 områder 112, der består af et materiale, som har en anden varmeudvidelseskoefficient end koefficienten for materialet 111. Medens områderne 112 vises med en noget tilfældig tværsnitsform i fig. 11, omtales der i det følgende metoder, som gør det muligt at bibringe dis-20 se områder diverse specifikke former. Når en fiber trækkes, vil de langsgående områder 112 og de vinkelret herpå placerede beklædningsområder krympe forskelligt, således at områderne 112 bibringes trækspænding eller trykspænding alt efter værdien af deres varmeudvidelses-25 koefficient i forhold til koefficienten for beklædningen.

En spændingsinduceret dobbeltbrydning, der således induceres i fibren, reducerer koblingen mellem to orthogo-nalt polariserede hovedbølgetyper. Omkring områderne 112 findes der et beklædningsområde 113, hvis bryd-30 ningsindeks fortrinsvis er lig med eller mindre end indeksen for det indre beklædningsområde 111. Området 113 kan f.eks. bestå af et hvilket som helst af de ovenfor nævnte materialer, der anvendes til dannelse af området 111.

35 Som vist i fig. 11 kan yderfladen på området 113 have cirkulær form, men den kan også have udfladede områder som beskrevet i ovennævnte GB patent 2.012.983 med henblik på at centrere en fiber i forhold til en kilde

DK 155474 B

21 for polariseret lys eller i forhold til en anden fiber, som den skal forbindes med. Hvis yderfladen på beklædningen 113 har i hovedsagen cirkulær form, kan der til centreringsformål tilvejebringes midler såsom en langs-5 gående fordybning 114. Hvis man foretrækker at have en fiber med i hovedsagen cirkulær yderform, kan indgangsenden til fibren orienteres korrekt, når fibren monteres i et anlæg. Indgangsenden forbindes med en kilde for polariseret lys, og et analyseapparat kobles til fibrens 10 udgangsende. Fibrens indgangsende drejes i forhold til kilden, indtil der detekteres et maksimum eller et minimum i det lys, der udgår fra udgangsenden. Når man har detekteret et maksimum eller et minimum i det udgående lys, fikseres fibrens indgangsende i forhold til kilden 15 for polariseret lys.

Områderne 112 bør være placerede så tæt op ad koren 110 som muligt uden på uønsket måde at påvirke lystransmissionsegenskaberne i fibren. Hvis områderne 112 består af lavtabsmateriale med den samme brydnings-20 indeks som den indre beklædning 111, skal den minimale radius r, af områderne 112 være på ca. l,5r , hvor ra er radien af koren 110. Der kan opnås en tilpasning af brydningsindeksen for områderne 112 til brydningsindeksen for beklædningen ved at anvende en beklæd-25 ning, der består af Si02, og ved at tilvejebringe de spændingsindueerende områder 112 på basis af f.eks.

S1O2 doteret med en af følgende kombinationer af doteringsoxider: Ge02 og B203 eller P2 05 og B203 eller GeC^/ ^2^5 ^2^3’ Som et eksemPel på en passende kompo- 30 sition med høj varmeudvidelseskoefficient og med i hoved- sagen samme brydningsindeks som rent SiC^ kan vælges SiC>2 doteret med 12 vægtprocent B303 og 4 vægtprocent P2°5* For s^re at den resulterende fiber udviser lave tab, bør i det mindste hele det centrale område, nem-35 lig koren og den indre beklædning, tilvejebringes ved kemisk damppåføring. Hvis brydningsindekserne for disse to områder ikke er tilpasset hinanden, og hvis rm er for lille, dvs. mindre end ca. l,5r , vil områderne 112 cl

DK 155474 B

22 kunne fremkalde lystransmissionstab på grund af spredning.

