NO163448B - Fremgangsmaate for fremstilling av en optisk fiber. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en optisk fiber. Fiberen har en claddlng som har mer enn et longitudinalt område av en sammensetning forskjellig fra sammensetningen av claddlngen. Forskjellige typer optiske fibre Inneholder slike longitudinelle områder, innbefattet polarisasjonsbevarende enkelt-modus fibrer og fibrer som har multiple lysledende kjerner.

TJS patent nr. 4.395.270 beskriver en enkel-modusfiber som er fremstilt på en slik måte at den stress-induserte dobbelt-brytningen økes, derved forhindres eller reduseres rotasjonen av polarisasjonsplanet for det signalet som forplanter seg gjennom fiberen. I patentet angis at stress-indusert dobbelt-brytning kan innføres ved at det på diametralt motsatte sider av kjernen anbringes områder av longitudinal utstrekning av et glass som har en termisk utvidelseskoeffisient (TCE) forskjellig fra claddlng-glasset.

Tre fremstillingsteknikker diskuteres i US patent nr. 4.395.270 (1). En første glass-stav som har en sentral kjerne omgitt av cladding-glass plasseres sentralt i et glassrør. Staver av glass som har en TCE forskjellig fra cladding-glass plasseres i røret på motstående sider av den første staven. Staver av cladding-glass plasseres i hulrommene. (2) En sotpreform avsettes på en roterende spindel. I en utførelse stanses splndelrotasjonen slik at det avsettes et område av longitudinal utstrekning og roteres deretter 180° slik at det andre område kan avsettes. I en modifisert utførelse roteres spindelen kontinuerlig, og avsetningsbrenneren tilføres kontinuerlig reaktantgass slik at det dannes et basiscladding-glass, og det tilveiebringes også pulser av en reaktantgass slik at basisglasset modifiseres og de to diametralt motstående områdene dannes. (3) En kjemisk dampavsetningsprosess (CVD) modifiseres ved at det føres et par rør inn i substratrøret når områdene av longitudinal utstrekning skal avsettes. Gjennom substratrøret føres en gass som reagerer slik at det dannes partikler av et basiscladding-glass, og gjennom paret av rør føres en annen gass som reagerer slik at det dannes dopeglasspartikler som reagerer med basisglasspartiklene slik at det dannes longitudinelle striper av dopet basisglass inne i røret.

Det er vanskelig å danne fibrer som har stress-staver av visse tverrsnittformer, som f.eks. sirkulære staver, ved disse teknikkene. Som diskutert i patentskrift GB 2.096.788A, kan en optisk fiberpreform settes sammen ved å innføre sirkulære staver av glass med høy utvidelseskoeffisient i et sili-siumdioksydrør sammen med silisiumdioksydstaver og en sentralt plassert kjernepreform. Imidlertid vil de stress-givende stavene med stor utvidelseskoeffisient deformeres og fyller hulrommene mellom nabostaver av silisiumdloksyd, siden viskositeten av de stress-givende gl.ass-stavene er lavere enn den for silisiumdioksydglass. Et annet problem ved stav-i-rør-teknikken skyldes det store antall hulrom mellom det store antall staver som må settes sammen for å danne preformen som fiberen skal trekkes fra. Den fiber som trekkes fra en slik stav-i-rørpreform har større sannsyn-lighet for å inneholde imperfeksjoner, som f.eks. kim, bobler og forstyrrelser i diameteren enn en preform som har få eller Ingen hulrom.

Optiske bølgelengdefibre som har et stort antall lysledende kjerner beskrives i US patent nr. 3.941.474 og 4.300.816. Ifølge patent nr. 3.941.474 kan en slik fiber fremstilles ved en dobbelt digel-apparatur, hvor den indre digel har et stort antall dysehoder som danner kjernen. Fibre som fremstilles ved en slik apparatur er begrenset i sammensetning til sammensetninger som kan smeltes i digler. Videre kan forurensninger Innføres i fibrene fra diglene. US patent nr. 4.300.816 angir stav og rørteknikken som tilfredsstillende for fremstilling av multipelkjernefibrer. Som nevnt tidligere er det vanskelig å fremstille sirkulære kjerner ved denne teknikken.

Det er derfor et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte til fremstilling av en optisk fiber som har nøyaktig formede områder av longitudinal utstrekning, som f.eks. stress-staver eller lys-ledende kjerner.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte til fremstilling av optisk fiber som har nøyaktig plasserte stress-påførende staver av bestemt form på diametralt motstående sider av en aksial kjerne.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstillingen av en optisk fiber hvorved det tilveiebringes en sylindrisk preform av glass, som har en første sammensetning,

det tilveiebringes flere longitudinale hull i den nevnte preformer,

det tilveiebringes flere staver hvorav i det minste en del er fremstilt av en annen glass-sammensetning som har et lavere mykningspunkt enn den nevnte første sammensetningen,

en av de nevnte stavene innføres i hvert av de nevnte hullene,

stavene oppvarmes og kombinasjonen som utgjøres av preformen og glass-stavene trekkes til en optisk fiber.

Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at stavenes ene ende innføres i hullet og den andre enden støttes på en slik måte at staven, når den smelter, ikke kan fortsette å synke inn i hullet, og at kombinasjonen oppvarmes ved den enden som er motstått den støttede enden av stavene, og fiberen trekkes fra den oppvarmede enden.

