NL2007447C2

NL2007447C2 - Werkwijze voor de vervaardiging van een primaire voorvorm voor optische vezels, primaire voorvorm, uiteindelijke voorvorm, optische vezel.

Info

Publication number: NL2007447C2
Application number: NL2007447A
Authority: NL
Inventors: Igor Milicevic; Johannes Antoon Hartsuiker; Stralen Mattheus Jacobus Nicolaas Van
Original assignee: Draka Comteq Bv
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-21
Also published as: EP2573056B1; RU2595030C2; DK2573056T3; RU2012140175A; BR102012023640A2; ES2580330T3; EP2573056A3; EP2573056A2; CN103011576B; US8863557B2; CN103011576A; US20130067960A1; BR102012023640B1

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor de vervaardiging van een primaire voorvorm voor optische vezels, primaire voorvorm, uiteindelijke voorvorm, optische vezel.

5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een primaire voorvorm voor een optische vezel onder toepassing van een plasma chemisch inwendig dampdepositieproces, waarbij aan het inwendige van een holle glazen substraatbuis al of niet van doteringen voorziene glasvormende precursors worden toegevoerd, over de lengte van voornoemde holle glazen 10 substraatbuis een reactiezone in de vorm van een plasma heen en weer wordt bewogen tussen een omkeerpunt nabij de toevoerzijde en een omkeerpunt nabij de afvoerzijde van voornoemde substraatbuis, waarbij de substraatbuis in een oven is gepositioneerd en in voornoemde reactiezone zodanige omstandigheden worden gecreëerd dat een of meer glaslagenpaketten, opgebouwd uit ten minste twee 15 afzonderlijke glaslagen, worden gedeponeerd aan de binnenzijde van voornoemde substraatbuis.

Bij inwendige dampdepositietechnieken wordt een reactiemengsel bestaande uit glasvormende gassen en optionele doteermiddelen aan de toevoerzijde van een holle glazen substraatbuis toegevoerd, waarna deze gassen in 20 een reactiezone worden omgezet in glas. Via de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis worden niet gereageerde gassen en/of restproducten afgevoerd.

In een inwendig dampdepositieproces van het type PCVD (Plasma Chemical Vapour Deposition) is de reactiezone een plasma, welke over de lengte van de holle glazen substraatbuis heen en weer wordt bewogen. In een PCVD proces 25 worden glaslagen direct aan de binnenzijde van de holle glazen substraatbuis gedeponeerd, onafhankelijk van de richting waarin de reactiezone beweegt. Een PCVD proces is onder meer bekend uit US 4,741,747, US 5,145,509, US 5,188,648, WO 2004/101458 en US 2008/0044150.

In een inwendig dampdepositieproces van het type MCVD (modified 30 Chemical vapour deposition) of FCVD (furnace chemical vapour deposition) wordt de reactie van de glasvormende gassen en optionele doteermiddelen geactiveerd door de buitenzijde van de holle glazen substraatbuis te verhitten middels een brander of een oven respectievelijk. In de reactiezone, welke zich ter hoogte van de brander of 2 oven bevindt worden de glasvormende gassen omgezet in zogenaamd soot, welk soot onder invloed van thermophorese aan de binnenzijde van de holle glazen substraatbuis wordt gedeponeerd. Onder invloed van verhitting wordt vervolgens dit soot verglaasd tot een glaslaag. In een MCVD of FCVD proces worden glaslagen 5 slechts gedeponeerd indien de reactiezone beweegt in de richting van de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis. PCVD, MCVD en FCVD processen zijn bekend in de stand der techniek.

JP 57-51139 openbaart een MCVD proces waarin een basismateriaal voor een optische vezel wordt vervaardigd. In een cyclus wordt een 10 aantal glaslagen aan de binnenzijde van een substraatbuis gedeponeerd, waarbij de depositie begint op een positie nabij de toevoerzijde en waarbij de afstand waarover de reactiezone beweegt in de richting van de afvoerzijde per glaslaag wordt gevarieerd. Het basismateriaal wordt vervaardigd door een aantal cycli achter elkaar uit te voeren.

15 Een optische vezel bestaat uit een kern en een om de kern liggende mantel, welke in de Engelse taal ook wel wordt aangeduid met cladding. De kern heeft doorgaans een hogere brekingsindex dan de cladding zodat licht door de optische vezel kan worden getransporteerd.

De kern van een optische vezel kan bestaan uit een of meer 20 concentrische lagen, elk met een specifieke dikte en specifieke brekingsindex of een specifiek brekingsindexverloop in radiale richting.

Een optische vezel met een kern bestaande uit een of meer concentrische lagen waarbij de brekingsindex van de concentrische lagen constant is in radiale richting wordt wel aangeduid als een (meervoudig) step-index optische 25 vezel. Het verschil n, van de brekingsindex van een concentrische laag met de brekingsindex van de cladding nd kan worden wordt uitgedrukt in een zogenaamde delta waarde, aangeduid met Aj% en kan berekend worden volgens onderstaande formule: 2 _ 2 „ A .% = n‘ *100% 30 ' 2 nf waarin geldt: n, = brekingsindexwaarde van laag i 35 nc, = brekingsindexwaarde van de cladding 3

Een optische vezel kan ook worden vervaardigd zodat een kern met een zogenaamd gradiëntindex brekingsindexprofiel wordt verkregen. Een dergelijk radiaal brekingsindexprofiel kan zowel met een deltawaarde, A% als met een zogenaamde alfawaarde, a, worden beschreven. Voor de bepaling van de A% 5 waarde wordt de maximale brekingsindex in de kern gebruikt. De alfawaarde kan bepaald worden volgens de onderstaande formule: ( ( r Y ¥ n(r) -nx 1 - 2A% — 10 l va) , waarin geldt: n., = brekingsindexwaarde in het centrum van de vezel a = straal van de gradiëntindex kern [pm] a = alfawaarde 15 r = radiale positie in de vezel [pm]

Een radiaal brekingsindexprofiel van een optische vezel dient te worden opgevat als een weergave van de brekingsindex als functie van de radiale positie in een optische vezel. Evenzo is het mogelijk het brekingsindexverschil met de cladding als functie van de radiale positie in de optische vezel grafisch weer te 20 geven, hetgeen tevens als een radiaal brekingsindexprofiel kan worden gezien.

De vorm van het radiale brekingsindexprofiel en in het bijzonder de diktes van de concentrische lagen en de brekingsindex dan wel het brekingsindexverloop in radiale richting van de kern bepalen de optische eigenschappen van de optische vezel.

25 Een primaire voorvorm omvat een of meer voorvormlagen die de basis vormen voor de een of meer concentrische lagen van de kern en/of een gedeelte van de cladding van de optische vezel die uit een uiteindelijke voorvorm kan worden vervaardigd.

Een voorvormlaag is opgebouwd uit een aantal glaslagen. In een 30 inwendig dampdepositieproces is een glaslaag de laag die wordt gedeponeerd bij een beweging van de reactiezone van de toevoerzijde naar de afvoerzijde of van de afvoerzijde naar de toevoerzijde.

Een uiteindelijke voorvorm zoals hierin wordt aangeduid is een voorvorm waaruit een optische vezel wordt vervaardigd middels een vezeltrekproces.

4

Om een uiteindelijke voorvorm te verkrijgen wordt een primaire voorvorm aan de buitenzijde voorzien van een additionele laag glas, welke additionele laag glas de cladding of een gedeelte van de cladding omvat. Deze additionele laag glas kan rechtstreeks op de primaire voorvorm worden aangebracht.

5 Het is tevens mogelijk de primaire voorvorm in een reeds gevormde glazen buis, in de Engelse taal ook wel aangeduid met “jacket tube”, te plaatsen. Eventueel kan deze jacket op de primaire voorvorm worden gecontraheerd. Tenslotte kan een primaire voorvorm zowel de kern als de cladding van een optische vezel omvatten zodat het aanbrengen van een additionele laag glas niet noodzakelijk is. In dat geval 10 is een primaire voorvorm identiek aan een uiteindelijke voorvorm. Aan een primaire en/of een uiteindelijke voorvorm kan een radiaal brekingsindexprofiel worden gemeten.

De lengte en diameter van een uiteindelijke voorvorm zijn bepalend voor de maximale lengte aan optische vezel die uit de uiteindelijke voorvorm kan 15 worden vervaardigd.

Om de productiekosten voor de vervaardiging van optische vezels te verlagen en/of de opbrengst per primaire voorvorm te verhogen is het derhalve de wens een zo lang mogelijke lengte aan optische vezel die voldoet aan de kwaliteitseisen op basis van een uiteindelijke voorvorm te kunnen vervaardigen.

