NL1030749C2

NL1030749C2 - Inrichting en werkwijze voor het vervaardigen van een optische voorvorm.

Info

Publication number: NL1030749C2
Application number: NL1030749A
Authority: NL
Inventors: Igor Milicevic; Marco Korsten; Mattheus Jacobus Nicol Stralen; Martinus Johannes Marin Swarts
Original assignee: Draka Comteq Bv
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-06-25
Also published as: EP1801081A1; US20070158864A1; KR20070066956A; ATE465135T1; US8499585B2; CN1986468B; US20110023552A1; CN1986468A; JP4937722B2; US7854148B2; JP2007169149A; KR101248270B1; EP1801081B1; DE602006013774D1

Description

»

Korte aanduiding: Inrichting en werkwijze voor het vervaardigen van een optische voorvorm.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en 5 werkwijze voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm, omvattende een energiebron en een substraatbuis, welke substraatbuis een toevoerzijde van glasvormende precursors en een afvoerzijde van bestanddelen die niet op het inwendige van de substraatbuis zijn afgezet, omvat, waarbij de energiebron tussen een omkeerpunt aan de 10 toevoerzijde en een omkeerpunt aan de afvoerzijde verplaatsbaar is over de lengte van de substraatbuis.

Een dergelijke inrichting is op zich bekend uit de Koreaanse octrooiaanvrage 2003-774952. Volgens de daaruit bekende inrichting wordt een optische voorvorm vervaardigd door middel van een MCVD (Modified Chemical 15 Vapor Deposition) proces, waarbij een afvoerbuis en een insteekbuis worden toegepast, welke afvoerbuis aan de substraatbuis is bevestigd. De insteekbuis is in de afvoerbuis geplaatst en bezit een diameter bezit die geringer is dan die van de afvoerbuis. In de insteekbuis is een orgaan voor het wegschrapen van roet geplaatst, omvattende een staaf die in het inwendige van de insteekbuis roteert en 20 in contact staat met de inwendige diameter daarvan. Tussen de insteekbuis en de afvoerbuis is sprake van een annulaire ruimte waardoor gassen worden geleid.

Uit de internationale aanvrage WO 89/02419 is een inrichting voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm bekend, waarbij voor het verwijderen van vaste, niet-afgezette 25 deeltjes een buisvormig deel aan de pompzijde van een substraatbuis is gemonteerd. In het bijzonder omvat een dergelijke inrichting een schroefconstructie die het inwendig oppervlak van het buisvormig deel volgt, welke schroefconstructie een open gasleiding omvat, uitgevoerd in een spiraalvorm en roteerbaar is.

Tijdens het inwendig in een substraatbuis afzetten van al of niet 30 gedoteerde glaslagen, in het bijzonder door middel van het PCVD-proces (Plasma Chemical Vapor Deposition) kunnen lagen van geringe kwaliteit kwarts worden afgezet, in het bijzonder in het gebied dat zich buiten het pendeltraject van de over de lengte van de substraatbuis verplaatsende energiebron, te weten de resonator, bevindt. Als voorbeelden van dergelijke lage kwaliteit kwartslagen moet aan 1030749 ) 2 zogenaamde soot-ringen, maar ook aan kwarts met hoge interne spanning, ten gevolge van een hoog gehalte doteringsmiddel, worden gedacht. De onderhavige uitvinders hebben ondervonden dat dergelijk lage kwaliteit kwarts de substraatbuis negatief kan beïnvloeden, in het bijzonder door vorming van gasbellen bij de 5 toevoerzijde van de substraatbuis wanneer de holle substraatbuis tot een massieve vorm wordt gecontraheerd. Daarnaast hebben de onderhavige uitvinders gevonden dat tijdens het contractieproces dergelijk lage kwaliteit kwarts kan loskomen van de substraatbuis waardoor vervuiling of bellenvorming elders in de substraatbuis kan optreden. Een ander negatief aspect is dat in het gebied van geringe kwaliteit kwarts 10 scheuren kunnen optreden die kunnen propageren in de richting van het centrum van de substraatbuis, hetgeen ongewenst is. Verder hebben de onderhavige uitvinders geconstateerd dat het kwarts van geringe kwaliteit voor verstopping kan zorgen waardoor de druk tijdens het depositieproces naar een ongewenst hoge waarde kan toenemen waardoor het depositieproces in de substraatbuis negatief 15 wordt beïnvloed, hetgeen in de praktijk wordt waargenomen als een witte kleur.

