NL8302127A - Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van optische vezels. - Google Patents

Description

4 , r - » PHN 10.711 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van optische vezels."

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van optische vezels, waarbij op de binnenzijde van een op een temperatuur tussen 1100 en 1300°C verwarmde glazen buis glaslagen warden afgezet door bij een druk tussen 0.13 en 13.33 kPa een 5 reactief gasmengsel door de buis te leiden en in het inwendige van de buis een plasma heen en weer te bewegen, vervolgens de buis nadat voldoende glaslagen zijn afgezet wordt gekolïabeerd tot een massieve voorvorm en de voorvorm wordt uitgetrokken tot een optische vezel.

Onder glas wordt in dit verband eveneens synthetisch en uit kwartskris-10 tallen door smelten verkregen amorph kwarts (fused silica, kwartsglas) al of niet gedoteerd, verstaan.

De vervaardiging van optische vezels met de aangegeven werkwijze wordt onder meer beschreven in de Amerikaanse octrooischrif ten Re 30635 en 4,314,833. Deze werkwijze is in de techniek bekend als 15 het "niet-isotherm plasma C.V.D."-proces (niet-isotherm P.C.V.D..)

Bij deze werkwijze worden direkt vanuit de gasfase glaslagen op de binnenwand van de glasbuis afgezet (heterogene reactie). Hierbij wordt de vorming van glasroet in de gasfase vermeden (zie in dit verband in het bijzonder het eerder geciteerde Amerikaanse octrooischrift - 20 4,314,833). In principe is het bij deze merkwijze niet noodzakelijk cm de glazen tuis te roteren, teneinde een rotatie-syirmetrische afzetting te waarborgen. De diffusie in de gasfase van in het plasma gevormde geladen deeltjes (ionen, aangeslagen atanen e.d.) naar de glaswand wordt namelijk niet merkbaar door de zwaartekracht beïnvloed.

25 Dit in tegenstelling tot een zogenaamd homogeen depositieproces waarbij ' in de gasfase glasdeeltjes wordt gevormd, de afzetting van deze glasdeeltjes wordt wel door de zwaartekracht beïnvloed. Bij werkwijzen waarbij in de gasfase glasdeeltjes worden gevormd en op het inwendige van een buis afgezet, wordt cm een rotatie-symmetrische afzetting te 30 waarborgen de buis met vrij hoge snelheid continu geroteerd (zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 4,217,027, dat het M.C.V.D.-prcces beschrijft: de rotatiesnelheid bedraagt 100 rpm). Bij deze deposi-tieprocessen is de gasdruk doorgaans gelijk aan of groter dan de 8302127 ΡΗΝ 10.711 2 v ' η ' .

atmosferische druk, er behoeven daarcan geen bijzonder hoge eisen te worden gesteld aan de rotatiekoppelingen met betrekking tot de gasdichheid.

Bij een industriële productie van optische vezels volgens het P.C.V.D.-proces blijkt scans toch een niet rotatie-symmetrische depositie 5 van de glaslagen te kunnen optreden. Dit is nadelig omdat een niet rotatie-symmetrische depositie van de glaslagen tot een verkleining van de verwachte . bandbreedte kan voeren. De niet-rotatie-symmetrische afzetting blijkt verschillende oorzaken te kunnen hebben die ieder afzonderlijk of gecombineerd de optische eigenschappen van de vervaardigde 10 optische vezel nadelig kunnen beïnvloeden. Indien de glasbuis niet over de hele lengte tijdens de beweging van de trilholte voor het opwekken van het plasma zich in het centrum van de trilholte bevindt, zal in de buis een niet-rotatie-symmetrische verdeling van het plasma optreden. De glasbuis kan onvolkanenheden bezitten die eveneens tot een ongelijkmatige 15 afzetting van de glaslagen kunnen voeren. Deze onvolkomenheden kunnen hierin bestaan dat de buis niet volkanen recht en/of over de lengte niet een gelijke uit en/of inwendige diameter bezit. Voorts kunnen onvolkomenheden in de oven tot een ongelijkmatige verhitting voeren.

Voorkoming of vermindering van de nadelen, van een niet-20 rotatie-symmetrische afzetting van de glaslagen door continue rotatie van de glasbuis tijdens de depositie zoals dat bijvoorbeeld bij. het eerder genoemde M.C.V.D-proces wordt toegepast stuit bij het onderhavige P.C.V.D.-proces op een aantal bezwaren die samenhangen met het verschil in procesvoering.

