NL8302204A

NL8302204A - Werkwijze voor het vervaardigen van een langwerpig glaslichaam met homogene verdeling van de brekingsindex.

Info

Publication number: NL8302204A
Application number: NL8302204A
Authority: NL
Original assignee: Heraeus Schott Quarzschmelze
Priority date: 1982-11-02
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1984-06-01
Also published as: JPS5983942A; GB2129418A; US5049175A; DE3240355C1; FR2535307A1; GB8319593D0; GB2129418B; FR2535307B1

Description

* 1 * f N.0. 31.891 1 ^

Werkwijze voor het vervaardigen van een langwerpig glaslichaam met homogene verdeling van de brekingsindex.

De uitvinding betreft een werkwijze voor het vervaardigen van een 5 langwerpig glaslichaam, in het bijzonder op basis van SiC^, met een homogene verdeling van de brekingsindex.

Dergelijke glaslichamen kunnen als zogenaamde voorvormen voor de vervaardiging van optische vezels worden toegepast, die voor berichten* transmissie bij voorkeur in het zichtbare spektrale gebied of in het 10 infrarood golflengtegebied met korte golven geschikt zijn. Daarnaast kunnen dergelijke lichamen ook worden toegepast om hieruit glasstaven of glasschijven te vervaardigen, die de eigenschappen van lenzen bezitten.

De voor de berichtentransmissie gebruikte optische vezels stellen een vezelvormig produkt voor, dat gebruikelijk wordt vervaardigd van een 15 voor de overdracht toegepaste straling doorlatend glas. Over de door* snede van de vezel bezit de brekingsindex verschillende sterkten en wel is deze in het gebied van de langsas of hartlijn van de vezel hoger dan in het randgebied. Bij de zogenaamde monomode*vezels en bij vezels met getrapte index is de overgang van de brekingsindex tussen het hart* ree* 20 pektievelijk kerngebied en de rand abrupt. Optische golven, die zich in het kerngebied van de vezel voortplanten worden aan het grensvlak van deze abrupte overgang onder totale reflektie verder geleid. Bij de zoge* naamde multimode*vezels neemt de brekingsindex vanaf de kern naar het mantelgebied geleidelijk af en wel bij voorkeur volgens een machtsfunk* 25 tie. In dit geval worden golven, die zich niet parallel met de as van de vezel voortplanten, geleidelijk door een soort lenswerking weer naar de as teruggevoerd, zodat ook bij dit vezel type in het gebied van de as lopende golven ter plaatse gevangen blijven.

Bij de genoemde optische lichamen met op lenzen gelijkende eigen* 30 schappen wordt eveneens, over de dwarsdoorsnede gezien, een geleidelijke daling van de brekingsindex vanaf het centrum van het lichaam naar de rand voorgeschreven, en wel weer bij voorkeur in de vorm van een machts* funktie. Bij doorgang door de schijfvormige elementen worden lichtstra* len geleidelijk afgebogen en wel zodanig, dat een planparallelle glas* 35 plaat wat betreft zijn optische werking zich als een lens gedraagt.

In beide toepassingen, in het bijzonder echter bij de toepassing voor de berichtentransmissie, worden hoge eisen gesteld aan de nauwkeu» righeid van de vezels. De absorptie en de verstrooiing van de optische stralen moet tot een minimum worden gereduceerd. Derhalve moet bij de 40 vervaardiging van de vezels op uiterste zuiverheid worden gelet, omdat 8302204 * 7 2 t resterende absorptie in hoofdzaak door de aanwezigheid van vreemde stof*· fen bij de vervaardiging wordt bepaald* Bovendien moet de verdeling van de brekingsindex binnen nauwe grenzen de vooraf bepaalde vorm volgen* De gewenste eigenschappen kunnen bijvoorbeeld door toepassing van extreem 5 zuiver kwartsglas (SK^) als uitgangsmateriaal worden bereikt, waaraan voor het veranderen van de brekingsindex andere materialen, zoals bij* voorbeeld TiC^, GeOj, F, B2O3, P2O5 worden toegevoegd. Het is van voordeel gebleken om voor het bereiken van de gewenste eigent schappen meer dan slechts een doteringsmateriaal toe te passen* Daardoor 10 kan bijvoorbeeld de door een doteringsmiddel bepaalde inwendige spanning op een gewenste waarde worden ingesteld. Ook is gebleken, dat de nuttige signaalbandbreedte van de vezels in hoge mate door het nauwkeurige ver* loop van de verdeling van de brekingsindex kan worden beïnvloed. Hier* voor kan het van voordeel zijn om van het verloop van de brekingsindex 15 volgens een machtsfunktie afwijkende verdelingen toe te passen* In de praktijk is bijvoorbeeld een op de machtsfunktie in het randgebied van de kern gesuperponeerde trap gunstig gebleken.

Bij de bekende methoden die bijvoorbeeld worden geopenbaard in DEfPS 27 15 333 of DE«0S 23 13 203, is het op eenvoudige wijze alleen 20 mogelijk om cllindersymmetrische profielen van de brekingsindex op te wekken, wat voert tot vezels met cirkelvormige kerndwarsdoorsnede bij cirkelvormige vezeldwarsdoorsnede* Alhoewel dergelijke vezels vöor be* richtentransmissie geschikt zijn bezitten zij nog bepaalde nadelen, bij** voorbeeld bezitten zij geen voorkeur voor een bepaalde polarisatierich*· 25 ting van de door deze vezels overgedragen straling, die berust op de golfgeleideraard van de optische vezel. De bevoorrechting van bepaalde polarisatierichtingen ontstaat dan door toevallige spanningsverdelingen in de vezel, die in het praktische bedrijf ten gevolge van uitwendige invloeden, zoals akoestische' of mechanische storingen, kortstondig en 30 zeer sterk veranderen.