De substraatbuis is van hoge kwaliteit kwarts. De totale lengte van de substraatbuis zal in de praktijk echter langer zijn dan het deel van de substraatbuis dat uiteindelijk door middel van een trekproces wordt omgezet in een glasvezel omdat de beide uiteinden van de substraatbuis, alwaar depositie 20 plaatsvindt, voor ongewenste neveneffecten kunnen zorgen, te weten depositie-defecten, vervuiling, vorming van bellen en dergelijke.

Het doel van de onderhavige uitvinding is aldus het verschaffen van een inrichting voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm waarbij de hiervoor genoemde problemen, 25 hoofdzakelijk toe te schrijven aan de slechte kwaliteit kwarts, worden opgeheven.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een inrichting voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm, waarbij tijdens het contractieproces, waarin de holle substraatbuis wordt omgezet in een massieve voorvorm, geen bellen 30 en andere ongewenste effecten optreden.

De onderhavige uitvinding zoals in de aanhef geformuleerd wordt gekenmerkt doordat zich in het inwendige van de substraatbuis aan de afvoerzijde een insteekbuis bevindt, waarbij de uitwendige diameter en de vorm van de insteekbuis nagenoeg overeenkomen met de inwendige diameter en de vorm van de 3 substraatbuis, en de insteekbuis zich uitstrekt buiten de substraatbuis.

Onder toepassing van een dergelijke inrichting wordt aan een of meer van de hiervoor genoemde doelstellingen voldaan. In het bijzonder zal in een aldus uitgevoerde insteekbuis de kwarts van slechte kwaliteit accumuleren, hetgeen 5 betekent dat dergelijke kwarts op de inwendige diameter van de insteekbuis wordt afgezet, welke insteekbuis na het depositieproces zal worden verwijderd. Dientengevolge zullen tijdens het contractieproces, dat na het depositieproces wordt uitgevoerd, geen bellen in de glaslagen van de substraatbuis worden gevormd, waarbij bovendien scheurvorming van lagen wordt voorkomen.

10 Een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is dat de substraatbuis aan de afvoerzijde is voorzien van een afvoerbuis, welke afvoerbuis zodanig is vormgegeven dat de afvoerbuis nauwsluitend rond de insteekbuis is gelegen.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het gewenst dat de insteekbuis 15 zich uitstrekt in de richting van de toevoerzijde tot een positie liggend in het gebied tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde, waarbij het bovendien de voorkeur verdient dat de afvoerbuis zich uitstrekt in de richting van de toevoerzijde tot een positie liggend in het gebied tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde.

20 In de uitvoeringsvorm waarbij de resonator voor het opwekken van plasma zich omkeert in het gebied aan de afvoerzijde waar de insteekbuis en de afvoerbuis zich bevinden, wordt kwarts van slechte kwaliteit afgezet op het inwendige van de insteekbuis, hetgeen voorkomt dat bij het contractieproces de hiervoor genoemde problemen zullen optreden. Met name goede resultaten worden 25 verkregen indien de insteekbuis zich verder in de richting van de toevoerzijde uitstrekt dan de afvoerbuis, waarbij derhalve de insteekbuis de lasverbinding tussen substraatbuis en afvoerbuis overlapt.

Om het verstoppen van de doorgang in de substraatbuis te voorkomen is het gewenst dat de afvoerbuis in het gebied buiten het traject gelegen 30 tussen beide omkeerpunten een inwendige diameter bezit die groter is dan de inwendige diameter van de substraatbuis, waarbij de overgang van de diameter van de substraatbuis naar de diameter van de afvoerbuis geleidelijk is uitgevoerd.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is niet alleen de afvoerzijde voorzien van een afvoerbuis, maar is ook de substraatbuis aan de toevoerzijde 4 voorzien van een toevoerbuis, waarbij met name de toevoerbuis zich uitstrekt in een richting van de afvoerzijde, in het gebied tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde.

