NL8400455A - Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel. - Google Patents

Description

t VO 5342

Titel: Werkwijze voor het vervaardigen van een j optische vezel.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze, welke wordt toegepast bij de vervaardiging van uit glas bestaande optische vezels.

Bij de vervaardiging van optische vezels wordt een uit glas bestaande voorvorm, welke uit een selectief gedoteerde glazen buis S bestaat, vervaardigd door een proces, zoals MCVD (gewijzigde chemische dampneerslag), MCVD uitgeveerd met een plasma, of PCVD, beschreven door D. Kuppers en andere, in het Journal of the Electrochemical Society, 423, 1079 (1976). De voorvorm wordt aan een uiteinde of vernauwd of afgedicht, tot een massief lichaam samengedrukt, en tegelijkertijd 10 niet het samendrukken of na het samendrukken, wordt uit het massieve lichaam een optische vezel getrokken. Gebonden OH-aandelen in de voorvorm en in de resulterende vezel absorberen in het golflengtegebied, dat meer in het bijzonder bij optische communicatiestelsels wordt gebruikt, en vergroten de signaaldemping in dergelijke stelsels aanmer-15 kelijk. Derhalve wordt tijdens de vorming van de voorvorm grote zorg betracht om het opnemen van CH-aandelen bijvoorbeeld SiOH, in de vcor-vorm in hoofdzaak uit te sluiten. In het algemeen omvat de voornaamste bron van OH-aandelen waterstof bevattende eenheden, welke bij de samen-druktemperatuur meer in het bijzonder in water worden omgezet. Het 20 water reageert op zijn beurt met de voorvorm en verschaft gebonden OH-aandelen. Om derhalve de kwaliteit van de uiteindelijk verkregen vezel te onderhouden, worden ook fcelaigrijke· maatregelen tijdens het samendrukken van de voorvorm getroffen om waterstof bevattende eenheden uit te sluiten.

25 Sr is een belangrijke methode gebruikt om het opnemen van OH-aandelen tijdens het samendrukken van de voorvorm te beletten.

Bij deze procedure, beschreven door K.L, Walker en anderen "Reduction of Hydroxyl Contamination In Optical Fiber Preforms", Third International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communications, San 30 Francisco, California, 27-29 april 1981, (New York; IEEE, 1981), WA4, 86-38 (1981), wordt tijdens de samenklapprocedure chloor geïntroduceerd.

Het chloor reageert in het algemeen met water, bijvoorbeeld water, gevormd uit waterstof bevattende eenheden, en verschaft zoutzuur via de reactie 35 H20 + Cl2 t==, 2HC1 + l/202- (1)

Si Λ / ζ c 'V * ' * ii ^ ^

* ^ ** 'i V

-2- «r .,·

Het resulterende HCl wordt niet in de voorvorm opgenomen en wordt in het wegvloeiende fluidum verwijderd. Het is gebleken, dat deze moleculaire chloor-samenklapprocedure leidt tot vezels met betrekkelijk geringe verliezen ten gevolge van OH-absörptie - verliezen, 5 in het algemeen in het gebied van 0,3-2 dB/km bij de OH-absorptie piekgolflengte van 1,39 ^um. Desalniettemin is het stellig ondanks het aanvaardbare niveau van de verliezen dat reeds wordt bereikt, van voordeel de verliezen tot zelfs meer gewenste niveaus aanmerkelijk te verlagen , 10 Het verlies tengevolge van het opnemen van OH-aandelen wordt aanmerkelijk verlaagd vergeleken met andere methoden, door het introduceren van kooltetrahalogenideverbindingen, zoals tetrachloorkoolstof, in de omgeving van het glazen lichaam., dat gemodificeerd wordt voor een uiteindelijk gebruik bij het vervaardigen van uit glas bestaande 15 optische vezels, bijvoorbeeld in de uitvoeringsvorm van een voorvorm-omgeving, waarbij samenklapping optreedt. Meer in het bijzonder zijn OH-absorptieverliszen met een waarde van 0,05 dB/km bij 1,39 yum verkregen. Derhalve is het door gebruik van deze methode volgens de uitvinding mogelijk de kwaliteit van de uiteindelijk verkregen 20 vezel aanmerkelijk te verbeteren vergeleken met die, welke kan werden verkregen onder gebruik van gassen, zoals moleculair chloor.

De figuur toont ter illustratie een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.