Hvis områderne 112 på ugunstig måde påvirker fibrens lystransmissionsegenskaber, eksempelvis hvis områderne 112 består af et materiale, der absorberer for 5 meget lys ved transmissionsbølgelængderne, bør disse områders inderradius rm være på i det mindste tre gange, fortrinsvis mindst fem gange radien af koren. Dette stemmer overens med læren fra publikationen: Electronics Letters, bind 13, nr. 15, side 443-445 (1977). Det er klart, 10 at den ugunstige virkning af det lysabsorberende materiale vokser med aftagende afstand mellem dette materiale og koren. Størrelsen af dobbeltbrydningen i koren vil imidlertid aftage med aftagende inderradius rm til de langsgående, spændingsinducerende områder. Den optimale 15 inderradius af områderne 112 afhænger af den specifikke type enkeltbølgetype-leder, der anvendes, eftersom den lysmængde, der vandrer uden for koreområdet i en en-keltbølgetype-fiber, afhænger af sådanne parametre som koreradien og brydningsindeksen.

20 En fiber kan indeholde et andet sæt diametralt mod stående, langsgående områder, der har fysiske egenskaber, som er forskellige fra egenskaberne hos det første sæt spændingsinducerende områder. Den i fig. 12 viste fiber omfatter en kore 116, et indre beklædningsområde 117 25 og et ydre beklædningsområde 118. To langsgående områder 119, der har en anden varmeudvidelseskoefficient end beklædningsområderne, er beliggende diametralt modstående i forhold til koren 116. I orthogonal placering i forhold til områderne 119 findes der et andet 30 par langsgående områder 120, der består af lysabsorberende glas eller glas, som har en varmeudvidelseskoefficient forskellig fra koefficienten for området 117, i en retning forskellig fra den retning, hvori varmeudvi-delseskoefficienten for området 119 afviger fra koef-35 ficienten for området 117. Eksempelvis kan varmeudvidelseskoef ficienten for områderne 120 være mindre end koefficienten for området 117, hvis varmeudvidelseskoef ficienten for områderne 119 er større end koeffi-

DK 155474 B

23 cienten for området 117.

Hvis beklædningsområderne består af rent SiC^, kan områderne 119 eksempelvis bestå af S1O2 doteret med og ' medens områderne 120 består af SiC^ dote-5 ret med TiC^· I så fald vil der være trækspænding i områderne 119 og trykspænding i områderne 120. Der er additiv virkning for de to trækspændingsområder med de to trykspændingsområder, og den kombinerede virkning bevirker, at der er en større spændingsinduceret dobbeltbryd-10 ning, end hvad man kan opnå alene med områderne 119 eller områderne 120.

De TiC>2 doterede områder er tabsgivende af to grunde. Ti02“Si02-glasset er tilbøjeligt til at faseseparere og danne små uhomogene spredningspladser, der øger spred-15 ningstabene. TiC^ forøger også områdets brydningsindeks til en højere værdi end for området 117, således at det fra koren 116 hidrørende lys, der når frem til områderne 120, er tilbøjeligt til at brydes ind i og gennem områderne 120 og dermed bort fra koren 116. Spæn-20 dingsområderne kan gøres tabsgivende, hvis de består af glasstænger, som er blevet smeltet i digler, der indeholder sådanne absorptionsurenheder som jern, nikkel, kobalt, kobber osv.

Det siges i det ovennævnte GB patentskrift nr.

25 2.012.983, at de deri beskrevne metoder gør det muligt at fremstille fibre med spændingsinduceret dobbeltbryd-ning Δη på helt op til 40 x 10 , og at den såkaldte beatlængde L for en sådan værdi af Δη er på 2,5 mm ved en bølgelængde på 1 μι» og på 1,25 mm ved en bølge-30 længde på 0,5 ym. Visse anvendelser kræver dog endnu kortere beatlængder, hvorved der kræves værdier af Δη på ca.

-3 10 . Det efterfølgende teoretiske eksempel viser, at så danne værdier for Δη nemt kan opnås i en fiber i overensstemmelse med opfindelsen. Fig. 13 viser en fiber med en 35 kore 122, en beklædning 123 og to langsgående områder 124 med cirkulær tværsnitsform. Koren 122 har en diameter på 5 ym, de spændingsfremkaldende 124 en diameter på 25 ym og beklædningen 123 en diameter på 125 ym.