25 Het M.C.V.D.-proces wordt gewoonlijk bij nagenoeg atmosferische of hoger dan atmosferische druk uitgevoerd. Lek in de toegepaste rotatie-koppeling voert niet tot inlekken van de omringende atmosfeer in de glas-buis. Het P.C.V.D.-proces vindt plaats bij verminderde druk. Indien de rotatiekoppeling hierbij niet volkomen tegen het inlekken van de 3Q atmosfeer is afgeschermd wordt de omringende atmosfeer in de buis gezogen met alle nadelige gevolgen van dien, bijvoorbeeld toename van de demping door inbouw van water in de zich in de buis vormende glaslagen. Ook slijtage producten afkomstig van de roterende delen van de koppeling kunnen in de buis worden gezogen en de eigenschappen van de optische 35 vezel nadelig beïnvloeden. Een afdoende afdichting die continu kan worden gebruikt zonder dat de geschetste nadelen gaan optreden is in de praktijk moeilijk te realiseren. Men moet hierbij in de overweging betrekken dat reeds uiterst minieme hoeveelheden verontreinigingen (in de orde van 8302127

* I

4 1 ., ΓΗΝ 10.711 3 0,1 ppm) tot een merkbare verhoging van de demping (in de orde van 1 db) in de optische vezel aanleiding kunnen geven.

De uitvinding stelt zich ten doel de uitval bij fabrieksmatig vervaardigde optische vezels bij het niet-isotherme P.C.V.D.-proces te 5 verminderen en een gelijkmatige goede optische kwaliteit zoveel mogelijk te waarborgen.

Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan met een werkwijze, die bet kenmerk draagt dat de glasbuis via buigzame leidingen vast met een gasverzorgingssysteem en met een vacuumpcmp wordt verbonden 10 en de glasbuis tijdens het afzetten van de glaslagen telkens als de bewegingsrichting van het plasma in de buis wordt omgekeerd, wordt geroteerd over een hoek gelijk aan ___, waarin n een geheel getal groter dan of gelijk aan 2 is, totdat de n buis over tenminste 360° is geroteerd, waarna de rotatierichting wordt omgekeerd waarbij een en ander 15 wordt herhaald totdat alle glaslagen zijn afgezet.

In de praktijk is gebleken, dat met het stapsgewijs roteren volgens de uitvinding reeds bij betrekkelijk kleine waarden van n een aanmerkelijke verbetering van de optische eigenschappen kan worden verkregen, in het bijzonder de bandbreedte wordt duidelijk gunstig beïnvloed.

20 Een asymmetrisch afzettingspatroon bij een stilstaande buis wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding over een aantal opeenvolgende lagen symmetrisch over de ontrek van de buis verdeeld. Bij de na het af zetten volgende verwarming op hogere temperatuur met het doel de buis te laten kcntraheren en kollaberen tot een massieve voorvorm en bij 25 het trekken van de vezel daaruit wordt door diffusie tussen de lagen nog een verdere egalisatie van het afzettingspatroon bewerkstelligd.

Geschikte waarden van n zijn gelijk aan een geheel getal van 2 tot en met 12, bij voorkeur kleiner dan 10.

De buigzame leiding kan bijvoorbeeld bestaan uit een oprolbare 30 versterkte slang uit een kunststof die bestand is tegen het gasmengsel dat door de buis wordt geleid bij de fcedrij fstemperatuur. Bij voorkeur wordt een balg uit roestvrij staal, bijvoorbeeld een Cr-Ni-Fe staal toegepast, dat bestand is tegen het gasmengsel.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting 35 voor het uitvoeren van de werkwijze. Deze inrichting voor het aanbrengen van glaslagen op de binnenzijde van een glasbuis cravat een gas ver zorgings -installatie die met een einde van de glasbuis wordt verbonden, een oven voor het verwanten van de glasbuis een trilholte voor het genereren van een plasma in de glasbuis en middelen cm de trilholte langs de glas- 8302127 PHN 10.711 4 tuis heen en weer te bewegen, een hoogfrequent generator die met de trilholte is verbonden en een vacuimpcmp, die met het andere einde van de glashuis wordt verbonden. De inrichting draagt het kenmerk, dat de middelen voor het verbinden van resp. de gasverzorgings installatie en de vacuumpcnp met de einden van de glasbuis bestaan uit buigzame 5 leidingen en dat middelen aanwezig zijn die de glasbuis elke keer dat de beweging van de trilholte langs de buis amkeert de glasbuis over een van te voren ingestelde hoek stapsgewijs roteren.

Bij een in de praktijk geschikt gebleken uitvoeringsvorm bestaan de middelen voor het over een te voren .ingestelde hoëc roteren uit 10 een elektronische stuureenheid of een stappenmotor die gekoppeld is aan een evenwijdig aan de buis opgestelde draaibare as waarop zich twee schijven bevinden, die een beweging van de as via kettingen of riemen zonder eind via met de-glasbuis gekoppelde schijven, over brengen op de glashuis. De stappenmotor wordt in werking gezet via een regelin-15 richting die de motor inschakelt als de trilholte zich in de omkeerpunten van zijn beweging bevindt.Een en ander kan via elektrische, optische of mechanische opnemers worden vastgesteld en gestuurd.