De verliezen^veroorzaakt door OH-aandelen in optische vezels, 25 worden op een significante wijze gereduceerd indien een op een koolstof-tetrahalogenide gebaseerd materiaal bijvoorbeeld tetrachloorkoolstof, CBrCl^ . , CB^C^, of mengsels van deze verbindingen, in de omgeving van een glazen lichaam, dat of fysisch of chemisch wordt gemodificeerd, wordt geïntroduceerd. Meer in het bijzonder is het toevoegen van kool-30 tetrahalogenide verbindingen volgens de uitvinding van nut voor het reduceren van OH-opname tijdens een groot aantal verschillende processen, waarbij een glazen lichaam wordt gemodificeerd bijvoorbeeld een wijziging van de fysische vorm, zoals bijvoorbeeld tijdens het voor-vormsamenklapproces en een chemische modificatie, zoals tijdens het 35 voorvormvervaardigingsproces. In beide gevallen leidt de aanwezigheid van een kooltetrahalogenide tijdens de modificatie van een glazen 8400455 -3- • » <

lichaam tot een zeer laag niveau van verliezen in de uiteindelijk uit I

dit lichaam vervaardigde vezel. Ofschoon de werkwijze volgens de uitvinding in het algemeen van toepassing is op procedures, waarbij glazen lichamen werden gemodificeerd in processen, welke leiden tot 5 een vezelvervaardiging, wordt bij deze toelichting de voorvormsamenklap-procedure als een pedagogisch hulpmiddel gebruikt om de parameters aan te geven, welke een rol spelen bij de werkwijze volgens de uitvinding. Desalniettemin zijn dezelfde parameters van toepassing op andere modificatieprocedures van een uit glas bestaand lichaam.

10 De gewenste kooltetrahalogenideverbinding wordt tijdens het samen klappen aan de glaslichaamomgeving bijvoorbeeld in de inwendige holte, 10, van de voorvermbuis toegevoerd. (De inwendige holte wordt bij voorkeur gekozen aangezien bij de meeste samenklapprocessen het inwendige glasgebied het lichtgeleidingsgebied vormt, waar het het meest 15 kritisch is om de OH-aandelen te beperken.) Het is bijzonder gewenst tetrachloorkoolstof (in het algemeen, doch niet noodzakelijkerwijs, met een dragergas) als het op een kooltstraisLogenide gebaseerde materiaal te gebruiken. De kooltetrahalogenideverbinding wordt op eenvoudige wijze aan de omgeving van de voorvorm toegevoerd door middel 20 van conventionele hulpmiddelen, zoals door een dragergas door een belleninrichting te voeren, welke het gewenste kooltetrahalogenide-materiaal bevat en vervolgens het dragergas met het kooltetrahalogenide materiaal naar de voorvormomgeving te voeren. (Wanneer een combinatie van CC14, CBrCl^ en/of CB^C^ gewenst is, wordt het materiaal verkregen 25 door gasstromen uit afzonderlijke belleninrichtingen te combineren of door gebruik te maken van een belleninrichting}die alle bestanddelen bevat. In het eerstgenoemde geval hangt de molfractie van elke geïntroduceerde component af van de individuele gasstroomsnelheden door elke belleninriehting en de temperaturen daarvan. In het laatstgenoemde 30 geval hangt de molfractie van elk materiaal in de gasfase af van doch is niet equivalent met de overeenkomstige molfractie daarvan in de bel-leninrichting of de temperatuur daarvan. In beide gevallen wordt op een eenvoudige wijze een regelmonster gebruikt om de juiste omstandigheden voor het verkrijgen van de gewenste verhouding in de uiteindelijke 35 gasstroom te bepalen. Ofschoon het gebruik van CBrC^ en CB^C^, elk afzonderlijk of in combinatie^niet is uitgesloten, is het meer gewenst deze kooltetrahalogenide (zo niet alle) in combinatie met CCl^ te 8400455 * 4 -4- x gebruiken. Een verklaring voor dit resultaat is^dat HBr (het reactie-produkt van een broombevattend materiaal met water) minder stabiel is dan HCl. Deze relatieve instabiliteit van HBr vereist het gebruik van betrekkelijk hoge concentraties van de halogeenbijdragende species 5 voor het verkrijgen van equivalente resultaten.