Het is ook gewenst om vezels met meervoudige kernen te vervaardi* gen, zodat in een enkele vezel meerdere transmissiekanalen kunnen ver* lopen. Dergelijke vezels konden tot nu toe niet met materialen zoals glas met laag smeltpunt en werkwijzen, zoals de meervoudige kroesmetho# 35 den, worden vervaardigd, die niet tot de voor de berichtentransmissie noodzakelijke geringe demping voeren.

De vervaardiging van optische vezels geschiedt normaal zodanig, dat eerst een langwerpig glaslichaam met een verdeling van de brekingsindex wordt vervaardigd, die gelijk is aan de verdeling die in de uiteindelij* 40 ke optische vezel aanwezig moet zijn* Dit langwerpige glaslichaam wordt 8302204 t a 4 3 dan bij hoge temperatuur tot een vezel getrokken, waarbij ten gevolge van de hoge viscositeit van het materiaal gedurende het trekproces de radiale verdeelomstandigheden overeenkomstig worden overgedragen*

Het is algemeen bekend, dat voor hoogwaardige berichtentechnische 5 doeleinden kwartsglas als uitgangsmateriaal wordt toegepast* Het is ook bekend dat met andere materialen theoretisch nog grotere bandbreedten en nog geringere dempingen kunnen worden bereikt. Hiertoe wordt bijvoor» beeld een mengsel gerekend van germanium-oxyde en antimonium-oxyde of een totale reeks van bekende fluorideglazen. Ook met verschillende kris-10 tallen, kunststoffen en glassoorten kunnen optische vezels met meer of minder hoge demping worden vervaardigd. De werkwijze volgens de uitvinding moet voor de toepassing van al deze materialen op dezelfde wijze geschikt zijn.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een werkwijze voor de 15 vervaardiging van langwerpige glaslichamen, in het bijzonder op basis van SiO£ als voorvormen (preforms) voor optische vezels of voor op variatie van de brekingsindex berustende optische bouwdelen aan te geven, dat een grote vrijheid in de uitvoering van de geometrische opbouw levert, dat onafhankelijk van de speciale eigenschappen van de 20 glasvormende of glasachtige stof is, waarbij processen met hoge temperatuur tot een minimum worden begrensd en waarbij de grote preforms in een nagenoeg kontinue methode met geringe vervaardigingskosten kunnen worden verkregen.

De oplossing hiervan wordt bereikt door de in conclusie 1 en de 25 onderconclusies aangegeven werkwijzestappen.

Deze werkwijze bezit het voordeel, dat de opbouw van de geometrische verdeling van de, de optische eigenschappen bepalende stoffen door gestuurde opeenhoping of storting van korrels van deze stof geschiedt.

Op deze wijze is het mogelijk om elke willekeurige ruimtelijke verdeling 30 van de gewenste materiaaleigenschappen te bereiken. Het aldus gevormde stortlichaam wordt bij voorkeur gedurende zijn opbouw wat betreft de vorm gestabiliseerd, zodat de geometrische verdeling van de korrels die de latere optische eigenschappen bepalen, gedurende de opbouw niet verandert. In een daaropvolgend proces wordt uit dit stortlichaam door ver-35 warming een doorzichtig glaslichaam gevormd, waarbij de geometrische verdeling ten gevolge van de hoge viscositeit gedurende het verglazings-proces ten opzichte van de verdeling in gestorte toestand proportioneel wordt verkleind. Het kan van voordeel zijn het wat betreft de vorm gestabiliseerde stortlichaam voor de vorming van het glaslichaam door per-40 sen om te zetten in een poreus, op zich stabiel vast lichaam. Verder is 8302204 4 het van voordeel het wat betreft de vorm gestabiliseerde stortllchaam maar ook het poreuze vaste lichaam tenminste aan êên chemische behande* ling te onderwerpen. Hierdoor kunnen ongewenste stoffen uit het voor gassen geheel doorlatende poreuze lichaam worden verwijderd, zoals bij* 5 voorbeeld H2O. Ook kunnen metallische verontreinigingen worden geredu* ceerd en is het mogelijk gewenste stoffen, zoals bijvoorbeeld waterstof of helium in het materiaal in te bouwen.

Volgens de onderhavige uitvinding worden eerst uitgangsstoffen ver* vaardigd, die in verglaasde vorm een homogeen, maar voor de verschillen* 10 de stoffen verschillende brekingsindex vertonen. Deze stoffen worden of* wel reeds direkt in de voor de toepassing geschikte fijnkorrelige vorm tot stand gebracht, of er wordt eerst een vormlichaam tot stand gebracht waaruit door malen de korrels worden verkregen.

Voor de vervaardiging van de preforms op basis van kwartsglas is de 15 volgende methode bijzonder geschikt gebleken:

Door pyrolytische ontleding van Si&4 wordt Si02 in fijn kor* relige vorm bereid. Deze fijne Si(>2*deeltjes worden opgevangen en in deze vorm toegepast.