In nog een bijzondere uitvoeringsvorm is de toevoerzijde zodanig 5 uitgevoerd dat zich in de toevoerbuis een insteekbuis bevindt waarbij in een voorkeursvorm de uitwendige diameter en de vorm van de insteekbuis nagenoeg overeenkomen met de inwendige diameter en de vorm van de toevoerbuis, waarbij het bovendien de voorkeur verdient dat de inwendige diameter van de toevoerbuis nagenoeg gelijk is aan de inwendige diameter van de substraatbuis. Het is gewenst 10 dat de insteekbuis aan de toevoerzijde van de substraatbuis zich verder in de richting van de afvoerzijde uitstrekt dan de toevoerbuis. De uitvinders hebben geconstateerd dat glaslagen, met name wanneer doteringen worden toegepast, voor spannings-opbouw zorgen in het overgangsgebied van wel depositie en geen depositie. Ten gevolge van deze instroomeffecten kunnen in voornoemd 15 overgangsgebied glaslagen losspringen van het inwendige van de substraatbuis. Door nu de depositie in dit instroomgebied in een insteekbuis te laten plaatsvinden, wordt het losspringen van glaslagen voorkomen, althans dat dergelijke ongewenste effecten zich uitstrekken tot in de substraatbuis.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het tevens gewenst dat zich in 20 de afvoerbuis, substraatbuis en/of insteekbuis een orgaan voor het wegschrapen van vaste, niet op het inwendige van de desbetreffende buis afgezette bestanddelen bevindt, welk orgaan contact maakt met de inwendige diameter van de desbetreffende buis. Een geschikt orgaan is een roterende staaf.

Onder toepassing van de onderhavige inrichting zal zowel tijdens 25 als na het depositieproces geen sprake zijn van scheurvorming in de afgezette lagen, waarbij bovendien geen vorming van bellen tijdens het contractieproces zal optreden. Onder toepassing van de onderhavige inrichting is bovendien een, in de tijd gezien, langer depositieproces mogelijk omdat het optreden van verstopping aan de afvoerzijde tot een minimum is beperkt. Daarnaast hebben de onderhavige 30 uitvinders gevonden dat er geen ongewenste verandering optreedt ten aanzien van de uniformiteit van de na contractie verkregen massieve voorvorm, in het bijzonder aan de toevoerzijde van de substraatbuis. Onder toepassing van de onderhavige inrichting is het derhalve mogelijk dat het glasmateriaal van de substraatbuis van hoge kwaliteit nagenoeg volledig wordt benut, te weten een maximale benutting van 5 de lengte van de substraatbuis, voor het daaruit trekken van optische vezels.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm zoals omschreven in de bijgevoegde conclusies.

5 De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een voorbeeld worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval tot een dergelijk bijzonder voorbeeld is beperkt.