De concentratie van de kcolsfcftetrahalogenideverbinding, welke -wordt gebruikt om waterstofbevattende eenheden bij het voorvormsamenklap-proces te verwijderen, beïnvloedt andere processen, welke ook in sommige situaties tijdens het voorvormsamenklapproces wonden gebruikt. Zo is 10 het gewenst op bepaalde tijden een doteermiddelcompensator bijvoorbeeld germaniumtetrachlorde tezamen met zuurstof in de voorvormomgeving tijdens het samenklappen te introduceren. De zuurstof reageert met het GeCl4 om de gewenste GeO^-concentratie aan het binnenoppervlak van de voorvorm te onderhouden. Indien deze procedure wordt toegepast, be-15 invloedt het halogeen, dat uit zowel het germaniumtetrahalogenide als het kooltetrahalogenide vrijkomt, de concentratie van Ge02 v^a het chemische evenwicht van de reactie, voorgesteld door de volgende vergelijking:

GeX4 + O 2 <—— Ge02 + 2X2 (2) 20 (X is een halogeen). Indien derhalve een doteermiddelcompensatie moet worden toegepast in combinatie met een kooltetrahalogenide, dient de resulterende evenwichtsverschuiving te worden opgeheven door een overeenkomstige toename in de hoeveelheid germaniumtetrahalogenide materiaal, dat wordt gebruikt.

25 Op een soortgelijke wijze hebben processen, welke leiden tot een 1) grote hoeveelheid halogeen uit een andere bron dan een koolstoftetra-halogenide of 2) zuurstof in de omgeving van een voorvorm, ook een potentiële invloed op het evenwicht, aangegeven in vergelijking 2) en beïnvloeden zij derhalve op hun beurt de hoeveelheid koolstoftetra-30 halogenide, welke nodig is om de gewenste hoeveelheid water te verwijderen. indien bijvoorbeeld zuurstof wordt geïntroduceerd bijvoorbeeld als een dragergas, wordt het evenwicht (vergelijking 1) naar de linkerzijde verschoven. Derhalve neemt de minimale hoeveelheid kooltetrahalogenide, welke (voor een bepaalde hoeveelheid waterstof bevat-35 tende eenheid) nodig is om een OH-aanwezigheid in de vezel te vermijden, toe bij de toenemende aanwezigheid van zuurstof.(In tegenstelling daarmede hefteengas^zoals helium of een ander inert gas, weinig invloed.) 8400455 c * -5-

Indien een halogeen uit andere bronnen dan kooltetrahalogenide ook ) aanwezig is, is minder kooltetrahalogenide nodig. Ofschoon temperaturen dikwijls evenwichtstoestanden beïnvloeden, heeft de temperatuur welke tijdens de voorvorm samenklapping wordt toegepast, bijvoorbeeld 2000 5 tot 2200°C, praktisch geen invloed op het vereiste niveau van het koolstoftetrahalogenide en derhalve op het niveau van de OH-absorptie in de vezel, welke wordt gevormd uit een voorvorm, verkregen onder gebruik van een koolstoftetrahalogenide.

In het algemeen wordt het proces volgens de uitvinding niet 10 tcegepast als een grove verwijderingsprocedure voor waterstof bevattende eenheden. Er worden andere voorzorgsmaatregelen.;. zoals zuivering van reactiematerialen, 'gebruikt om het niveau van de waterstof- bevattende eenheden aanmerkelijk te reduceren. Om deze reden wordt voldoende tetrachloorkoolstof, zelfs in de aanwezigheid van zuurstof, 15 op een eenvoudige wijze geïntroduceerd om de verliezen te vermijden, welke zich voordoen bij de niveaus van waterstof-bevattende. eenheden, welke aanwezig zijn, nadat deze voorzorgsmaatregelen zijn getroffen.

(In het algemeen is 1-10 gewichts ppm van verontreinigende waterstof, evenwel gebonden, aanwezig). Desalniettemin beïnvloedt, zoals boven is 20 besproken, zuurstof de minimale hoeveelheid tetrachloorkoolstof, welke nodig is voor een bepaald niveau van de waterstof bevattende eenheid.

Zuurstof is in het algemeen aanwezig tijdens het samenklappen, bij niveaus tot 0,1 atm, zelfs indien dit niet met opzet wordt geïntroduceerd Voor dergelijke zuurstofniveaus, worden gewenste resultaten verkregen 25 voor typerende waterstofeenheidniveaus wanneer een partiële druk van 0,015 atm of meer aan tetrachloorkoolstof aan de omgeving van het uit glas bestaande lichaam wordt aangelegd, indien zuurstof opzettelijk wordt geïntroduceerd en derhalve het zuurstofniveau boven 0,1 atm is gelegen, is het meer in het bijzonder gewenst de fractie 30 bij niveaus onder 20 te houden. (p_ en P_ zijn de partiële drukken van en respectievelijk geïntroduceerd CCl^. Wanneer lagere dan normale waterstofeenheidsniveaus aanwezig zijn (minder dan 1 ppm) of wanneer minder dan een in hoofdzaak totale verwijdering aanvaardbaar is, wordt gebruik gemaakt van een dienovereenkomstig kleinere 1/2 35 hoeveelheid koolstoftetrahalogenide of P /p . (Bij andere °2 CC1d processen dan de MCVD-voorvormsamenklapping, is het mogelijk, dat een achtergrond van minder dan 0,1 atm zuurstof aanwezig is. Voor dergelijke 8400455 -6- i * gevallen leidt een dienovereenkomstig lager niveau aan koolstof-tetrahalogenide introductie eveneens tot .gewenste resultaten.)

