NO155862B - Fremgangsmaate for aa eliminere den aksiale brytningsindeksnedsettingen ved optiske fibre. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåter for fremstilling av fysiske bærere for optiske telekommunikasjonssystemer og nærmere bestemt angår den en prosess for å eliminere den aksiale brytningsindeksnedsettingen ved optiske fibre tilveiebragt ved hjelp av en MCVD-prosess (modifisert kjemisk dampavsetning av den art som angitt i innledningen til krav 1).

Denne prosessen, utviklet for fremstilling av optiske fibre fremstilt av glass med høyt silisiuminnhold, tillater ekstremt lave dempningsverdier, for lysstråling. Enkelmodusfibre kan således bli tilveiebragt med en kjerne fremstilt av ternær forbindelse Si02 - <?>2^5 ~ GeO*2 eller binær forbindelse SiC>2 - GeC>2, med minimale dempningsverdier på omkring 0,2 dB/km og 0,15 dB/km innenfor bølgelengdeområdet, henvist til som det tredje over førings vinduet (1,5-1,6 pm). Uttrykket over førings vindu henviser til et bølgelengdeområde ved hvilket overføringstapene når et minimum. For fibre med silisiuminnhold er overføringsvinduene lokalisert rundt 0,85, 1,3, 1,55 pm for henholdsvis første, andre og tredje vindu. ;Prosessen innbefatter to hovedtrinn: ;a) kjemisk dampavsetning av glassjikt av en tykkelse mellom 10 og 50 um på innsiden av et silisiumglassrør, b) termisk sammenfall av røret til en glassaktig, transparent sylindrisk stang (preform) som har en diameter mellom 10 og 30 mm. ;En geometrisk ekvivalent fiber med en diameter på 125 um blir trukket fra denne preformen. ;I løpet av begge trinnene finner diffusjon og fordampning av dopemiddel (GeC>2 og P2O5) sted, som bevirker en sentral nedsettelse av brytnings-indeksen som er typisk for MCVD-prosessen. ;Denne nedbrytningen, som generelt innbefatter de sist avsatte sjiktene, dvs. de innerste sjiktene øker med termisk spenning som preformen utsettes for i løpet av fremstillingsfasen og med dopemiddelets fordampning. ;Det er kjent at dette avviket i brytningsindeksprofilen er skadelig på multimodusbåndbredden. ;Virkningen er ennå mer skadelig på singelmodusfibre enn ved fibre av multimodustypen, ved hvilke fibre av singelmodustypen det involverte volumet ved innvendig diffusjon og overflatefordampningsprosessen (dvs. sonen ved hvilken brytningsindeks-undertrykkelsen forekommer) er bredt dersom sammenlignet med det til kjernen. ;De elektromagnetiske felt-lede-betingelsene og forskjellige overførings-egenskaper for disse fibrene er avvikende. Nærmere bestemt "mikrobøy"-tap er høyere ved MCVD-fremstilte énkelmodusfibre med hensyn til fibre med samme karakteristikk fremstilt av utvendig avsetningsprosess (OVD = utvendig dampavsetning eller VAD = dampaksial avsetning) som ikke omfatter aksiale avvik ved brytningsindeksprofilen. MCVD-prosessen, på grunn av større fleksibilitet ved tilstedeværelsen i dopemiddelvalget og ved brytningsindeksprofilrealiseringen, synes imidlertid mer egnet for konstruksjon av énkelmodusfibre optimalisert både ved dempning og i spredningskarakteristikken. ;Den tillater i virkeligheten realisering av bestemte brytningsindekspro-filer (nedsettingsindekskappe: w-typen; triangulær form) for å forskyve minimumsnedsettingen i spektralsonen ved hvilken silisiumoksyd gir minimal verdien for optisk dempning. ;Muligheten for å redusere dette avviket er klart. ;Forskjellige metoder har blitt antydet for å redusere brytningsindeks-undertrykkelsen nettopp i preformen. ;Mange av disse metodene er basert på kjemisk etsing av silisiumoksyd inne i røret før begynnelsen på sammenfallingen eller når sammenfallingen har delvis begynt. Slike metoder innbefatter et ytterligere trinn ved MCVD-prosessen og tillater nå kun partialresultater. ;Andre metoder er basert på eliminering av undertrykningen ved brytningsindeksprofilen ved overskuddsdoping av det sist avsatte sjiktet eller ved sammenfall av preformen i eii strøm av kun dopemiddel. ;Nevnte metoder, gir imidlertid en del problemer med hensyn til reprodu-serbarheten og også for dem er kun partielle resultater tilveiebragt. ;Faktum er at de er kun effektive i løpet av "presammenfallings"-trinnet, dvs. når preformens indre diameter blir termisk gradvis redusert. ;Opptil nå har ingen intervensjon blitt tilveiebragt ved den siste sammenfallingssyklusen, ved hvilken det indre hulrommet blir fullstendig eliminert for å la preformen anta den endelige stangform. ;Så snart preformen