20 De diameter van een uiteindelijke voorvorm kan worden vergroot door een dikkere laag additioneel glas op een primaire voorvorm aan te brengen. Daar de optische eigenschappen van een optische vezel worden bepaald door het radiale brekingsindexprofiel dient de laag additioneel glas te allen tijde in de juiste verhouding te staan tot de laagdikte van de voorvormlagen van de primaire voorvorm 25 die de kern, meer in het bijzonder de een of meer concentrische lagen van de kern, in de optische vezel zullen gaan vormen. Derhalve wordt de laagdikte van de additioneel op de primaire voorvorm aangebrachte glaslaag beperkt door de dikte van de voorvormlagen die middels het inwendige dampdepositieproces worden vervaardigd.

30 De lengte van een uiteindelijke voorvorm kan worden vergroot door de lengte, meer in het bijzonder de bruikbare lengte, van een primaire voorvorm te vergoten. De bruikbare lengte dient te worden opgevat als de lengte van de primaire voorvorm waarover de optische en geometrische eigenschappen binnen vooraf 5 bepaalde tolerantiegrenzen liggen, welke tolerantiegrenzen zodanig zijn gekozen dat optische vezels worden verkregen die aan de gewenste kwaliteitseisen voldoen.

Ter bepaling van de bruikbare lengte van de primaire voorvorm wordt op een aantal posities over de lengte hiervan een radiaal brekingsindexprofiel 5 gemeten, waarna op basis van deze metingen het mogelijk is om, indien gewenst voor elke voorvormlaag, een zogenaamd longitudinaal brekingsindexprofiel en longitudinaal geometrieprofiel te bepalen.

Aldus is een longitudinaal brekingsindexprofiel op te vatten als een grafische weergave van de brekingsindex van een voorvormlaag als functie van de 10 longitudinale positie in de primaire voorvorm. Uiteraard kan in plaats van de brekingsindex ook het brekingsindexverschil worden gebruikt om een longitudinaal brekingsindexprofiel te bepalen.

Een longitudinaal geometrieprofiel is op te vatten als een grafische weergave van het dwarsoppervlak van een voorvormlaag als functie van de 15 longitudinale positie in de primaire voorvorm. Het dwarsoppervlak, ook wel aangeduid met CSA, kan aan de hand van een radiaal brekingsindexprofiel worden bepaald. De CSA kan als volgt worden berekend: CSA, =£(<-<,) 20 4 Waarin CSA, = Dwarsoppervlak van voorvormlaag i [mm2] di u = buitendiameter van voorvormlaag i [mm] du = binnendiameter van voorvormlaag i [mm] 25 De bruikbare lengte van een primaire voorvorm wordt met name nadelig beïnvloed door zogenaamde “taper”. Het begrip taper dient te worden opgevat als een afwijking van de optische en/of geometrische eigenschappen van de primaire voorvorm in gebieden nabij de uiteinden hiervan. Er wordt onderscheid gemaakt tussen optische taper en geometrische taper.

30 Optische taper heeft betrekking op afwijkingen van de brekingsindex (of het brekingsindexverschil), terwijl geometrische taper betrekking heeft op afwijkingen van het dwarsoppervlak van de voorvormlaag.

Indien een primaire voorvorm is opgebouwd uit verschillende voorvormlagen kan de optische en geometrische taper van de voorvormlagen 6 onderling verschillen.

In de stand der techniek zijn werkwijzen bekend om optische en/of geometrische taper te beperken.

5 Het Amerikaans octrooi US 4,741,747 bijvoorbeeld openbaart een werkwijze voor het vervaardigen van optische voorvormen volgens de PCVD methode waarbij glaslagen worden gedeponeerd door een plasma aan de binnenzijde van een glazen buis heen en weer te laten bewegen tussen twee omkeerpunten onder toevoeging aan de buis van een reactief gasmengsel bij een 10 temperatuur gelegen in het gebied van 1100°C en 1300°C en bij een druk tussen 1 en 30 hPa. Door het plasma in de nabijheid van ten minste één van de omkeerpunten niet lineair als functie van de tijd te laten bewegen wordt het gebied met niet constante depositie geometrie aan de uiteinden van optische voorvorm gereduceerd.

De onderhavige uitvinders hebben geconstateerd dat een dergelijke 15 werkwijze weliswaar de geometrische taper vermindert, maar dat de optische taper niet verbetert of zelfs verslechtert. Bovendien hebben de onderhavige uitvinders geconstateerd dat er ook op andere posities buiten de zogenaamde tapergebieden soms noodzaak is om de brekingsindex van het gedeponeerde glas te beïnvloeden.

Hoewel de werkwijzen volgens de stand der techniek de bruikbare 20 lengte van een primaire voorvorm dus kunnen vergroten is er behoefte aan een werkwijze waarmee de bruikbare lengte nog verder kan worden vergroot.

Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een werkwijze voor de vervaardiging van primaire voorvormen voor optische vezels met een grote bruikbare lengte.

25 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is om te voorzien in een werkwijze voor de vervaardiging van primaire voorvormen voor optische vezels waarbij beïnvloeding van optische taper onafhankelijk is van geometrische taper.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is te voorzien in een werkwijze waarmee de brekingsindex en/of het dwarsoppervlak als functie van 30 de positie in lengterichting van de primaire voorvorm gezien nauwkeurig naar wens kan worden ingesteld.

De onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt doordat de werkwijze de volgende stap omvat: het voor de depositie van ten minste een glaslaag van het 7 glaslagenpakket definiëren van depositiecondities als functie van de positie van de reactiezone, gezien in lengterichting van de holle glazen substraatbuis, waarbij de aldus gedefinieerde depositiecondities binnen de depositie van voornoemde glaslaag onderling verschillen.

5 De onderhavige uitvinding berust op het inzicht dat bij het trekken van een uiteindelijke voorvorm de laagdiktes van de glaslagen zoals die zijn gedeponeerd middels een inwendig dampdepositieproces in de uiteindelijke voorvorm drastisch worden verkleind. Een typische optische vezel heeft een diameter van 125 pm. Een uiteindelijke voorvorm voor single mode vezels heeft bijvoorbeeld 10 een diameter van circa 100 tot 150 mm of zelfs meer. De dikte van de voorvormlagen en dus ook de dikte van de glaslagen in de uiteindelijke voorvorm worden derhalve gedurende de vervaardiging van de optische vezel met een factor in de orde van circa 800 tot 1200 of zelfs meer verkleind.

De onderhavige uitvinders hebben ingezien dat de manier waarop 15 het licht door de optische vezel propageert wordt beïnvloed door de gemiddelde eigenschappen van een aantal aangrenzende glaslagen in plaats van door de eigenschappen van elke individuele glaslaag. Aldus hebben de onderhavige uitvinders gevonden dat het mogelijk is om een voorvormlaag op te bouwen uit glaslagenpakketten, waarbij elk glaslagenpakket bestaat uit tenminste twee 20 glaslagen en waarbij de optische eigenschappen van tenminste twee glaslagen van het glaslagenpakket onderling verschillen, zonder dat dit een effect heeft op de propagatie van het licht door de optische vezel.

Dat wil zeggen, de onderhavige uitvinders hebben gevonden dat een eerste vezel, vervaardigd op basis van een eerste primaire voorvorm opgebouwd uit 25 een of meer voorvormlagen welke ieder weer zijn opgebouwd uit onderling identieke glaslagen, dezelfde optische eigenschappen bezit als een tweede vezel, vervaardigd volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de gemiddelde optische eigenschappen van een glaslagenpakket in de tweede primaire voorvorm overeenkomen met de optische eigenschappen van de glaslagen in de eerste primaire voorvorm. 30 Opgemerkt wordt dat de gemiddelde optische eigenschappen in radiale richting worden bepaald.

Anders gezegd, de onderhavige uitvinders hebben gevonden dat bij een inwendig dampdepositieproces waarbij relatief dunne glaslagen worden 8 gedeponeerd, niet elke glaslaag exact dezelfde brekingsindex of hetzelfde dwarsoppervlak hoeft te hebben, bij voorkeur dat de dikte individuele glaslaag in de optische vezel vervaardigd op basis van de primaire voorvorm significant kleiner is dan de golflengte van het licht dat door de optische vezel propageert en dat de 5 gemiddelde brekingsindex van de glaslagen gelijk is aan de brekingsindex van een voorvormlaag in een primaire voorvorm waarbij de glaslagen allemaal dezelfde brekingsindex vertonen. Het is verder wenselijk dat het voor het hiervoor beschreven doel van de brekingsindexwaarde ook van toepassing is op het dwarsoppervlak van de door depositie verkregen glaslagen binnen een glaslagenpakket.