Aan de hand van de bijgaande tekeningen zal de uitvinding nu nader worden toegelicht. In de tekening toont figuur 1 schematisch 20 de essentiële delen van een inrichting volgens de uitvinding.

Figuren 2A en 2B tonen schematisch en meer in detail balgge- leiders.

Door een buis 1 uit kwartsglas (fused silica) wordt vanuit een gasverzorgingsinstallatie 2 via een buigzame leiding 3 een gasmengsel 25 geleid. Het gasmengsel heeft een zodanige samenstelling dat het onder invloed van een niet-isotherm plasma op de wand van de glasbuis glaslagen vormt. Het kan bijvoorbeeld bestaan uit een mengsel van siliciumte-trachloride (SiCl^) en zuurstof, het mengsel kan verder nog een doterings-middel in een constante of variërende hoeveelheid bevatten zoals een 30 vluchtige waterstof vrije fluorverbinding en/of germaniumtetrachloride.

De leiding 3 kan bijvoorbeeld bestaan uit een balg uit roestvrij staal met een wanddikte van 0,1 mm. Langs de buis 1 wordt een trilholte 4 voor het opwekken van het niet-isotherme plasma 5 in de buis 1 heen en weer bewogen (bewegingsmiddelen niet aangegeven). De trilholte is net 35 een hoogfrequent generator verbonden (niet getékend). Met 41, 51 en 4'' en 5" zijn resp. de uiterste standen van de trilholte 4 en het plasma 5 aangegeven. Als de standen 4' of 4'' worden bereikt wordt via een elektrische of mechanische opnemer 61 of 6'' een signaal doorgegeven 8302127 • -ί /.

ΒΒΝ 10.711 5 aan een regellnrichtirg7 die verbonden is net een stappenmotor 8.

De stappenmotor 8 drijft een stang 9 aan, waarop zich twee ketting-schijven 10' en 10" bevinden, die via kettingen 11' en 11" twee ket-tingschijven 121 en 12" die op de as van de halggeleiders 15' en 15" 5 zijn aangebracht aandrijven.

Telkens wanneer de trilholte 4 zich in een van de uiterste standen 4' en 4" bevindt wordt aan de regelinrichting 7 een signaal doorgegeven. Op zijn beurt schakelt de regelinrichting 7 de stappenmotor 8 bij ontvangst van een signaal van een van de opnemers 6' en 611 10 , in. De stapgenmotor 8 verdraait de stang 9 over een van te voren ingestelde hoek -ffl- , waardoor ook de buis 1 over deze hoek wordt geroteerd.

De huis 1 is eveneens via een buigzame leiding 13 ver bondol met een vacuumponp 14. Leiding 13 bestaat uit hetzelfde materiaal als leiding 3. Bij de aanvang van de depositie van de glaslagen cp de binnenzijde 15 van de huis 1 tussen de uiterste standen 4' en 4" van de trilholte 4 zijn de leidingen 3 en 13 opgêrold pp een balggeleider 15' resp. 15".

Qn de huis 1 bevindt zich tijdens het depositieproces een oven die de buis 1 verwarmt op een temperatuur tussen 1100 en 1300°C. Deze oven evenals de eerder genoemde hoogspanningsgenerator op de bewegingsmiddelen 20 voor de trilholte zijn duidelijkheidshalve in figuur 1 niet aangegeven. Telkens als de stappenmotor 8 door de regelinrichting 7 wordt ingeschakeld

qgnO

en de huis 1 over een hoek wordt verdraaid, wordt de kromtestraal n van de windingen van de leidingen 3 en 13 cp de halggeleiders 15' en 15" vergroot. De regelinrichting 7 is zodanig ingesteld dat, nadat 25 tenminste n maal de stappenmotor is ingeschakeld, de draairichting van de stappenmotor 8 wordt omgekeerd. De kromtestraal van de windingen van de leidingen 3 en 13 cp de halggeleiders 15' en 15" neemt dan weer af.

Figuur 2A toont schematisch de in de inrichting volgens figuur 1 3Q toegepaste halggeleiders 15' resp. 15" voor het op en afwikkelen van een buigzame leiding 3 (gelijke cijferaanduidingen hebben dezelfde betekenis, als in figuur 1, voor 3 kan ook 13 worden gelezen).