For å danne en enkel-modusfiber som har polarisasjonsbevarende egenskaper innbefatter den sylindriske glasspreformen en sentralt plassert glasskjerne omgitt av et lag av cladding-glass som har en annen brytningsindeks enn den for kjerneglasset. Et par hull av longitudinal utstrekning dannes på diametralt motstående sider av kjernen. Staven, som føres inn i hullene, er dannet for glass som har en TCE forskjellig fra den for cladding-glasset. I en spesiell utførelse dannes det fire hull med lik innbyrdes avstand omkring kjernen. Glass-staver som har en TCE høyere enn den for cladding-glasset føres inn i et diametralt motstående par av hull. De gjenværende par av hull kan forbli tomme eller kan utstyres med et par glass-staver som har en TCE lavere enn den for cladding-glasset.

For å danne en fiber som har flere lysledende kjerner innbefatter den sylindriske preformen cladding-glass og eventuelt en sentralt anbragt kjerne av glass som har en brytningsindeks høyere enn den for cladding-glass. Et stort antall hull av longitudinal utstrekning dannes i cladding-glasspreformen. Staver av glass som har en brytningsindeks større enn den for cladding-glasset føres inn i hullene.

En vakuumtilkobling an forbindes med preformen i motsatt ende av trekkeåpningen, slik at gapet mellom stavene og hullene av ^longitudinal utstrekning evakueres. I en foretrukken utførelse smeltes et glassrør til preformen før stavene føres Inn. Vakuumtilkoblingen forbindes så med glassrøret.

Både stress-stavene og stavene av kjerneglass er fortrinnsvis belagt med et glass som har viskositetsegenskaper tilsvarende de for preformcladding-glasset, og slike stavcladding-glass kan ha samme sammensetning som preformcladdingen.

Fig. 1 viser påføringen av suksessive belegg av glass-sot på en spindel.

Flg. 2 viser et tverrsnitt av en konsolidert preform.

Fig. 3 er et skjematisk diagram som viser trekkingen av en stav eller overgangsfiber fra preformen. Fig. 4 viser påføringen av en ytre cladding på overgangs-fiberen. Fig. 5 er et tverrsnitt av preformen i fig. 4 etter konsolidering. Fig. 6 er et tverrsnitt av preformen i fig. 5 etter at den er utstyrt med stress-givende staver.

Fig. 7 er et snitt tatt langs linjen 7-7 i fig. 6.

Fig. 8 er et tverrsnitt av en preform som har Ikke-sirkulære hull. Fig. 9 er et tverrsnitt av et glassrør som anvendes til fremstilling av sementformede stress-staver. Fig. 10 er et tverrsnitt av en cladding, segmentformet stress-stav. Fig. 11 er et tverrsnitt av en preform som er utformet for å inneholde 4 stress-staver. Fig. 12 er et tverrsnitt av en preform som anvendes til fremstilling av en flerkjernet optisk fiber.

Det bør bemerkes at tegningene er illustrerende og symbolske for oppfinnelsen, og at hensikten ikke er å antyde målestokk eller relative størrelser av elementene som vises.

Ifølge en første utførelse av foreliggende oppfinnelse fremstilles det først en enkel-modus-optisk fiberpreform av typen vist i fig. 5. _Selv om en hvilken som helst dampavset-ningsteknikk egnet for fremstilling av preformen i flg. 5 kan anvendes, er foretrukne fremgangsmåter beskrevet 1 US patent nr. 4.453.961 og US patent nr. 4.486.212. En foretrukket fremgangsmåte for fremstilling av preformen i fig. 5 beskrives kort nedenfor.

En porøs preform fremstilles ifølge fremgangsmåten Illustrert i fig. 1. Et håndtak 10 av typen beskrevet i US patent nr. 4.289.522 kan anvendes. Håndtaket 10 er en sirkulær del som har en slepet glasstilkobling 12 i den ene enden. Den enden av den skrånede spindelen 20 har den største diameteren strekker seg gjenom håndtaket 10 og festes til dette ved hjelp av mellomlegg 18. Endene av spindelen monteres i en dreiebenk hvor den roteres og translateres som antydet ved pilene. Spindelen kan til å begynne med være belagt med karbonsot slik at fjernelsen av sotpreformen gjøres lettere.

Brenselgass og oksygen eller luft tilføres brenneren 24 fra en kilde (ikke vist). Blandingen brennes slik at det dannes en flamme som emitteres fra brenneren. En gass-dampblanding oksyderees inne i flammen slik at det dannes en strøm av glass-sot 26 som rettes mot spindelen 20. Egnede innretninger for tilførsel av gass-dampblandingen til brenneren er velkjente; for illustrasjoner av slike innretninger kan refereres til US patent nr. 3.826.560, 4.148.621 og 4.173.305. En eller flere hjelpebrennere (ikke vist) kan anvendes for å rette en flamme om en eller begge ender av sotpreformen under avsetning for å forhindre brekkasje. Denne fremgangsmåten kan benyttes til fremstilling av en hvilken som helst type indeksprofil 1 kjernen, innbefattet en trinnvis brytningsindeks og en gradientindeks. For en illu-strasjon av egnede brennere referes det til US patent nr.

