NL8103951A

NL8103951A - Vervaardiging van lichtgeleidervoorvorm.

Info

Publication number: NL8103951A
Application number: NL8103951A
Authority: NL
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1982-03-16
Also published as: GB2082568A; FR2489297A1; GB2082568B; DE3133013A1; JPS5771833A

Description

; r +4 VO 2198

Vervaardiging van li chtg eleidervoorvorm.

De uitvinding heeft "betrekking op het vormen van een lichtgeleidervoorvoim, waaruit een lichtgeleidervezel kan worden getrokken. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op de vervaardiging van een dergelijke voorvorm. met verbeterde transmissie-5 eigenschappen.

Vezels voor lichtgolfccmmunicatie worden vervaardigd door het verhitten van een vaste cilindrische lichtgeleidervoorvorm en het trekken van de vezel uit een gesmolten deel daarvan. De lichtgeleidervoorvorm cmvat een binnehkera en een buitenbekleding en 10 de daaruit getrokken vezel vertoont in hoofdzaak de eigenschappen daarvan. Zo zijn bij voorbeeld de dikten van de kern en de bekleding in dezelfde verhouding in de vezel als zij in de voorvorm zijn.

Op dezelfde wijze is elke index van brekingsgradering of variatie in de voorvormkera een duplicaat van die in de vezelkem. Voor tele-15 ccmmunicatie-toepassingen liggen de buitendiameter van de vezel en de kerodiameter in het algemeen in het gebied van 100-150 yam resp.

50-60 jm.

Een techniek, die bekend is voor het vervaardigen van licht-geleidervoorvoimen is bekend als het gemodificeerde chemische damp-20"afzettings (MCVD)-procédé en wordt beschreven in Amerikaans octrooi-schrift 4.217.027. Bij de vervaardiging van een lichtgeleidervoorvoim gaat men uit van een chemisch gereinigde buis uit gesmolten kwarts, die wordt geroteerd op een glasblazersdraaibank. Een toorts wordt bij herhaling langs de lengte van de buis in een richting voort-25 bewogen resulterend in een hete zone (ongeveer 1500-1600°) heen- en weergaande erover. Chsaische dampen worden in de roterende buis geleid als de toorts langs de lengte ervan voortbeweegt, resulterend in de afzetting van een gelijkmatige laag gesmolten gedoopte silica op de binnenzijde van de buis. Meerdere lagen worden op deze wijze afgezet 30 voor het vervaardigen van de gewenste buis-tot-kernmassaverhouding en indexprofiel. Tussen 50 en 100 gangen worden doorlopen door de toorts en de hoeveelheid bij elke gang gebruikte doop kan worden gevarieerd onder verhoging van de index van elke navolgende afgezette laag ter vervaardiging van een gegradeerde indexvoorvorm of de docphoeveelheid 8103951 * r --- : kan tij elke laag constant worden gehouden ter vorming van een trapsgewijze indexvoorvorm.

De eerste enkele gangen veroorzaken» dat een sper laag wordt afgezet op het binnenoppervlak van de buis. Deze laag verschaft 5 een glad binnenoppervlak en voorkaat, dat verontreinigingen ..in het kerngebied diffunderen gedurende de kernafzetting en in eenval~ bewerkingen.

Een dergelijke techniek werkt goed en levert een hoge-kwali- teitsvoorvorm en daaruit getrokken lichtgeleidervezel. Echter nadat TO de sperlaag en de kernlagen zijn afgezet» doet men de buis weer vallen tot een vaste-staafvoorvorm door haar te onderwerpen aan verhoogde o temperaturen tot ongeveer 1950 C. Bij dergelijke temperaturen hebben bellen, die aanwezig kunnen zijn bij het binnenoppervlak van enkele uitgangsbuizen de neiging in en/of door de sperlaag en in het kern-15 materiaal te migreren. Lichtgeleidervezels, getrokken van een dergelijke voorvorm zullen een uitzonderlijke optische demping bezitten als gevolg van het feit, dat het voortgeplante licht wordt verstrooid door de bellen.