24

DK 15 5 4 7 4 B

De cirkulære områder 124 er centrerede på en radius på 25 m. Den specifikke beskaffenhed af koren 122 er uden betydning, idet det blot er nødvendigt,at dens brydningsindeks er større end indeksen for beklædningen 123, der 5 består af rent SiC^. Områderne 124 består af 5 vægtprocent vægtprocent og 83 vægtprocent SiC^.

Beregningerne af dobbeltbrydningen er baserede på publikationen: G. W. Scherer, "Stress-Induced Index Profile Distortion in Optical Waveguides", Applied Optics, bind 10 19, nr. 12, juni 1980, side 2000-2006. Ved hjælp af en computer har man beregnet for koreområdet og den indre beklædning den dobbeltbrydning, der skyldes et af områderne 124. Derefter blev den dobbeltbrydning, som det andet område 124 bevirker i det centrale område, be-15 stemt og adderet til den først kalkulerede værdi. Resultaterne er tegnet i fig. 13. Linierne 125, 126, 127 og 128 er linier, hvor der er ens værdier af dobbeltbryd- -3 -3 -3 ningen henholdsvis 0,4 x 10 , 0,5 x 10 , 0,6 x 10 og _3 0,7 x 10 , idet sidstnævnte linie passerer gennem koren 20 122.

En metode til tilvejebringelse af fibren ifølge opfindelsen anvender en flammehydrolyse-proces af samme art som beskrevet i US patenterne nr. 3.737.292 og 4.165.223. Den resulterende fiber vises i snitbilledet 25 i fig. 16, hvor elementer af samme art som i fig. 11 har fået de samme henvisningsbetegnelser med Fibren ifølge fig. 16 afviger fra fibren ifølge fig. 11 ved, at de langsgående, spændingsinducerende områder 112' har fået halvmåneformet profil.

30 Der henvises nu til fig. 14. Et lag glas-sod 130 afsættes først på en cylindrisk glasdorn 131 ved hjælp af en flamme 133, der afgives fra en brænder 132.

Når det første sodlag 130 når op på en given tykkelse, ændres kompositionen, og der afsættes et andet sodlag 35 134, der skal danne den indre beklædning 111'. Under påføring af lagene 130 og 134 bringes dornen 131 til at dreje, medens brænderen 132 bevæges langs dornen.

Til dannelse af den sod, der skal konsolideres til dan-

DK 155474 B

25 nelse af strimlerne 112', standses dornens rotation, medens brænderen 132 passerer et tilstrækkeligt antal gange til dannelse af et sodlag 135. Dornen 131 drejes 180°, og der tilvejebringes et andet sodlag 135 på 5 den diametralt modstående side, jf. fig. 15. På samme måde kan der afsættes lag 136 af beklædningssod på laget 134 mellem strimlerne 135. Derefter påføres der et lag 137 af beklædningssod, idet dornen igen bringes til at dreje. Det færdige sodemne er porøst og skal derfor op-10 varmes til smeltning eller "sammenklapning" til opnåelse af et monolitisk glasemne, hvorfra der kan trækkes en optisk bølgeleder som vist i fig. 16.

Trinnene til påføring af strimlerne 136 af beklædningsglas kan undlades, uden at dette påvirker den resul-15 terende fibers geometriske form for meget. Hvis beklædningslaget 137 direkte påføres ydersiden af den del af sodemnet, der omfatter laget 134 og strimlerne 135, vil sodstrømmen fra brænderen afsætte en større mænade sod, når ydersiden på laget 134 vender mod brænderen, 20 end når ydersiden af strimlerne 135 vender mod brænderen, efter som sodstrømmen rammer det største overfladeareal, når laget 134 vender mod brænderen. Dette har tendens til at gøre emnets tværsnitsform mere cirkulær, efterhånden som laget 137 dannes. Når der trækkes en 25 fiber fra det konsoliderede emne, har overfladespændingen tendens til at gøre fibrens yderflade rund, hvilket i mindre omfang påvirker korens cirkulære form. Dette har imidlertid ingen stor indvirkning på de enkeltbølge-type-fibre, som opfindelsen beskæftiger sig aned.