3.565.345 og 4.165.223 og til US patent 4.486.212. Det sistnevnte patent viser en brenner hvor et sentralt plassert hull i brennerhodet er omgitt av tre ringer av hull. Reaktantforbindelsene strømmer ut fra det sentrale hullet hvor de utsettes for varme fra en flamme fremstilt av brenselsgass og oksygen som strømmer ut fra den midtre ringen av hullet. En strøm av oksygen, referert til som den indre skjermen, strømmer ut fra den indre ringen av hull. Denne strømmen forhindrer reaksjon mellom reaktantforblndelsene på brennerhodet. Endelig strømmer en oksygenstrøm, referert til som den ytre skjermen, fra den ytre ringen av hullet. Denne brennerutformingen er noe lik den som beskrives i US patent nr. 3.698.936, men adskiller seg ved at den indre skjermen tilveiebringes ved en ringformet åpning, og ved at den mangler den ytre skjermen av hull. Brenneråpningen forsynes med forgreningsrør på samme måte som beskrevet i det sistnevnte patent.

Innretningen for sotavsetning 24 kan også innbefatte dyser, som beskrevet i US patent nr. 3.957.474, som emitterer reaktantdamper som er oppvarmet ved en innretning som f.eks. laserstråle slik at det dannes en sotstrøm.

Et første belegg 16 av kjernesot påføres spindelen 20 mens den roteres og translateres for å oppnå en uniform avsetning av soten. Generelt dannes hvert belegg av glass-sot fra et stort antall lag sot, hvert lag dannes ved en enkel passasje av brenneren langs lengden av staven 20. Et annet belegg 22 av glass-sot påføres så den ytre overflate av første belegg 16.

Ifølge velkjent praksis, gjøres brytningsindeksen av belegg 22 lavere enn den for belegget 16 ved å forandre sammensetningen av soten som dannes i flammen 26. Dette kan oppnås ved å forandre konsentrasjonen eller typen av dopematerlaler som innføres i flammen, eller ved å utelate dopematerialet. Spindelen 20 roteres igjen og translateres slik at det tilveiebringes en uniform avsetning av belegget 22. Komposittstrukturen som innbefatter første belegg 16 og andre belegg 22 utgjør en preliminær sotpreform 30.

Ved fremstilling av optiske bølgeledere bør materialet i kjernen og claddingen av bølgelederen være fremstilt av et glass som gjør minst mulig attenuasjon av lyset, og selv om-en hvilken som helst optisk glasskvalitet kan benyttes er smeltet silisiumoksyd et spesielt velegnet glass. Av struk-turelle og andre praktiske grunner, er det ønskelig at kjerne- og cladding-glassene har tilsvarende fysiske egenskaper. Siden kjerneglasset må ha en høyere brytningsindeks enn claddingen for å virke godt, kan det være øskelig å danne kjernen fra samme type glass som benyttet i claddigen og dope dette med en mindre mengde av et annet materiale som øker brytningsindeksen noe. Dersom f.eks. rent brent silisiumoksyd dopet med et materiale som øker brytningsindeksen.

Det finnes mange egnede materialer som kan benyttes som dopemiddel for kjernen, alene eller i kombinasjon med hverandre. Disse innbefatter, men er ikke begrenset til, titanoksyd, tinnoksyd, nloboksyd, zirkuniumoksyd, aluminiumoksyd, latanoksyd, fosforoksydog germaniumoksyd.

Etter avsetning av et partikkelformet sotmateriale i tilstrekkelig grad til å danne en preliminær sotpreform 30, kan spindelen 20 fjernes fra sammenstillingen ved å trekke den ut gjennom håndtaket 10. Derved etterlates en longitudinal apertur. Håndtaket 10 utgjør en støtte for etterfølgende håndtering og bearbeiding.

Den slepne koblingsdelen av håndtaket 10 festes i en til-hørende, slepet glasskobling, hvorved tørkegass kan føres gjennom håndtaket 10, inn i preformaperturen og utover gjennom hulrommene i preformen. Tørke- og konsolideringstrinnene kan utføres ifølge beskrivelsen i US patent nr. 4.145.388. Som beskrevet:, i nevnte patent, kan tørkingen utføres før eller under konsolideringstrinnet.

Tørkingen kan lettes ved å føre inn en kort del av kapillarer i den ende av den porøse preformaperturen som befinner seg motsatt håndtaket 10 som beskrevet i US patent 4.486.212. Etter konsolidering forblir aperturen 32 i den preliminære konsoliderte preformen 38 vanligvis åpen som vist i fig. 2.

Et devitrifisert lag kan danne seg på den aperturdannede overflaten av preformen. Ifølge US patentnr. 4.453.961 kan aperturen syreetses slik at det devitriserte laget fjernes. Ifølge beskrivelsen i US patent nr. 4.486.212 kan en forbedret avsetningsteknikk for soten forhindre devitrifiser-ing av den aperturdannede overflate av preformen, og etsing av overflaten ble derfor unødvendig. Begge de nevnte patentene beskriver at enden 34 av preformaperturen til å begynne med er lukket. Dersom et kapillar føres inn i den enden av sotpreformen, vil enden 34 lukkes under konsolideringen. Dersom ingen plugg anvendes, vil hele aperturen forbli åpen. I dette tilfellet oppvarmes enden 34 og knipes tett etter konsolideringen.

