DK164099B - Fremgangsmaade til fremstilling af glasraaemne til optiske fibre - Google Patents

Description

i

DK 164099 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til en optisk fiber. Mere specifikt angår opfindelsen en fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til anvendelse ved 5 fremstilling af en optisk fiber indeholdende færre urenheder og med forbedret lystransmissionsdæmpning og mekanisk styrke.

Metoder, der er egnede til masseproduktion af et glasråemne til anvendelse ved fremstilling af en optisk fiber, 10 omfatter den aksiale dampfaseafsætningsmetode (i det følgende betegnet "VAD-metoden") og den ydre dampfaseafsætningsmetode (i det følgende betegnet "OVPD-metoden"). Disse afsætningsmetoder omfatter flammehydrolyse af et glasråmateriale såsom SiCl4, der eventuelt indeholder 15 et additiv (fx Ge02) i en oxyhydrogenflamme til dannelse af fine glaspartikler af rent kvarts (Si02) eller kvarts indeholdende additivet, afsætning af fine glaspartikler på et udgangsemne til fremstilling af et porøst råemne bestående af en masse af fine glaspartikler (som også 20 betegnes et "sodråerane" eller "sodmasse") efterfulgt af opvarmning og sintring af det porøse råemne ved en høj temperatur for at opnå et transparent råemne, dvs. et glasråemne.

Ved VAD-metoden afsættes de fine glaspartikler på det 25 roterende udgangsemne parallelt med emnets rotationsakse for på den måde kontinuerligt at fremstille et massivt cylindrisk porøst råemne (jfr. USA-patentskrift nr.

4.135.901). Ved OVPD-metoden dannes flere lag af de fine glaspartikler på en roterende stav fremstillet af fx alumi-30 niumoxid og kvartsglas fra en retning, der er vinkelret på stavens rotationsakse, til fremstilling af et cylindrisk porøst råemne omkring staven (jfr. USA-patentskrift nr. 3.711.262, nr. 3.737.292 og nr. 3.737.293). Det således fremstillede porøse råemne opvarmes og sintres ved høj 35 temperatur i en atmosfære af inert gas såsom helium for at omdanne det til et transparent glasråemne.

DK 164099B

2

Det kræves for en praktisk anvendt optisk fiber, at den har lav lystransmissionsdæmpning, og det er essentielt for den optiske fiber, at den har en total lystransmissionsdæmpning på ikke over 1 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 μη, som 5 anvendes til optisk kommunikation over lange afstande. Med henblik herpå bør mængden af residualt vand i den optiske fiber, hvilket absorberer lys med en bølgelængde på 1,38 /xm og således påvirker lystransmisssion ved en bølgelængde på 1,30 μΐη, formindskes så meget som muligt. Fig. 1 viser 10 sammenhængen mellem mængden af residualt vand (ppm) i den optiske fiber og forøgelsen af lystransmissionsdæmpningen ved en bølgelængde på 1,30 μτα (dB/km). Som det kan ses i fig. 1 bør mængden af residualt vand være mindre end 0,3 ppm for at opnå en dæmpning på under 0,3 dB/km.

15 Eftersom den teoretiske nedre grænse for lystransmissionsdæmpning ved en bølgelængde på 1,30 μία, der kan tilskrives glasset selv, er 0,3-0,4 dB/km, andrager den totale dæmpning ved denne bølgelængde 0,6-0,7 dB/km.

Det er derfor nødvendigt at reducere den 20 lystransmissionsdæmpning, der kan tilskrives andre faktorer, især absorption på grund af urenheder såsom overgangsmetaller (fx kobber og jern), som inducerer stor dæmpning.

Tabel 1 viser mængder af grundstof urenheder, der forårsager 25 en lystransmissionsdæmpning på 20 dB/km ved en bølgelængde på 0,8 μϋΐ.

Tabel 1

Grundstof Mængde (ppb) 30 _ V 19

Cr 33

Mn 833 3

DK 164099 B

Fe 425

Co 816

Ni 712

Cu 9 5 _

Som det kan ses af tabel 1, er det nødvendigt at reducere mængden af urenheder til mindre end 1 ppb med henblik på at sænke lystransmissionsdæmpningen i den optiske fiber.

