DK164223B - Fremgangsmaade til fremstilling af et glasraaemne til optiske fibre. - Google Patents

Description

DK 164223 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til optiske fibre. Mere specifikt angår opfindelsen en forbedret fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til optiske fibre ved en 5 udvendig dampfaseafsætningsmetode (i det følgende betegnet ,,OVD"-metoden).

Ved den konventionelle OVD-metode, som vist i fig. 1, afsættes fine glaspartikler på en podestav 1 ved at blæse et gasformigt glasråmateriale og en brændstofgas fra en 10 brænder 2 mod staven i en retning vinkelret på podestaven l's længdeakse under rotation af podestaven om sin akse og reciprokerende bevæge podestaven 1 eller brænderen 2 i podestaven l's aksiale retning for at danne en sodstav 3 med en forudbestemt længde og en symmetrisk form omkring 15 aksen.

Ifølge den konventionelle OVD-metode fluktuerer glas-råemnets rumvægt imidlertid i radiær retning, hvilket resulterer i revnedannelse i den dannede sod og fluktuation af koncentrationen af et additiv (fx fluor) i den radiære 20 retning, hvilket additiv tilsættes, når soden sintres.

Grunden til disse ulemper er følgende:

Ved den konventionelle OVD-metode er afstanden mellem brænderen og podestavens akse fast, og glasråmaterialets og brændstofgassens strømningshastigheder holdes konstant.

25 Temperaturen af en del af den sodstav, på hvilken de fine glaspartikler afsættes, varierer med sodstavens vækst, fordi afstanden mellem brænderen og den nævnte del af sodstaven formindskes og sodstavens varmekapacitet og køleeffektivitet varierer. Variationen i temperaturen af 30 den nævnte del af sodstaven resulterer i fluktuationen i sodstavens rumvægt i den radiære retning, hvilket fører til, at soden revner, til fluktuation af additivkoncentrationen i radiær retning og/eller dannelse af bobler i sodstaven.

DK 164223 B

2

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en forbedret fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til optiske fibre ved OVD-metoden, ved hvilken fremgangsmåde der fremstilles et glasråemne, der i radiær retning, evt. bortset 5 fra et område nær kernen, har i hovedsagen konstant rumvægt, og som ikke lider af revnedannelse eller fluktuation af additivkoncentrationen i radiær retning.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er af den type, hvor der dannes fine glaspartikler ved at udblæse et gasformigt 10 glasmateriale og en brændstofgas fra en brænder i nærværelse af oxygen, og hvor de fine glaspartikler afsættes langs en podestav til dannelse af en glassodstav, hvorefter sodstaven sintres til opnåelse af et transparent glasråemne.

15 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at temperaturen af den del af sodstaven, på hvilken glaspartiklerne afsættes, måles, idet den målte temperatur er de afsatte glaspartiklers temperatur umiddelbart efter afsætning af dem, at der genereres et første tilbagekoblings-20 signal, som er et udtryk for temperaturen, og at temperaturen derefter holdes konstant ved at justere brændstof-gassens indblæsningshastighed som respons på det første tilbagekoblingssignal.

Ved denne fremgangsmåde opnås en sodstav, der kan fabri-25 keres uden bobler og med større diameter end tidligere.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen gør det endvidere muligt at fremstille sodstaven uden fluktuationer af additivkoncentrationen og uden revnedannelse. Ydermere gør denne fremgangsmåde det muligt at reducere den tid, der er nød-30 vendig for at afsætte sodpartiklerne på sodstaven.

På tegningen viser fig. 1 skematisk den konventionelle OVD-metode, fig. 2 skematisk en fremgangsmåde ifølge opfindelsen, 3

DK 164223 B

fig. 3A, 3B, 3C og 3D fordelingen af rumvægt i radiær retning på en sodstav, der fremstilles ved den konventionelle OVD-metode eller fremgangsmåden ifølge opfindelsen, 5 fig. 4 udbyttet af glasråmaterialet i radiær retning på en sodstav og fig. 5 en forud fastlagt mængde af glasråmaterialet i radiær retning på en sodstav.

