NL1020781C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een massieve voorvorm. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van een massieve voorvorm.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze 5 voor het vervaardigen van een massieve voorvorm door een hittebron parallel aan de lengte-as van een substraatbuis, die op het inwendig oppervlak hiervan is voorzien van een of meer, al of niet gedoteerde glaslagen, te verplaatsen om de substraatbuis in een aantal passeerslagen te contraheren tot de massieve voorvorm, waarbij na een aantal 10 passeerslagen van de hittebron een etsmiddel aan het inwendige van de substraatbuis wordt toegevoerd.

Een dergelijke werkwijze is op zich bekend uit het Amerikaans octrooi schrift 4.793.843, waarbij tijdens het contraheren van de substraatbuis ter vorming van de massieve voorvorm een gasvormig 15 etsmiddel door het inwendige van de substraatbuis wordt geleid, waarbij het gasvormige etsmiddel uit zuurstof en 5-30 vol.% C2F6 bestaat. Tijdens het contraheren van substraatbuizen, die inwendige glaslagen gedoteerd met een relatief vluchtig doteermiddel bevatten, bijvoorbeeld germaniumdioxide, kan een deel van het doteermiddel uit de glaslagen 20 verdampen, hetgeen resulteert in een verstoring van het brekingsindexprofiel. In een dergelijke situatie zal de diffusie van een of meer doteermiddel en uit de glaslagen die zich verder van het centrum bevinden, ook een rol spelen. Derhalve bezit de verstoring van het profiel een nadelige invloed op de optische eigenschappen van de vezel.

25 Uit de Europese octrooiaanvrage 1 035 083 is een methode bekend om een dergelijke, ongewenste afwijking van het brekingsindexprofiel in het centrum van de kern te voorkomen, welke methode het contraheren in twee stappen omvat, te weten het verwarmen van de substraatbuis bij een eerste contract!e-temperatuur om de afmeting van 30 het centrale kanaal van de substraatbuis te verlagen, het vervolgens door het centrale kanaal laten stromen van een etsgas bij een temperatuur i0Z07Bi " 2 ongeveer 200-400 'C lager dan de minimale contractie-temperatuur om een deel van de kern uit het centrale kanaal van de substraatbuis weg te etsen en vervolgens het volledig contraheren van de substraatbuis bij een tweede contractie-temperatuur, welke tweede contractie-temperatuur hoger 5 is dan de eerste contractie-temperatuur. Volgens de in dit document beschreven uitvoeringsvormen bezit de inwendige diameter van de substraatbuis een waarde van 5 mm (uitvoeringsvorm 1), 1,5 mm (uitvoeringsvorm 2) en 3 mm (uitvoeringsvorm 3), waarmee de etsstap wordt uitgevoerd. Dit document meldt echter niet dat het moment van toevoeren 10 van etsmiddel kritisch is, laat staan dat de inwendige diameter van de substraatbuis over de lengte hiervan binnen een bepaald gebied moet liggen.

Uit het Amerikaans octrooischrift 6.131.413 is een tweetal uitvoeringsvormen van het contraheren van een substraatbuis bekend om 15 variaties in de diameter van de kern over de lengteas van de uiteindelijk verkregen, massieve voorvorm te voorkomen. Volgens een eerste uitvoeringsvorm vindt een drukmeting over de voorvorm plaats waarna de verplaatsingssnelheid van de hittebron als functie van deze drukmeting wordt gestuurd. Volgens een tweede uitvoeringsvorm wordt de 20 stroomsnelheid van het etsmiddel gecontroleerd in overeenstemming met de drukmeting. Nadere gegevens ten aanzien van het moment van het toevoeren van het etsmiddel, in het bijzonder met betrekking tot de afmeting van de inwendige diameter van de substraatbuis tijdens het etsen, zijn hieruit niet bekend.

25 Volgens de Europese octrooiaanvrage 0 972 752 wordt volgens het rod-in-rod principe een optische voorvorm vervaardigd. Hoewel dit document betrekking heeft op het vervaardigen van optische voorvormen voor ongeveer 400 km vezel, waarbij een MCVD-proces wordt toegepast onder uitvoering van het inwendig etsen van de bedekte substraatbuis voordat 30 contractie plaatsvindt, verschaft dit document geen enkele informatie met betrekking tot de inwendige diameter van de substraatbuis op het moment «0207S1 ' 3 van het toevoeren van etsmiddel.

De onderhavige uitvinders hebben gevonden dat voor het verkrijgen van een, over de lengte van de vezel gezien, constant brekingsindexprofiel van de optische kern van de uiteindelijke optische 5 vezels het van groot belang is dat over de gehele lengte van de te contraheren substraatbuis een gelijke hoeveelheid materiaal wordt weggeëtst. Het in een gelijke hoeveelheid wegetsen van materiaal is met name van belang bij voorvormen die een indexprofiel bezitten dat een gradiënt vertoont in het centrale deel hiervan. Indien namelijk bij een 10 dergelijk profiel geen gelijke hoeveelheid materiaal over de gehele lengte van de te contraheren substraatbuis wordt weggeëtst, zal dat een grote invloed bezitten op de hoogte van de uiteindelijke index in het centrale deel van de optische vezel.