Den preliminære konsoliderte preformen 38 trekkes til en overgangsfiber med stor diameter som deretter utstyres med ekstra cladding-glass. Overflaten av preformen 38 prepare-res på konvensjonell måte før avsetning av den ytre claddingen. Dersom den har vært håndtert eller blitt skitten, er flere rensetrinn vanligvis påkrevet. Den vaskes i deioni-sert vann, og vaskes deretter i et par mikron av glasset, eller 1% av gjenstandens vekt. Preformen 38 renses så i delonisert vann og avfettes med isopropylalkohol.

Overgangsfiberen kan dannes i en konvensjonell trekkovn hvor typpen av den konsoliderte preformen, hvorfra overgangsfibre trekkes, oppvarmes til en temperatur som er noe lavere enn den temperaturen preformen ville vært utsatt for dersom en optisk fiber skulle trekkes. En temperatur på 1900°C er velegnet for en preform med høyt innhold av sllisiumoksyd. En egnet fremgangsmåte for fremstilling av en overgangsfiber er vist i fig. 3. Preformen 38 plasseres 1 en konvensjonell trekkovn hvor tuppen oppvarmes ved hjelp av motstandsvarmeren 40. En vakuumtilkobling 42 forbindes med håndtaket 10, og preformaperturen evakueres. En glass-stav 43, som er forbundet med bunnen av preformen 38, trekkes ved hjelp av en motordrevet trekkemaskin 44, og forårsaker derved at overgangs-fiberen 45 trekkes med en passende hastighet. En hastighet på 15 til 23 cm/min. er funnet å være passende. Ettersom overgangsfiberen eller staven trekkes, lukkes aperturen lett siden trykket inne i den er lavt relativt til det omgivende trykk. Den gjennomsnittlige diameteren av overgangsfiberen som skal anvendes som en spindel hvorpå claddingsot skal avsettes, er fortrinnsvis i området fra 4 til 10 mm.

Som vist i fig. 4 benyttes overgangsfiberen 45, som innbefatter kjerneområdet 46 og claddingområdet 47, som en spindel hvorpå sotbelegget 48 avsettes ved hjelp av brenneren 24. Belegget 48 er generelt dannet fra det samme materiale som claddingdelen 47 av overgangsfiberen 45.

Den resulterende komposittpreform 50 konsolideres deretter slik at det dannes et fast trekke-emne av glass 52 vist i fig. 5. Under konsolideringsprosessen føres komposittprefor-men 50 gradvis Inn i en ovn hvorigjennom konsolideringsatmos-færen strømmer. Atmosfæren inneholder fortrinnsvis helium og en mengde av klor tilstrekkelig til å tørke soten før konsolideringen finner sted. 5 volum-# klor er vanligvis tilstrekkelig.

Seiv om en foretrukken fremgangsmåte for fremstilling av den konsoliderte preformen i fig. 5 er beskrevet ovenfor, kan den også fremstilles ved andre fremgangsmåter, som f.eks. ved den aksielle dampavsetningsprosessen beskrevet i US patent nr.

3.957.474 og 4.231.774. En hvilken som helst CVD-teknikk er velegnet for den foreliggende fremgangsmåten forutsatt at den er istand til å danne en preliminær konsolidert preform av høy renhet som har en glasskjerne omgitt av et lag cladding-glass. F. eks. kan lag av cladding-glass og kjerneglass dannes på den indre overflaten av et substratrør ifølge US patent nr 4.298.364. Det belagte røret er blitt til en fast glassgjenstand tilsvarende den vist i flg. 5.

Den konsoliderte preform 52 innbefatter kjerne 54 og cladding 56. En ende er fortrinnsvis avsaget fra preformen 52 slik at det dannes en flat endeflate 53 som vist i fig. 7. To hull 58 er dannet i claddingen på motstående sider av kjernen 54 ved en hvilken som helst egnet teknikk som f.eks. kjerneut-boring, ultralydboring e.l. Hullene 58 kan slutte like over den ene enden av preformen 52 som vist i fig. 7, eller de kan strekke seg gjennom hele lengden. Hullene 58 behandles fortrinnsvis slik at imperfeksjoner fjernes fra veggene. F.eks. kan de veggdannende overflatene Jevnes ved hjelp av en diamantbryne eller sllpepulver og/eller etses med fluss-syre. Ved den foretrukne fremgangsmåten jevnes veggene 1 hullene 58 ved å henge preformen i en ovn og heve temperaturen til et nivå like under det som vil forårsake at preformen forlenges. For emnene med høyt innhold av SiOg ligger denne temperaturen i området 1850-1900°C.