Opfindelsen illustreres under henvisning til tegningen.

10 Pig. 2 viser skematisk fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse. En glaspodestav 4 understøttes horisontalt ved et par understøttelsesorganer 81 og 82. Fra en brænder 5 blæses et gasformigt glasråmateriale og en brændstofgas indeholdende oxygen og hydrogen mod den roterende 15 podestav 4 fra en retning vinkelret på aksen for podestaven 4. Det blæste materiale reagerer til dannelse af fine glaspartikler, der afsættes på podestaven til dannelse af en sodstav 6. Brænderen 5 er monteret på en basisflade 7, der har organer til at bevæge brænderen i en retning vinkelret 20 på podestaven 4's horisontale akse. Sodstaven 6 bringes til at vokse på podestaven 4 ved reciprokerende at bevæge podestaven 4 i dennes aksiale retning ved hjælp af bevægelsesorganer 8 (fx en glasdrejemaskine), på hvilke understøttelsesorganerne 81 og 82 er monteret, eller reci-25 prokerende at bevæge brænderen 5 i en retning parallel med podestaven 4's aksiale retning ved hjælp af brænderbevægelsesorganer 9, hvorpå brænderbasispladen 7 er monteret. På brænderbasispladen 7 er der monteret arme 91 og 92, der understøtter henholdsvis en He-Ne-laserkilde 10 og 30 en receptor 11. Når afstanden mellem sodstaven 6 og brænderen 5 reguleres under afsætningen af de fine glaspartikler på sodstaven, justeres positionen af brænderbasispladen 7 ved hjælp af reguleringsorganer 12, således at mængden af laserlys, der modtages af receptoren 11, holdes konstant.

35 Temperaturen i den del af sodstaven, på hvilke de fine glaspartikler afsættes, måles ved hjælp af et overflade-

DK 164223 B

4 pyrometer 13, og brændstofgassens strømningshastighed justeres ved hjælp af et brændstofgasreguleringsorgan 14, således at temperaturen i nævnte del af soden holdes på en forudbestemt temperatur, ved hvilken der dannes en sodstav 5 med en ønsket rumvægt.

I det følgende vil en første udførelsesform af opfindelsen, hvor glasråmaterialets strømningshastighed holdes konstant, blive forklaret.

Fordelingen af sodstaven 6's rumvægt er vist i fig. 3A. I 10 fig. 3A repræsenterer den fuldt optrukne linje rumvægtfordelingen af den sodstav, der fremstilles ved den konventionelle metode, hvor afstanden mellem rotationsaksen for sodstaven 6 og brænderen 5 holdes konstant, og strømningshastighederne af glasråmaterialet, oxygengas og hydrogengas 15 er henholdsvis 0,8 liter/min, 9,5 liter/min og 9,5 liter/-min. Ved den konventionelle måde revner sodstaven, når dens diameter når ca. 80 mm. Som det kan ses af fig. 3A, fluktuerer rumvægtfordelingen i sodstavens radiære retning. Den stiplede linje viser rumvægtfordelingen i en sodstav, der 20 fremstilles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvor strømningshastighederne af glasråmaterialet og oxygengas er de samme som ved den konventionelle metode, men hvor strømninghastigheden af hydrogengas reguleres, således at sodstavens temperatur holdes ved 500°C for at opnå, at sodsta-25 ven har en rumvægt på 0,3 g/cm3. Sodstaven får lov at vokse til en ydre diameter på 80 mm, medens hydrogengassens strømningshastighed ændres fra 8,2 liter/min til 8,9 liter/min. Når den ydre diameter af sodstaven bliver større end 60 mm, dvs. radius af sodstaven bliver større end 30 30 mm, har sodstavens rumvægt imidlertid tendens til at formindskes og afvige fra den påtænkte rumvægt. Når sodstavens rumvægt måles mere præcist, har den en fordeling som fig. i fig. 3B, hvoraf det kan ses, at der skiftevis dannes lag med en højere rumvægt og med en lavere rumvægt, og at 35 sodstaven har en årringsstruktur.