Een doel van de onderhavige uitvinding is. derhalve het 15 verschaffen van een werkwijze voor het vervaardigen van een massieve voorvorm waarbij over de gehele lengte van de te contraheren substraatbuis een gelijke hoeveelheid materiaal wordt weggeëtst om aldus een verstoring in de kern van het brekingsindexprofiel van de uiteindelijke optische vezel te voorkomen.

20 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het vervaardigen van een massieve voorvorm waarbij optische voorvormen kunnen worden verkregen waarbij de variaties in de hoogte van het brekingsindexverschil over de totale lengte van de tot een massieve voorvorm gecontraheerde substraatbuis een 25 waarde minder dan 5% bezit.

De onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt doordat het toevoeren van etsmiddel plaatsvindt op het moment dat de inwendige diameter van de substraatbuis over de lengte hiervan is afgenomen tot een diameter liggend in het gebied van 1,5-2,5 mm.

30 De onderhavige uitvinders hebben gevonden dat de inwendige diameter van de te contraheren substraatbuis voor het etsen nagenoeg 1 0£QT8 1 4 constant moet zijn, waarbij het zogenaamde etskanaal een diameter dient te hebben liggend in het gebied van 1,5-2,5 mm, bij voorkeur 1,7-2,0 mm, in het bijzonder over de volledige lengte van de substraatbuis. Indien een diameter kleiner dan de hiervoor genoemde waarde wordt toegepast, zal 5 er minder materiaal tijdens de etsstap worden verwijderd waardoor de ongewenste dip alsnog aanwezig blijft. Daarnaast bestaat er een risico dat de substraatbuis voortijdig wordt gesloten. Indien een etskanaal met een diameter groter dan het hiervoor genoemde gebied wordt toegepast, zal tijdens de etsstap te veel materiaal worden verwijderd, hetgeen een 10 nadelige invloed heeft op de eigenschappen van de uiteindelijk te vervaardigen optische vezels. Bovendien zal bij het sluiten van een substraatbuis met een etskanaal groter dan het hiervoor genoemde gebied alsnog verdamping van het relatief vluchtige doteermiddel optreden, waardoor de ongewenste dip in het centrum van het brekingsindexprofiel 15 van de massieve voorvorm aanwezig zal zijn.

De hiervoor gewenste constante diameter van de substraatbuis kan tot stand worden gebracht door tijdens de laatste contractieslag, voorafgaand aan de etsslag, de snelheid waarmee de hittebron parallel aan de lengte-as van de substraatbuis wordt geleid, 20 afhankelijk te maken van de drukval die over het inwendige van de substraatbuis wordt gemeten. Derhalve verdient het de voorkeur dat tijdens een of meer passeerslagen de drukval over het inwendige van de substraatbuis wordt gemeten en dat de snelheid waarmee de hittebron parallel aan de lengte-as van de substraatbuis wordt verplaatst, hieraan 25 wordt gerelateerd.

Indien de drukval over het inwendige van de substraatbuis te hoog wordt, zal de substraatbuis te veel contraheren, hetgeen betekent dat de hittebron met een te lage snelheid parallel aan de lengte-as van de substraatbuis is bewogen waardoor in de aansluitende etsstap te weinig 30 materiaal zal worden verwijderd. Indien de drukval die over het inwendige van de substraatbuis wordt gemeten, te gering is, zal de diameter van het "020781 5 etskanaal te groot zijn waardoor tijdens de aansluitende etsstap te veel materiaal zal worden weggeëtst, hetgeen dient te worden voorkomen door de snelheid waarmee de hittebron parallel aan de lengte-as van de substraatbuis wordt geleid, te verlagen.

5 Het verdient verder de voorkeur dat als etsmiddel een gas wordt toegepast, gekozen uit de groep van C2F6, C3F8 en n-C4F10 of SF6, of een combinatie hiervan, eventueel samen met een dragergas, bijvoorbeeld 02.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een 10 voorbeeld en een aantal ter vergelijking dienende voorbeelden worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval tot een dergelijk bijzonder voorbeeld is beperkt.

Voorbeeld 1.