10 Onder toepassing van de onderhavige uitvinding is het derhalve mogelijk om de depositie condities van de glaslagen zodanig in te stellen dat geometrische taper tot een minimum wordt beperkt terwijl de optische taper niet of nauwelijks wordt beïnvloed. Tevens is het onder toepassing van de onderhavige uitvinding mogelijk om de depositie condities van de glaslagen zodanig in te stellen 15 dat optische taper tot een minimum wordt beperkt terwijl de geometrische taper hierdoor niet of nauwelijks wordt beïnvloed. Anders gezegd, onder toepassing van de onderhavige uitvinding is het mogelijk gebleken de optische taper en geometrische taper onafhankelijk van elkaar in te stellen. Derhalve kan de bruikbare lengte van een primaire voorvorm worden vergroot ten opzichte van werkwijzen bekend in de stand 20 der techniek.

De onderhavige uitvinding voorziet tevens in de mogelijkheid om de gemiddelde brekingsindex en/of het gemiddelde dwarsoppervlak van een voorvormlaag in radiale richting gezien, over de lengte van een voorvorm positie afhankelijk in te stellen. Hiertoe kunnen de depositiecondities als functie van de 25 positie van de reactiezone worden gevarieerd. Het is derhalve wenselijk dat de depositiecondities van aan elkaar grenzende glaslagen binnen een glaslagenpakket onderling verschillen.

Meer in het bijzonder is het mogelijk gebleken om lokale afwijkingen van de gemiddelde brekingsindex en/of het gemiddelde dwarsoppervlak van een 30 voorvormlaag gezien in radiale richting te beperken door de depositiecondities als functie van de positie van de reactiezone gezien in de lengterichting van de holle glazen substraatbuis voor elke glaslaag in een glaslagenpakket in te stellen. Aldus verdient het de voorkeur dat binnen een bepaald glaslagenpakket de 9 brekingsindexwaarde en/of het dwarsoppervlak van een door depositie verkregen ene glaslaag verschilt van de brekingsindexwaarde en/of het dwarsoppervlak van een door depositie verkregen andere glaslaag.

Anders gezegd, de onderhavige uitvinding is niet beperkt tot het 5 beïnvloeden van de geometrische en optische taper, maar is toepasbaar over de hele lengte van de primaire voorvorm.

In een bijzondere uitvoeringsvorm geldt dat de gemiddelde brekingsindexwaarde en/of het gemiddelde van het dwarsoppervlak van een bepaald glaslagenpakket, samengesteld een aantal afzonderlijke, door depositie verkregen 10 glaslagen, is op te vatten als een combinatie van de brekingsindexwaarde of het dwarsoppervlak van elke afzonderlijke glaslaag, waarbij de brekingsindexwaarde en/of het dwarsoppervlak van ten minste twee van dergelijke afzonderlijke glaslagen in voornoemd glaslagenpakket onderling verschillend zijn.

De onderhavige uitvinding voorziet voorts in de mogelijkheid om een 15 primaire voorvorm te vervaardigen waarbij de verhouding van de dwarsoppervlakken van de verschillende voorvormlagen nagenoeg constant is over de lengte van de primaire voorvorm, doch waarbij de laagdiktes van de voorvormlagen niet constant zijn over de lengte van de primaire voorvorm. Een dergelijke primaire voorvorm kan in een verdere verwerkingsstap worden voorzien van een additionele laag glas, waarbij 20 de laagdikte van de additionele laag glas zodanig wordt gekozen dat de verhouding tussen het dwarsoppervlak van de additionele laag glas en het dwarsoppervlak van de voorvormlagen constant is over de lengte van de primaire voorvorm. Aldus ontstaat een uiteindelijke primaire voorvorm waarbij de verhoudingen van de additionele laag glas en de voorvormlagen constant is over de lengte van de 25 uiteindelijke voorvorm. De buitendiameter van een dergelijke uiteindelijke voorvorm is doorgaans niet constant in lengterichting. Voornoemde technologie wordt wel aangeduid als "profielovercladding". Een uiteindelijke voorvorm vervaardigd op basis van profielovercladding technologie resulteert na uittrekken tot een vezel met constante buitendiameter tot een vezel waarin over de lengte gezien de laagdiktes 30 van de concentrische lagen van de kern en cladding nagenoeg constant zijn, wat op zijn beurt resulteert in een vezel met in lengterichting nagenoeg constante optische eigenschappen.

Aldus wordt aan tenminste een van voornoemde doelstellingen 10 voldaan.

In een voorkeursuitvoeringsvorm hebben de glaslagen van een glaslagenpakket elk een dikte in radiale richting gezien gelegen in het bereik 0,1 tot 10 pm, bij voorkeur 0,5 tot 5 pm.

5 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is het aantal glaslagen waaruit een glaslagenpakket is opgebouwd gelegen in het bereik 2-100 bij voorkeur 2 - 50 en bij verdere voorkeur 4 - 30. Een relatief hoog aantal glaslagen maakt een nauwkeurige sturing van de gemiddelde optische eigenschappen van het glaslagenpakket mogelijk. Een laag aantal glaslagen is relatief eenvoudig te 10 beheersen, maar beperkt de mogelijkheid tot instellen van de gemiddelde optische eigenschappen van het glaslagenpakket. Een praktisch goed beheersbaar proces kan worden gevoerd met een glaslagenpakket van circa 10 tot 20 glaslagen.

Bij voorkeur wordt het aantal glaslagen van een glaslagenpakket zodanig ingesteld dat aan de navolgende voorwaarde wordt voldaan: 15 x*o N <0 1 * ^ final ' ’ d*Qflbre waarin 20 N = aantal glaslagen in een glaslagenpakket [-] X = minimaal toegepaste golflengte van de optische vezel [pm] d = dikte van glaslaag 3 in glaslagenpakket 4 van een primaire voorvorm [pm]

Qfinai = diameter van de uiteindelijke voorvorm vervaardigd op basis van 25 de primaire voorvorm [mm]

Qfibre = diameter van de optische vezel [mm]

Het definiëren van de depositiecondities omvat bij voorkeur het instellen van een of meer procesparameters, gekozen uit de groep van hoeveelheid, aan de toevoerzijde te doseren additioneel gas, snelheid van de reactiezone, 30 intensiteit van het plasma van de reactiezone en de lengte van de reactiezone. Onder de term hoeveelheid dient in het bijzonder het debiet te worden verstaan, te weten de hoeveelheid per tijdseenheid.

Opgemerkt wordt dat de bewegingsrichting van de reactiezone niet beschouwd moet worden als een depositieconditie.

11

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is het aldus mogelijk dat de depositielengte, te weten de lengte van de substraatbuis waarover de reactiezone wordt bewogen tussen beide omkeerpunten, wordt onderverdeeld in afzonderlijke depositiegebieden, waarbij voor elk depositiegebied 5 de desbetreffende depositieconditie wordt bepaald. In het bijzonder geldt dat de depositieconditie, bepaald voor een depositiegebied, gedurende het depositieproces instelbaar is.

Het toevoeren van het additionele gas vindt bij voorkeur plaats in de vorm van een of meer pulsen met een pulsduur en een pulshoogte. De 10 doteermiddelen worden aan het reactiemengsel toegevoerd. Een geschikte inrichting voor deze uitvoeringsvorm is beschreven in EP 2 199 263. Onder toepassing van deze inrichting wordt een hoofdgasstroom van glasvormende gassen optioneel bevattende een hoeveelheid doteermiddelen aan de toevoerzijde van de holle glazen substraatbuis toegevoerd. Middels een nevengasstroom kan een additionele 15 hoeveelheid doteermiddelen worden toegevoerd. De onderhavige uitvinding kan aldus worden toegepast door bijvoorbeeld via de nevengasstroom pulsen van extra doteermiddelen aan de hoofdgasstroom toe te voegen.

De pulsduur wordt bij voorkeur relatief klein gehouden om de brekingsindex van de glaslaag in longitudinale richting gezien zo nauwkeurig mogelijk 20 te kunnen instellen. De pulshoogte bepaalt vervolgens de mate waarin de brekingsindex wordt beïnvloed. Bij voorkeur is de pulsduur gelegen tussen 1ms -500ms milliseconden, bij verdere voorkeur tussen 1ms en 200ms bij nog verdere voorkeur tussen 5ms en 100ms.

Hoewel de inrichting volgens EP 2 199 263 gericht is op het 25 pulsvormig toedienen van additionele gassen is de werkwijze van de onderhavige uitvinding hiertoe niet beperkt. Het is bijvoorbeeld ook mogelijk om een debietregelaar, zoals een massa-debiet-regelaar, toe te passen.

De hoeveelheid additioneel gas kan zowel een brekings-indexverhogend als een brekingsindexverlagend middel zijn. Bovendien is de 30 onderhavige uitvinding niet beperkt tot toepassing van een enkel doteermiddel maar kan ook een combinatie van doteermiddelen worden toegepast. De toegepaste doteermiddelen kunnen voorts per glaslaag van een glaslagenpakket verschillen. Geschikte doteermiddelen zijn bijvoorbeeld GeCI4, P02CI5, N2 CF4, SiF4, C2F6, C4F8, 12 CCI2F2, SiF4, Si2F6, SF6, NF3 en F2.