Endvidere bør den optiske fiber, der anvendes til optisk 10 telekommunikation over lang afstand, være en aflang fiber med forbedret mekanisk styrke. Med henblik på den mekaniske styrke er forurening af glasråemnet med alkaliske metalmaterialer såsom magnesiumoxid ikke at foretrække, eftersom sådanne materialer vil devitrificere glasråemnets 15 overflade og nedsætte råemnets vandmodstandsdygtighed.

Dette er klart ud fra den kendsgerning, at styrken af en optisk fiber af multikomponenttypen indeholdende en stor mængde alkalimetal falder med tiden, og faldet i styrken er mere alvorligt i en atmosfære indeholdende meget vand. Fx 20 er trækstyrken ved brud af en optisk fiber af multikomponenttypen med en yderdiameter på 150 μη 3-5 kg, hvilket er mindre end halvdelen af trækstyrken for en optisk kvartsfiber (jfr. Noda et al., "Optical Fiber Transmission", 1981, s. 116, redigeret af Denshitsushin 25 Gakkai).

Som diskuteret i det ovenstående skal følgende faktorer være opfyldt for at fremstille en optisk fiber, der skal anvendes ved telekommunikation over lang afstand ved en bølgelængde på 1,30 μία og en lystransmissionsdæmpning på 30 under 1 dB/km:

Til sænkning af lystransmissionsdæmpningen: 1) Mængden af residualt vand bør være mindre end 0,3 ppm.

4

DK 164099 B

2) Indholdet af overgangsmetaller såsom kobber og jern bør være mindre end 1 ppb.

Til forbedring af den mekaniske styrke: 3) Forurening af glasråemnets overflade med 5 alkalimetaller såsom magnesium bør forhindres.

Selv om det har været omtalt, at faktorerne 1) og 2) nedsætter lystransmissionsdæmpningen, findes der ingen konventionel metode, der tilfredsstiller begge faktorerne 1) og 2). Langt mindre har der været foreslået nogen 10 metode, der tilfredsstiller faktoren 3).

Ved fremgangsmåden til fremstilling af et glasråemne under anvendelse af flammehydrolyse til syntetisering af de fine glaspartikler er dehydratisering af sodråemnet nødvendig, eftersom en del uomsat vand til en vis grad forurener 15 sodråemnet. Dehydratiseringen udføres før eller samtidig med sintringen af sodråemnet ved en høj temperatur i en atmosfære indeholdende chlor. Fx dehydratiseres og sintres et porøst råemne fremstillet ved OVPD-metoden samtidig ved gradvis indføring deraf fra den ene ende ind i en ovn, der 20 har en heliumatmosfære indeholdende chlor, og som er holdt ved ca. 1500°C. En optisk fiber fremstillet ud fra det således dehydratiserede glasråemne har dæmpningskarakteristika som vist ved kurve A i fig. 2. Hvis der ikke er indeholdt chlor i dehydratiseringsatmosfæren, har 25 en fremstillet optisk fiber dæmpningskarakteristika som vist ved kurve B i fig. 2 (jfr. USA-patentskrift nr.

3.993.454). Som det kan ses af fig. 2, forsvinder absorptionen ved en bølgelængde på 0,95 μία, der skyldes residualt vand, når råemnet dehydratiseres i nærværelse af 30 chlor. Dette betyder, at mængden af residualt vand er mindre end 1 ppm. Imidlertid viser der sig en bred absorption omkring en bølgelængde på 0,90 μΐη, som kan skyldes divalente jern- eller kobberioner. En optisk fiber med en sådan bred absorption kan ikke forventes at have en 5

DK 164099 B

lystransmissionsdæmpning på mindre end 1 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 μία.

Med henblik på at overvinde ulemperne ved den i USA-patentskrift nr. 3.993.454 beskrevne metode, beskriver USA-5 patentskrift nr. 4.165.223 en fremgangsmåde til dehydratisering af sodråemnet, idet der sker undertrykkelse af forureningen med urenheder. Ved denne metode dehydratiseres og sintres et hult cylindrisk porøst råemne fremstillet ved OVPD-metoden ved at lade en inert 10 gas indeholdende chlor strømme gennem hulheden i det hule cylindriske råemne og samtidig lade en inert gas strømme hen over råemnets ydre overflade. Ved at lade den inerte gas strømme hen over den ydre overflade forhindres det, at urenheder, der er til stede på ovnvæggen, især dem, der 15 danner chlorider såsom FeCl2 og CUCI2, trænger ind i sodråemnet.