Er wordt een regelmonster gebruikt om de nauwkeurige hoeveelheid van koolstoftetrahalogenide, welke nodig is om het gewenste niveau 5 van OH-verzwakking te verkrijgen, te bepalen.

De aanwezigheid van zuurstofbronnen en halogeenbronnen, welke verschillen van koolstoftetrahalogeniden, zijn de primaire invloeden, welke worden geïntroduceerd door processen, die geen direct verband houden met de werkwijze volgens de uitvinding. Het is evenwel mogelijk 10 dat andere materialen kunnen worden geïntroduceerd voor doeleinden buiten de werkwijze volgens de uitvinding, die het reactieévenwicht tussen water (het materiaal, dat een gevolg is van waterstofbevattende eenheden) en de kooltetrahalogenide-samenstelling, kunnen beïnvloeden en derhalve een instelling van bij de werkwijze volgens de uitvinding 15 gebruikte parameters vereisen. Er wordt op een eenvoudige wijze gebruik gemaakt van een regelmonster om de correcties te bepalen, die voor elke bepaalde situatie nodig zijn.

Onafhankelijk van de eerder besproken overwegingen, dienen bepaalde voorzorgsmaatregelen te worden getroffen. In het geval van het 20 gebruik van CCl^, is het in het algemeen gewenst, de chloorconcentratie, uitgedrukt als moleculaire chloor in de voorvormomgeving tot minder dan 0,3 atm te begrenzen. Boven deze niveaus heeft de hoge concentratie aan chloor de neiging bellen in de voorvorm te vormen en leidt derhalve tot onaanvaardbare grote verliezen. Bovendien heeft zuurstof in de 25 aanwezigheid van kooltetrahalogeniden de neiging om koolneerslagen te vermijden en induceert deze zuurstof de vorming van gassen, zoals kooldioxyde, koolmonoxyde en onder sommige omstandigheden , fosgeen.

Het kooltetrahalogenidemateriaal dient ook niet een excessief waterstof bevattend eenheidsverontreinigingsniveau te hebben, d.w.z. een niveau 30 groter dan 40 ppm, uitgedrukt als gewichtsfractie van H. Derhalve dient de koolstoftetrahalogenidesamenstelling met waterstofniveaus, groter dan 40 ppm, bij voorkeur te worden gereinigd door conventionele methoden, zoals fotochlorering en het doorstromen met een droog inert gas voor het verwijderen van HX (X = Cl of Br) en ^0. Een reiniging, 35 welke minder dan 6 ppm levert, verdient de voorkeur.(een langdurige fotochlorering van CBrCl^ en CB^C^, indien nodig voor het verkrijgen 8400455 -7- Ί>' ♦ van het gewenste zuiverheidsniveau, zet een deel van de gebonden Br ï om in Cl. De resulterende kooltetrahalogeniden zijn evenwel, zoals boven is besproken, betrekkelijk acceptabel om bij de werkwijze volgens de uitvinding te worden toegepast.) 5 De onderstaande voorbeelden dienen ter illustratie van de uitvinding.

Voorbeeld I "

Gebruik werd gemaakt van voorvormen, verkregen met het MCVD-pro-ces^als beschreven door S.R. Nagel en andere in IEEE Journal of Quantum 10 Electronics, OE-13(4), 459-476 (1982). Deze voorvormen werden eerst aan een uiteinde afgedicht en daarna tot samenklappen gebracht door een herhaald in longitudinale richting laten passeren van een toorts, 20, welke op een temperatuur tussen 2000 en 2200°C werd gehouden.