Geschikt is ook de werkwijze gebleken, waarbij men de door pyroly* 20 tische ontleding verkregen Si02*deeltjes op een roterende drager axiaal of radiaal tot een staaf laat groeien. Deze staaf wordt vervol* gens na verwijdering van de drager in een wanmolen tot korrels ver* kleind·

Voor het uitvoeren van de uitvinding worden nu enerzijds korrels 25 toegepast, die uit zuiver Si02 bestaan en anderzijds korrels, die be* halve SiÜ2 nog een of meer doteringsmiddelen bevatten, zoals Ge02, HO2, fluor of dergelijke, in tenminste de hoogste in het glaslichaam te bereiken koncentratie. Deze beide wat betreft hun materiaalsamenstel* ling verschillende korrels worden in afzonderlijke voorraadhouders be* 30 waard. De korrels van de verschillende stoffen worden door middel van stuurbare afsluiters met een gedefinieerde toevoersnelheid uit de voor* raadhouders gehaald en op een onderlaag gestort. Dit storten volgt zo* danig, dat een bepaalde verdeling van de korrels met verschillende mate* riaalsamenstelling ontstaat. Daarmee is de na het daarop volgend vergla* 35 zen bereikte verdeling van de brekingsindex reeds in het stortllchaam latent vastgelegd.

Gedurende het storten wordt het in zich losse stortllchaam wat be* treft de vorm gestabiliseerd. Hiervoor is een het stortllchaam omvatten* de kwartsglasbuis als steunlichaam bijzonder geschikt gebleken.

40 Na de vorming van het stortllchaam kan dit gasdoorlatende lichaam 8302204 ƒ · 5 aan een chemische behandeling worden onderworpen, bij voorkeur in een gasatmosfeer. Voor de verwijdering van storende OH-ionen is bijvoorbeeld een chlorering gedurende 2 uren bij 800° C geschikt gebleken, waarbij het stortlichaam een diameter van 60 mm bezit.

5 Voor de inwendige versteviging van het stortlichaam is het van voordeel dit zo ver te persen, dat het ook zonder extra steunmaatregelen vormstabiel is. Deze versteviging heeft het verdere voordeel, dat de dichtheid van het lichaam ten opzichte van het zuivere stortlichaam wordt verhoogd, zodat de latere volumeverandering bij de vorming van het 10 glaslichaam geringer wordt. In het voorbeeld van de korrels op basis van kwartsglas, die pyrolytisch worden vervaardigd, is het isostatisch pert-sen bij een druk groter dan 500 bar, bij voorkeur groter dan 2000 bar geschikt gebleken. Het ontstane poreuze vaste lichaam is zonder meer hanteerbaar, maar verder voor gassen volledig doorlatend. Het kan even* 15 tueel in deze toestand aan verdere chemische behandelingen in gasvormige atmosferen worden onderworpen.

Het uit fijne poriën bestaande vaste lichaam wordt nu aansluitend in een dicht glaslichaam omgezet. Dit geschiedt bij voorkeur aldus, dat het langwerpige, fijne poriën bezittende vaste lichaam langzaam door een 20 ringvormige, dit lichaam omsluitende oven wordt gevoerd. Bij de vergla-zing ontstaat een volumekontraktie, die echter geen invloed op de ruim* telijke verdeling van de, de brekingsindex bepalende bestanddelen heeft. Eventueel kan het verglazingsproces ook direkt met het in vorm gestabi* liseerde stortlichaam worden uitgevoerd.

25 Het is duidelijk, dat de speciale aard van de uitgangsmaterialen voor het uitvoeren van de werkwijze niet bepalend is* In het voorbeeld van het kwartsglas is het bijvoorbeeld ook mogelijk met korrels te wer* ken, die uit bergkristal, maar ook zeer zuiver kwartszand door malen zijn vervaardigd. Ook is het mogelijk korrels toe te passen die door 30 malen van voorgesmolten kwartsglas worden verkregen. In dit geval wordt weliswaar niet zonder meer de hoge zuiverheid van het materiaal verkregen, zoals bij de bovenbeschreven methode van het pyrolytisch ontleden, maar de aldus ontstane vaste lichamen hebben bijvoorbeeld een voldoende kwaliteit voor het tot stand brengen van optische elementen met lenswer-35 king.

Ook is het duidelijk, dat de beschreven methode voor andere materialen als voor kwartsglas kan worden toegepast, voorzover deze materialen uit fijne korrels zijn vervaardigd en door een verglazingsproces tot eenvast lichaam kunnen worden samengevoegd.

40 Een bijzonder voordeel van de werkwijze ligt in de mogelijkheid van 8302204 6 willekeurige vormgeving van de geometrische verdeling van de korrels en daarmee van de geometrische verdeling van de brekingsindex van het uit het stortlichaam ontstane glaslichaam. De werkwijze is niet tot de ver# vaardiging van cilindrische vezels met cilindrische kernen beperkt.

5 In de 'fig. IA en 1B zijn stortlichamen in perspektief weergegeven, waarbij met 10 de storting in het gebied nabij de as en met 16 de deze storting 10 omgevende storting is aangegeven. De storting 10 bezit in fig. IA een rechthoekige, in fig. 1B een cirkelvormige doorsnede.

Een voor de vervaardiging van het stortlichaam volgens de fig. 1^ 10 en 1B geschikte inrichting is in fig. 3 weergegeven. Fig. 3 is een sche* matische voorstelling van een inrichting, waarin de methode tot de bouw van preforms met stapsgewijze verdeling van de brekingsindex voert. Op een onderlaag 1 is een cilindrische kwartsbuis 2 als steunlichaam voor de storting 10/16 aangebracht.