5

DK 164223 B

Det har vist sig, at en sådan årringsstruktur i sodstaven kan skyldes det faktum, at temperaturforskellen mellem sodstavens nedre del og sidedelen stiger, efterhånden som sodstavens diameter bliver større. Eftersom temperaturen 5 ved denne udførelsesform kun måles ved sodens nedre del, undervurderes hele sodstavens gennemsnitstemperatur, således at den gennemsnitlige massefylde reguleres på et lavere niveau. Hvis sodstaven endvidere får lov at vokse yderligere under de samme betingelser, revner den, når dens 10 diameter når 90 mm.

Selv om regulering af brændstofgassens strømningshastighed gør det muligt at fremstille en sodstav, der har en større ydre diameter end den, der kan fremstilles ved den konventionelle måde, er der dog alligevel i praksis en grænse for 15 sodstavens maksimale ydre diameter.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen forbedres yderligere ved at regulere afstanden mellem sodstavens overflade og brænderen.

X den foretrukne udførelsesform vist i fig. 2, justeres 20 afstanden mellem sodstaven 6 og brænderen 5 ved at bevæge brænderbasispladen 7 på en sådan måde, at mængden af laserlys, der modtages af receptoren 11, holdes konstant. Endvidere reguleres brændstofgassens strømningshastighed ved hjælp af brændstofreguleringsorganet 14 på en sådan måde, 25 at temperaturen af den del af sodstaven, på hvilken de fine glaspartikler afsættes, holdes ved en temperatur, ved hvilken der opnås den ønskede rumvægt for sodstaven.

Mere specifikt holdes afstanden mellem sodstaven og brænderen konstant på følgende måde: 1

Laserlys udgår fra laserkilden 10, der er anbragt på den ene side af sodstaven 6 i en retning vinkelret på både sodstavens længdeakse og brænderens centralakse, og passerer et punkt, der er på overfladen af soden 6 og på

DK 164223 B

6 forlængelsen af brænderens centralakse, og som er valgt i henhold til en ønsket rumvægt for den sodstav, der skal fremstilles, og modtages derefter af receptoren 11, der er anbragt på den modsatte side af sodstaven 6. Brænderen 5 bevæges i sin aksiale retning for at holde den modtagne mængde laserlys på et forudbestemt niveau, fx halvdelen af den udgående lysmængde.

På denne måde fremstilles sodstaven ved at tilføre glasråmaterialet og oxygengas ved hastigheder på henholdsvis 10 0,8 liter/min og 9,5 liter/min og justere hydrogengassens strømningshastighed, således at temperaturen af den del af sodstaven, på hvilken glaspartikler afsættes, holdes ved en temperatur, ved hvilken der dannes en sodstav med en rumvægt på 0,3 g/cm3. Hydrogengassens strømningshastighed 15 ændres fra 8,2 liter/min til 9,7 liter/min, og rumvægtfordelingen er i det væsentlige konstant ved 0,3 g/cm3 i radiær retning som vist i fig. 3C.

Fig. 4 viser sammenhængen mellem udbyttet af det afsatte råmateriale og sodstavens diameter ved den ovenstående 20 metode. Som det kan ses, stiger udbyttet af det afsatte råmateriale brat, efterhånden som sodstaven vokser, og udbyttet er større end 90%, når sodstavens diameter er større end 60 mm. Ud fra dette resultat antages det, at der findes en maksimal strømningshastighed for råmaterialet 25 afhængigt af sodstavens diameter. Således tilvejebringer opfindelsen endvidere en fremgangsmåde til at indblæse råmaterialet ved den maksimale hastighed under opretholdelse af udbyttet af råmaterialet på et vist højt niveau. 1 2 3 4 5 6 I den i fig. 2 viste udførelsesform udlæses brænderbasis- 2 pladen 7's bevægelse fra styreorganet 12 og indlæses i 3 råmaterialestyreorganet 15 som en sammenlignende indikation 4 af sodstaven 6's ydre diameter. Derefter justeres rå 5 materialets strømninghastighed som vist i fig. 5. Ved at 6 tilføre oxygengas med en hastighed på 9,5 liter/min, holde 7 afstanden mellem brænderen 5 og sodstavens overflade konstant, og indblæse hydrogengas for at holde sodstavens overfladetemperatur ved 500°C, ved hvilken temperatur der dannes en sodstav med en rumvægt på 0,3 g/cm3, afsættes 5 glaspartiklerne, indtil sodstavens diameter bliver 100 mm. Hydrogengasstrømningshastigheden varierer fra 8,2 liter/min til 12,3 liter/min, og den dannede sodstavs rumvægt er konstant ved 0,3 g/cm3 som vist i fig. 3D. De fine glaspartiklers afsætningshastighed forøges og den tid, der er 10 nødvendig til afsætning, reduceres med 22%.