Door de hoeveelheid doteermiddel over de lengte van de primaire voorvorm in te stellen is het mogelijk een gewenst longitudinaal brekingsindex profiel te verkrijgen. Indien nodig kan de snelheid van de reactiezone tevens als functie van 5 de positie worden ingesteld teneinde de dikte van de glaslaag in longitudinale richting te beïnvloeden. Aldus kan tevens de geometrische taper worden beïnvloed.

De hoeveelheid additioneel gas kan ook een gas zijn dat niet direct een brekingsindexverhogend of brekingsindexverlagend effect heeft, doch dat een dergelijk effect wel indirect kan bereiken. Voorbeelden van dergelijke gassen zijn 02, 10 Ar en He. Deze gassen, wanneer toegevoerd aan de reactiezone, zullen een effect hebben op de intensiteit van het plasma, met als gevolg dat efficiency van de inbouw van doteermiddelen verhoogd dan wel verlaagd kan worden. Tevens kan de totaal afgezette hoeveelheid glas en daarmee de laagdikte van een glaslaag enigszins worden beïnvloed.

15 Om reden van beheersbaarheid van het depositieproces geniet het de voorkeur om in de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding slechts een enkel additioneel gas toe te passen. Opgemerkt wordt dat de gassen die additioneel worden toegevoerd ter instelling van de gemiddelde brekingsindex in radiale richting van een glaslagenpakket al dan niet cumulatief kunnen zijn aan een 20 basishoeveelheid doteermiddelen die reeds met de overige glasvormende gassen als een constante stroom aan de holle glazen substraatbuis wordt toegevoerd.

Het definiëren van het glaslagenpakket omvat bij voorkeur verder het voor iedere glaslaag instellen van een depositielengte. De depositielengte dient te worden opgevat als de afstand tussen een omkeerpunt van de reactiezone nabij 25 de toevoerzijde en een omkeerpunt van de reactiezone nabij de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis. Het instellen van de depositielengte kan derhalve worden uitgevoerd door instelling van de positie van de omkeerpunten van de reactiezone voor de glaslagen van een glaslagenpakket. Het variëren van de depositielengte is een mogelijkheid om de laagdikte van het glaslagenpakket nabij de toevoer en/of 30 afvoerzijde te beïnvloeden. Bij voorkeur wordt de depositielengte aan de toevoerzijde met niet meer dan de lengte van het plasma verkleind. Tevens wordt bij voorkeur de depositielengte aan de afvoerzijde met niet meer dan de lengte van het plasma verkleind. De lengte van het plasma in een PCVD proces is circa 5cm - 60cm, bij 13 voorkeur 15cm - 25cm. Opgemerkt wordt dat het instellen van de depositielengte niet dient te worden opgevat als het definiëren van depositiecondities.

De reactiezone is bij voorkeur een plasma gegenereerd middels microgolven en beweegt bij voorkeur met een gemiddelde snelheid gelegen in het 5 bereik 2 m/min - 40 m/min, bij voorkeur 15 m/min - 25 m/min in lengterichting van de holle glazen substraatbuis tussen de twee omkeerpunten heen en weer.

Bij voorkeur omvat de primaire voorvorm tenminste een voorvormlaag welke voorvormlaag tenminste voor een deel is opgebouwd uit glaslagenpakketten en waarbij de voorvormlaag een in hoofdzaak constante 10 gemiddelde brekingsindex in radiale richting gezien heeft. Het principe van de onderhavige uitvinding is van toepassing op zowel voorvormlagen met een (gemiddeld) constante brekingsindex, aangeduid met "step index" voorvormlagen, als ook op voorvormlagen met een niet constante brekingsindex. Bijvoorbeeld, de onderhavige uitvinding kan ook worden toegepast op de vervaardiging van 15 voorvormen voor optische vezels met een gradiënt index type kern, of een kern met een driehoekig brekingsindexprofiel.

Indien een primaire voorvorm meerdere verschillende voorvormlagen omvat kunnen de glaslagenpakketen waaruit deze verschillende voorvormlagen zijn opgebouwd onderling verschillen. Een eerste voorvormlaag kan bijvoorbeeld zijn 20 opgebouwd uit glaslagenpakketten met tien glaslagen, terwijl een tweede voorvormlaag is opgebouwd uit glaslagenpakketten van zestien glaslagen.

De onderhavige uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een uiteindelijke voorvorm voor een optische vezel omvattende de volgende stappen: 25 i) het vervaardigen van een primaire voorvorm volgens de onderhavige uitvinding ii) het onder invloed van een warmtebron contraheren van de in stap i) verkregen primaire voorvorm tot een massieve primaire voorvorm, iii) het optioneel aanbrengen van een additionele hoeveelheid glas aan 30 de buitenzijde van de massieve primaire voorvorm verkregen in stap ii) ter vorming van de uiteindelijke voorvorm.

Een optische vezel kan vervolgens worden vervaardigd door het verhitten van een uiteinde van de uiteindelijke voorvorm en het daaruit trekken van 14 de optische vezel. Werkwijzen voor het trekken van optische vezels zijn bekend in de stand der techniek.

Verder ziet de onderhavige uitvinding toe op de met de onderhavige werkwijze verkregen primaire voorvorm, de vervolgens vervaardigde uiteindelijke 5 voorvorm en de daarmee te verkrijgen optische vezels.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een aantal figuren en een voorbeeld nader worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval hiertoe is beperkt.

10 Figuur 1 toont schematisch een plasma chemisch inwendig damp- depositieproces

Figuur 2 toont schematisch een radiaal brekingsindexprofiel van een step- index optische vezel

Figuur 3 toont een deel van een radiaal brekingsindexprofiel van een step- 15 index optische vezel volgens de stand der techniek

Figuur 4 toont een deel van een radiaal brekingsindexprofiel van een step- index optische vezel volgens de onderhavige uitvinding Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm van een implementatie van de werkwijze volgens de onderhavige werkwijze 20 Figuur 6 toont een voorbeeld van een responsecurve

Figuur 7 toont een voorbeeld van enkele responsecurven.

Figuur 8 toont schematisch een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding

Figuur 9 toont een longitudinaal brekingsindexprofiel van een primaire 25 voorvorm vervaardigd volgens de stand der techniek

Figuur 10 toont een longitudinaal geometrieprofiel van een primaire voorvorm vervaardigd volgens de stand der techniek

Figuur 11 toont een longitudinaal brekingsindexprofiel van een primaire voorvorm volgens de onderhavige uitvinding 30 Figuur 12 toont een longitudinaal geometrieprofiel van een primaire voorvorm volgens de onderhavige uitvinding

Figuur 1 geeft schematisch een inwendig dampdepositieproces voor 15 de vervaardiging van een primaire voorvorm voor optische vezels weer. Een holle glazen substraatbuis 5 is voorzien van een toevoerzijde 6 en een afvoerzijde 7. Toevoerzijde 6 en afvoerzijde 7 kunnen worden gepositioneerd tussen een gastoevoer en een gasafvoer respectievelijk (niet weergegeven). Toevoerzijde 6 en 5 afvoerzijde 7 kunnen bijvoorbeeld middels een cilindrische doorvoer met o-ring afsluiting worden ingeklemd, zodat het interne volume van holle glazen substraatbuis 5 is geïsoleerd van de atmosfeer aan de buitenzijde hiervan. Een dergelijke constructie maakt het mogelijk om een inwendig dampdepositieproces onder verlaagde druk uit te voeren wanneer aan de gasafvoer een pomp (niet 10 weergegeven) wordt gekoppeld. Het reactiemengsel bevattende de glasvormende gassen en optionele doteermiddelen worden gedurende het dampdepositieproces aan toevoerzijde 6 toegevoerd. Eventuele additionele doteermiddelen welke worden toegevoerd in de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding kunnen hetzij direct aan toevoerzijde 6 worden toegevoerd hetzij voorafgaand aan toevoer met het 15 reactiemengsel worden gemengd.

In figuur 1 is voorts een reactiezone 8 weergegeven welke reactiezone 8 gedurende het inwendig dampdepositieproces heen en weer beweegt tussen een omkeerpunt 11 gelegen nabij toevoerzijde 6 en een omkeerpunt 12 gelegen nabij afvoerzijde 7. Reactiezone 8 heeft een lengte 9 in longitudinale richting 20 van substraatbuis 5 gezien, welke relatief klein is ten opzichte van de depositielengte. Voor een PCVD proces is lengte 9 circa 5cm - 60cm.