De onderhavige methode overwint bovenstaande problemen in 20 hoofdzaak, doordat een lichtgeleidervoorvoim wordt vervaardigd door verhitting van een glazen buis gedurende een tijd en op een temperatuur die voldoende zijn cm bellen daarin, die. dicht bij het binnenoppervlak van genoemde buis aanwezig zijn, te verwijderen. De buis wordt verder verhit als uitgekozen gassen er doorheen worden geleid voor 25. het af zetten van een vooraf bepaalde hoeveelheid gedoopte glasdeeltjes op het binnenoppervlak van de buis. De buis wordt dan onderworpen • aan een verhoogde temperatuur» die voldoende is haar te doen krimpen en ten slotte te doen ineen vallen tot een lichtgeleidervezelvoorvorm.

Fig. 1 is een isametrisch aanzicht van een lichtgeleider-30 voorvozm en fig. 2 een schaaatische tekening van een voorvormvervaar-digingstoestel.

Een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt beschreven verwijzend naar het eerder genoande MCVD-procédé. De onder-35 havige techniek is van toepassing op elk lichtgeleidervoorvorm- fabricageprocêdê, waarbij lagen kernglas worden afgezet op de binnenzijde van een glazen buis uit siliciumdicocyde, die men dan doet 8103951 -3- * i ineenvallen onder vorming van de vaste glazen voorvorm.

Fig. 1 is een iscmetrisch aanzicht van een lichtgeleider-voorvorm 5, die "bestaat uit een centrale kern 6 en een buiten-"bekleding 7- Een holle glazen "buis uit siliciumdioxyde 10, getoond 5 in fig. 2, voor gebruik van de vervaardiging van- een lichtgeleider-voorvom 5 kan van een groot aantal fabrikanten worden betrokken.

Eén techniek voor het vervaardigen van een dergelijke holle glazen buis 10 is beschreven in Amerikaans octrooischrift 3-711-202. Dat oc-trooischrift beschrijft het boren van een gat volgens de as van een 10 staaf gesmolten siliciumdioxyde. Het ruwe oppervlak, dat door het boren achterblijft wordt mechanisch en vervolgens met een vlam gepolijst onder verkrijging van een zeer glad oppervlak op de binnenwand van de buis 10.

De eerste trap bij de routinefabricage van de lichtgeleider-15 voorvorm 5 is het reinigen van de silieiumdiaxydebuis 10. De buis 10 wordt geplaatst in een licht zuur etsbad (bij voorbeeld HUO^ : H^O) en gedeioniseerd water wordt er dan door geleid cm de buis te spoelen en te reinigen. Vervolgens wordt de buis 10 geplaatst in een gefiltreerde-luchtdroogkamer gedurende ten minste 2 uren. De buis 10 kan dan worden 20 gemonteerd voor rotatie (zie pijl in fig. 2) op een glasblazerdraai-bank (niet-getekend). Een typische glasblazerdraaibank is getoond in The Western Electric Engineer, Winter 1980 uitgave op blz. b6.

Uitgekozen gassen (bij voorbeeld 0^, SiCO^, GeCl^, POCl^* BCl^) worden door de binnenzijde van de roterende gesmolten silicium-25 dicxydesubstraatbuis 10-geleid via straaingsmeters en een verdeel-stuk 11. Een zuurstof-waterstoftoorts 12 beweegt herhaaldelijk over de buitenzijde van de buis 10 voor het verschaffen van een verhitte zone, die langzaam voortbeweegt (bij voorbeeld 0,3 em/seconde) van links naar rechts, keert snel terug naar links en herhaalt deze gang 30 onder afzetting van een gelijkmatige laag gedoopt siliciumdioxyde op het binnenoppervlak van de buis. Meerdere lagen worden afgezet ter verkrijging van de juiste buis tot kernmassaverhouding en indexprofiel.