15 In de kwartsbuis 2 bevindt zich een verdere kwartsbuis 3, die via een stangenstelsel 4 met stuurbare aandrijving 5 axiaal omhoog kan wor* den geschoven. In. een voorraadhouder 7 bevinden zich korrels van een stof 8, die na de verglazing de gewenste brekingsindex voor de kern van het trappenprofielvezel bezit. In een voorraadhouder 11 bevinden zich 20 korrels van een stof 12, die na de verglazing de gewenste brekingsindex voor de mantel van een trappenprofielvezel bezit. Via een toevoerbuis 17' worden korrels 8 in de kwartsbuis 3 overgevoerd en vormen op de onderlaag 2 de stort 10. Korrels 12 worden via een toevoerbuis 17" en een ringvormige verdeelinstallatie 14, die in de figuur schematisch als 25 een meervoudige trechter is weergegeven, die met behulp van een door een motor 15 aangedreven riem 18 om de cilinderas 19 wordt gedraaid, met ge£ lijkmatige verdeling in de kwartsbuis 2 gestort, zodat zich op de onder# laag 1 de stort 16 opbouwt. Zolang de kwartsbuis 3 tot op de bodem van de onderlaag 1 gedaald is zijn de stortingen 10 en 16 volledig van el# 30 kaar gescheiden en worden deze telkens uit de stoffen 8 en 12 opgebouwd. Met het toenemen van de hoogte van de storting wordt nu de kwartsbuis 3 opgeheven, zodat de stortingen 10 en 16 dicht tegen elkaar komen te lig# gen. Op deze wijze lukt het om met geringe kosten aan apparatuur en onder hoge toevoersnelheid een trappenprofiel op te bouwen. Op de grens# 35 vlakken tussen de stortingen 10 en 16 zal bij het omhoog heffen van de kwartsbuis 3 een zekere menging plaatsvinden.

Dit kan aldus tot een toelaatbare grootte worden begrensd, door de kwartsbuis 3 aan zijn ondereinde fijn uit te laten lopen en het omhoog trekken van de buis 3 gelijklopend met het groeien van de stortingen 10 40 en 16 plaats te laten vinden. Om dit te bereiken zijn de aandrijving 8302204 7 voor de verschillende stuurmechanismen van de inrichting via een gemeen* schappelijke stuureenheid 6 programmatig gekoppeld. De gelijkmatigheid van de storting wordt bovendien ondersteund als gedurende het storten op de stortlichamen periodiek mechanische krachten in de vorm van akoes* 5 tische stoten o£ trillingen inwerken. Hiertoe kan de onderlaag 1 door een akoestische trilinrichting of door een klopwerk worden bekrachtigd. De afgiftehoeveelheid van de korrels 8, 12 uit de voorraadhouders 7, 11 wordt met behulp van afsluiters 9, 13 gestuurd.

Het zal duidelijk zijn, dat in de inrichting volgens fig. 3 behalve 10 de cilindrisch symmetrische stortingen ook stortingen met andere geomet trische verdelingen tot stand kunnen worden gebracht. Zo kan bijvoor* beeld door het verwisselen van de kwartbuis 3 met cirkelvormige door* snede door een buis met rechthoekige dwarsdoorsnede het stortlichaam met rechthoekige kern worden verkregen, zoals in fig. IA is weergegeven. Het 15 de inrichting volgens fig. 3 kunnen ook stortlichamen met meervoudige kernen tot stand worden gebracht, zoals in fig. 2 zijn weergegeven. Hiertoe worden meerdere kwartsbuizen 3 gelijktijdig binnen de- kwartsbuis 2 aangebracht· De variabiliteit van de werkwijze volgens de uitvinding ten opzichte van de geometrische uitvoering van het stortlichaam, in het 20 bijzonder de dwarsdoorsnede, heeft het voordeel, dat gedefinieerde omstandigheden van de polarisatie in de vezels met ovale of beter nog met rechthoekige dwarsdoorsnede bereikbaar zijn. Daarbij kan de omtrek van het stortlichaam rechthoekig worden gekozen, zodat de positie van de polarisatievlakken geometrisch zeer goed gedefinieerd is. Volgens beken* 25 de methoden kan dit niet zonder meer worden bereikt.

Karakteristiek voor de met de inrichting volgens fig. 3 vervaardig* de stortlichamen is, dat zich in bepaalde deelgebieden van de dwarsdoor* snede telkens alleen korrels van de ene stof bevinden. Daarmee kunnen trappenindexprofielen worden verkregen, maar geen profielen met kontinu 30 veranderende brekingsindex, zogenaamde gradiëntprofielen. Voor het ver* vaardigen van stortlichamen met gradiëntprofielen is een inrichting vol* gens fig. 4 geschikt.