I et sodråemne indeholdende GeC>2, reagerer GeQ2 imidlertid med chlor på følgende måde:

Ge02 + 2C12 -» GeCl4 t + 02 20 og dannet GeCl4 spredes, således at fordelingen af Ge02 kan variere. For at forhindre den ovennævnte reaktion af Ge02 med chlor, tilsættes der oxygen på baggrund af den ovenstående reaktions ligevægt. Ansøgerne har fundet, at når oxygen tilsættes i en mængde, der er større end 40 25 volumenprocent regnet på basis af den sintrende gasatmosfære, dannes der mange bobler i glasråemnet. Hvis der endvidere anvendes chlor i en mængde på 2 volumenprocent eller derover regnet på basis af volumenet af den sintrende gasatmosfære, dannes der også mange bobler. Hvis 30 glasråemnet bare indeholder én boble, kan der ikke fremstilles nogen praktisk anvendelig optisk fiber ud fra et sådant glasråemne. Det har også ved den ovennævnte fremgangsmåde vist sig, at dannet GeCl4 igen akkumuleres i 6

DK 164099 B

glasråemnet og ændrer fordelingen af Ge02 i fiberens længderetning.

I den atmosfære, der omgiver det porøse råemnes ydre overflade, er chlor endvidere næppe til stede i form af 5 aktivt chlor, men er til stede i form af hydrogenchlorid.

Der er derfor betydelige mængder vanddamp til stede i sintringsatmosfæren, hvilket reagerer med en alkalisk komponent såsom MgO ifølge følgende reaktionsligning:

MgO (s) + H20 (g) - Mg(OH)2 (g) 10 hvor (s) og (g) betegner henholdsvis faste og gasformige tilstande. Det således dannede Mg(0H)2 klæber til det porøse råemnes ydre overflade og omdannes til MgO og genindeholdes i råemnets perifere del. Når en optisk fiber, der er fremstillet ud fra det MgO-holdige råemne, udsættes 15 for en fugtholdig atmosfære, reagerer MgO på fiberoverfladen med vand til dannelse af Mg(OH)2, som siver ud fra fiberen og efterlader mikrodefekter i fiberover fladen, sådanne defekter har tendens til at nedsætte fiberens mekaniske styrke. Denne mekanisme 20 bekræftes af det faktum, at overfladen af det transparente glasråemne devitrificeres, når det sintres i et muffelrør fremstillet af visse materialer, og at det devitrificeres kraftigere i et muff elrør, der er fremstillet af et materiale indeholdende en større mængde MgO.

25 Hvis det porøse råemnes ydre periferi endvidere er omgivet af den inerte gasatmosfære, er det ikke tilstrækkeligt dehydratiseret, og mængden af residualt vand kan ikke sænkes til 0,3 ppm eller derunder.

De ovenstående metoder bruges til porøse råemner 30 fremstillet ved OVPD-metoden, og kan ikke bruges til de massive cylindriske porøse råemner fremstillet ved VAD-metoden.

7

DK 164099 B

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til en optisk fiber, ved hvilken fremgangsmåde forurening med urenheder nedsættes stærkt, og mængden af 5 residualt vand sænkes til 0,3 ppm eller derunder under dehydratisering og sintring af det porøse råemne.

Formålet opfyldes ved en fremgangsmåde ifølge opfindelsen til fremstilling af et glasråemne til en optisk fiber, hvor et glasråmateriale flammehydrolyseres til dannelse af fine 10 glaspartikler, de fine glaspartikler afsættes ved VAD-metoden på et udgangssubstrat til dannelse af et porøst råemne, det porøse råemne dehydratiseres i en atmosfære omfattende chlor eller en chlorholdig forbindelse, og det porøse råemne sintres til dannelse af et transparent 15 glasråemne, og hvor dehydratiseringstrinet eller dehydratiserings-/sintringstrinet udføres i et muffelrør fremstillet af et materiale, der indeholder et eller flere af stofferne MgO, Na20, Fe203 eller kobber, og fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at 20 muffelrørets materiale indeholder (a) MgO og Na20 i en total mængde på ikke over 0,2 vægtprocent, (b) Fe203 i en mængde på ikke over 0,03 vægtprocent, og (c) kobber i en mængde på ikke over 0,3 ppm, 25 og at muffelrøret før anvendelse forvarmes i en atmosfære omfattende chlor.