15 Een substraatbuis met een lengte van ongeveer 1200 mm, waarbij op het inwendige oppervlak hiervan lagen zijn afgezet met behulp van het PCVD-proces, werd gecontraheerd tot een massieve staaf. De hiervoor genoemde contractie werd onder de volgende omstandigheden uitgevoerd. Een substraatbuis werd met een snelheid van 25 omwentelingen 20 per minuut geroteerd waarbij de ruimte tussen de buis en de oven met argon werd gespoeld. Tijdens de rotatie werd een elektrische weerstandsoven met een temperatuur van ongeveer 2200 ‘C in axiale richting over de buis heen en weer bewogen. Het inwendige van de buis werd tijdens de contractie gespoeld met een zuurstof bevattend gas. De 25 eerste en tweede slag werden uitgevoerd met een ovensnelheid van ongeveer 20 mm/minuut. Het drukverschil over de substraatbuis tussen gas- en pompzijde bedroeg tijdens de tweede slag bij een gassnelheid van 1500 sccm 02 ongeveer 27 Pa. Bij het begin van de derde slag werd de oven met een snelheid van 20 mm/minuut over de buis bewogen, waarbij de 30 gassnelheid door de buis werd ingesteld op een waarde van 250 sccm 02. Aan de hand van het gemeten actuele drukverschil over de substraatbuis ' ::?G78 i 6 « tussen de gas- en pompzijde werd tijdens de derde slag de ovensnelheid aangepast; indien op een bepaalde positie het drukverschil tussen gas- en pompzijde boven de bovengrens komt, werd de ovensnelheid verhoogd, en bij een drukverschil beneden de ondergrens werd de ovensnelheid verlaagd. 5 Door deze aanpassing van de ovensnelheid werd de inwendige diameter van de buis, over nagenoeg de volledige lengte hiervan, na de derde slag en vóór het etsen gehandhaafd op een waarde variërend van 1,7-2,0 mm. Na deze slag werd de etsslag uitgevoerd, waarbij een etsgas, bestaande uit een gasmengsel van C2F6 en 02, door het inwendige van de buis werd geleid 10 en waarbij de oven over de buis werd bewogen. Na deze slag werd de laatste slag uitgevoerd waarbij de voorvorm volledig werd gecontraheerd tot een massieve staaf. De voorvorm verschafte bij meting van het brekingsindex-profiel van de kern over de buikbare lengte van de massieve staaf een variatie kleiner dan 4%.

15 Ter vergelijking dienend voorbeeld 1.

Dezelfde handelingen als uitgevoerd in Voorbeeld 1 werden herhaald, waarbij echter tijdens de derde slag een constante ovensnelheid van 18 mm/minuut werd toegepast waarbij de inwendige diameter van de buis over de lengte hiervan na afloop van de derde slag varieerde tussen een 20 waarde van 1,0 en 1,75 mm. Na de etsslag werd de voorvorm gecontraheerd tot een massieve staaf met een ovensnelheid van 25 mm/minuut. De voorvorm verschafte bij meting van het brekingsindexprofiel van de kern in een groot deel van de voorvorm een dip in het centrum van het profiel van meer dan 20%. Dit betekende dat tijdens het etsen te weinig materiaal is 25 verwijderd en dat daarnaast de kanaal diameter over de lengte van de buis tijdens het etsen niet voldoende constant was.

Ter vergelijking dienend voorbeeld 2.

Dezelfde handelingen als uitgevoerd in Voorbeeld 1 werden herhaald, waarbij tijdens de derde slag een constante ovensnelheid van 30 23 mm/minuut werd toegepast ter verkrijging van een kanaal diameter van de buis over de lengte hiervan na afloop van de derde slag van een waarde '32 6781 7 variërend tussen 2,3 en 3,0 mm. Na de etsslag werd de voorvorm gecontraheerd tot een massieve staaf met een ovensnelheid van 25 mm/minuut. De top van het brekingsindexprofiel, in het midden van de kern van de massieve voorvorm, vertoonde een afwijking van het beoogde ontwerp 5 van -2% en een variatie over de bruikbare lengte van ongeveer 10%. Dit betekende dat op bepaalde posities in de substraatbuis te veel materiaal werd weggeëtst en dat daarnaast het etsgedrag over de bruikbare lengte niet voldoende constant was. Bovendien was op bepaalde posities over de lengte van de voorvorm alsnog een ongewenste dip in het centrum van het 10 brekingsindexprofiel zichtbaar.

102u?bl

Claims (4)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een massieve voorvorm door een hittebron parallel aan de lengte-as van een substraatbuis, die 5 op het inwendig oppervlak hiervan is voorzien van een of meer, al of niet gedoteerde glaslagen, te verplaatsen om de substraatbuis in een aantal passeerslagen te contraheren tot de massieve voorvorm, waarbij na een aantal passeerslagen van de hittebron een etsmiddel aan het inwendige van de substraatbuis wordt toegevoerd, met het kenmerk, dat het toevoeren van 10 etsmiddel plaatsvindt op het moment dat de inwendige diameter van de substraatbuis over de lengte hiervan is afgenomen tot een diameter liggend in het gebied van 1,5-2,5 mm.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de < inwendige diameter van de substraatbuis over de lengte hiervan is 15 afgenomen tot een diameter liggend in het gebied van 1,7-2,0 mm.

3. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat tijdens een of meer passeerslagen de drukval over het inwendige van de substraatbuis wordt gemeten en dat de snelheid waarmee de hittebron parallel aan de lengte-as van de 20 substraatbuis wordt verplaatst, hieraan wordt gerelateerd.

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als etsmiddel een gas wordt toegepast, gekozen uit de groep van C2F6, C3F8 en n-C4F10 of SF6, of een combinatie hiervan, eventueel in combinatie met een dragergas. 1020781*'