Deze schematische weergave toont een inrichting voor het vervaardi* gen van stortlichamen met een cilindersymmetrische opbouw. Zij is echter 35 ook geschikt voor de vervaardiging van stortlichamen met willekeurige doorsnede. Een onderlaag 1 wordt door een motoraandrijving 20 in rotatie gebracht. In een voorraadhouder 7 bevinden zich korrels van een stof 8, in een voorraadhouder 11 korrels van een andere stof 12. Via stuurbare afsluiters 9 en 13 worden korrels 8 en 12 door slangen 21, 22 in een ge* 40 meenschappelijke toevoer 23 onder het mengen ingebracht. Een stortslurf 8302204 8 24 wordt via een mechanische aandrijving 25 met behulp van een sturing 27 voor de motor 26 in horizontale richting programmagestuurd bewogen. De uit het open einde van de stortslurf 24 tredende korrels vormen op de onderlaag 1 een nagenoeg puntvormige storting. Dit proces is gedetail* 5 leerd in fig. 5 getoond. Bij de rotatie van de onderlaag 1 en de hori* zontale verplaatsing van de stortslurf 24, zoals door de pijl 37 is aan* gegeven, wordt laagsgewijze een stort gevormd. De stortslurfbeweging wordt daarbij zodanig gestuurd, dat bij nagenoeg konstante stortsnelheid de storthoogte in dwarsdoorsnede van het stortlichaam konstant is. Het 10 stortlichaam wordt dus nagenoeg puntvormig laagsgewijze opgebouwd· Ge* durende de eenmalige doorgang van de stortslurf 24 kan de samenstelling van de telkens opgehoopte korrellaag willekeurig op bepaalde wijze door het sturen van de afsluiter 9/13 worden veranderd, en is het daarmee mogelijk elke gewenste verdeling tot stand te brengen, waarbij de kor* 15 reis van de beide stofsoorten in hetzelfde ruimte*element worden ge* superponeerd. Daarmee is de in fig. 4 weergegeven inrichting geschikt voor het tot stand brengen van gradiëntenprefonus.

In fig. 4 is een extra inrichting voor het stabiliseren van het stortlichaam gedurende zijn opbouw weergegeven. De onderlaag 1 wordt 20 gedurende het storten kontinu omlaag bewogen, zodat het open einde van de stortslurf 24 zich steeds op gelijke hoogte boven het oppervlak van het stortlichaam bevindt. Van een voorraadrol 34 wordt een band 31 afge* wikkeld, die zich kontinu om het stortlichaam legt en deze bij het groeien in de hoogte aan zijn buitenomtrek in de vorm stabiliseert. De 25 sturing van de toevoersnelheden via de afsluiters 9/13, de horizontale beweging van de stortslurf 24 via de aandrijving 25/26, de rotatie van de onderlaag 1 via de aandrijving 20, zijn omlaag bewegen en het omwik* kelen met de steunband wordt via een geschikte processtuurinrichting 27 uitgevoerd.

30 Door toepassing van een door een rekenmachine gestuurde proces* stuurinrichting 27 is het zonder meer mogelijk, bijvoorbeeld de tijdver* traging van de menging van de bestanddelen 8 en 12 ten opzichte van het stortproces zelf te sturen. Ook is het mogelijk daarmee willekeurige brekingsindexrprofielvormen op eenvoudige wijze vooraf te bepalen. In 35 principe kunnen door overeenkomstige programmering van de stuurorganen met de inrichting volgens fig. 4 willekeurige dwarsdoorsnedeverdelingen van de korrels in het stortlichaam tot stand worden gebracht, dus bij* voorbeeld ook meervoudige kernen zoals in fig. 2 is weergegeven.

Bij kompexe dwarsdoorsnedeverdelingen is het echter van voordeel 40 het stortproces op een rustende tafel uit te voeren en de stortslurf met 8302204 m 9 een tweedimensionale verplaatsingsinrichting over de dwarsdoorsnede van het stortlichaam te bewegen.

In fig. 5 is het stortproces zelf in detail weergegeven. Het aan zijn omtrek vormstabiele stortlichaam 32 met een oppervlak 33 roteert om 5 een as 35. De stortdwarsdoorsnede van de stortslurf 24 is zeer klein ten opzichte van de dwarsdoorsnede van het stortlichaam 32. Bij horizontale verplaatsing in de pijlrichting 32 stort deze spiraalvormig een laag.

Opdat de laaghoogte bij elke doorgang konstant is, moet de horizontale snelheid plaatsafhankelijk aan de stortsnelheid worden aangepast. Het 10 doteringsverloop wordt door de momentane samenstelling van de korrels uit de stoffen 8 en 12 bepaald.

De vormstabilisering van het stortlichaam gedurende zijn opbouw is op veelvoudige wijze mogelijk. In de fig. 3 en 4 werden twee voorkeursf uitvoeringsvormen weergegeven. Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm be* 15 staat daarin de stortlichamen aan hun omtrek gedurende het opbouwen te verstevigen. Dit is mogelijk door lokale verwarming met een vlam of op bijzonder gedefinieerde wijze met een gefokusseerde laserstraal. Bij voldoende lokale verwarming verglazen korrels in het randgebied en kleven puntsgewijze samen. Daarmee ontstaat een steunende glasachtige 20 schaal zonder dat de gasdoorlaatbaarheid van het totale stortlichaam nadelig wordt beïnvloed. Een verdere gunstige uitvoering van de vorm* stabilisering bestaat daarin, dat het manteloppervlak van het stort* lichaam met een kleefstof wordt besproeid, die snel verhardt en in het gebied van de buitenmantel een in zichzelf dragende steunlaag oplevert· 25 Daarbij wordt bij voorkeur een zodanige kleefstof gekozen, die bij latere processen met hogere temperatuur zonder resten wordt ontleed.

Hiervoor zijn organische kleefmiddelen geschikt, zoals bijvoorbeeld epoxydeharsen of kleefmiddelen op basis van een thermoplastische kunst* stof.