30 Fig. 17 viser et ændret, ved flammehydrolyse-proces™ sen fremstillet emne, hvor elementer af samme art som i fig. 14 har fået de samme henvisningsbetegnelser med *.

Efter tilvejebringelse af lagene 130' og 134' på den måde, der er beskrevet under henvisning til fig. 14, 35 tilvejebringes der et lag med afsnit 139 og 140 på føl° gende måde. Sodpåføringsapparatet skal anvende et reaktanttilførselssystem som beskrevet i US patent nr.

4.314.837. Dette patentskrift omhandler et reaktanttil-

DK 155474 B

26 førselssystem, hvor reaktantdampe tilføres flammehydro-lysebrænderen gennem strømregulatorer, hvor strømmængden styres ved hjælp af en styrekreds. En med dornen 131' forbundet indikator for akselposition giver systemets 5 styrekreds besked om* hvilken del af sodemnets overflade, der nu står overfor brænderen 132. Der kan anvendes en given reaktantstrøm til påføring af områderne 139, medens der til påføring af områderne 140 tilsættes en doteringsreaktant, der indvirker på udvidelseskoeffici-10 enten for det påførte glas. Medens dornen 131' drejer med konstant vinkelhastighed, vil områderne 140 således tilvejebringes ved impulsagtig tilførsel af dote- v ringsreaktanter til brænderen. På grund af sammenblanding mellem reaktantdampene vil der være et overgangsområde 15 mellem afsnittene 139 og 140. På det lag, der omfatter områderne 139 og 140, kan der påføres et yderlag 141 af beklædningsmateriale. Efter fjernelse af dornen 131' kan det i fig. 17 viste emne trækkes til dannelse af fibre, der i tværsnitsplanet har en konfiguration af samme 20 art,som den i fig. 21 viste fiber, der nu skal beskrives nærmere nedenfor.

I stedet for at påføre et sodproduceret yderbeklædningslag ved flammehydrolyseteknikken, kan dette lag helt eller delvis elimineres, og den ydre beklædning for-25 synes med et glasrør. Efter at de i fig. 15 viste strimler 135 og 136 er blevet tilvejebragt,eller efter at det i fig. 16 viste lag omfattende områderne 111' og 112' er blevet påført, kan man f.eks. fjerne dornen og konsolidere sodemnet. Det resulterende tætte glasemne 30 indsættes i et rør, og den resulterende kombination trækkes til en fiber i overensstemmelse med læren fra US patent nr. 3.932.162.

Fig. 18 viser et udgangsmene af stang-i-rør-typen, der kan anvendes til opnåelse af fibre af den i fig. 11-35 13 viste type. Et antal stænger af passende materiale indsættes i et rør 142 af beklædningsmateriale såsom SiC^· Inden i røret 142 er der anbragt en centralt placeret kore 143 af meget rent glas og et beklædnings-

DK 155474B

27 lag 144 af meget rent glas med lavere brydningsindeks end koren 143. Koren 143 og beklædningen 144 tilvejebringes fortrinsvis ved kemisk damppåføringsteknik.

I diametral opstilling i forhold til den centrale stang 5 er der anbragt to stænger 145 af glas med høj varmeud-videlseskoefficient i forhold til røret 142. I orthogonal placering i forhold til stængerne 145 er der anbragt et andet par stænger 146. Til opnåelse af en fiber af den i fig. 11 og 13 viste type kan stængerne 146 10 bestå af det samme materiale som røret 142. Til opnåelse af en fiber af den i fig. 12 viste type kan stængerne 146 bestå af et materiale, der har lav varmeudvidelses-koefficient i forhold til røret 142 og/eller består af lysabsorberende materiale. Stænger 147 af beklædnings-15 materiale opfylder nogle af mellemrummene mellem de ovenfor nævnte stænger. Hvis det resulterende udgangsemne omfatter store uoptagne områder, vil de områder af den resulterende fiber, hvor der forekommer trækspænding, have en ikke-cirkulær tværsnitsform som vist i fig. 11 20 på grund af deformationen af stængerne, når de fylder de hosliggende mellemrum. Koren i en sådan fiber vil også have tendens til at være ikke-cirkulær. Hvis alle de vi~ ste mellemrum fyldes med tynde, på tegningen ikke viste stænger af beklædningsmateriale, vil koren og spændings-25 områderne have en mere cirkulær tværsnitsform i den resulterende fiber.