Ved denne fremgangsmåde kan dehydratisering og sintring af det porøse råemne udføres samtidigt i det samme muffelrør.

Fig. 1 er en graf, der viser sammenhængen mellem mængden af 30 residualt vand i en optisk fiber og forøgelsen af lystransmissionsdæmpning ved en bølgelængde på 1,30 μία.

8

DK 164099 B

Fig. 2 er en graf, der viser lystransmissionsdæmpning ved forskellige bølgelængder.

Fig. 3 viser strømningshastigheder for helium og chlor.

Fig. 4 og fig. 5 viser skematisk apparater anvendt i 5 eksemplerne.

Det porøse råemne dehydratiseres i en ovn indeholdende en atmosfære, der omfatter en inert gas og chlor eller en chlorholdig forbindelse (fx S0C12, CCI4, etc.), fortrinsvis chlor, i en mængde på 0,05-2 volumenprocent. Muffelrøret 10 adskiller ovnens varmeelement, fx en carbonvarmer, og sintringsatmosfæren for at forhindre råemnet i at blive forurenet med urenheder fra varmeelementet og/eller et isoleringsmateriale. Hvad angår et aluminiumoxidmuffelrør, fordampes alkaliske komponenter (fx magnesium, kalium, 15 natrium, etc.), hvoraf der med vilje er tilsat mindre mængder til aluminiumoxid for at forøge dets tæthed, ved en høj temperatur og klæbes til det porøse råemnes overflade til dannelse af et cristobalitlag. Som diskuteret ovenfor trænger chlor endvidere ind i råemnet.

20 For at løse det ovennævnte problem i forbindelse med aluminiumoxidmuffelrøret har det været foreslået at anvende et kvartsmuffelrør. Hvis der imidlertid er indeholdt kobber i kvartsmuffelrøret, reagerer dette let med chlor eller den chlorholdige forbindelse i overensstemmelse med følgende 25 kemiske ligning:

Cl2

CuO _ Cu2Cl2 og det dannede let flygtige chlorid trænger ind i det 30 porøse råemne og nedsætter den fremstillede optiske fibers lystransmissionsegenskaber. Eftersom kobber endvidere diffunderer i kvartsglas ved høj temperatur, afgives det fra muffelrørvæggen og inkorporeres i glasråemnet.

9

DK 164099 B

Selv om en optisk fiber fremstillet ud fra et glasråemne, der er opvarmet i et aluminiumoxidmuff elrør, har en absorption på grund af alkalimetalurenheder eller jern, har det på den anden side ingen absorption, der skyldes kobber.

5 Dette skyldes, at aluminiumoxidmuffelrøret er fremstillet ved opvarmning af materialet ved en høj temperatur på ca.

2100“ C, således at kobberet elimineres i fom af CuO med et højt damptryk.

Følgende eksperimenter er udført med henblik på at bestemme 10 maksimumsmængder af urenheder, der kan indeholdes i aluminiumoxid- eller kvartsmuffelrøret, ved hvilke urenhederne ikke i det væsentlige er indeholdt i det porøse råemne under dehydratisering og sintring.

Aluminiumoxidmuffelrør 15 Ti porøse råemner, der hver omfatter en kernedel fremstillet af Si02 indeholdende 10 vægtprocent Ge02 og en perifer del fremstillet af rent Si02, blev fremstillet ved VAD-metoden under samme betingelser. Hvert porøst råemne blev opvarmet fra 800° C til 1600“ C ved en hastighed på 20 3,3°C/minut i et aluminiumoxidmuffelrør (nr. 1-9) eller et magnesiumoxidmuffelrør (nr. 10) med de i tabel 2 viste sammensætninger, hvilket rør omgav en heliumatmosfære indeholdende 2 volumenprocent chlor, til dannelse af et transparent glasråemne. Derefter blev glasråemnet trukket 25 ved 1900°C til fremstilling af en optisk fiber med en diameter på 125 μΐη.