er lukket, kan ikke gasstrømmene bli opprettholdt inne i, følgelig går en stor del av dopemiddelet mot preformens indre overflate, som fremdeles er fri og fordamper avhengig av dets damptrykk ved sammenfallingstemperaturen. ;Ulempene ovenfor blir overvunnet ved metoden tilveiebragt ved foreliggende oppfinnelse som tillater eliminering av brytningsindeksprofil-undertrykkelsen ved MCVD-fremstilte preformer og krever hverken ytterligere anordninger eller ytterligere langvarige faser i løpet av preformproduksjonen. ;Ovenfornevnte blir tilveiebragt ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene. ;Ovenfor nevnte og ytterligere trekk ved oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved hjelp av en foretrukket utførelse, gitt ved hjelp av et eksempel og som ikke er ment som noen begrensning og som er vist med henvisning til tegningen, som viser en delvis sammenfallen optisk fiberpreform. ;Fremgangsmåten tilveiebragt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse løser ovenfor nevnte problemer som bevirker tilstedeværelsen av en dopemid-deldamp inne i røret ved et trykk lik damptrykket til dopemiddelet inkorporert i matrisen ved sammenfallingstemperaturen. ;En perfekt balanse blir således tilveiebragt mellom dopemiddelet drevet ut fra matrisen på grunn av fordampningen og den som er reinkorporert ved adsorpsjon, selv når siste sammenfallingssyklusen blir utført i fravær av strømmen. ;Det nødvendige trykket blir tilveiebragt inne i bærerrøret betegnet med 1 på figuren, som bevirker at et dopemiddelsjikt 2 fordamper i løpet av sammenfallingstrinnet, hvis sjikt er blitt tidligere avsatt som et oksyd (GeC>2, P2O5) På det innerste sajiktet med dopet silisiumoksyd og som ikke er blitt inkorporert i selve matrisen 3. ;På denne måten er trykkdannelseseffekten utelukkende lokal, da den finner sted i sonen til kollaps-menisken, innbefattet på figuren mellom to vertikalt stiplede linjer 4, 5. Avsetningen på nytt av dopemiddel, fordampet ved høytemperatursonen, finner derimot sted oppstrøms av menisken. ;Følgelig kan en mulig ulempe oppstå dersom startmassekonsentrasjonen av dopemiddelsjiktet er konstant langs rørets akse. I løpet av sammenfallingstrinnet blir i virkeligheten konsentrasjonen lik summen av startkon-sentrasjonen og konsentrasjoner på grunn av fordampning-påny-avsetning, hvilken sum er representert av en divergerende funksjon. Tendensen ville følgelig være mot akkumulering av dopemiddel i løpet av aksialomsetningen av menisksonen opptil forskyvningen av fordampning/adsorpsjonslikevekt-økningen mer mot adsorpsjon, selv ved tendensen mot inkorporeringen av kun dopemiddel i preformen. ;For å holde et jevnt dopemiddelsjikt i løpet av sammenfallingstrinnet må et6 startdopemiddelsjikt bli avsatt med en egnet variasjon av massekon-sentrasjonen langs preformaksen. For å tilveiebringe slik variasjon må startbetingelsene (massekvantitet som ved fordampningen genererer et innvendig trykk for dampen lik trykket til dopemiddelet ved den temperaturen) og loven for fordampning og påny-avsetning bestemmes. ;Så snart reavsetningsfunksjonen er kjent, kan den preventive aksiale avsetningen bli bestemt ved at summen mellom de to funksjoner blir holdt konstant ved hvert punkt av preformens akse. De to funksjonene må være komplementære. ;For å tilveiebringe den aksiale avsetningsfunksjonen må dopemiddelavset-ningsregelen ved en reaktantstrøm være kjent. ;En del av den fordampede massen blir direkte reavsatt oppstrøms av menisksonen ifølge samme lov og en del entrer menisksonen med bidrag til damptrykket nødvendig for å motbalansere dopemiddeldiffusjonen inne i preformen. Den andre dopemiddeldelen er reavsatt etter en refleksjon frembragt ved menisken og blir tillagt den første delen ifølge en annen lov som også kan avhenge av geometrien på menisksonen. ;Funksjonen som uttrykker variasjonen av dopemiddeltykkelsen langs preformaksen z, før sammenfallingen, er betegnet med hg(z). ;Ved tilnærming av fokuseringsrefleksjonen har den følgende uttrykk: ;;z er avstanden mellom seksjon 4 og 5 på fig. 1. ;hg er startdopemiddeltykkelsen ;D er den interne preformdiameteren før sammenfallet ;er vinkelen innbefattet mellom en indre diameter til preformens ytre sirkulære tverrsnitt og en korde med ytterpunkt felles med diameteren. ;Massestørrelsen m<*> nødvendig for å generere et trykknivå for kompen-sering for dopemiddeldamptrykket er gitt av ligningen:

