FR2914297A1 - Procede de fabrication d'une preforme de fibre optique. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une préforme de fibre optique comprenant une étape de soudure d'une extrémité d'une préforme primaire (100) à un barreau de silice (210) ayant un dopage différent de la préforme primaire, le procédé comprenant une étape de projection de grain de silice sous une torche plasma (300) sur l'extrémité de la préforme primaire et sur le barreau pour constituer une zone de soudure (150) entre la préforme primaire et le barreau. Le barreau peut être un barreau de maintien d'un support pour une recharge de la préforme primaire.L'invention permet de sécuriser une préforme primaire sur un support à moindre coût tout en limitant le risque de cassure de la soudure.
Description
1 PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PREFORME DE FIBRE OPTIQUE La présente
invention concerne un procédé de fabrication d'une préforme de fibre optique.
Une fibre optique est réalisée en étirant une préforme sur une tour de fibrage. Une préforme comprend généralement une préforme primaire constituée d'un tube de verre de très haute qualité qui forme une partie de la gaine et le coeur de la fibre. Cette préforme primaire est ensuite rechargée ou manchonnée pour augmenter son diamètre et former une préforme utilisable sur une tour de fibrage. Dans ce contexte, on appelle gaine interne la gaine formée à l'intérieure du tube et gaine extérieure la gaine formée à l'extérieure du tube. L'opération de fibrage homothétique consiste à placer la préforme verticalement dans une tour et à tirer un brin de fibre d'un bout de la préforme. Pour cela, une haute température est appliquée localement à une extrémité de la préforme jusqu'à ce que la silice soit ramollie, la vitesse de fibrage et la température sont ensuite contrôlées en permanence pendant le fibrage car ils déterminent le diamètre de la fibre. Une fibre optique peut être fabriquée à partir d'une préforme comprenant une préforme primaire constituée d'un tube en silice pure ou dopée dans lequel des couches de silice dopées et/ou pures ont été successivement déposées pour former une gaine interne et un coeur central. Un tel tube de silice peut être fabriqué par exemple selon la méthode décrite dans le document US-A-3 907 536. Les dépôts dans le tube sont du type dépôt chimique en phase vapeur, désigné par le sigle CVD pour Chemical Vapour Deposition en langue anglaise. Ce type de dépôt est effectué par injections de mélanges gazeux dans le tube et ionisations desdits mélanges. Le dépôt de type CVD englobe les dépôts MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition), FCVD (Furnace Chemical Vapour Depostion) et PCVD (Plasma enhanced Chemical Vapour Deposition). Le dépôt par PCVD dans le tube est par exemple décrit dans le document US-A-4 145 456. Après le dépôt des couches correspondant au coeur et à la gaine interne, le tube est refermé sur lui-même dans une opération appelée rétreint. On obtient alors la préforme primaire constituée d'un barreau de silice. Cette préforme primaire est ensuite rechargée, généralement avec du grain de silice naturelle pour des raisons de coûts. La recharge peut être effectuée par un dépôt plasma dans lequel les grains de silice naturelle sont déposés par gravité et fusionnés par une torche plasma sous une température de l'ordre de 2300 pour être vitrifiés sur la périphérie de la préforme primaire. La préforme primaire est mise en rotation sur elle-même et la torche ou la préforme primaire se déplace longitudinalement l'une par rapport à l'autre pour R. Brevets 261 0,26157-070322-texte dépôt doc 2 assurer un dépôt uniforme de silice sur toute la périphérie du barreau. L'opération de recharge s'effectue généralement sur un tour Verrier dans une cabine close à atmosphère contrôlée pour assurer une protection contre les perturbations électromagnétiques et le dégagement d'ozone émis par la torche plasma.