De afstand tussen beide omkeerpunten is de depositielengte 10, welke depositielengte 10 correspondeert met de lengte waarover glaslagen aan de binnenzijde van holle glazen substraatbuis 5 worden gedeponeerd. In een PCVD 25 type inwendig dampdepositieproces kunnen tenminste de depositielengte 10 en de beide omkeerpunten worden omgeven door een oven (niet weergegeven), ingesteld op een temperatuur van circa 800°C - 1300°C, bij voorkeur 950°C - 1100°C.

Gedurende het inwendig dampdepositieproces wordt een gasmengsel van al dan niet van doteermiddelen voorziene glasvormende gassen via 30 toevoerzijde 6 van holle glazen substraatbuis 5 toegevoerd waarbij deze glasvormende gassen in reactiezone 8 worden omgezet in glas. Onder toepassing van het heen en weer bewegen van reactiezone 8 tussen omkeerpunten 11 en 12 wordt aldus een aantal glaslagen 3 (zie figuren 3 en 4) aan de binnenzijde van holle 16 glazen substraatbuis 5 gedeponeerd.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inwendig dampdepositieproces van het type PCVD waarin microgolven via een resonantieruimte, ook wel resonator genoemd, die holle glazen substraatbuis 5 in 5 lengterichting gezien gedeeltelijk omgeeft in het inwendige van holle glazen substraatbuis 5 worden gekoppeld ter vorming van reactiezone 8, te weten een plasma. Lengte 9 van de reactiezone 9 is met name afhankelijk van de constructie van de resonator en de procesinstellingen. De verhouding tussen de lengte 9 van de reactiezone en de lengte van de resonator, gezien in lengterichting, bedraagt circa 10 0.5-3.

De resonantieruimte wordt in een PCVD proces tussen de omkeerpunten 11 en 12 over de lengte van de holle glazen substraatbuis heen en weer bewogen. Resonatoren zijn bekend in de stand der techniek bijvoorbeeld uit de Amerikaanse octrooiaanvragen gepubliceerd onder de nummers US 2007/0289532, 15 US 2003/0159781 en US 2005/0172902, en de Amerikaanse octrooischriften US 4,844,007 US 4,714,589 en US 4,877,938. Het PCVD proces is een zogenaamd lage druk proces, waarmee wordt bedoeld dat de druk gedurende het inwendig dampdepositieproces op een waarde in het gebied 1 - 40 mbar bij voorkeur in het gebied 5-30 mbar wordt ingesteld.

20 In figuur 2 is een radiaal brekingsindex profiel van een gecontraheerde primaire voorvorm voor een optische vezel schematisch weergegeven. De primaire voorvorm is voorzien van een kern 1 en een cladding 2. Het brekingsindexverschil tussen kern 1 en cladding 2 is weergegeven als An1. De brekingsindex van kern 1 en cladding 2 hebben beide een constante waarde in 25 radiale richting gezien. Aldus is er sprake van een primaire voorvorm voor een "step-index" type optische vezel. Bij vervaardiging van een primaire voorvorm volgens figuur 2 omvat cladding 2 een substraatbuis 5 en eventueel een of meer additionele voorvormlagen (niet weergegeven). Onder verwijzing naar figuur 3 dienen kern 1 en de eventuele additionele voorvormlagen te worden opgevat als voorvormlagen welke 30 zijn opgebouwd uit meerdere glaslagen 3. Glaslagen 3 worden gedeponeerd bij een heen of teruggaande beweging van reactiezone 8 gedurende het inwendig dampdepositieproces. Opgemerkt wordt dat substraatbuis 5 in de primaire voorvorm niet dient te worden opgevat als een voorvormlaag.

17

Figuur 3 toont op schematische wijze een deel van kern 1 en cladding 2 van een gecontraheerde primaire voorvorm vervaardigd volgens de stand der techniek, waarbij gedeponeerde glaslagen 3 van kern 1 schematisch zijn weergegeven. Elke glaslaag 3 van kern 1 vertoont hetzelfde brekingsindexverschil 5 An1 heeft met cladding 2. Omdat elke glaslaag 3 een brekingsindexverschil An1 heeft met cladding 2 is derhalve het gemiddelde brekingsindexverschil van kern 2 gelijk aan An1.

Figuur 4 toont op schematische wijze een deel van kern 1 en cladding 2 van een gecontraheerde primaire voorvorm vervaardigd volgens de 10 onderhavige uitvinding, waarbij de in het inwendig dampdepositieproces gedeponeerde glaslagen 3a - 3f schematisch zijn weergegeven. Bij de vervaardiging van de primaire voorvorm volgens Figuur 4 zijn tenminste twee glaslagenpakketten 4 opeenvolgend gedeponeerd aan de binnenzijde van substraatbuis 5. Glaslagenpakket 4 bestaat uit de glaslagen 3a, 3b, 3c, 3d, 3e en 3f. Het 15 brekingsindexverschil van de lagen 3b, 3d, 3e en 3f is niet gelijk aan An1. Echter, de gemiddelde brekingsindex van glaslagenpakket 4 is wel gelijk aan An1.

Aldus vertonen de primaire voorvorm volgens figuur 3 en de primaire voorvorm volgens Figuur 4 een kern 5 met een gelijk gemiddeld brekingsindexverschil An1 ten opzichte van de cladding. Het aantal glaslagen en glaspakketten, zoals 20 weergegeven in figuur 4, is niet als beperkend op te vatten.

De onderhavige uitvinders veronderstellen dat indien de primaire voorvormen volgens Figuren 3 en 4 worden verwerkt tot optische vezels, er geen meetbaar verschil in optische eigenschappen tussen de optische vezels is waar te nemen indien de dikte van de glaslagen voldoende klein is.

25 De onderhavige uitvinders veronderstellen, zonder hieraan gebonden wensen te zijn, dat hier een aantal oorzaken aan ten grondslag ligt.

Ten eerste wordt de laagdikte van een glaslaag 3 in een primaire voorvorm gedurende de verwerking van de primaire voorvorm tot een optische vezel vele malen verkleind. Laagdiktes van glaslagen 3 voor een PCVD type proces liggen 30 in het gebied 0,1 pm - 10 pm per glaslaag. Een uiteindelijke voorvorm heeft een buitendiameter, afhankelijk van het type optische vezel dat wordt vervaardigd, in het gebied 50mm - 200mm, zodat de laagdikte van glaslagen 3 in de primaire voorvorm met een factor 400 to respectievelijk 1600 wordt verkleind. Dit heeft tot gevolg voor 18 primaire voorvormen vervaardigd middels een PCVD proces, dat de laagdikte van glaslaag 3 in de optische vezel vele malen kleiner zal zijn dan de golflengte van het licht dat door de vezel propageert, zodat dit licht door een relatief groot aantal aan elkaar grenzende glaslagen wordt beïnvloed en niet zozeer door de individuele 5 glaslaen.

Een optische vezel wordt hoofdzakelijk toegepast in het golflengtegebied gelegen tussen circa 850nm and 1700nm. Een typische optische vezel heeft voorts een diameter van circa 125 pm, meer in het algemeen is de diameter gelegen in het bereik 80pm - 250gm.

10 Naast het effect van de laagdikte van glaslaag 3 veronderstellen de onderhavige uitvinders dat gedurende de verwerking van de primaire voorvorm tot een optische vezel doteermiddelen in een glaslaag 3 enigszins diffunderen naar aangrenzende glaslagen 3. Dit heeft als gevolg dat de onderlinge verschillen in brekingsindex tussen aangrenzende glaslagen enigszins 3 wordt gereduceerd.

15 In figuur 5 is schematisch uiteengezet hoe de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding geïmplementeerd kan worden in een productieproces voor de vervaardiging van primaire voorvormen voor een optische vezel. Opgemerkt wordt dat de onderhavige uitvinding niet tot deze wijze van implementatie is beperkt.

In een eerste stap 100 worden zogeheten response curven bepaald.

20 Een response curve is een grafische weergave van de manier waarop de brekingsindex van een gedeponeerde glaslaag 3 in longitudinale richting van substraatbuis 5 reageert indien de depositiecondities op een bepaalde positie wordt gewijzigd ten opzichte van de depositiecondities over de resterende lengte van de depositielengte 10.