Udbyttet af råmaterialet forbedres endvidere ved at måle afstanden mellem brænderen og sodstaven ved hjælp af en laserscanner i stedet for at anvende He-Ne-laserkobleren, og regulere brænderens position ved at tage maksimum-15 afstanden, der er bestemt ud fra strømningshastighederne af brændstofgassen og råmaterialet, i betragtning.

Den således dannede sodstav sintres derefter ved en i og for sig konventionel metode for at omdanne den til et transparent glasråemne til optiske fibre.

20 Ved den foreliggende opfindelse kan råmaterialet være et hvilket som helst af de kendte glasråmaterialer såsom SiCl4, GeCl4, etc.

Selv om den foreliggende opfindelse er blevet beskrevet under henvisning til, hvad der menes at være de mest prak-25 tiske udførelsesformer, er det klart, at opfindelsen kan omfatte andre specifikke udførelsesformer, der ikke afviger fra opfindelsens idé. De foreliggende udførelsesformer bør derfor i alle henseender betragtes som værende illustrative og ikke begrænset til de heri beskrevne detaljer, men bør 30 tilskrives det fulde omfang af kravene for at omfatte en hvilken som helst og alle ækvivalente fremgangsmåder.

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et glasråemne til en optisk fiber, hvor der dannes fine glaspartikler ved at udblæse et gasformigt glasmateriale og en brændstofgas fra 5 en brænder i nærværelse af oxygen, og hvor de fine glaspartikler afsættes langs en podestav til dannelse af en glassodstav, hvorefter sodstaven sintres til opnåelse af et transparent glasråemne, kendetegnet ved, at temperaturen af den del af 10 sodstaven, på hvilken glaspartiklerne afsættes, måles, idet den målte temperatur er de afsatte glaspartiklers temperatur umiddelbart efter afsætning af dem, at der genereres et første tilbagekoblingssignal, som er et udtryk for temperaturen, og at temperaturen derefter holdes konstant ved at 15 justere brændstofgassens indblæsningshastighed som respons på det første tilbagekoblingssignal.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at temperaturen holdes konstant ved at holde en konstant afstand mellem sodstaven og bræn-20 deren og justere brændstofgassens indblæsningshastighed i takt med det første tilbagekoblingssignal.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at afstanden mellem sodstaven og brænderen holdes konstant ved at laserlys, der udgår fra 25 en laserkilde anbragt på den ene side af sodstaven, udsendes i en retning vinkelret på både sodstavens længdeakse og brænderens centralakse og passerer et punkt, der ligger på forlængelsen af brænderens centralakse, og som er valgt i overensstemmelse med en ønsket rumvægt af sodstaven, der 30 skal fremstilles, og laserlyset modtages af en receptor, der er anbragt på den modsatte side af sodstaven, og der genereres et andet tilbagekoblingssignal, som er et udtryk for sodstavens position, og brænderen bevæges i dens aksia-le retning ifølge det andet tilbagekoblingssignal således, DK 164223B 9 at den modtagne mængde laserlys holdes på et forudbestemt niveau.

4. Fremgangsmåde ifølge krav l, kendetegnet ved, at strømningshastigheden af 5 glasråmaterialet justeres til en hastighed, der er bestemt ud fra det andet tilbagekoblingssignal.