Tabel 2 Komponent 30 (vægt%) Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5

DK 164099 B

ίο AL203 99,8 99,8 99,5 99,7 99,5

Si02 0,007 0,020 - 0,050 0,070

MgO 0,500 0,080 0,20 - 0,220

CaO 0,030 0,020 - - 0,030 5 Fe203 0,025 0,005 - 0,10 0,04

Na20 0,005 0,008 - 0,20 <0,01 B203 - <0,003 - - “

Ti02 0,004 0,02 - K20 - - - 0,05 <0,01 10 Ga203 0,009 _ — — —

MnO 0,001 -

Tabel 2 fortsat

Komponent 15 (vasgt%) Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9 Nr. 10 A1203 99,5 99,64 99,0 99,0

Si02 0,20 0,070 0,1 0,002

MgO 0,05 0,15 0,6 0,9 99,8 20 CaO 0,03 0,08 0,4 0,001

Fe203 0,02 0,01 0,02 0,003

Na20 - 0,05 0,05 0,002 B203 ”

Tio2 - 25 K20 -

Ga2°3 “

MnO - - - - -

De fremstillede glasråemners udseende var som følger: 30 Ved anvendelse af muff elrør nr. lo var råemnets overflade alvorligt devitrificeret således, at det havde et 11

DK 164099 B

devitrificeret lag med en tykkelse på 3 mm. Ved anvendelse af muffelrør nr. 8 og nr. 9 havde hvert glasråemne et devitrificeret lag med en tykkelse på ca. 1 mm. Ved anvendelse af muffelrør nr. 3, 4 og 5 blev der endvidere 5 dannet et let afskalleligt hvidt overfladelag, der ved røntgendiffraktion af dets pulver viste sig at bestå af cristobalit. Ved anvendelse af muffelrør nr. 1, 2, 6 og 7 havde glasråemnerne derimod intet afskalleligt overfladelag.

10 Ud fra de ovenstående resultater konkluderes det, at: 1) når MgO-indholdet er over 0,6 vægtprocent, devitrificeres glasråemnet alvorligt, 2) når den totale mængde af MgO og Na20 er over 0,2 vægtprocent, devitrificeres glasråemnets overflade og 15 skaller af, hvorfor 3) den totale mængde af MgO og Na20 ikke bør være over 0,2 vægtprocent for at forhindre devitri fleering af glasråemnet.

Endvidere knækker det devitrificerede glasråemne under 20 trækning til fremstilling af en optisk fiber, hvilket resulterer i dårligt udbytte og nedsætning af den fremstillede optiske fibers mekaniske styrke.

De fremstillede optiske fibres dæmpningsegenskaber blev undersøgt, og det viste sig, at alle de optiske fibre 25 indeholdt residualt vand i en mængde på 0,05-0,3 ppm.

Analyse af den bølgelængde, ved hvilken lysabsorptionen på grund af urenheder forekom, afslørede, at ved anvendelse af muffelrør nr. 4, blev der observeret en bred absorption, og ved anvendelse af muffelrør nr. 5, blev der observeret en 30 svag absorption på grund af urenheder, medens der ikke blev observeret nogen absorption ved anvendelse af de andre muffelrør.

Ud fra de ovenstående resultater er det blevet fundet, at:

DK 164099B

12 1) når mængden af Fe203 er over 0,1 vægtprocent, er den til sidst vundne optiske fiber alvorligt forurenet med jern, 2) når indholdet er 0,04 vægtprocent, er den optiske 5 fiber svagt forurenet med jern, og 3) når indholdet er 0,025 vægtprocent eller derunder, er den optiske fiber ikke forurenet med jern.

Aluminiumoxidmuffelrøret bør derfor indeholde Fe203 i en mængde på ikke over 0,03 vægtprocent, fortrinsvis ikke over 10 0,025 vægtprocent, for at forhindre den optiske fiber i at blive forurenet med jern.

Kvartsmuf f elrør

Kvartsmuffelrør er meget renere end aluminiumoxidmuffelrør. Mængden af A1203, der er til stede i den største mængde 15 blandt urenhederne, er højst ca. 50 ppm. Imidlertid forurener kobber, der til stede i en mængde på ikke over 0,5 ppm, det porøse råemne under sintringstrinet, og den optiske fiber fremstillet ud fra et sådant glasråemne har dæmpningsforøgelse på grund af kobber.