Van 50 tot 100 gangen van de toorts 12 worden toegepast en de hoeveelheid doop kan worden gevarieerd bij elke gang voor het ver-35 krijgen van een gegradeerde indexlichtgeleidervoorvorm of het doop-nivean kan constant zijn voor het verkrijgen van een trapindexvoorvorm.

0g reageert met SiCl^ en geschikte dopen, waarvan enkele

_ - ' “t J

8103951 *· ** als reinigingsmiddelen verken, de smelttemperatuur en de viscositeit van de afzetting verlagen en deze homogener maken. Typische reinigingsmiddelen zijn POCl^ (dat de brekingsindex verhoogt) en BCl^ (dat de index verlaagt). Hoofdzakelijk worden axyden van SiCl^ en doop gevormd 5 als zij de hete zone binnentreden. Onder doorgang erdoor, worden de oxydedeeltjes rechtstreeks naar het oppervlak gedreven door de kinetische energie-van de hoge-temperatuurdeeltjes. Stroomafwaarts van de hete zone is de buis 10 betrekkelijk koud en de drijfkracht is in de richting van de buisvand. Derhalve zetten de oxydedeeltjes 10 zich benedenstrooms af en worden vervolgens gesmolten door de hete zone, veroorzaakt door de bewegende toorts 12. De resterende pro-dukten van de reactie worden afgevoerd.

Om een gegradeerde indexkem af te zetten wordt de strocm-doop (GeCl^) systematisch verhoogd, terwijl de stromen van SiCl^ en 15 reinigingsmiddel betrekkelijk constant zijn, waardoor een toenemende GeOg-concentratie en daardoor een toenemende brekingsindex bij elke verdere laag kernmateriaal tvordt verkregen.

Wanneer eenmaal het gewenst aantal lagen is afgezet, doet men de buis 10 ineenvallen. Dit geschiedt door vermindering van de 20 toortsbevegingssnelheid in de richting van rechts naar links, terwijl men de temperatuur van de buis 10 verhoogt tot ongeveer 1950°C.

Terwijl de warmte de buis 10 verweekt, doet de oppervlaktespanning haar krimpen. Een geringe positieve inwendige druk (bij voorbeeld 0,5-1,0 cm water) wordt in de buis 10 gehandhaafd gedurende het 25 krimpen en ineenvallen om concentriciteit ervan te handhaven.

Bij een eindgang van de hete zone valt de buis 10 ineen tot de staaf, een lichtgeleidervoorvona 5·

Een dergelijke voorvoimvervaardigingstechniek is bekend en is zeer doelmatig gebleken. Er is echter ontdekt, dat, wanneer de 30 buis 20 met de afgezette lagen daarin, wordt onderworpen aan temperaturen van rondcm 1950°C gedurende de krimp- en in eenvalgangen, eventuele kleine belletjes, die bij het binnenoppervlak van de buis 10 aanwezig kunnen zijn, de neiging hebben naar het meer fluidegebied van de kern 6 te migreren. Dit kan de gelijkmatigheid van de afgezette 35 glaslagen die de kern 6 in de voorvorm 5 vormen tenietdoen, resulterend in een overmatige optische danping in daarvan getrokken licht-geleidervezels.

8103951 ' -5--

Dit probleem beeft men overwonnen door de buis 10 aan verhoogde temperaturen (bij voorbeeld 1600-2000°C) te onderwerpen» alvorens men enige laag op bet binnenoppervlak daarvan af zet. Volgens een speciale uitvoeringsvorm werd. de buis 10 geplaatst in de glasblazer-5 draaibank en geroteerd als eerder aangegeven. De toorts 12 wordt verscheidene malen langs de buis 10 voortbewogen, terwijl de temperatuur van de bete zone geleidelijk werd verhoogd van 1600-1950°C, waarbij slechts 0^ door de buis 10 ging. Een dergelijke sterkere verhitting expandeert de ingevangen bellen aan of bij het binnenoppervlak 10 van de buis 10, waardoor zij naar buiten treden. Later afgezette sper-lagen egaliseren het binnenoppervlak van de buis 10.