30 Een verdere mogelijkheid voor de stabilisering van de vorm bestaat daarin, dat het totale stortlichaam gedurende het stortproces in zich* zelf wordt gestabiliseerd. Dit lukt door lokale verhitting met een vlam, of beter met een laserstraal in die vorm, dat de afzonderlijke korrels aan hun oppervlakken in glas worden omgezet en puntvormig met elkaar 35 worden verbonden, zonder dat de doorlaatbaarheid van het totale lichaam voor gassen noemenswaardig nadelig wordt beïnvloed.

Een verdere gunstige inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding is in fig. 7 weergegeven. Op een onderlaag 1, die door een aandrijving 20 in snelle rotatie wordt gebracht, bevindt zich 40 als steunlichaam een buis 2. Via een volgens twee koördinatenrichtingen 8302204 10 door aandrijfinrichtingen 44/45 stuurbare stortslurf 24 wordt vooraf ge* mengd korrelmateriaal 47 in een stuurbare mengverhouding toegevoerd. De rotatiesnelheid van de draaitafel wordt zo hoog gekozen, dat aan de bin* nenomtrek van de buis 2 afgezette korrels ten gevolge van de centrifu* 5 gaalkracht plaatselijk gefixeerd blijven. Het stortlichaam wordt staps* gewijze door heen en weer bewegen van de stortslurf 24 opgebouwd.

Het gebied direkt om de rotatieas, waar de centrifugaalkracht klein wordt, wordt daarbij in het geval van een gradiëntpreform met een inwen* dige steunbuis begrensd, die na omvorming van het stortlichaam in een 10 poreus vast lichaam wordt verwijderd. De resterende holle ruimte ver* dwijnt bij de vorming van een glaslichaam uit het poreuze vaste lichaam.

Op analoge wijze kan voor de vervaardiging van een trappenprofiel* preform een buis of een staaf van zeer zuiver kwartsglas als inwendig steunlichaam worden gebruikt. In dit geval wordt het steunlichaam bij de 15 vorming van het glaslichaam niet verwijderd.

Met de inrichting volgens fig. 7 kan een bijzonder hoge stortsnel* heid worden bereikt, omdat de stofverhouding van de korrels gedurende het storten slechts zeer langzaam verandert, omdat bij de beweging van de stortslurf 24 in de richting naar de as van het te vormen stort* 20 lichaam de stofverhouding konstant blijft en in radiale richting slechts volgens zeer kleine trappen verandert.

Na het stortproces is het van voordeel de vorm van het stortlichaam te stabiliseren en daarna tot een poreus vast lichaam te verdichten. Bijzonder geschikt voor de verdichting is het isostatisch persen. In het 25 verder bovengenoemde voorbeeld waar kwarts-glas in de vorm van door pyrolytische ontleding tot stand gebrachte glasdeeltjes wordt toegepast, is gebleken, dat door isostatisch persen van het in vorm gestabiliseerde stortlichaam bij een druk van meer dan 2000 bar een in zichzelf stabiel vast lichaam met fijne poriën ontstaat, dat zonder speciale voorzorgs* 30 maatregelen kan worden gehanteerd.

Zowel het in vorm stabiele stortlichaam als ook het poreuze vaste lichaam zijn gasdoorlatend en kunnen derhalve door chemische behandeling met gasvormige stoffen wat betreft hun eigenschappen worden gewijzigd. Een praktisch belangrijke chemische behandeling is in het geval van 35 kwartsglas een behandeling door reduktie van het 0H*gehalte, omdat OH* ionen in het infrarode spektrale gebied de transmissie van de optische vezels begrenzen. Hiertoe is van voordeel gebleken het poreuze vaste lichaam of het in vorm gestabiliseerde stortlichaam in een gesloten vat bij temperaturen van 600 tot 900° C een tot vijf uur, al naar gelang de 40 grootte van het stortlichaam en al naar gelang het gewenste OH*gehalte 8302204 11 van het stortllchaam aan een atmosfeer van chloorgas respektievelijk helium*chloorgasmengsel bloot te stellen· Daarmee wordt het mogelijk een aanvankelijk OH»gehalte van circa 200 ppm tot kleiner dan 0,1 ppm te reduceren. Bij de vorming van het glaslichaam uit het vaste lichaam met 5 fijne poriën of het in vorm gestabiliseerde stortllchaam moeten de in deze uitgangslichamen aanwezige gassen zo ver kunnen ontwijken, dat een gasbellenvrije glasmassa kan worden gevormd. Dit kan door een zonesmeit* proces worden bereikt. Eet gasbellenvrije smelten wordt vergemakkelijkt door voor de verglazingsstap een verregaande ontgassing van het vaste 10 lichaam met fijne poriën of van het vormstabiele stortllchaam uit te voeren. Hiertoe is een tempering van dit lichaam in vakuum bij tempera* turen van 100 tot 400° C geschikt gebleken. De duur van deze tempering wordt bepaald door de grootte van het lichaam en de kwaliteit van het vakuum. Verder is het van voordeel gebleken om in aansluiting op het 15 ontgassen van het poreuze vaste lichaam of het in vorm gestabiliseerde stortllchaam met helium of waterstof te verzadigen, omdat de gasinhoud van blazen, die eventueel bij het verglazen door de aanwezigheid van restsporen van dit gas ontstaan, door de thermische nabehandeling van het glaslichaam tot uitdiffunderen kan worden gebracht.