20 På samme måde som for aluminiumoxidmuffelrøret, men under anvendelse af følgende fire kvartsmuffelrør (nr. 11-14), der hver indeholdt urenheder som vist i tabel 3, blev 4 porøse råemner dehydratiseret til fremstilling af transparente glasråemner, ud fra hvilke der blev 25 fremstillet optiske fibre.

Tabel 3

Urenhed (ppm) A1203 Fe203 Ti02 Na20 K20 Cu B

30 Nr. 11 60 4 5 4 3 0,5 0,3

Nr. 12 50 2 3 3 2 0,1 0,1 13

DK 164099 B

Nr. 13 40 2 2 2 1 0,1 0,1

Nr. 14 50 2 3 3 2 0,2 0,1 Dæmpningskarakteristika for de fremstillede optiske fibre 5 blev undersøgt, og det blev fundet, at en fiber fremstillet ud fra glasråemnet dehydratiseret i muffelrør nr. 11 havde

samme dæmpningskarakteristika som vist i fig. 2 som kurve A

og en absorptionstop ved en bølgelængde på 1,0 ^m på grund 2+ af Cu .1 den optiske fiber fremstillet ud fra 10 glasråemnet dehydratiseret i muff elrør nr. 14, blev der observeret en svag absorption på grund af kobber. Fibrene fremstillet ud fra glasråemnerne dehydratiseret i muffelrør nr. 12 og 13, var imidlertid ikke forurenet med kobber.

Ud fra de ovenstående resultater konkluderes det, at til 15 fremstilling af en optisk fiber med en lav lystransmissionsdæmpning, bør mængden af kobber, der er indeholdt i kvartsmuffelrøret, ikke være over 0,3 ppm, fortrinsvis ikke over 0,1 ppm.

Optimale dehydratiseringsbetingelser 20 Et porøst råemne omfattende en kernedel fremstillet af 90 vægtprocent Si02 og 10 vægtprocent Ge02 og en kappedel fremstillet af rent Si02 og med et kerne/kappe-diameterforhold på 50 μΐη/125 μπι blev dehydratiseret og sintret ved gradvist at indføre det fra dets ene ende og 25 ved en sænkningshastighed på 12 cm/time i en heliumatmosfære indeholdende chlor, som var indeholdt i muffelrør nr. 13 og blev holdt ved 1.650°C.

I det ovenstående dehydratiseringstrin blev strømningshastighederne af helium og chlor varieret som 30 vist i fig. 3. I fig. 3 betegner (x) betingelser, under hvilke der blev dannet bobler i hele råemnet, og (Δ) betegner betingelser, under hvilke der blev dannet bobler i 14

DK 164099 B

en del af råemnet. (□) betegner betingelser, under hvilke der blev fremstillet et transparent glasråemne, men hvor en optisk fiber fremstillet ud fra dette glasråemne indeholdt over 0,3 ppm residualt vand, således at det havde en 5 dæmpning på 1 dB/km eller derover ved en bølgelænge på 1,30 μία. (o) betegner betingelser, under hvilke der blev fremstillet et transparent glasråemne, og hvor en optisk fiber fremstillet ud fra dette glasråemne indeholdt 0,3 ppm eller derunder residualt vand, således at det havde en 10 dæmpning på fra 0,35 til 0,8 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 /tm.

Ud fra de ovenstående resultater kan det konkluderes, at til fremstilling af en optisk fiber med tilstrækkelig lav lystransmissionsdæmpning ved en bølgelængde på 1,30 μΐη, er 15 strømningshastighedsforholdet mellem chlor og helium (Cl2/He) fortrinsvis fra 0,005 til 0,02 svarende til et område mellem linjerne A og B.

USA-patentskrift nr. 4.338.111 beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til en optisk fiber 20 omfattende først dehydratisering af et porøst råemne og derefter sintring af det i en ren heliumatmosfære for at gøre det transparent. Ved denne metode bør det anvendte muff elrør også være fremstillet af et materiale, der har den ovenfor beskrevne renhed, eftersom dehydratiseringen 25 udføres ved en høj temperatur på 1100-1400°C.