I hullene 58 plasseres glass-staver 60 som har en TCE som er forskjellig fra den for cladding-glasset, hvor forskjellen er stor nok til å tilveiebringe den ønskede dobbeltbrytnlng. Selv om stavene 60 kan ha en uniform sammensetning tvers gjennom, kan det være fordelaktig å anvende komposittstaver som innbefatter et kjerneområde av glass som er kompatibelt med preformcladdingen 56. Det er antatt at ved å anvende en stress-stav som er belagt med glass av samme sammensetning som preformcladdingen, vil grenseflaten mellom staven dg claddingen være resistens overfor kimdannense under trekking av fiberen. Dersom stress-taven inneholder et claddinglag 64, kan det være fordelaktig å gradere sammensetningen av kjernedelen 62 av staven slik at utvidelseskoeffisienten av glasset i sentret av staven gradvis tilpassen den for claddlngdelen av staven, slik at brekkasje under fremstilling av staven unngås. Siden noen glass-sammensetninger med høy utvidelseskoeffisient, som er egnet for bruk som stress-staver, er mye mykere enn silisiumoksyd cladding-glasset, kan det være fordelaktig å belegge den myke glass-staven med et hardt glass for å bevare formen av staven under trekkeprosessen. Uten en slik bekledning av hardt glass kan den myke glass-staven med høy utvidelseskoeffisient smelte under trekkingen av fiberen og bygge opp et trykk inne i den smeltede delen av preformen som kan ødelegge størrelsen og formen av stress-tavene i den resulterende fiberen.

Følgende teknikk kan også anvendes for å forhindre at stavene smelter og glir nedover inn i hullene. De øvre endene 65 av stavene kan forstørres slik at når de settes inn i hullene 58 vil de store endene holde endeflatene 53 på plass og stikke ut av preformen. De forstørrede endene kan dannes ved å oppvarme enden med en flamme og presse den mot en overflate slik at den buler ut. De kan også dannes ved å plassere en kule av smeltet glass på enden av staven. De forstørrede endene av stavene hindre ikke evakuering av rommet mellom stavene og veggen av hullene.

Stress-stavene kan fremstilles av en hvilken som helst sammensetning for stress-staver beskrevet i US patent nr. 4.395.270 og i GB patent nr. 2.096.788A. F.eks. kan de bestå av slillsiumoksyd dopet med et eller flere av oksydene GeOg, B2°3'<p>2°5' T102» A<1>2°3'<Zr0>2» °S Sb205. Dersom claddingen 56 består av rent silisiumoksyd, kan stress-stavene fremstilles fra silisiumoksyd dopet med et stort antall oksyder slik at det tilveiebringes en brytningsindeks som er lik den for silisiumoksyd. F.eks. kan SiOg dopes med en av de følgende kombinasjoner av dopeoksyder: GeOg og B2O3 eller P2O5 og B2O3 eller Ge02, P2O5 og B2<O>3.

Sammenstillingen vist i fig. 6 og 7 settes inn i en vanlig trekkovn og trekkes til en fiber. En glass-stav 66 kan smeltes til enden av preformen 52 for å initiere fibertrekkeprosessen. Under trekkeprosessen mykner stavene 60 og bindes til veggene av hullene 58. Dvs. det dannes en hel optisk fiber som ikke inneholder hulrom, gap, bobler e.l.

En vakuumtilkobling festes fortrinnsvis til toppen av trekke-endene 52 under fibertrekkeprosessen. Dette reduserer mengden av gass og vanndamp som er tilstede i gapet mellom stavene 60 og veggene av hullene 58, og reduserer sannsynlig-heten for at forstyrrelser vil finne sted under operasjonen. En foretrukken fremgangsmåte for å feste vakuumtilkoblingen er følgende. Før stavene 60 føres i hullene 58, smeltes et rør 68 av et høytsmeltende glass som f.eks. silisiumoksyd til overflaten 53. Den ytre diameteren av røret 68 er fortrinnsvis den samme som diameteren for preformen 52. Dersom vakuum påtrykkes over enden 53 av preform, vil dette vakuumet være forhindret fra å komme i kontakt med de nedre endene av hullene 58. Enden av røret 68 motsatt preformen kan skrånes innvendig. En slik skråning kan dannes ved å bearbeide røret med en flamme. Diameteren av den innskrånende delen av røret må være stor nok til å muliggjøre en innføring av stavene 60. Etter at stavene 60 er innført i hullene 58, smeltes en glasstilpasning 70 på røret 68. Enden tilpasningen 70 utstyres med en slepen glasstilkobling 72 som vakuumtilkoblingen kan festes til.

I en alternativ fremgangsmåte har røret 68 til å begynne med ingen innvendig skråning. Stavene 60 innføres i hullene 58 etter at røret 68 er smeltet til preformen. Preformen roteres og enden av røret 68 flammebearbeldes slik at det krymper innover.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan også anvendes til å fremstille enkel-modus optiske fibere som har ikke-sirkulære stress-staver. Preformen for enslig fiber er vist i fig. 8 hvor elementer tilsvarende de i fig. 7 er angitt ved merkede referansetall. For å fremstille stress-staver som har det sektorformede tverrsnitt beskrevet i det tidligere nevnte patentskrift GB 2.096.788A, kan sirkulære hull vist ved de prikkede linjene 76 dannes i claddingen 56' på motstående sider av kjernen 54'.

Hullene 78 av Irregulær eller ikke-symmetrisk form kan for-dannes ved ultralydsborlng. De kan også fremstilles ved å kjerneutbore sirkulære hull som antydet ved sirklene med prikkede linjer 76, og deretter selektivt fjerne områder av cladding-glasset nær hullene 76. Dette kan også oppnås

med en diamantbryne som beveger seg frem og tilbake eller ved en bevegelig vaier som strekker seg gjennom hele hullet 76. En slipeslurry strømmer gjennom hullet for å bedre kut-tevirkningen av brynen eller vaieren.