20 Voor het verglazen wordt het in vorm gestabiliseerde stortllchaam of het vaste lichaam met fijne poriën door een ringoven verplaatst (pijlrichting 64), zoals in fig. 6 schematisch is weergegeven. Daarbij kontraheert de diameter van het lichaam zonder dat de relatieve verde* ling van de gasvormende stoffen wordt gewijzigd. Tussen het poreuze 25 lichaam 61 en het glasachtige lichaam 63 vormt zich daarbij een verwe* kingsfront, dat zo gedefinieerd mogelijk moet zijn, opdat gasvormige insluitingen kunnen ontwijken. Door een ringoven 62 wordt aan deze eis voldaan. In het voorbeeld van een glaslichaam van kwartsglas bedraagt de verglazingstemperatuur 1.500 tot 1.750® C.

30 Het glaslichaam 63 kan na het smelten eventueel nog afzonderlijke kleine bellen en/of vakuumholten bezitten. Voorzover door een passende voorbehandeling, zoals hiervoor beschreven is, er voor wordt gezorgd, dat dergelijke eventuele blazen slechts gassen bevatten die door het glasachtige lichaam bij hogere temperaturen gemakkelijk kunnen diffun-35 deren (bijvoorbeeld helium, waterstof voor Si02), kan het gas uit deze blazen bij een overeenkomstige warmtebehandeling gemakkelijk in het om** gevende glaslichaam diffunderen. Daardoor liggen in het glaslichaam na een dergelijke warmtebehandeling slechts vakuumholten, die bij een daar? op aansluitende warmtevervorming van het glaslichaam (tot kleinere dia* 40 meter trekken) totaal verdwijnen.

8302204 T ) 12

Een gunstig alternatief voor het verglazingproces in een ringoven is de verglazing door het warmte*isostatisch persen. Omdat bij dit proces geen mogelijkheid voor de in het poreuze lichaam ingesloten gas» sen bestaat om uit het vormlichaam te ontwijken, moet er daarbij voor 5 worden gezorgd, dat zich nog slechts dergelijke gassen in het poreuze lichaam bevinden, die bij een aansluitende tempering door het glasr lichaam kunnen diffunderen.

De werkwijze volgens de uitvinding zelf is in hoge mate onafhanke* lijk ervan hoe groot de korrels worden gedimensioneerd. Om praktische 10 redenen is het noodzakelijk, dat de te storten korrels gemakkelijk stroombaar zijn. Dit kan echter worden bereikt binnen een breed gebied van korreldiameters en bijvoorbeeld door kloppen of door geluid worden ondersteund. Opdat bij het verglazen van het stortlichaam geen storende granulatie in de optische eigenschappen achterblijft, wordt de korrel* 15 grootte voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding in het gebied van 0,1 pm tot 1 mm gekozen. Bijzonder geschikt zijn korrels gebleken met een verdeling van de diameter tussen 0,1 pm en 100 pm.

Bij de tot nu toe beschreven toepassingsgevallen van de werkwijze volgens de uitvinding was het doel het tot stand brengen van preforms, 20 die later tot optische vezels voeren, waarvan de optische eigenschappen over de totale lengte van de vezel gelijk zijn. Voor de toepassing in berichtentechnische eindtoestellen en in meettoestellen is het daaren* boven van belang optische bouwelementen, speciaal optische vezels, beschikbaar te hebben, waarvan de optische eigenschappen, dat wil zeggen 25 hun golfgeleidingseigenschappen, binnen een bepaalde lengte veranderen. Een praktisch belangrijk voorbeeld zijn koppelorganen, die uit twee in een vezel dicht bij elkaar staande kernen bestaan, waartussen vanwege de dichte nabijheid, een koppeling plaatsvindt, waarbij tenminste een dwarsafmeting van een kern langs de vezel vermindert, terwijl de afme* 30 ting van de andere kern langs de vezel toeneemt. Terwijl vezels of alge* meen optische bouwelementen met variatie van de brekingsindex in de langsrichting volgens de bekende methode slechts zeer moeilijk of in het geheel niet kunnen worden vervaardigd, lukt dit met de werkwijze volgens de uitvinding zonder speciale moeilijkheden. Hiertoe is slechts de pro* 35 grammabesturing in afhankelijkheid van de hoogte van het storten noodzakelijk.

De fig. 3 en 4 tonen voor de eenvoud inrichtingen, waarin de kor* reis aan het stortlichaam via een of, zoals in fig. 3 is weergegeven, via drie stortinrichtingen worden toegevoerd. Het spreekt vanzelf, dat 40 meer dan een of twee stortinrichtingen tegelijkertijd kunnen worden toe 8302204 13 gepast· Zo kan bijvoorbeeld in de inrichting volgens fig. 3 voor de vervaardiging van meervoudige kernen in plaats van een inwendige extra vangbuis 3 een aantal van inwendige vangbuizen worden toegepast, welk aantal gelijk is aan het aantal op te bouwen kernen. In de inrichting 5 volgens fig. 4 kan het van voordeel zijn twee stortslurven toe te passen, waarvan een het randgebied en de andere het kerngebied van het te vormen stortlichaam beslaat. Omdat in het randgebied slechts korrels van een stofsamenstelling worden aangebracht, de af te zetten hoeveelheid echter zeer veel groter is dan in het kerngebied, kan deze onkritische 10 werkwijze met een slurf met hoge stortsnelheid worden uitgevoerd. Bovendien is het raogelijk meerdere, wat betreft hun funktie identieke stortslurven parallel te verschuiven en op deze wijze een hogere stortsnelheid dan met een enkele stortslurf alleen te bereiken.