La figure 1 montre une installation classique pour la recharge d'une préforme de fibre optique. Une préforme primaire 100 est amenée avec une première extrémité soudée à un premier barreau de silice 215 maintenu sur un premier support 205 par des mors 225. Cette première extrémité de la préforme 100 a été soudée au barreau 215 avec un chalumeau H2/02 par exemple. Une telle soudure au chalumeau est assez longue à réaliser car faite à la main par un opérateur et doit être pratiquée sous une hotte aspirante afin d'être moins pénible pour l'opérateur. La préforme primaire 100 doit ensuite être placée sur un tour Verrier qui comprend un autre barreau de silice 210 maintenu sur un support fixe 200 par des mors 220. Un mandrin est adapté à entraîner le barreau de silice 210 en rotation afin d'entraîner la préforme primaire 100 en rotation sur elle-même. La silice utilisée pour les barreaux 210, 215 d'attache de la préforme 100 est une silice bas coût, non dopée et contenant souvent des impuretés telles que des poussières ou des particules d'eau. En revanche, la silice du barreau de la préforme primaire 100 peut être dopée, et même fortement dopée lorsque la préforme est destinée à produire des fibres optiques de type monomode ou de compensation de la dispersion chromatique. La différence de dopage entre la silice de la préforme 100 et la silice des barreaux 210, 215 entraîne des différences notables entre les deux matériaux, notamment en termes de viscosité et d'expansion thermique. Dans ce contexte, la soudure de la préforme primaire 100 aux barreaux de maintien 210, 215 du tour Verrier est délicate. La première extrémité de la préforme primaire 100 est soudée au premier barreau 215 délicatement avec un chalumeau. Ce chauffage lent et progressif permet d'effectuer une soudure solide mais cette opération est coûteuse en temps et en productivité. Il est donc avantageux d'utiliser la torche plasma disponible dans l'installation de recharge pour souder la deuxième extrémité de la préforme 100 au deuxième barreau de maintien 210. Cependant, l'utilisation de la torche provoque un échauffement brutal de la silice, ce qui accentue les différences de comportement entre les matériaux dopés différemment ; la soudure de la deuxième extrémité de la préforme au deuxième barreau est alors cassante. On sait déjà souder des préformes de fibre optique entre elles. Néanmoins, les deux préformes à souder bout à bout sont généralement de même nature c'est-à-dire destinées à l'étirement d'une même fibre. Les deux préformes sont alors constituées chacune de silice contenant sensiblement les mêmes concentrations de dopants. R Brevets 26100 26157--070322-texte dépôt doc Le document US-A-6 178 779 décrit un procédé pour assembler bout à bout deux préformes de fibre optique. Les deux préformes sont montées sur un tour Verrier en alignement longitudinal et mises en rotation ; un brûleur chauffe les deux extrémités à assembler dans un mouvement de va et vient axial afin de chauffer chaque extrémité uniformément. Les deux extrémités chauffées des préformes sont alors rapprochées et soudées. Le document US-A-6 098 429 décrit un procédé de fibrage dans lequel des préformes de fibre optique sont étirées continûment. Des préformes sont soudées bout à bout dans la tour de fibrage par un laser asservi afin de déplacer le laser en même temps que les préformes dans la tour pour réduire la zone affectée par la soudure. De telles soudures de préformes de fibre optique sont effectuées sur des barreaux de silice ayant sensiblement les mêmes propriétés en termes de viscosité et d'expansion thermique car les préformes ainsi soudées présentent les mêmes concentrations de dopants puisqu'elles sont destinées à étirer une même fibre optique. La soudure est donc généralement propre et solide. En revanche, dans le cadre de la soudure de barreaux de silice ayant des propriétés très différentes, par exemple dans le cas de la soudure d'une préforme primaire, contenant souvent des dopants en différentes concentrations, avec un barreau de maintien d'un support de tour Verrier qui est en silice non dopée et souvent fortement polluée, les différences de propriété des matériaux à souder entraînent une fragilisation de la soudure et les cassures sont courantes entraînant la chute et la destruction de la préforme primaire très coûteuse. Une telle situation peut aussi se rencontrer dans le cas d'une soudure de deux préformes avec des dopages très différents, par exemple la soudure d'une préforme fortement dopée avec une préforme faiblement dopée. Il existe donc un besoin pour un