I de ovenstående diskussioner anvendes der et muffelrør fremstillet af aluminiumoxid eller kvarts, selv om der kan anvendes et muffelrør fremstillet af andre materialer såsom SiC og mullit, der indeholder urenheder i de ovenfor 30 beskrevne intervaller.

Foropvarmning af muffelrøret før brug i en atmosfære indeholdende chlor forhindrer, at tåge eller støv, der kan indeholde kobber, jern og/eller alkalimetalforbindelser, klæber til dets væg.

15

DK 164099 B

Den foreliggende opfindelse vil i det følgende blive nærmere forklaret i detaljer ved de følgende eksempler, i hvilke der blev anvendt de i fig. 4 og 5 viste apparater.

Fig. 4 viser skematisk et apparat, der blev anvendt i 5 eksemplerne 1 og 6 og sammenligningseksemplerne 1 og 3, hvor henvisningstallene 1, 2, 3, 4, 5, 6 og 7 henholdsvis betegner et porøst råemne, en bærestav, der kan sænkes under rotation, et muffelrør, et ovnhus, et varmeelement, et indløb for gasatmosfærer og et udløb.

10 Fig. 5 viser skematisk et apparat, der blev anvendt i eksemplerne 2-5 og sammenligningseksempel 2, hvor henvisningstallene betegner de samme dele som i fig. 4.

EKSEMPEL 1

Ved VAD-metoden blev der ved justering af betingelserne 15 fremstillet et cylindrisk porøst råemne med en kernedel fremstillet af 94 vægtprocent Si02 og 6 vægtprocent Ge02 og en kappedel fremstillet af rent siliciumoxid således, at der blev opnået et kerne/kappe-forhold på ίο μΐη/125 μία.

I et muffelrør svarende til muffelrør nr. 1 i tabel 2 med 20 en indre diameter på 175 mm og en længde på 1 m blev det således fremstillede porøse råemne 1 indført fra dets ene ende med en hastighed på 2 mm/minut. Muff elrøret 3 blev opvarmet til 1650" C ved hjælp af varmeelementet 4, og chlor og helium blev ledt til ved hastigheder på henholdsvis 150 25 ml/minut og 15 1/minut. Det fremstillede transparente glasråemne med en diameter på 6 cm, en længde på 25 cm og en vægt på 1,5 kg blev i en ovn holdt ved 2000° C trukket til fremstilling af en optisk fiber med en kernediameter på 10 μία og en kappediameter på 125 μια, som blev overtrukket 30 med et overtræksmateriale for at få en overtrukket optisk fiber med en yderdiameter på 0,9 mm.

16

DK 164099 B

Den optiske fiber havde en lystransmissionsdæmpning på 0,35-0,7 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 μία og indeholdt residualt vand i en mængde på under 0,2 ppm. Endvidere blev der ikke observeret nogen absorption, der skyldtes 5 urenheder.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 1 På samme måde som i eksempel 1, men under tilledning af chlor med en hastighed på 70 ml/minut, blev der dannet et glasråemne, og der blev fremstillet en optisk fiber. Den 10 optiske fibers lystransmissionsdæmpning var fra 0,9 til 1,2 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 μία. og indeholdt residualt vand i en mængde på under 0,5 ppm. Der blev endvidere ikke observeret nogen absorption, der skyldtes urenheder.

EKSEMPEL 2 15 Ved OVPD-metoden blev fine glaspartikler af 85’ vægtprocent S1O2 og 15 vægtprocent Ge02 afsat på en aluminiumoxiddorn med en diameter på 6 mm og en længde på 50 cm for at opnå en soddiameter på 25 mm, hvorefter der blev afsat fine glaspartikler af rent siliciumdioxid for at opnå en 20 diameter på 50 mm. Derefter blev dornen fjernet, hvilket gav et hult cylindrisk porøst råemne.

Det porøse råemne blev anbragt i et muffelrør svarende til muffelrør nr. 2 i tabel 2 anbragt i apparatet ifølge fig. 5 og opvarmet til 800°C. Det blev derefter opvarmet til 25 1600°C ved en hastighed på 3,3°C/minut under tilledning af chlor og helium ved hastigheder på henholdsvis 100 ml/minut og 10 1/minut til dannelse af et dehydratiseret transparent glasråemne.