25 Een voorbeeld van een dergelijke response curve is weergegeven in

Figuur 6. Op de horizontale as is de positie van de reactiezone weergegeven in arbitraire eenheden [au]. Op de verticale as is de verhouding van de brekingsindex van het gedeponeerde glas en de brekingsindex van zuiver kwartsglas weergegeven. De manier van weergave is op geen enkele manier beperkend voor de onderhavige 30 uitvinding. De responsecurve volgens figuur 6 kan worden vervaardigd middels een inwendig dampdepositieproces waarbij gedurende de depositie van een voorvormlaag telkens op een positie A pulsgewijs een additionele hoeveelheid C2F6 aan het reactiemengsel wordt toegevoegd, bij beweging van de reactiezone 8 in de 19 richting van afvoerzijde 7. Wanneer de reactiezone in de richting van toevoerzijde 6 beweegt wordt geen additionele hoeveelheid gas toegevoerd. Bij voorkeur wordt na afloop van het depositieproces de primaire voorvorm gecontraheerd. Vervolgens wordt van de voorvormlaag 4 het longitudinale brekingsindexprofiel bepaald, hetgeen 5 correspondeert met de responsecurve volgens figuur 6. Zoals waar te nemen valt in figuur 6 daalt de brekingsindex vanaf een positie B vrijwel stapsgewijs, waarna de brekingsindex geleidelijk weer toeneemt.

Hoewel de puls met additionele hoeveelheid C2F6 wordt toegevoegd op positie A is het effect pas zichtbaar vanaf positie B. De oorzaak hiervan is gelegen 10 in het feit dat de gastoevoer relatief ver van de reactiezone is verwijderd. Voorts is waarneembaar dat ondanks een pulsvormige hoeveelheid C2F6 de vorm van het verloop in brekingsindex niet of minder pulsvormig is. De oorzaken hiervan zijn onder andere de stroomrichting en stroomsnelheid van het reactiemengsel en de bewegingsrichting en snelheid van reactiezone 8. Bij een lagere bewegingssnelheid 15 van reactiezone 8 zal de afstand tussen A en B kleiner worden en zal tevens de stijging van de brekingsindex sneller verlopen.

Opgemerkt wordt dat de responsecurve volgens figuur 6 wordt bepaald door toevoegen van een pulsgewijze hoeveelheid C2F6 bij beweging van reactiezone 8 in de richting van de afvoerzijde. Afhankelijk van het type proces en de 20 manier waarop de onderhavige uitvinding wordt toegepast kan het ook wenselijk zijn om response curven te bepalen bij beweging van de reactiezone in de richting van de afvoerzijde en/of response curven te bepalen waarbij een pulsvormige hoeveelheid dotering bij zowel beweging in de richting van de afvoerzijde als in de richting van de toevoerzijde wordt toegevoerd. Bovendien kunnen ook responsecurven worden 25 bepaald voor andere doteermiddelen en kunnen bovendien de pulsgrootte en pulsduur worden ingesteld.

In figuur 7 is een aantal responsecurven weergegeven, waarbij elke curve correspondeert met een bepaalde hoeveelheid pulsgewijs toegediende additionele hoeveelheid C2F6. Vier response curven a, b, c en d werden op basis van 30 vier verschillende additionele hoeveelheden C2F6 vervaardigd. De additionele hoeveelheid C2F6 voor curve a was het laagst, de additionele hoeveelheid C2F6 voor curve d het hoogst. Aldus kan de invloed van de grootte van de additionele hoeveelheid C2F6 puls op de brekingsindexverlaging en het brekingsindexverloop 20 worden bepaald.

De response curven volgens figuren 6 en 7 zijn vervaardigd op basis van experimenten met C2F6 als dotering welke in de vorm van pulsen met een bepaalde pulshoogte en pulsbreedte werden toegevoerd. Hierbij werden overige 5 factoren die van invloed zijn op de responsecurve, zoals onder andere stroomrichting en stroomsnelheid van het reactiemengsel, bewegingsrichting, snelheid en lengte van de reactiezone gelijk gehouden. De onderhavige uitvinding is echter niet hiertoe beperkt. In principe kunnen response curven voor elke type dotering, zowel brekingsindexverhogend als brekingsindexverlagend, en voor elke manier van 10 toevoegen worden bepaald, waarbij de overige invloedsfactoren vrijelijk ingesteld kunnen worden.

In een tweede stap 101 dient een primaire voorvorm te worden vervaardigd volgens de stand der techniek. De primaire voorvorm kan eventueel gecontraheerd worden tot een massieve staaf, waarna in stap 102 het longitudinale 15 brekingsindexprofiel en het longitudinale geometrieprofiel wordt bepaald.

Op basis van het in stap 102 bepaalde longitudinale brekingsindexprofiel en longitudinale geometrieprofiel en op basis van de vooraf bepaalde response curve(s) wordt voor de vervaardiging van volgende primaire voorvormen in stap 103 een lagenpakket 4 gedefinieerd waarbij voor afwijkingen van 20 de brekingsindex en/of de geometrie ten opzichte van een gewenste wordt gecorrigeerd.

De correctie van de brekingsindex wordt uitgevoerd door afhankelijk van de positie van reactiezone 8 de depositiecondities, in het bijzonder de hoeveelheid dotering in het reactiemengsel, te wijzigen. Afhankelijk van de mate van 25 de afwijking(en) kan een groter aantal glaslagen 3 in een glaslagenpakket 4 nodig zijn om het gewenste resultaat te verkrijgen.

De correctie van de geometrie, in het bijzonder de laagdikte van de voorvormlaag, kan worden gecorrigeerd door de snelheid van reactiezone 8 als functie van de positie in te stellen. Doorgaans resulteert een lagere snelheid van 30 reactiezone 8 in een dikkere glaslaag en zal de dikte van een glaslaag afnemen bij een hoger ingestelde snelheid. Aldus worden in stap 103 glaslagenpakket 4 en de waarbij behorende depositiecondities gedefinieerd.

In een praktische uitvoeringsvorm resulteert het definiëren van het 21 glaslagenpakket 4 en de daarbij behorende depositiecondities ter correctie van het longitudinale brekingsindexprofiel in een zogenaamde matrix. Een voorbeeld van zo'n matrix is weergegeven in figuur 8. In figuur 8 is depositielengte 10 onderverdeeld in een aantal depositiegebieden. In figuur 8 zijn dit er eenentwintig, 5 maar dit kunnen er ook meer of minder zijn. In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt depositielengte 10 verdeeld in 10 tot 100 depositiegebieden, bij verdere voorkeur 20-50 depositiegebieden. Een dergelijke onderverdeling in vooraf bepaalde depositiegebieden is praktisch, doch niet noodzakelijk. Vervolgens wordt het aantal glaslagen 3 van glaslagenpakket 4 gedefinieerd, waarbij in de uitvoeringsvorm 10 volgens Figuur 8 is gekozen voor tien glaslagen. De pijlen aan de linker en rechterzijde van de matrix zijn indicatief voor de bewegingsrichting van de reactiezone. Aldus beweegt de reactiezone voor een eerste glaslaag 3 van glaslagenpakket 4 van toevoerzijde 6 naar afvoerzijde 7 (in figuur 8 van links naar rechts). Vervolgens beweegt de reactiezone voor de tweede glaslaag 3 van 15 glaslagenpakket 4 van afvoerzijde 7 naar toevoerzijde 6 etcetera. Afhankelijk van de positie van de reactiezone wordt er een pulsgewijze additionele hoeveelheid C2F6 aan het reactiemengsel toegevoegd. Een dergelijke puls wordt in de matrix aangegeven met | terwijl □ betekent dat er geen additionele hoeveelheid C2F6 wordt toegevoerd. Aldus is het mogelijk gebleken dat de depositielengte, te weten de 20 lengte van de substraatbuis waarover de reactiezone wordt bewogen tussen beide omkeerpunten, wordt onderverdeeld in afzonderlijke depositiegebieden, waarbij voor elk depositiegebied de desbetreffende depositieconditie wordt bepaald, waarbij in het bijzonder de depositieconditie, bepaald voor een depositiegebied, gedurende het depositieproces instelbaar is.

25 Opgemerkt wordt dat de matrix van figuur 8 betrekking heeft op het toevoegen van pulsen C2F6, zodat er gecorrigeerd kan worden voor een te hoge brekingsindex. Het is echter ook mogelijk om een meerdere matrices te definiëren op basis van pulsen met een brekingsindexverhogend doteermiddel, zoals GeCI4, of met gassen die geen direct effect hebben op de brekingsindex, zoals zuurstof of argon. 30 Tenslotte is het nog mogelijk om een soortgelijke matrices te vervaardigen voor overige depositiecondities zoals bijvoorbeeld de snelheid en het vermogen van de reactiezone. Onder toepassing van de onderhavige uitvinding kunnen aldus verschillende matrices simultaan worden doorlopen en worden de eigenschappen 22 van een glaslaag 3 in glaslagenpakket 4 op een aantal verschillende manieren simultaan beïnvloed. Om reden van procesbeheersing geniet het de voorkeur om de onderhavige werkwijze met maximaal twee variabelen, i.e. twee soorten depositiecondities, uit te voeren.