Pig. 19 viser et skematisk billede af et ellers standardapparat til kemisk damppåføring, modificeret til brug ved udøvelse af opfindelsen. Apparatet omfatter et 30 substratrør 150, der på nedstrømssiden kan være forbundet med et bredere udgangsrør 152. Rørene 150 og 152 placeres i en konventionel, ikke vist drejeåiolder, hvorved de kan bringes til at dreje som angivet ved pilen.

Et varmelegeme 156, der er bevægeligt i de af pilene 35 158a og 158b angivne retninger, fremkalder en varm zone 154, der kan bevæges gennem røret 150. Varmelegemet 156 kan bestå af en hvilken som helst varmekilde, f.eks. et antal brændere, der omcriver røret 150. I en hensicrts-

DK 155474 B

28 mæssig udførelsesform skal varmelegemet være i stand til at foretage lokal varmepåføring. Eksempelvis kan der anvendes en enkelt brænder eller to diametralt modstående brændere. Reaktanterne indføres i røret 150 gennem en 5 rørledning 160, som er forbundet med et antal kilder for gasser og dampe. Man kan anvende et hvilket som helst af de før omtalte reaktanttilførselssystemer.

Brænderen 156 bevæges først med lav hastighed i forhold til røret 150 i den af pilen 158b angivne 10 retning svarende til retningen for reaktantstrømmen. Reaktanterne reagerer i den varme zone 154 og fremkalder sod, som transporteres af gasstrømmen, medens en del af denne sod afsættes på indersiden af røret 150 i området 162. Medens brænderen 156 fortsat bevæger sig i 15 den af pilen 158b angivne retning, bevæger den varme zone 154 sig i strømmens retning, således at sodakkumulationen udvider sig til den varme zone og konsolideres til dannelse af et monolitisk, homogent glasagtigt lag på indersiden af røret 150.

20 Når brænderen 156 når frem til enden af røret 150 ved udgangsrøret 152, reduceres flammetemperaturen, og brænderen føres tilbage i den af pilen 158a angivne retning til indgangsenden til røret 150. Derefter påføres yderligere lag af glasmateriale inden i røret 25 150 på den ovenfor beskrevne måde.

Efter påføring af passende lag til dannelse af korematerialet og eventuelt andre ønskede lag til dannelse af den optiske fiber øges temperaturen i glasset med henblik på sammenklapning af røret 150. Dette kan opnås 30 ved at nedsætte den hastighed, hvormed den varme zone bevæger sig. Fortrinsvis etableres der under denne operation et passende tryk i det indre af røret 150, jf.

US patent nr. 4.154.591.

Det ovenfor beskrevne konventionelle apparat er vel-35 egnet til påføring af glaslag af ensartet komposition på indersiden af røret 150. I overensstemmelse med opfindelsen modificeres det konventionelle apparat ved, at det i nærheden af og på opstrømssiden for den varme zone

DK 155474 B

29 154 udstyres med midler til tilførsel til to diametralt modstående områder af den varme zone af reaktantgasser, der er i stand til at tilvejebringe sod, som har en udvidelseskoefficient, der er forskellig fra koefficienten 5 for beklædningsglasmaterialet. Som det fremgår af fig.19, strækker en del af to gastilførselsrør 164 sig ind i den ende af substratrøret 150, hvori reaktanterne indføres. Disse dele af rørene 164 inden i røret 150 afsluttes umiddelbart før den varme zone 154. Rørene 164 10 har som antydet ved en punkteret linie 166 en mekanisk forbindelse med brænderen 156, således at rørene 164 holdes i passende afstand på opstrømssiden af den varme zone 154. Som en anden mulighed holdes varmekilden og rørene 164 stationære, medens det er røret 150, der 15 bevæges aksialt. Indgangsenden til røret 150 er forbundet med rørene 164 ved hjælp af en bælg 168, medens en pakning 170 forbinder bælgen 168 med røret 150. Når de ikke er taget i brug, kan rørene 164 trækkes fuldstændigt bort fra røret 150 eller delvis bort 20 fra røret, dvs. så meget at de ikke forstyrrer strømmen af reaktanterne fra rørledningen 160 til røret 150.