En eller flere sirkulære stress-staver fremstilt fra mykt glass kunne føres inn i hullene 78, og den resulterende preform kunne evakueres og trekkes til en fiber som beskrevet i forbindelse med fig. 7. De myke stress-stavene av glass ville smelte og flyte inn i hulrommene av de sektorformede hullene. Stress-stavene er imidlertid fortrinnsvis sektorformede og kledd med et glass av samme sammensetning som claddingen 56'. Passende formede staver kan fremstilles ved først å danne en glass-syllnder ved en hvilken som helst egnet fremgangsmåte som f.eks. smelting, flammehydrolyse e.l. Som vist i fig. 9 er sylinderen 80 utstyrt med et aksialt hull 82 og kuttes deretter til 4 segmentformede staver 81 som antydet ved de prikkede linjene. En segmentformet stav 81 kan føres inn 1 hvert hull 78. Dersom det ønskes, kan staven først roteres 1 en dreiebenk og utstyres med et tynt belegg av claddingsot på den måte som er vist i flg. 4. Clad-dingsoten konsolideres på staven slik at en belagt, sektor-formet stav 83, vist i flg. 10, dannes. Staven 83 er hovedsakelig av samme form som hullet 78, og bare litt mindre enn hullet. Staven 83 kan fremstilles med et tverrsnittsareal større enn det for hullet 78, og den kan oppvarmes og trekkes slik at tverrsnittsarealet avtar til en verdi tilstrekkelig, liten til å gjøre innføring i hullet 78 mulig.

Som beskrevet i det tidligere nevnte US patent nr. 4.395.270 kan en fiber inneholde et annet sett av diskrete, diametralt motstående områder av longitudinal utstrekning som har fysiske egenskaper som er forskjellige fra de for det første settet av stress-givende områder. Fiberen vist i fig. 11 innbefatter kjerne 85 og cladding 86. To områder av longitudinal utstrekning 87, som har en TCE forskjellig fra den for claddingnområdet, står på diametralt motstående sider av kjernen 85. Ortogonalt forskjøvet med hensyn til områdene 87 finnes et annet par av områder med longitudinal utstrekning 88 som kan innbefatte et glass som har en TCE som avviker fra

88 som kan innbefatte et glass som har en TCE som avviker fra den for claddingen 86, hvor avviket går i motsattt retning av avviket i TCE for områdene 87 sammenlignet med claddingen 86. Fiberen i flg. 11 kan fremstilles ved å bore 4 hull i en preform på samme måte som beskrevet i forbindelse med flg. 6 og 7. I to motstående hull plasseres staver som har en første TCE. Dersom f.eks. claddingen 86 består av SiOg, kan stavene 87 innbefatte SiOg dopet med B2O3 og P2O5, mens stavene 88 kan innbefatte Si02 dopet med TiC^. I den resulterende fiber vil områdene 87 være i en tilstand av strekkspenning, mens områdene 88 vil være i en kompresjonstilstand. Effekten av de to områdene med strekkspenning er additiv med effekten av de to kompress.ive områdene, den resulterende kombinasjon tilveiebringer en større verdi for den stressinduserte dobbelt-brytnlng enn den som ville vært oppnåelig med enten områdene 87 eller 88 alene.

I en modifikasjon av utførelsen i fig. 11 innføres to staver av glass med høy utvidelseskoeffisient i motstående hull, og de gjenværende to hull får stå åpne. Fiberen som trekkes for en slik preform innbefatter 2 diametralt motstående sylindriske formede hull som er plassert ortogonalt med hensyn til to strekkspenningsstaver. Som i den foregående utførelse er effekten av de to tomme hullene additiv med effekten av de to spenningsområdene.

En flerkjernet fiber kan fremstilles ved en fremgangsmåte tilsvarende den beskrevet ovenfor. Mens preformen 52 i fig. 7 innbefatter en cladding 56 og sentralt plassert kjerne 54, behøver en preform som benyttes ved fremstilling av flerkjernet optisk fiber ikke å ha en slik kjerne, selv om den eventuelt kan innbefatte en kjerne.

I en utførelse hvor preformen som dannes 1 utgangspunktet innbefatter en kjerne, ville preformen 52 være utstyrt med et stort antall hull rundt kjernen 54, antallet slike hull ville være tilstrekkelig til å tilveiebringe de ekstra lysledende kjerner. Inn i slike hull føres staver av glass med høy renhet som har en brytningsindeks større enn den for preformcladdingen 56. Det resulterende fibertrekke-emnet er vist i fig. 12 hvor elementer tilsvarende de i fig. 6 er antydet med merkede referansetall. Utgangspreformen 52' kan Innbefatte cladding 56' og en sentralt plassert kjerne 54'. Fire hull 1 innbyrdes samme avstand kan være anbragt rundt kjernen 54'. I hvert av hullene plasseres en stav 90 av kjerneglass. Som beskrevet ovenfor kan stavene 90 være av uniform sammensetning eller av varierende sammensetning slik at de viser en radielt gradert profil i brytningsindeks. Stavene 90 kan være ubelagte, men de er fortrinnsvis belagt med et glass som har samme sammensetning som preformcladdingen 56'.