8302204

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een langwerpig glaslichaam, in het bijzonder op basis van Si02» met een homogene verdeling van de 5 brekingsindex, met het kenmerk, dat tenminste twee wat be» treft hun materiaalsamenstelling verschillende glasvormende of glas* achtige stoffen als kernen met voor de verschillende stoffen voorspel» bare ongelijke oppervlakteverdeling van de korrels op een onderlaag tot een stortlichaam worden opgehoopt, de vorm van het stortlichaam wordt 10 gestabiliseerd en daarna onder verwarming uit dit stortlichaam een glas» lichaam wordt gevormd.

2. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat tenminste korrels van de ene stof in tenminste een wat betreft de dwarsdoorsnede ten opzichte van de dwarsdoorsnede van het stortlichaam 15 niet zeer kleine deeldwarsdoorsnede worden gestort.

3. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat het stortlichaam in tenminste een, in dwarsdoorsnede ten opzichte van de totale dwarsdoorsnede van het stortlichaam zeer kleine deeldwars» doorsnede onder koördinatenbesturing laagsgewijs wordt opgebouw.

4. Werkwijze volgens conclusies 1 en 3, met het ken» merk, dat de korrels van de verschillende stoffen voor de ophoping worden gemengd en als mengsel met een vooraf bepaalde samenstelling tot het stortlichaam worden opeen gehoopt, bij voorkeur onder tijdelijke sturing van de mengverhouding.

5. Werkwijze volgens conclusies 1 t/m 4, met het ken» merk, dat in tenminste een gebied van het stortlichaam, bij voorkeur in het gebied nabij de hartlijn, in hoofdzaak korrels van de ene samen* stelling en in tenminste een ander gebied, bij voorkeur in het randge* bied, in hoofdzaak korrels van de andere samenstelling worden opeen ge» 30 hoopt.

6. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 tot 5, m e t het kenmerk, dat tenminste de talrijkheid van korrels van de ene samenstelling in elke laag van het stortlichaam vanaf het centrum naar de rand van de laag gezien voortdurend of tenminste eenmaal 35 sprongsgewijze wordt gewijzigd.

7. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 6, m e t het kenmerk, dat in elke laag van het stortlichaam een of meer cirkelvormige of ovale gebieden worden gevormd, waarin de talrijkheid van korrels van de ene samenstelling overweegt, die worden omgeven door 40 een gebied, waarin de talrijkheid van de korrels van de andere samen- 8302204 r '1 15 ' stelling overweegt.

8. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 6, m e t het kenmerk, dat in elke laag van het stortlichaam een of meer rechthoekige gebieden worden gevormd, waarin de talrijkheid van de kor* 5 reis van de ene samenstelling overweegt, die door een gebied worden om* geven, waarin de talrijkheid van de korrels van de andere samenstelling overweegt.

9. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 8, m e t het kenmerk, dat de talrijkheidsverdeling van de korrels over 10 de hoogte van het stortlichaam wordt gevarieerd.

10. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de korrels binnen een steunlichaam worden opeengestapeld.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, 15 dat het steunlichaam gedurende de opbouw van het stortlichaam uit een band wordt gewikkeld.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat als steunlichaam een buis wordt toegepast, waarin men de onderlaag, waarop het stortlichaam wordt opeen gehoopt, overeenkomstig de groeit· 20 'snelheid van de hoogte van het stortlichaam laat zakken.

13. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 9, m e t het kenmerk, dat het stortlichaam gedurende zijn opbouw door versteviging van zijn manteloppervlak met behulp van verhitting en/of door het aanbrengen van verhardende hulpstoffen vormstabiel wordt gei*· 25 maakt.

14. Werkwijze volgens conclusie 10 en 11 of 12, e t het k e n m e r k, dat het randgebied van het stortlichaam gedurende het storten door rotatiecentrifugaalkracht tegen het binnenoppervlak van het steunlichaam wordt gehouden.

15. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het aan zijn omtrek in vorm gestabiliseerde stortlichaam voor de vorming van de glaskorrels tot een vast lichaam met fijne poriën wordt geperst*

16. Werkwijze volgens conclusie 15, m e t het kenmerk, 35 dat het steunlichaam na vorming van het vaste lichaam met fijne poriën wordt verwijderd.

17. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 16, m e t het kenmerk, dat het in vorm gestabiliseerde stortlichaam en/of het vaste lichaam met fijne poriën tenminste aan een chemische 40 behandeling wordt onderworpen. 8302204 ► tl

18. Werkwijze volgens conclusie 17, i e t het kenmerk, dat de behandeling wordt uitgevoerd in een atmosfeer, die in hoofdzaak bestaat uit H2, He en/of &2«

19. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 18, m e t 5 het kenmerk, dat de vorming van het glaslichaam in vakuum of in een schermgas plaatsvindt.

20. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 19, m e t het kenmerk, dat het glaslichaam door warmte*isostatisch per+ sen wordt gevormd.

21. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 t/m 19, m e t het kenmerk, dat het poreuze, in vorm gestabiliseerde stort** lichaam of het vaste lichaam met fijne poriën voor de vorming van het glaslichaam door een ringvormige oven wordt gevoerd.

22. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 t/m 21,met het 15 kenmerk, dat korrels met een diameter in het gebied van 0,1 ym tot 1 mm worden toegepast. ***** 8302204