procédé de fabrication d'une préforme de fibre optique qui permette de réaliser facilement et rapidement l'opération de soudure de la préforme primaire à un barreau de silice de nature différente comme un barreau de maintien du support de tour Verrier sans risque de cassure. La présente invention propose de réaliser la soudure de la préforme primaire à un barreau de silice ayant des propriétés différentes, tel qu'un barreau de maintien du support de tour Verrier, à l'aide de la torche plasma et en projetant du grain de silice pendant l'opération de chauffage de l'extrémité de la préforme et du barreau. Un gradient de dopage se produit alors sur les extrémités respectives de la préforme et du barreau. Ces extrémités peuvent alors être soudées avec un risque minimisé de cassure puisque la silice déposée à chaque extrémité de soudage est de même nature. Rr Brevets 26100 26157--070322-teste dépôt doc L'invention propose plus particulièrement un procédé de fâbrication d'une préforme de fibre optique comprenant une étape de soudure d'une extrémité d'une préforme primaire à un barreau de silice ayant un dopage différent de la préforme primaire, le procédé comprenant une étape de projection de grain de silice sous une torche plasma sur l'extrémité de la préforme primaire et sur le barreau pour constituer une zone de soudure entre la préforme primaire et le barreau. Selon un mode de réalisation, le barreau de silice est un barreau de maintien d'un support pour une recharge de la préforme primaire. Selon un autre mode de réalisation, le barreau de silice est une seconde préforme primaire. Selon un mode de réalisation, le grain projeté sur l'extrémité de la préforme primaire et sur le barreau est de la silice naturelle. Selon un mode de réalisation, l'étape de projection de grain de silice sur l'extrémité de la préforme primaire et sur le barreau est conduite simultanément avec l'étape de soudure de l'extrémité de la préforme primaire sur le barreau.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux figures qui montrent : - figure 1, déjà décrite, un schéma d'une installation connue de recharge d'une préforme de fibre optique ; - figure 2, un schéma de la soudure d'une préforme primaire à un barreau de maintien d'un support de tour Verrier selon le procédé de l'invention ; -figure 3, un schéma d'une installation de recharge d'une préforme de fibre optique selon l'invention.
L'invention va être décrite en référence à un mode de réalisation dans lequel la préforme primaire doit être soudée à un barreau de maintien d'un support de tour Verrier. Les explications fournies ci-dessous s'appliquent cependant à la soudure d'une préforme primaire avec un quelconque barreau de silice ayant des propriétés différentes de la préforme, par exemple à la soudure de deux préformes primaires dopées différemment. Les figures 2 et 3 montrent la préforme primaire 100 et le support fixe 200 d'un tour Verrier avec un barreau de silice 210 maintenu par des mors et adapté à sécuriser la préforme primaire 100 à recharger pour former une préforme finale utilisable sur une tour de fibrage. R Brevets 266)0 2615 -070522-texte dépit dors La préforme primaire 100 est en silice de grande pureté ; elle a été fabriquée selon une quelconque technique connue, par exemple par dépôt PCVD dans un tube de silice. La préforme primaire présente généralement au moins une zone dopée et souvent plusieurs zones annulaires dopées différemment.
Le barreau de maintien 210 du support 200 est adapté à sécuriser une extrémité de la préforme primaire 100 afin de l'entraîner en rotation sur elle-même lors de l'opération de recharge. L'autre extrémité de la préforme primaire a déjà été soudée à un barreau de maintien en silice 215 d'un support 205. Comme expliqué plus haut, la silice du barreau de maintien 210 est souvent polluée et n'est pas dopée. La différence de matériaux entre la silice de la préforme 100 et la silice du barreau de maintien 210 entraîne des comportements thermiques différents qui compliquent la soudure de la préforme primaire au barreau de maintien 210. L'invention propose de projeter et de vitrifier du grain de silice sur chaque extrémité à souder, c'est-à-dire sur l'extrémité du barreau de maintien 210 et sur l'extrémité à souder de la préforme primaire 100. On peut utiliser l'installation de recharge déjà en place pour réaliser cette projection de grain de silice. En effet, la recharge peut être effectuée par dépôt plasma de grain de silice. De façon connue en soit, une conduite d'amenée de grain de silice est prévue à proximité d'une torche à plasma 300.