Der henvises nu til fig. 20. Et lag 178 af beklædningsglas kan påføres indersiden af røret 150 på konventionel måde. Til dannelse af diametralt modstående, 25 langsgående ekspansionsstrimler inden i beklædningen tilføres der et andet reaktantmateriale gennem rørene 164, medens reaktantmaterialet til beklædningen fortsat strømmer gennem røret 160. Eksempelvis kan røret 160 fødes med SiCl^ og BCl^ for i røret 150 at afsætte et 30 lag 178 af beklædningsglas. Efter at laget 178 har fået tilstrækkelig tykkelse, positioneres rørene 164 i nærheden af den varme zone, og de fødes med reaktantmateriale såsom GeCl^, medens røret 160 fortsat fødes med SiCl^ og BClg. Oxygen, der skal anvendes til reaktion, 35 tilføres også den varme zone på 1 og for sig kendt måde.

Der afsættes et lag 180 af borosilikatglas på indersiden af laget 178, og de prikkede dele 182 af laget 180 indeholder Ge02· Derefter kan der afsættes et yder-

Claims (14)

10 Efter tilvejebringelse af det i fig. 20 viste emne bringes emnet til at klappe sammen til dannelse af et massivt emne, som derefter i en ovn opvarmes til en til-strækkelig høj temperatur til, at der kan trækkes en fiber. Den resulterende fiber, der i fig. 21 vises i tvær-15 snit, omfatter en kore 190, et indre beklædningsområde 192 og et ydre beklædningsområde 196. På modstående sider af koren 190 og inden i området 196 findes der to langsgående områder 194, der består af glas med høj udvidelseskoefficient. Der er en gradvis ændring mellem 20 områderne 194 og det omgivende glas på grund af blanding af gasser under påføring af glasset og på grund af diffusionen af doteringsmaterialerne under de forskellige trin, hvor glasset udsættes for høj temperatur. Fibren med den konfiguration, der er vist i tværsnit 25 i fig. 21, vil også resultere af konsolidering og trækning af et sodemne af den type, der er vist i fig. 17.

1. Optisk polarisationsbevarende fiber af enkeltbøl-30 getype og af den art, der omfatter en transparent kore (110, 116, 122, 190), omgivet af et lag (113, 117, 118, 123, 196) af transparent beklædningsmateriale, med brydningsindeks lavere end korens brydningsindeks, og hvor beklædningslaget har en asymmetri, der fremkalder dob-35 beltbrydning i koren, kendetegnet ved, at beklædningslaget omfatter et par diametralt modstående DK 155474 B langsgående glasområder (112, 119, 124, 194), hvis var- meudvidelseskoefficient er forskellig fra varmeudvidel-seskoefficienten for beklædningsglasset.

2. Optisk bølgeleder ifølge krav 1, kende-5 tegnet ved, at varmeudvidelseskoefficienten for det nævnte par diametralt modstående områder (112, 119, 124, 194) er større end varmeudvidelseskoefficienten for beklædningsglasset (113, 117, 118, 123, 196).

3. Optisk bølgeleder ifølge krav 1, k e n d e-10 tegnet ved, at varmeudvidelseskoefficienten for det nævnte par diametralt modstående områder (112, 119, 124, 194) er mindre end varmeudvidelseskoefficienten for beklædningsglasset (113, 117, 118, 123, 196).

4. Optisk bølgeleder ifølge krav 1, kende-15 tegnet ved, at fibren desuden omfatter et andet par langsgående områder (120) i ortogonal opstilling i forhold til nævnte to diametralt modstående områder (119), hvilket andet par områder (120) har andre fysiske egenskaber end nævnte første par områder. 20 5. Bølgeleder ifølge krav 4, kendeteg net ved, at varmeudvidelseskoefficienten for nævnte andet par områder (120), er mindre end varmeudvidelseskoeff icienten for beklædningsglasset (117, .118).