Voordat een uiteinde van de voorvorm werd af gedicht, werd een gas-15 stroom van 330 cc per minuut zuurstof door een koolstoftetrachloorkool-stof belleninrichting gevoerd, die op een temperatuur van 40°C werd gehouden.Deze CCl^ bevattende gasstroom werd gecombineerd met een tweede strocmzuurstof van 1000 cc per minuut. De gecombineerde gasstroom werd aan een uiteinde van de voorvorm , 25, geïntroduceerd en gedurende 20 een tijd, welke voldoende is om de buis te reinigen, onderhouden.

Het uiteinde -van de voorvorm tegenover het punt, waarbij het gas werd geïntroduceerd, werd daarna af gedicht. De gasstroom tijdens het afdichten werd geleidelijk gereduceerd om een grote druktoename in de voorvorm te vermijden. Deze geleidelijke afname leidde tot 25 een stroomsnelheid van de zuurstof door de belleninrichting van 25 cc per minuut en een secundaire zuurstofstroomsnelheid van 75 cc per minuut.De toorts werd over de lengte van de vcorvorm bewogen met snelheden, variërende van 6-10 cm/min. Tijdens elke gang werd de druk in de buis geregeld door of de afvoer IS, uit de voorvorm 30 van het gas, dat werd geïntroduceerd, of de snelheid waarmede de gecombineerde gasstroom werd geïntroduceerd te regelen. De druk werd door deze hulpmiddelen zodanig geregeld, dat een te snelle samenklapping werd vermeden doch een totale samenklapping ken optreden na bij benadering 5-7 gangen. Daarna werd uit de voorvorm een vezel getrokken 35 op een standaard-wijze, zoals die, beschreven door L.L. Blyler, Jr en andere in Proceedings of IEEE 68, 1194-1198 (1980). De verliezen in de 8400455 * *.

-3-

De verliezen in de resulterende vezel werden gemeten met een procedure beschreven in hoofdstuk 11, Optical Fiber Telecommunications, uitgegeven door S.E. Miller en andere, Academie Press (1979). De resulterende vezels vertonen OH-absorptieverliezen van 0,05 dB/km tot 0,1 dB/km 5 bij 1,39 yum.

Voorbeeld II

Dezelfde procedure, als beschreven voor voorbeeld I, werd uitgevoerd behalve, dat de voorvorm niet initieel werd afgedicht.

Zoals beschreven in voorbeeld I, bedroeg de initiële stroomsnelheid 10 van zuurstof door de belleninrichting 330 cc/min en bedroeg de tweede zuurstofstroomsnelheid 1000 cc/min. Deze verhouding van stroomsnelheden tussen het tetrachloorkoolstof met zuurstof en de zuurstof vrij van tetrachloorkoolstof werd onderhouden. De gecombineerde totale stroomsnelheid werd echter verlaagd in een mate, welke het mogelijk maakte 15 dat de totale samenklapping in 7 gangen optrad. De resulterende vezels vertoonden OH-absorptieverliezen van 0,05 dB/km tot 0,1 dB/km bij 1,39 yum.

Voorbeeld III

De procedure volgens voorbeeld II werd gevolgd behoudens dat 20 gelijktijdig aan de voorvormomgeving germaniumtetrachloride werd toegevoerd.Dit toevoeren geschiedde door zuurstof met een snelheid· van 15 cc per minuut door een germaniumtetrachloridebelleninrichting te voeren, die op een temperatuur van 40°C werd gehouden. De stroomsnelheid door de germaniumtetrachloridebellen inrichting werd gedurende 25 de gehele samenklappingsprocedure praktisch niet veranderd. De resulterende vezel had een gemeten QH-absorptieverlies van bij benadering 0,1 dB/km bij 1,39 yum.

8400455

Claims (10)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kool-tetrahalogenide tenminste één van de kooltetrachloriden, CClgB^ en
2. 10 CCl3Br omvat.
3. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vloeistof tetrachloorkoolstof en tenminste één van CC^Brj en CCl^Br omvat.
4. 4. Werkwijze volgens conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het 15 dragergas zuurstof omvat.
5. 5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het genoemde gas GeCl4 omvat.
6. 6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat aan een holte in het lichaam gas wordt toegevoerd door 20 een dragergas door een vloeistof te laten borrelen.
7. 7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de modificatie het samenklappen van een glazen voorvorm omvat.
8. 8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 1-7, met het 25 kenmerk, dat de vezel uit het samengeklapte lichaam wordt getrokken.
9. 9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de hoge temperatuur in het gebied van 2000 tot 2200°C is gelegen.
10. 10. Optische glasvezel vervaardigd overeenkomstig de werkwijze volgens 30 een der voorgaande conclusies 1-9. 8400455