Dersom utgangspreformen har en uniform sammensetning tvers gjennom, dvs. at den til å begynne med ikke har noen kjerne-del, kan den utstyres med et forhåndsbestemt antall kjerner ved å bore ut det aktuelle antall hull og plassere en stav av kjerneglass 1 hvert hull.

En vakuumtilkobling forbindes med endene som beskrevet ovenfor for å evakuere rommene mellom stavene av kjerneglass og veggene av preformhullene for å minske forurensningen ved hydroksylioner. Preformen trekkes så til en fiber som har et stort antall lysledende kjerner.

Følgende eksempel viser hvordan fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes til å fremstille en polarisasjonsbevarende enkelt-modus optisk fiber. Fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 t.o.m. 5 ble anvendt til å fremstille en optisk fiberpreform. Nærmere bestemt ble et lag av karbonsot først avsatt langs en 49 cm del av en alumlnium-oksydspindel som skrånet fra 5,5 mm til 6,5 mm i diameter. Brenneren beskrevet ovenfor ble benyttet. Flytende S1C14 og flytende GeC3 ble holdt ved 37° C i første og annen beholder, utløpende av beholderene var forbundet med brenneren. Silisiumoksyd ble avsatt på spindelen i 30 min., mens oksygen strømmet gjennom første beholder med en hastighet på ca. 0,05 l/min. slik at det ble dannet et lag av sllisiumoksydsot med av utvidelseskoeffisient med en tykkelse på ca. 1 mm. Et kjerneområde med trinn i brytnlngs-indeksen av SiOg dopet med 10 vekt-# GeOg ble så avsatt til en tykkelse av ca. 12 mm ved å boble oksygen gjennom både første og annen beholder. Strømmen av oksygen gjennom annen beholder ble deretter stoppet, og ren SiOg-sot ble avsatt på overflaten av kjernesoten Inntil en ytre diameter på 60 mm var oppnådd.

Sotpreformen ble fjernet fra dreiebenken, og spindelen ble fjernet fra preformen mens håndtaket ble stående igjen i den ene enden. En kort del av et kapillarrør ble ført inn i enden av preformaperturen motsatt håndtaket. En tørkegass bestående av helium som Inneholdt 5 volum-# klor ble ført gjennom håndtaket og inn 1 preformaperturen. Når preformen ble senket inn i konsolideringsovnen, som ble gjennomstrøm-met med en heliumgass, ble åpningen av kapillar-røret for-seglet og preformen ble utsatt for gradientkonsolidering.

En vakuumtilkobling ble festet til håndtaket, og aperturen av den konsoliderte preformen ble evakuert. En silisiumoksyd-stav ble smeltet til tuppen av preformen som deretter ble plassert i en trekkovn. Preformen ble oppvarmet til 190CC og trukket nedover med en hastighet på 15 cm/min. Diameteren av den resulterende overgangsfiber var 7 mm. Etter at over-gangsf iberen var trukket til en passende lengde, ble en 91 cm lang del brukket av.

Delen av overgangsfiberen ble plassert i dreiebenken hvor den virket som en spindel for avsetningen av ytterligere motclad-ding. Den resulterende komposittpreform ble gradvis ført inn i en konsolideringsovn som hadde en maksimal temperatur på 1450'C, hvor den ble konsolidert mens helium strømmet oppover gjennom ovnen. Den resulterende konsoliderte preform, som er vist i tverrsnitt i fig. 5, hadde en ytre diameter på 50 mm og en kjernediameter på 2,5 mm. En ende av preformen ble skåret over og polert glatt slik at det ble dannet en plan endeflate som sto tilnærmet loddrett på preformaksen. To hull med diameter 7,0 mm ble boret ut longitudinalt gjennom den konsoliderte preform på motstående sider av kjernen med en radius på 10 mm.

To stress-staver ble fremstilt ifølge fremgangsmåten beskrevet i US patent nr. 2.823.995. En brenner traverserte aluminiumoksyd spindelen kontinuerlig. Tilstrekkelig mengder av C1C14, GeCl4 og POCI3 ble tilsatt brenneren slik at det ble dannet en glass-sot med en sammensetning på 39 vekt-# Ge02, 1 vekt-£ <P>2°5 og 60 vekt-# Si02. Ved hver etterfølg-ende passasje av brenneren ble mengden av GeCl/j og POCI3 nedsatt, slik at det ble dannet et belegg av kjernesotglass som hadde en avtagende konsentrasjon av Ge02 og P2O5 Inntil det ved den siste passasje av brenneren ble avsatt ren SlOg-sot. Deretter ble ekstra lag av SlOg-sot avsatt slik at det ble dannet et belegg av claddingsot over kj ernesotbelegget. Spindelen ble fjernet og den resulterende porøse preform ble underkastet gradientkonsolidering som beskrevet ovenfor. Under konsolideringsprosessen strømmet klor og helium Inn 1 preformaperturene som beskrevet ovenfor. Preformaperturen ble lukket under konsolideringen p.g.a. den lave viskositeten av kjerneglasset sammenlignet med den for cladding-glasset.