In de figuur is schematisch de inrichting volgens de onderhavige 10 uitvinding weergegeven. Een holle substraatbuis 2 wordt voorzien van glasvormende precursors (niet weergegeven), waarbij de gasstroom zich verplaatst in de figuur van links naar rechts. Om een depositie van dergelijke glasvormende precursors te bewerkstelligen wordt een resonator 10 voor het opwekken van plasma over de lengte van de substraatbuis 2 heen en weer geleid, waarbij de resonator voor het 15 opwekken van plasma aan de afvoerzijde in de positie weergegeven met verwijzingscijfer 6 omkeert en vervolgens in de richting van de toevoerzijde over de lengte van de substraatbuis 2 wordt teruggeleid en aldaar terugkeert naar de afvoerzijde, waarbij het omkeerpunt aan de toevoerzijde schematisch is weergegeven met verwijzingscijfer 7. Volledigheidshalve dient te worden opgemerkt 20 dat de toevoer van glasvormende precursors geschiedt aan de toevoerzijde in de richting van de afvoerzijde. De symmetrie-as van substraatbuis 2 is met verwijzingscijfer 8 aangegeven. Aan substraatbuis 2 is aan de afvoerzijde een afvoerbuis 1 gekoppeld, welke afvoerbuis 1 een enigszins wijd uitlopende vorm bezit waardoor buiten het omkeerpunt 6 aan de afvoerzijde de diameter van afvoerbuis 1 25 groter is dan de diameter van substraatbuis 2. In afvoerbuis 1 bevindt zich een insteekbuis 5 waarvan de uitwendige diameter nagenoeg overeenkomt met de inwendige diameter van afvoerbuis 1. Ten gevolge van een dergelijke configuratie is er geen sprake van een gasstroom tussen afvoerbuis 1 en insteekbuis 5. In de in de figuur weergegeven uitvoeringsvorm strekt de insteekbuis 5 zich in de richting van 30 de toevoerzijde uit, waarbij aan de afvoerzijde insteekbuis 5 de verbinding tussen substraatbuis 2 en afvoerbuis 1 overlapt. Bij voorkeur bevindt zich in het inwendige van insteekbuis 5 een kwartsstaaf 9 die hierin bij voorkeur roterend is aangebracht om aldus de op de binnenzijde van insteekbuis 5 opgehoopte vaste bestanddelen hiervan te kunnen losmaken, welke aldus losgemaakte vaste bestanddelen ) 6 vervolgens uit de insteekbuis 5, samen met de gasstroom, worden afgevoerd. De substraatbuis 2 is tevens in het gebied van de toevoerzijde voorzien van een toevoerbuis 3, waarbij in het inwendige van toevoerbuis 3 een insteekbuis 4 is ingebracht. De uitwendige diameter van insteekbuis 4 is nagenoeg gelijk aan de 5 inwendige diameter van toevoerbuis 3, hetgeen ervoor zorgt dat geen gasstromen aanwezig zullen zijn tussen toevoerbuis 3 en insteekbuis 4. Het omkeerpunt 7, gelegen aan de toevoerzijde, bevindt zich buiten de lengte van de substraatbuis 2, hetgeen betekent dat de resonator 10 voor het opwekken van plasma bij het omkeerpunt aan de toevoerzijde de toevoerbuis 3 zal waarnemen en vervolgens zal 10 terugkeren naar de afvoerzijde waarbij de toevoerbuis 3 zal overgaan in substraatbuis 2 en vervolgens afvoerbuis 1 aan de afvoerzijde zal waarnemen, waarna de resonator 10 weer zal terugkeren naar het omkeerpunt bij de toevoerzijde. De insteekbuis 4 strekt zich uit in de richting van de afvoerzijde, bij voorkeur zal insteekbuis 4 zich verder in die richting uitstrekken dan toevoerbuis 3, 15 zodat insteekbuis 4 de verbinding tussen toevoerbuis 3 en substraatbuis 2 overlapt. Als een geschikte substraatbuis 2 wordt een substraatbuis van hoge kwaliteit kwarts toegepast, bestaande uit een lengte van ongeveer 1,2 m en een uitwendige diameter van 34 mm. De toevoerbuis 3 is door middel van een lasverbinding aan substraatbuis 2 bevestigd maar is vervaardigd uit een lagere kwaliteit kwarts. De in 20 toevoerbuis 3 aangebrachte insteekbuis 4 is ook uit een lage kwaliteit kwarts vervaardigd en bezit een lengte die enkele mm langer is dan de toevoerbuis 3. Aan de afvoerzijde is een taps toelopende afvoerbuis 1 gepositioneerd, welke afvoerbuis 1 via een lasverbinding aan de substraatbuis 2 is bevestigd en bij het verbindingspunt een uitwendige diameter van 34 mm bezit. Aan het andere uiteinde 25 van de afvoerbuis 1 is sprake van een uitwendige diameter van ongeveer 45 mm, waarbij het taps toelopende gebied van de afvoerbuis 1 zich buiten het omkeerpunt 6 van de resonator 10 voor het opwekken van plasma bevindt. De insteekbuis 5 is in het bijzonder ook enkele mm langer dan de afvoerbuis 1, waarbij kwartsstaaf 9 een lengte van ongeveer 150 mm bezit met een uitwendige diameter van 12 mm. Tijdens 30 het PCVD-proces wordt de resonator 10 over een lengte van ongeveer 1,3 m over de substraatbuis 2 verplaatst, waarbij de resonator 10 voor het opwekken van plasma heen en weer pendelt tussen omkeerpunt 6 en omkeerpunt 7. Nadat het PCVD-proces is beëindigd, wordt de substraatbuis 2 tot een massieve voorvorm gecontraheerd. Een aldus verkregen massieve voorvorm wordt aan de buitenzijde 7 voorzien van een of meer extra glaslagen waarna de aldus verkregen voorvorm in een trektoren wordt gemonteerd om onder verwarmen een glasvezel hieruit te verkrijgen. De totale lengte van de aldus verkregen hoge kwaliteit glasvezel komt nagenoeg overeen met het volledige centrale deel van de substraatbuis 2, in feite 5 het gebied dat ligt tussen insteekbuis 4 en insteekbuis 5.