Het aantal gangen van verhoogde-temperatuur, alsmede de temperatuur zal afhankelijk zijn van de hoeveelheid bellen in de buis en het buismateriaal. Zuivere siliciumdiaxydebuizen 10 vereisen 15 een temperatuur van ongeveer 1950°C cm de bellen te verwijderen.

Slechts éên enkele gang van de toorts 12 kan de bellen als zij gering in aantal en dicht bij het binnenoppervlak van de buis 10 aanwezig zijn, in hoofdzaak verwijderen. Echter kunnen meerdere gangen vereist zijn als er een groot aantal bellen is, die zich op 20 afstand van het binnenoppervlak van de buis 10 kunnen bevinden.

In de praktijk wordt de buis 10 visueel geobserveerd, terwijl zij aan de verhoogde temperatuur wordt onderworpen. Als de binnendelen van de buis 10 in hoofdzaak vrij zijn van bellen, kan de temperatuur worden verlaagd en kunnen de lagen worden afgezet. Opgemerkt wordt, 25 dat de bovenvermelde positieve druk in de buis 10 moet worden gehandhaafd gedurende de bel-verwijderingstrap (pen).

Volgens een speciale uitvoeringsvorm was de volgorde van vervaardiging van een lichtgeleidervoorvorm 5 onder toepassing van een siliciumdicocydebuis 10 met een bixmendiameter van 16 mm, een 20 mm 30 buitendiameter en 100 cm lengte als volgt: 8103951 -6- * ^ c

Aantal

1-3 Hoge temperatuurovergang 1600°* 1950°C

U-9 Sperlagen

SiCl^ 1 g/min 5 3 BCl^ 20 cm /min 0^ 2000 cm^/min 10-56 Kernlagen (Temperatuur was 1600° tot 1500°C, 10 ...

gelijkmatig afnemend na elke toorts- overgang met ongeveer 0,26 cm/see)

SiCL·^ met 100 (1,2 g/min)

GeCl^ met 0-.T8 g/min 15 POCl^ met 0,01+5 g/min

Totaal Ο^ ongeveer 2,5 1/min 57-60 Krimp en doerfineenvallen (bij 1950°C)

Alle temperaturen werden gemeten met toepassing van een

Williamson pyrometer, die de stralingsdichtheid bij 3,5 jm. bepaalde 20 cm de temperatuur vast te stellen.

8103951

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een lichtgeleidervezel-voorvorm, omvattend het verhitten van een glazen huis als uitgekozen gassen erdoor worden geleid voor het af zetten van een vooraf bepaalde hoeveelheid deelt jesvozmige glasdoop op het binnenoppervlak van de 5 buis en het onderwerpen van de buis aan een verhoogde temperatuur, die voldoende is cm deze te krimpen en tenslotte te doen ineenvallen tot een lichtgeleidervezelvoorvorm, met het kenmerk, dat de buis v66r het af zetten van de deelt j esvormige glasdoop gedurende een tijd en qp een temperatuur wordt verhit die voldoende zijn cm dichtbij 10 het binnenoppervlak van de buis aanwezige bellen te verwijderen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een positieve druk binnenin de buis wordt gehandhaafd gedurende de bel-verwijderingstrap.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat zuur-15 stof door de buis wordt geleid de bel-verwijderingstrap. ij·. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men heliumdoor de buis leidt gedurende de bel-verwijderingstrap.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-h, met het kenmerk, dat de buis wordt verhit door meerdere malen een toorts over de lengte van 20 de buis te bewegen voor het verschaffen van een bewegende verhittings-zone.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de glazen buis wordt geroteerd gedurende de verhittingstrappen.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, waarbij de glazen buis 25 uit zuiver siliciumdioxyde bestaat, met het kenmerk, dat de temperatuur bij de belverwijderingstrap ongeveer 1950°C bedraagt.

8. Een bel-vrije lichtgeleidervezelvoorvorm, met het kenmerk, dat zij is vervaardigd volgens een der conclusies 1-7. 8103951