Den konsoliderte preformen ble plassert i en trekkovn hvor tuppen ble oppvarmet til 1900"C. En glass-stav ble forbundet med den nedre tuppen av preformen og den ble trukket nedover med en hastighet på 10 cm/min. , slik at det ble dannet en stress-stav som hadde en ytre diameter på 6 mm. Kjernedelen av staven hadde en diameter på 4,2 mm. Konsentrasjonen av GeOg og P2O5 i kjernedelen varierte slik at gradienten i brytningsindeks i kjernen var kjennetegnet ved en alfa på 2. Et 15 cm langt silisiumoksydrør som hadde en ytre diameter på 50 mm og en veggtykkelse på 2 mm ble smeltet til omkretsen av den plane endeflate av den konsoliderte preformen. Stress-stavene ble ført inn i hullene som var kjerneboret i preformen. Enden av silisiumoksydrøret lengst borte fra preformen ble så flammebearbeidet slik at diameteren avtok. En sammenkoblingslnnretning av glass som hadde en slepen glasstilkobling i den ene enden ble smeltet til sillsiumok sydrøret. En vakuumtilkobling ble forbundet med den slepne glasstilkoblingen og et vakuum ble påtrykket over den flate overflaten av preformen for å bevirke evakuering av rommet mellom stavene og veggene i de utborede hullene. Det evakuerte emnet ble ført inn i trekkeovnen hvor tuppen ble utsatt for en temperatur på ca. 2100"C. Den resulterende enkel-modus optiske bølgelederfIber, som hadde en trinnvis variasjon i brytningsindeksen, hadde en kjernediameter på ca. 8 jjm og en ytre diameter på 125 pm. Attenuasjonen av den resulterende fiber var 4,5 dB/km ved 850 nm, og slaglengden L var mellom 2 og 3 cm.

En optisk fiber som har flere lystransmltterende kjerner kan fremstilles på tilsvarende måte. Stress-stavene i eksemplet ovenfor er dannet fra et glass som har en brytningsindeks større enn den for silisiumoksyd cladding-glasset. Derfor er hver stress-stav av fiberen fremstilt ved det ovenfor nevnte eksempel istand til å overføre lysenergi når den eksiteres tilstrekkelig ved en innfallende lysstråle.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en optisk fiber hvorved det tilveiebringes en sylindrisk preform (38) av glass som har en første sammensetning, det tilveiebringes flere longitudinale hull (58, 78) 1 den nevnte preformen (38), det tilveiebringes flere staver (60, 81, 83) hvorav 1 det minste en del er fremstilt av glass av en annen glass-sammensetning som har et lavere mykningspunkt enn den nevnte første sammensetningen, en av de nevnte stavene (60, 81, 83) innføres i hvert av de nevnte hullene (58, 78), stavene (60, 81, 83) oppvarmes og kombinasjonen som utgjøres av preformen (38) og glass-stavene (60, 81, 83) trekkes til en optisk fiber, karakterisert ved at stavenes (60, 81, 83) ene ende Innføres i hullet (58, 78) og den andre enden støttes på en slik måte at staven (60, 81, 83), når den smelter, ikke kan fortsette å synke inn 1 hullet, og at kombinasjonen oppvarmes ved den enden som er motsatt den støttede enden av stavene (60, 81, 83), og fiberen trekkes fra den oppvarmede enden.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnet med tilveiebringelse av et stort antall staver innbefatter tilveiebringelse av staver (60) som har et tverrsnittsareal noe mindre enn det for hullene (58), bortsett fra ved den motsatte enden (65) hvor stavens tverrsnittsareal er større enn hullenes, trinnet med understøttelse av den motstående enden av hver stav innbefatter innføring av den første enden av en stav (60) i et tilsvarende hull (58), inntil den forstørrede motstående enden støter mot preformen og forhindrer ytterligere inntreden av staven i det nevnte hullet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at preformen, på den siden hvorfra stavene (60) skal innføres har en flat endeflate (53) til hvis periferi en glassylinder (68) smeltes før trinnet med innføring av nevnte staver (60), og hvor en vakuum-tilkobllng (74) festes til glassylinderen (68) før oppvarming og trekking.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at stavene (60, 83) innbefatter en glasskjerne (62) omgitt av et lag av cladding-glass (64) som har en sammmen setn ing som er forskjellig fra sammensetningen av glasskjernen.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at stavene innbefatter en glasskjerne (62) omgitt av et lag av glass (64) som har den samme sammensetningen som preform-cladding-glasset (56).

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at hullene (78) har ikke-sirkulært tverrsnitt, og stavene (81, 83) har en tverrsnittskonfigurasjon som i det vesentlige er den samme som den for hullene (78).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at preformen har en sentralt anbragt glasskjerne (54, 54', 85) omgitt av glass (56, 56', 86) av nevnte første sammensetning, hvor glasskjernen (54, 54', 85) har en brytningsindeks som er større enn den for den nevnte første sammensetningen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at trinnet med dannelse av hull innbefatter dannelse av et stort antall hull (58, 78) av longitudinal utstrekning på motsatte sider av nevnte glasskjerne (54, 54', 85), og hvori glasstavene (60, 81, 83) er av glass som har en termisk utvidelseskoeffisient som er forskjellig fra den til den første sammensetningen.