1030749

Claims

1. Inrichting voor het door middel van een inwendig dampdepositie-proces vervaardigen van een optische voorvorm, omvattende een energiebron en 5 een substraatbuis, welke substraatbuis een toevoerzijde van glasvormende precursors en een afvoerzijde van bestanddelen die niet op het inwendige van de substraatbuis zijn afgezet, omvat, waarbij de energiebron tussen een omkeerpunt aan de toevoerzijde en een omkeerpunt aan de afvoerzijde verplaatsbaar is over de lengte van de substraatbuis, met het kenmerk, dat zich in het inwendige van de 10 substraatbuis aan de afvoerzijde een insteekbuis bevindt, waarbij de uitwendige diameter en de vorm van de insteekbuis nagenoeg overeenkomen met de inwendige diameter en de vorm van de substraatbuis, en de insteekbuis zich uitstrekt buiten de substraatbuis.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de substraat-15 buis aan de afvoerzijde is voorzien van een afvoerbuis, welke afvoerbuis zodanig is vormgegeven dat de afvoerbuis nauwsluitend rond de insteekbuis is gelegen.

3. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de insteekbuis zich uitstrekt in de richting van de toevoerzijde tot een positie liggend in het gebied tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en 20 het omkeerpunt aan de afvoerzijde.

4. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afvoerbuis zich uitstrekt in de richting van de toevoerzijde tot een positie liggend in het gebied tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde.

5. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de insteekbuis zich verder in de richting van de toevoerzijde uitstrekt dan de afvoerbuis.

6. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afvoerbuis in het gebied buiten het traject gelegen tussen 30 beide omkeerpunten een inwendige diameter bezit die groter is dan de inwendige diameter van de substraatbuis, waarbij de overgang van de diameter van de substraatbuis naar de diameter van de afvoerbuis geleidelijk is uitgevoerd.

7. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de substraatbuis aan de toevoerzijde is voorzien van een 1 0 3 074 9 toevoerbuis.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de toevoerbuis zich uitstrekt in de richting van de afvoerzijde, in het gebied tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde 5

9. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 7-8, met het kenmerk, dat zich in de toevoerbuis een insteekbuis bevindt.

10. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 7-9, met het kenmerk, dat de uitwendige diameter en de vorm van de insteekbuis nagenoeg overeenkomen met de inwendige diameter en de vorm van de toevoerbuis.

11. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 7-10, met het kenmerk, dat de insteekbuis aan de toevoerzijde van de substraatbuis zich verder in de richting van de afvoerzijde uitstrekt dan de toevoerbuis.

12. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 7-11, met het kenmerk, dat de inwendige diameter van de toevoerbuis nagenoeg gelijk is aan de 15 inwendige diameter van de substraatbuis.

13. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat zich in de afvoerbuis, substraatbuis en/of insteekbuis, elk gelegen aan de afvoerzijde, een orgaan voor het wegschrapen van vaste, niet op het inwendige van de desbetreffende buis afgezette bestanddelen bevindt, welk 20 orgaan contact maakt met de inwendige diameter van de desbetreffende buis.

14. Werkwijze voor het door middel van een inwendig dampdepositie-proces vervaardigen van een optische voorvorm, waarbij aan een toevoerzijde van een substraatbuis glasvormende precursors worden toegevoerd, waarbij in het inwendige van de substraatbuis onder toepassing van een energiebron, welke 25 energiebron tussen een omkeerpunt aan de toevoerzijde en een omkeerpunt aan de afvoerzijde verplaatsbaar is over de lengte van de substraatbuis, glaslagen worden afgezet, waarbij bestanddelen die niet op het inwendige van de substraatbuis zijn afgezet aan de afvoerzijde worden afgevoerd uit het inwendige van de substraatbuis, met het kenmerk, dat voordat de glasvormende precursors worden 30 toegevoerd aan het inwendige van de substraatbuis, een insteekbuis wordt aangebracht in het inwendige van de substraatbuis aan de afvoerzijde daarvan, waarbij de uitwendige diameter en de vorm van de insteekbuis nagenoeg overeenkomen met de inwendige diameter en de vorm van de substraatbuis, en de insteekbuis zich uitstrekt buiten de substraatbuis. A

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de substraatbuis tevens wordt voorzien van een afvoerbuis, welke afvoerbuis zodanig is vormgegeven dat de afvoerbuis nauwsluitend rond de insteekbuis is gelegen.

16. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 14-15, met het 5 kenmerk, dat voordat de glasvormende precursors worden toegevoerd aan het inwendige van de substraatbuis een toevoerbuis in het inwendige van de substraatbuis aan de toevoerzijde hiervan wordt aangebracht.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de toevoerbuis wordt voorzien van een insteekbuis, waarbij geldt dat de uitwendige 10 diameter en de vorm van de insteekbuis nagenoeg overeenkomen met de inwendige diameter en de vorm van de toevoerbuis. 15 1030749