6. Optisk polarisationsbevarende fiber (70) af 25 enkeltbølgetype og af den art, der omfatter en transparent kore (80) omgivet af et lag (74, 78, 82) af transparent beklædningsmateriale med brydningsindeks lavere end korens brydningsindeks, og hvor beklædningsmaterialet danner en udvendig beklædning (74) af spændingsbe-30 klædningsglas, der omgiver en indre beklædning og har en varmeudvidelseskoefficient, der er forskellig fra varmeudvidelseskoefficienten for den indre beklædning, hvilken ydre beklædnings (74) yderflade i hovedsagen har cirkulær tværsnitsform, og hvor beklædningslaget har 35 en asymmetri, der fremkalder dobbeltbrydning i koren, DK 155474 B kendetegnet ved, at koren (80) har aflang tværsnitsform, at beklædningslaget (74, 78, 82) udgøres af et indre, aflangt beklædningslag (78, 82) på overfladen af koren (80), og at nævnte indre beklædning omfat-5 ter et optisk beklædningslag (78) af meget rent glas omgivet af et lag (82) af glas med lavere renhedsgrad.

7. Fiber ifølge krav .6, kendetegnet ved, at forholdet mellem det ydre beklædningslags (74) tværsnitsareal og fiberens tværsnitsareal er større end 10 0,9.

8. Fiber ifølge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, at det optiske beklædningslags (78) godstykkelse er større end tyve gange fiberens arbejdsbølge-længde.

9. Fiber ifølge ethvert af kravene 6-8, ken detegnet ved, at differensen mellem varmeudvi-delseskoefficienten for spændingsbeklædningsglasset og nævnte indre beklædningsglas er større end 1-10 V°C.

10. Fiber ifølge krav 9, kendetegnet 20 ved, at varmeudvidelseskoefficienten for det indre beklædningsglas er større end varmeudvidelseskoefficienten for spændingsbeklædningsglasset.

11. Fremgangsmåde ved fremstilling af et udgangsemne til optisk fiber, til brug ved tilvirkning af en 25 optisk polarisationsbevarende fiber ifølge ethvert af de foregående krav, og hvor der tilvejebringes et rør (142) af beklædningsglas, der anbringes en glasstav centralt i dette rør (142), der placeres et par glasstænger (145) på diametralt modstående sider af først-30 nævnte glasstav, og der placeres flere stænger (147) af beklædningsglas i det mindste i nogle af mellemrummene mellem den centrale stav, de to diametralt modstående stænger og røret, kendetegnet ved, at der som central stav i glasrøret (142) anvendes en stav be-35 stående af en aksialt beliggende kore (143) omgivet af DK 155474 B et lag beklædningsglas (144), og at der for nævnte modstående glasstænger anvendes stænger (145) af glas med varmeudvidelseskoefficient forskellig fra varmeudvidel-seskoefficienten for beklædningsglasset (144).

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, kende tegnet ved, at der i røret (142), på modstående sider af den centrale glasstav og ortogonalt i forhold til førstnævnte par glasstænger (145), anbringes et an- 10 det par fortrinsvis lysabsorberende glasstænger (146) med varmeudvidelseskoefficient forskellig fra varmeudvidelseskoef ficienten for førstnævnte par glasstængers (145) materiale.

13. Fremgangsmåde ifølge krav 12, kende- 15. e g n e t ved, at nævnte andet par glasstængers (146) materiale vælges således, at dets varmeudvidelseskoeffi-cient set i relation til beklædningsglaslagets (144) varmeudvidelseskoefficient afviger i retning forskellig fra den retning, hvori førstnævnte par glasstængers 20 (145) varmeudvidelseskoefficient afviger fra beklædningsglaslagets (144) varmeudvidelseskoefficient.

14. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 11 -13, kendetegnet ved, at der som central stav med aksialt beliggende kore (143) og omgivende beklæd- 25 ningsglaslag (144) anvendes en stav, hvori beklædningsglaslagets yderradius i det mindste er fem gange korens (143) yderradius.