Selon l'invention, avant de procéder de l'opération de recharge le long de la préforme primaire, du grain de silice est projeté et fusionné par la torche plasma 300 pour être vitrifiés sur l'extrémité de la préforme primaire 100 à souder et sur l'extrémité du barreau de maintien 210. Le grain projeté est de préférence du grain de silice naturelle pour des raisons de coût mais on peut aussi utiliser du grain de silice légèrement dopé, par exemple si la préforme est elle-même fortement dopée. Le grain projeté est fusionné sur l'extrémité de la préforme primaire 100 chauffée. Le grain de silice pure se mélange alors à la silice dopée de l'extrémité de la préforme primaire. Un gradient de dopage 150 est ainsi créé sur une extrémité de la préforme primaire et sur l'extrémité du barreau de maintien 210, c'est-à-dire sur chacune des parties à souder. Ce gradient de dopage assure que les matériaux à souder présentent sensiblement les mêmes propriétés thermiques. La soudure de la préforme primaire 100 sur le barreau de maintien 210 se fait donc à travers cette zone de soudure 150 dans laquelle un gradient de dopage a été créé, ce qui assure une soudure solide et fiable. L'extrémité de la préforme primaire ainsi recouverte de grain est perdue pour le fibrage, mais la zone de soudure au barreau de maintien n'est de toutes les manières jamais utilisée car polluée par la soudure indépendamment de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Aucun rebut supplémentaire n'est donc produit par R Brevets 26100 26157--070322-texte dépôt d. la mise en oeuvre de l'invention. En outre, seuls quelques millimètre de l'extrémité de la préforme 100 sont emboutis dans la zone de soudure 150. La soudure de la préforme primaire 100 au barreau de maintien 210 peut se faire simultanément à la création de la zone de soudure 150, un automate rapprochant l'extrémité de la préforme primaire du barreau pendant que la torche plasma 300 fusionne du grain de silice projeté. La projection de grain de silice pour constituer la zone de soudure 150 de la préforme primaire 100 au barreau de maintien 210 est limitée en quantité et donc en coût. Les schémas des figures 2 et 3 montrent des zones de soudure 150 relativement importantes pour les besoins de l'illustration, mais quelques cm3 suffisent à assurer une bonne adhésion de la préforme primaire 100 au barreau 210. Par exemple, pour une préforme primaire de 33 mm de diamètre, environ 3 cm3 de silice sont suffisants pour constituer la zone de soudure 150. Une fois la recharge de la préforme primaire terminée, par projection de grain de silice fusionné et vitrifié sur la surface de la préforme jusqu'à atteindre le diamètre cible, la préforme finale est séparée du barreau 210 en chauffant puis en tirant la préforme à la jonction avec la zone de soudure 150. Cette opération crée un cône à l'extrémité de la préforme qui servira d'amorce pour démarrer le fibrage de la fibre sur une tour de fibrage.
Le procédé de l'invention est mis en oeuvre avec les équipements de recharge disponibles. La torche à plasma 300 et la conduite d'amenée de grain de silice sont disponibles puisque nécessaires à la recharge de la préforme primaire. En outre, l'étape de soudure de la préforme primaire 100 au barreau de maintien 210 du support 200 de tour Verrier peut être intégralement contrôlée par un automate dédié aux opérations de recharge avec une légère modification du programme de commande. L'opération de soudure requiert donc peu de ressources en homme et la productivité est améliorée. En outre, les risques de cassure de la préforme primaire du fait d'une mauvaise soudure au barreau de maintien du tour Verrier sont considérablement réduits.
Le procédé de l'invention n'est pas limité aux exemples et aux modes de réalisation décrits et représentés ; notamment le procédé selon l'invention s'applique à la soudure de tous barreaux de silice présentant des compositions différentes, par exemple des concentrations de dopage différentes qui entraîne des différences de viscosité notables.
R.- Brevets 26100.26157--070322-texte dépôt doc
Claims (5)
1. Procédé de fabrication d'une préforme de fibre optique comprenant une étape de soudure d'une extrémité d'une préforme primaire (100) à un barreau de silice (210) ayant un dopage différent de la préforme primaire, le procédé comprenant une étape de projection de grain de silice sous une torche plasma (300) sur l'extrémité de la préforme primaire et sur le barreau pour constituer une zone de soudure (150) entre la préforme primaire et le barreau.
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel le barreau est un 10 barreau de maintien d'un support pour une recharge de la préforme primaire.
3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel le barreau est une seconde préforme primaire.
4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le gain projeté sur l'extrémité de la préforme primaire et sur le barreau de maintien est 15 de la silice naturelle.
5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape de projection de grain de silice sur l'extrémité de la préforme primaire et sur le barreau est conduite simultanément avec l'étape de soudure de l'extrémité de la préforme primaire sur le barreau. R r.Brevetst26100 26157ù070322-texte dépôt doc
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