5 Opgemerkt wordt dat stap 100 enerzijds en de stappen 101 en 102 anderzijds onafhankelijk van elkaar zijn en derhalve in willekeurige volgorde kunnen worden uitgevoerd.

Nadat glaslagenpakket 4 en de depositiecondities in een glaslaag 3 zijn gedefinieerd wordt vervolgens in stap 104 een volgende primaire voorvorm 10 vervaardigd onder toepassing van het in stap 4 gedefinieerde glaslagenpakket 3 en de bijbehorende depositiecondities. Van deze primaire voorvorm wordt in stap 105, optioneel na contractie tot een massieve primaire voorvorm, het longitudinaal brekingsindexprofiel en het longitudinaal geometrieprofiel bepaald. Indien het longitudinale brekingsindexprofiel en het longitudinale geometrieprofiel voldoen aan 15 de vereisten kunnen vervolgens verdere primaire voorvormen worden vervaardigd onder toepassing van het reeds bepaalde glaslagenpakket. Indien het longitudinale brekingsindexprofiel en/of het longitudinale brekingsindexprofiel niet of onvoldoende voldoen aan de vereisten kan het eerder gedefinieerde glaslagenpakket worden aangepast, uitgebreid of vervangen, hetgeen betekent dat stappen 103, 104 en 105 20 nogmaals worden uitgevoerd.

Vergelijkend voorbeeld

Figuur 9 toont een longitudinaal brekingsindexprofiel van een primaire voorvorm vervaardigd volgens de stand der techniek met een PCVD proces. Op de horizontale as is de positie over de lengte van de primaire voorvorm 25 weergegeven, terwijl de brekingsindex is weergegeven op de verticale as. De primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld heeft drie voorvormlagen te weten een voorvormlaag 13 met een hoge brekingsindex, welke in de vezel de kern zal vormen, een voorvormlaag 14 en een voorvormlaag 15. Rondom de brekingsindexwaarde van elke voorvormlaag 13, 14 en 15 zijn twee horizontale lijnen 30 weergegeven welke overeenkomen met de tolerantiegrenzen waarbinnen de brekingsindex van de voorvormlaag behoort te liggen.

De metingen van de brekingsindex van de voorvormlagen van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld beginnen op een positie van 23 circa -175mm en eindigen op een positie van circa 950mm.

Waarneembaar is dat de brekingsindex van met name voorvormlaag 13 over een deel van de lengte niet binnen de tolerantiegrenzen valt. Dit leidt ertoe dat de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld 5 voor wat betreft de brekingsindex beperkt is tot het lengtedeel tussen de posities van circa -20mm en 800mm of zelfs nog lager. Dit heeft als resultaat dat de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld maximaal circa 820mm is. De in figuur 9 toegepaste getallen dienen ter illustratie en mogen niet als beperkend worden opgevat.

10 Figuur 10 toont een longitudinaal geometrieprofiel van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld. Op de horizontale as is de positie over de lengte van de voorvorm weergegeven, terwijl de diameters van de voorvormlagen worden weergegeven op de verticale as. De diameters van de voorvormlagen 13, 14 en 15 zijn weergegeven als functie van de positie in de primaire voorvorm. Rondom 15 de diameterwaarde van elke voorvormlaag 13, 14 en 15 zijn twee horizontale lijnen weergegeven welke overeenkomen met de tolerantiegrenzen waarbinnen de diameter van de voorvormlaag behoort te liggen.

Waarneembaar is dat de diameter van met name voorvormlaag 14 over een deel van de lengte niet binnen de tolerantiegrenzen valt. Dit leidt ertoe dat 20 de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld voor wat betreft de geometrische eigenschappen beperkt is tot het lengtedeel tussen posities van circa Omm en 1125mm.

Aangezien de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld reeds werd beperkt vanwege de brekingsindex tussen posities 25 -20mm en 800mm zal de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld zijn beperkt tot het lengtedeel tussen posities Omm en 800mm. Anders gezegd, de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld is circa 800mm.

Voorbeeld 30 Figuur 11 toont een longitudinaal brekingsindexprofiel van een primaire voorvorm vervaardigd volgens de onderhavige uitvinding. Afgezien van de toepassing van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waren alle andere omstandigheden gedurende de vervaardiging van de primaire voorvorm gelijk aan die 24 van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld.

In de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding werden responsecurven bepaald voor het pulsen met C2F6, overeenkomend met de curven in Figuren 6 en 7.

5 Op basis van het longitudinaal brekingsindexprofiel en longitudinaal geometrieprofiel van het vergelijkend voorbeeld werd vervolgens een matrix gedefinieerd voor een glaslagenpakket 4 bestaande uit 10 glaslagen. De matrix bestond uit 20 depositiegebieden. Vervolgens werd de primaire voorvorm volgens het voorbeeld vervaardigd onder toepassing van de onderhavige uitvinding.

10 Op de horizontale as is de positie over de lengte van de primaire voorvorm weergegeven, terwijl de brekingsindex is weergegeven op de verticale as. De primaire voorvorm volgens het voorbeeld heeft drie voorvormlagen te weten een voorvormlaag 16 met een hoge brekingsindex, welke in de vezel de kern zal vormen, een voorvormlaag 17 en een voorvormlaag 18. Rondom de brekingsindexwaarde van 15 elke voorvormlaag 16, 17 en 18 zijn twee horizontale lijnen weergegeven welke overeenkomen met de tolerantiegrenzen waarbinnen de brekingsindex van de voorvormlaag behoort te liggen. Deze tolerantiegrenzen zijn gelijk aan de grenzen volgens het vergelijkend voorbeeld.

De metingen van de brekingsindex van de voorvormlagen van de 20 primaire voorvorm volgens het voorbeeld beginnen op een positie van circa -180mm en eindigen op een positie van circa 1000mm. Aldus is de lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld circa 1180mm. Deze lengte is enigszins hoger dan de lengte van de primaire voorvorm volgens het vergelijkend voorbeeld, doch is niet per se toe te schrijven aan de effecten van de onderhavige uitvinding.

25 In Figuur 11 is waar te nemen dat de brekingsindex van alle voorvormlagen over nagenoeg de gehele lengte van de primaire voorvorm binnen de tolerantiegrenzen valt. Slechts vanaf een positie van circa 900mm voldoet de brekingsindex van voorvormlaag 16 niet meer aan de specificatie. Dit leidt ertoe dat de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het voorbeeld voor wat betreft 30 de brekingsindex gelegen is tussen posities -180mm en 900mm.

Figuur 12 toont een longitudinaal geometrieprofiel van de primaire voorvorm volgens het voorbeeld. Op de horizontale as is de positie over de lengte van de voorvorm weergegeven, terwijl de diameters van de voorvormlagen 16, 17 en 25 18 worden weergegeven op de verticale as. De diameters van de voorvormlagen 16, 17 en 18 zijn weergegeven als functie van de positie in de primaire voorvorm. Rondom de diameterwaarde van elke voorvormlaag 16, 17 en 18 zijn twee horizontale lijnen weergegeven welke overeenkomen met de tolerantiegrenzen 5 waarbinnen de diameter van de voorvormlaag behoort te liggen. Opgemerkt wordt dat de tolerantiegrenzen aan de uiteinden van de primaire voorvorm een afname vertonen. Dit is een bewuste instelling, waarbij de verhoudingen van de dwarsoppervlakken van de verschillende voorvormlagen 16,17 en 18 constant worden gehouden over de lengte van de primaire voorvorm. Een dergelijke primaire 10 voorvorm wordt in een verdere stap voorzien van een additionele laag glas ter vorming van een uiteindelijke voorvorm, waarbij de laagdikte van deze additionele laag glas zodanig wordt gekozen dat de verhouding tussen het dwarsoppervlak van de additionele laag glas en het dwarsoppervlak van de voorvormlagen constant is over de lengte van de uiteindelijke voorvorm. Aldus ontstaat een uiteindelijke primaire 15 voorvorm waarbij de verhoudingen van de additionele laag glas en de voorvormlagen constant is over de lengte van de uiteindelijke voorvorm. De vakman zal begrijpen dat de consequentie zal zijn dat een dergelijke uiteindelijke voorvorm geen constante diameter heeft over de lengte gezien. De optische vezel die na uittrekken van de uiteindelijke voorvorm wordt verkregen vertoont constante geometrische 20 eigenschappen gezien in lengterichting.

De diameter van alle voorvormlagen 16, 17 en 18 vallen alle over de gehele lengte van de primaire voorvorm volgens het voorbeeld binnen de tolerantiegrenzen. Dit leidt ertoe dat de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het voorbeeld niet door geometrische eigenschappen wordt beperkt, met als 25 gevolg dat de bruikbare lengte van de primaire voorvorm volgens het voorbeeld circa 1080mm bedraagt, hetgeen een verbetering van circa 35% is ten opzichte van het vergelijkend voorbeeld.