De inrichting omvat een cylinder 15. Op deze cylinder 15 bevindt zich een opstaande rand 16, die een schroef lijnvormige groef 17 begrenst 35 In de groef 17 ligt een buigzame leiding 3, bijvoorbeeld een balg uit roestvrij staal opgerold. De ene mogelijke uiterste stand is in figuur 2A met getrokken lijnen getekend. De leiding 3 ligt daarbij aan de ontrek van het cylindrische lichaam 15. De andere uiterste stand is aangegeven met onderbroken lijnen. Deze stand wordt bereikt nadat de cylinder staps- 8302127 PEN 10.711 6 ; ’ . „ gewijs is gedraaid in die zin dat de leiding 3 van de cylinder 15A wordt af gewikkeld en de windingen een grotere kromtestraal krijgen. Cylinder 15 kan worden geroteerd m.b.v. de as 18 die met een elektrische stuureenheid of een stappenmotor kan zijn verbonden. De as 18 ligt gela-g gerd (lager 19) in een huis 20. De ópstaande rand 16 is zodanig hoog, dat de leiding 3 niet onvoorzien uit de groeven 17 kan kanen. Einden 21 en 22 van de leiding 3 worden resp. met een gasverzorgings installatie 2 en de glasbuis 1 hermetisch verbonden (figuur 1). Indien de leiding 3 (in dat geval leiding 13, figuur 1) dient voor het af voeren van gassen 10 uit de huis 1, wordt leidingdeel 21 met een vacuumpomp 14 verbonden.

Figuur 2B toont schematisch een andere uitvoeringsvorm van een balggeleider 15' resp. 15" (gelijke cijferaanduidingen hebben dezelfde betekenis als in de voorafgaande figuren 1 en 2A). Telkens als de as 18 wordt verdraaid wordt een deel van de buigzame leiding 3 van de 15 balggeleider 15' af gerold. Via de strop 23 welke via een over een niet getekend geleidewiel lopende draad 24 met een contragewicht (niet getekend) is verbonden wordt de buigzame leiding 3 bij het af rollen weggetrokken. Wanneer de balggeleider 15' in tegengestelde zin wordt verdraaid wordt de leiding 3 weer opgewikkeld. Bij toepassing 2o van de werkwijze en de inrichting volgens de uitvinding wordt verrassenderwijs, ondanks het feit dat niet continu wordt geroteerd doch stapsgewijs een gelijkmatige kwaliteit van het produkt, optische vezels, gewaarborgd. Er werd tot gemiddeld een verdubbeling van de bandbreedte van de optische vezels met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen.

25 30 35 8302127

Claims (4)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van optische vezels, waarbij qp de binnenzijde van een qp een temperatuur tussen 1100 ai 1300°C verwarmde glazen luis glaslagen worden afgezet door bij een druk tussen 0,13 en 13,33 .kPa ' een reactief gasmengsel door de buis te 5 leiden en in het inwendige van de buis een piasna heen en weer te bewegen, vervolgens de buis, nadat voldoende glaslagen zijn afgezet, wordt gekollabeerd tot een massieve voorvorm en de voorvorm wordt uitgetrokken tot een optische vezel, met het kenmerk, dat de glasbuis via buigzame leidingen vast met een gasverzorgingssysteem en net een 10 vacuumpcmp wordt verbonden en de glasbuis tijdens het afzetten van de glaslagen telkens als de bewegingsrichting van het plasma in de huis wordt omgekeerd wordt geroteerd over een hoek gelijk aan υ , waarbij n een geheel getal en groter dan of gelijk aan 2 is totdat11 de tuis over tenminste 360° is geroteerd, waarna de rotatierichting 15 wordt omgekeerd, waarbij een en ander wordt herhaald totdat alle glaslagen zijn afgezet.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de glas- buis telkens als de bewegingsrichting van het plasma in de tois wordt omgekeerd wordt geroteerd over een hoek gelijk aan_ # waarbij 2Q n gelijk is aan een geheel getal van 2 tot 12. n

3. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat n kleiner dan 10 is.

4. Inrichting voor het aanbrengen van glaslagen op de binnenzijde van een glasbuis omvattende een gasverzorgingsinstallatie die net een einde van de glasbuis kan warden verbonden, een oven voor het verwarmen van de glasbuis een trilholte voor het genereren van een plasma in de glasbuis en middelen cm de trilholte langs de glasbuis heen en weer te besregen, een hoogfrequent generator, die net de trilholte is verbonden en een vacuumpcmp, die net het andere einde 3fl van de glashuis kan worden verbonden, met het kenmerk, dat de middelen voor het verbinden van respectievelijk de gasverzorgingsinstallatie en de vacuumpcmp met de glasbuis bestaan uit buigzame leidingen en dat middelen aanwezig zijn die de glasbuis elke keer, dat de beweging van de trilholte langs de buis cmkeert de glasbuis over een van te voren ingestelde hoek stapsgewijs roteren. 8302127