17

DK 164099 B

Det således fremstillede hule glasråemne blev trukket i en ovn under sammenfald af den centrale hule del til dannelse af en optisk fiber med et kerne/kappe-forhold på 50 μπι/100 μΐη, 5 Den optiske fibers lystransmissionsdæmpning var fra 0,45 til 0,8 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 μΐη og indeholdt residualt vand i en mængde på under 0,1 ppm.

EKSEMPEL 3 På samme måde som i eksempel 2 med undtagelse af, at 10 tilledning af chlor blev standset, når temperaturen blev hævet til 1250°C, blev der dannet et glasråemne, og der blev fremstillet en optisk fiber. Fiberens egenskaber var i det væsentlige de samme som i eksempel 2.

EKSEMPEL 4 15 På samme måde som i eksempel 2, men under yderligere tilledning af chlor og helium gennem det porøse råemnes hule del ved hastigheder på henholdsvis 10 ml/minut og 100 ml/minut, blev der dannet et glasråemne, og der blev fremstillet en optisk fiber. Kernedelens Ge02-indhold, der 20 svarede til en kerne på 5 μΐη i diameter ved fremstilling i form af en optisk fiber, blev reduceret til 13 vægtprocent ved bortdampning. Andre fiberegenskaber var i det væsentlige de samme som i eksempel 2.

EKSEMPEL 5 25 På samme måde som i eksempel 4, men under yderligere tilledning af oxygen ved en hastighed på 20 ml/minut gennem det porøse råemnes hule del, blev der dannet et glasråemne, og der blev fremstillet en optisk fiber. Ifølge denne

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til en optisk fiber, hvor et glasråmateriale flammehydrolyseres 25 til dannelse af fine glaspartikler, de fine glaspartikler afsættes ved VAD-metoden på et udgangssubstrat til dannelse af et porøst råemne, det porøse råemne dehydratiseres i en atmosfære omfattende chlor eller en chlorholdig forbindelse, og det porøse råemne sintres til dannelse af et 30 transparent glasråemne, og hvor dehydratiseringstrinet DK 164099 B eller dehydratiserings-/sintringstrinet udføres i et muffelrør fremstillet af et materiale, der indeholder et eller flere af stofferne MgO, Na20, Fe203 eller kobber kendetegnet ved, at muffelrørets materiale 5 indeholder (a) MgO og Na20 i en total mængde på ikke over 0,2 vægtprocent, (b) Fe203 i en mængde på ikke over 0,03 vægtprocent, og (c) kobber i en mængde på ikke over 0,3 ppm, 10 og at muffelrøret før anvendelse forvarmes i en atmosfære omfattende chlor.

2. Fremgangsmåde ifølge krav l, kendetegnet ved, at dehydratiserings- og/eller sintringsatmosfæren indeholder 0,05-2 volumenprocent chlor 15 eller chlorholdig forbindelse.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at dehydratiserings- og/eller sintringsatmosfæren indeholder chlor.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 20 kendetegnet ved, at dehydratiseringen og sintringen af det porøse råemne udføres samtidigt.

5. Fremgangsmåde ifølge krav i, kendetegnet ved, at muffelrørets materiale hovedsageligt består af aluminiumoxid.

5 På samme måde som i eksempel 3, men under anvendelse af muffelrør nr. 4 i tabel 2, blev der dannet et glasråemne, og der blev fremstillet en optisk fiber. Den optiske fibers lystransmissionsdæmpning var så høj som 2-5 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 /im. Selv om mængden af residualt vand 10 var 0,1 ppm, blev der observeret absorption på grund af jern, hvilket øgede dæmpningen ved en bølgelængde på 1,30 μπι. EKSEMPEL 6 På samme måde som i eksempel 1, men under anvendelse af 15 kvartsmuffelrør nr. 13 i tabel 3, blev der dannet et glasråemne, og der blev fremstillet en optisk fiber. Den optiske fibers lystransmissionsdæmpning var så høj som 0,3 dB/km ved en bølgelængde på 1,30 pm. Selv om mængden af residualt vand var 0,1 ppm, blev der observeret absorp-20 tion, der skyldtes kobber, hvilket forøgede dæmpningen ved en bølgelængde på 1,30 μτα.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at muffelrørets materiale hovedsageligt består af kvarts.