De primaire voorvorm volgens het voorbeeld is vervaardigd op basis van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding en waarbij de 30 profielovercladding technologie is toegepast. De onderhavige uitvinding is echter niet tot deze combinatie beperkt. Er kan ook gekozen worden om een primaire voorvorm te vervaardigen waarbij de diameters van de voorvormla(a)g(en) constant is over de lengte van de primaire voorvorm. De combinatie van de werkwijze volgens de 26 onderhavige uitvinding met de profielovercladding technologie biedt echter meer flexibiliteit bij het vervaardigen van een primaire voorvorm, hetgeen met name gewenst kan zijn indien een primaire voorvorm met drie of meer voorvormlagen vervaardigd dient te worden, i.e. primaire voorvormen met een relatief complex 5 radiaal brekingsindexprofiel.

Voorts wordt nog opgemerkt, dat hoewel de onderhavige uitvinding met name gericht is op het verkrijgen van een nagenoeg constante gemiddelde brekingsindex en bij voorkeur ook een nagenoeg constante laagdikte van het glaslagenpakket in longitudinale richting gezien, het ook denkbaar is de onderhavige 10 uitvinding op andere wijzen toe te passen.

De onderhavige werkwijze kan bijvoorbeeld ook worden gebruikt om optische vezels te vervaardigen met een gecontroleerde en gewenste taper van optische en/of geometrische toepassingen. Aldus kunnen bijvoorbeeld snelheid van de reactiezone en de hoeveelheid doteermiddel zodanig worden ingesteld dat de 15 gemiddelde brekingsindex en of de dikte van een glaslagenpakket afneemt in een bepaalde longitudinale richting.

In een ander voorbeeld kan de primaire voorvorm in longitudinale richting opgevat worden als te zijn opgebouwd uit segmenten, waarbij ieder segment een specifiek radiaal brekingsindexprofiel heeft, welk radiaal brekingsindexprofiel 20 constant is over de breedte van het segment, doch waarbij de radiale brekingsindexprofielen van twee aangrenzende segmenten onderling verschillen. Op deze wijze is het mogelijk om bijvoorbeeld een vezel te vervaardigen met segmenten met alternerend teken voor de chromatische dispersie.

25

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor een optische vezel onder toepassing van een plasma chemisch inwendig 5 dampdepositieproces, waarbij aan het inwendige van een holle glazen substraatbuis al of niet van doteringen voorziene glasvormende precursors worden toegevoerd, over de lengte van voornoemde holle glazen substraatbuis een reactiezone in de vorm van een plasma heen en weer wordt bewogen tussen een omkeerpunt nabij de toevoerzijde en een omkeerpunt nabij de afvoerzijde van voornoemde substraatbuis, 10 waarbij de substraatbuis in een oven is gepositioneerd en in voornoemde reactiezone zodanige omstandigheden worden gecreëerd dat een of meer glaslagenpaketten, opgebouwd uit ten minste twee afzonderlijke glaslagen, worden gedeponeerd aan de binnenzijde van voornoemde substraatbuis, gekenmerkt doordat de werkwijze de volgende stap omvat: 15 het voor de depositie van ten minste een glaslaag van het glaslagenpakket definiëren van depositiecondities als functie van de positie van de reactiezone, gezien in lengterichting van de holle glazen substraatbuis, waarbij de aldus gedetineerde depositiecondities binnen de depositie van voornoemde glaslaag onderling verschillen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de depositiecondities van aan elkaar grenzende glaslagen binnen een glaslagenpakket onderling verschillen.

3. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat binnen een bepaald glaslagenpakket de brekingsindexwaarde en/of 25 het dwarsoppervlak van een door depositie verkregen ene glaslaag verschilt van de brekingsindexwaarde en/of het dwarsoppervlak van een door depositie verkregen andere glaslaag.

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de gemiddelde brekingsindexwaarde en/of het dwarsoppervlak van 30 een bepaald glaslagenpakket, samengesteld een aantal afzonderlijke, door depositie verkregen glaslagen, is op te vatten als een combinatie van de brekingsindexwaarde en/of het dwarsoppervlak van elke afzonderlijke glaslaag, waarbij de brekingsindexwaarde en/of het dwarsoppervlak van ten minste twee van dergelijke afzonderlijke glaslagen in voornoemd glaslagenpakket onderling verschillend zijn.

5. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij elke glaslaag van het desbetreffend glaslagenpakket, in radiale richting gezien, een dikte heeft in het bereik van 0,1 tot 10 micrometer, bij voorkeur 0,5 tot 5 5 micrometer.

6. Werkwijze volgens een of meer van voorgaande conclusies waarbij het aantal glaslagen in een glaslagenpakker 2-100 bij voorkeur 2 - 50, bij verdere voorkeur 4-30, bedraagt.

7. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 10 waarbij het aantal glaslagen van het desbetreffend glaslagenpakket zodanig wordt ingesteld dat aan de navolgende voorwaarde wordt voldaan: X *n N < pi* ^fmal ’ d*Qfibre 15 waarin N = aantal glaslagen in het desbetreffend glaslagenpakket [-] A = minimaal toegepaste golflengte van de optische vezel [pm] d = dikte van glaslaag in desbetreffend glaslagenpakket van een primaire voorvorm [pm]

8. Werkwijze volgens een of meer van voorgaande conclusies waarbij het definiëren van de depositiecondities omvat het instellen van een of meer 25 procesparameters, gekozen uit de groep van het debiet, van het aan de toevoerzijde te doseren additioneel gas, snelheid van de reactiezone, intensiteit van het plasma van de reactiezone en de lengte van de reactiezone.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij de depositielengte, te weten de lengte van de substraatbuis waarover de reactiezone wordt bewogen tussen beide 30 omkeerpunten, wordt onderverdeeld in afzonderlijke depositiegebieden, waarbij voor elk depositiegebied de desbetreffende depositieconditie wordt bepaald.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de depositieconditie, bepaald voor een depositiegebied, gedurende het depositieproces instelbaar is.

11. Werkwijze volgens een of meer van de conclusie 8-10, waarbij de hoeveelheid additioneel gas in de vorm van een of meer pulsen, gekarakteriseerd door pulshoogte en pulsduur, aan de toevoerzijde van de holle glazen substraatbuis wordt toegevoerd.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij de pulsduur gelegen is in het bereik 1 ms - 500ms, bij voorkeur 1 ms - 200ms, bij voorkeur 5ms - 10Oms.

13. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 8 -12, waarbij het additionele gas wordt gekozen uit de groep van een gas, dat een of meer brekingsindex verhogende en/of brekingsindex verlagende doteringen bevat, 10 zuurstof, argon en helium, of een combinatie van twee of meer hiervan.

14. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de reactiezone met een gemiddelde snelheid gelegen in het bereik 2 m/min -40 m/min en bij voorkeur 15 m/min - 25 m/min wordt bewogen over de lengte van de substraatbuis.

15. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1 - 14, waarbij de primaire voorvorm tenminste een voorvormlaag omvat welke voorvormlaag tenminste voor een deel is opgebouwd uit glaslagenpakketten en waarbij de voorvormlaag een in hoofdzaak constante gemiddelde brekingsindex en/of dwarsoppervlak in radiale richting gezien heeft.

16. Werkwijze voor het vervaardigen van een uiteindelijke voorvorm voor een optische vezel omvattende de volgende stappen: i) het vervaardigen van een primaire voorvorm volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-15, ii) het onder invloed van een warmtebron contraheren van de in stap 25 i) verkregen primaire voorvorm tot een massieve primaire voorvorm, iii) het optioneel aanbrengen van een aanvullende hoeveelheid glas aan de buitenzijde van de massieve primaire voorvorm verkregen in stap ii) ter vorming van de uiteindelijke voorvorm.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de 30 verhouding tussen het dwarsoppervlak van de additionele laag glas en het dwarsoppervlak van de voorvormlagen constant is over de lengte van de uiteindelijke voorvorm.

18. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel omvattende het vervaardigen van een uiteindelijke voorvorm volgens de werkwijze volgens een of meer van de conclusies 16-17 gevolgd door het verhitten van een uiteinde van voornoemde uiteindelijke voorvorm en het daaruit trekken van de optische vezel.

19. Primaire voorvorm verkrijgbaar middels de werkwijze van een of 5 meer van de voorgaande conclusies 1-15.

20. Uiteindelijke voorvorm verkrijgbaar middels de werkwijze volgens een of meer van de conclusies 16-17.

20 Qfina| = diameter van de uiteindelijke voorvorm vervaardigd op basis van de primaire voorvorm [mm] Qfibre = diameter van de optische vezel [mm]

21. Optische vezel verkrijgbaar middels de werkwijze van conclusie 18. 10