hvor

p er dopemiddeldamptrykket ved sammenfalltilstanden,

V er meniskvolumet innbefattet mellom de prikkede vertikale

linjene 4 og 5,

T er den absolutte temperaturen ved sammenfallstilstanden,

M er dopemiddelets molare masse.

For å kompensere for dopemiddeldamptrykket i løpet av hele sammenfalls-prosessen må følgende forhold bli tilfredsstillet:

hvor:

z er avstanden mellom seksjonen 4 og 5 på fig. 1, dvs. menisk- høyden

p er avsatt dopemiddeldensitet.

Sjiktet kan være praktisk talt fullført etter bestemmingen av trenden på dets tykkelse.

Dopemiddelbak-diffusjonsrisikoer kan bli unngått ved avsetning av sjiktet i ikke tett kontakt med preform-materialet, det kan bli tilveiebragt ved fullførelse av et sjikt av porøst kolloidalt dopemiddelavsetning ved lav temperatur.

Avsetningsprosessen kan bli tilveiebragt på to forskjellige måter.

Ved den første metode varieres reaktantstrømmen fra hvilken dopemiddelet blir kontinuerlig frembragt ved synteser ifølge funksjonen hg(z) i løpet av ovnaksialbevegelsen. Ovnen, vanligvis anvendt for MCVD-prosessen, er nå benyttet ved lavere temperatur, lavere i forhold til matrise-glødetemperaturen Inn = 13; n = viskositet, for å tilveiebringe det porøse sjiktet.

Ved en annen metode er ovnsoversettelseshastigheten kontinuerlig variert i samsvar med funksjonen hg(z).

Så snart dopemiddelsjiktavsetningen er over, kan det siste sammenfallingstrinnet bli utført som tilveiebringer total lukking av preformens indre hulrom, som starter fra enden med en sjikttykkelse lik hg.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å eliminere den aksiale brytningsindeksnedsettingen ved optiske fibre tilveiebrakt ved en prosess ved hvilken preformen er fremstilt ved avsetning av råmaterialet og dopemiddel inne i et bærerrør, hvor det inne i røret (1) genereres en damp av dopemiddel ved preformens sammenfallstemperatur, idet dopemidlet er av samme type som anvendt for fremstilling av preformen, karakterisert ved at dopemiddeldampen tilveiebringes ved å varme opp et sjikt med dopemiddel (2) avsatt inne i preformen på det innerste sjiktet med avsatt råmateriale, og at sjiktet med dopemiddel gies en tykkelsesvariasjon langs aksen (z) til bærerrøret gitt av følgende funksjon liø(z): hvor: hg er tykkelsen på dopemidlet som tillater kompensasjon for damp trykket z er meniskhøyden D er den indre diameteren til preformen før sammenfallingen p er avsatt dopemiddelsdensitet er vinkelen innbefattet mellom en indre diameter til preformens sirkulære tverrsnitt og en korde med ytterpunkt felles med diameteren, hvor: p er dopemiddeldamptrykket i sammenfallstilstanden V er meniskvolumet T er absolutt temperatur i sammenfallstiltanden M er dopemiddelets molare masse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at sjiktet (2) fremstilles av kolloidalt dopemiddel med en porøs struktur, avsatt ved lav temperatur etter avsetning av råmaterialet inne i preformen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved at dopemiddelsjiktet realiseres ved kontinuerlig å endre, ifølge funksjonen hg(z), strømmen med reaktanter i damptilstand, fra hvilken dopemiddelet vil bli tilveiebragt ved syntese.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at dopemiddelsjiktet realiseres ved kontinuerlig endring, ifølge funksjonen hø(z), av overføringshastigheten ved å assistere syntesereaksjonen blant reaktanter i dampfase, fra hvilket dopemiddelet blir tilveiebragt.