SE438311B - Sett vid framstellning av en optisk fiberforform - Google Patents

Description

7909684-8 10 15 20 25 30 35 2 är ekcentrisk i förhållande till beläggningen eller har dålig cirkelform, måste CVD-metoden utövas under nog- grant reglerade betingelser för att övervinna de svårig- heter som är förbundna med framställning av förformer med ökad dimensionsprecision, nämligen med tillräckligt god cirkelform hos kärnan och reducerad kärnexcentrici- tet. Av dessa orsaker behöver CVD-metoden fortfarande förbättras beträffande fogligheten efter den kvantitativa tillverkningen av förformer, utbyte och följaktligen tillverkningskostnader.

Enligt RT-metoden, som är känd sedan länge, insät- tes en glasstav som tjänar som en kärna i ett glasrör, som är användbart som en beläggning, och det hela upp- värmes till hög temperatur så att röret faller ihop och värmehäftar vid staven, vilket ger en optisk fiberför- form. Eftersom staven har lämpliga dimensioner och röret sålunda endast värmevidhäftas till en förform, är det lätt att med RT-metoden erhålla förformer med större storlekar, med hög dimensionsprecision och relativt fria från problem, såsom kärnexcentricitet och dålig cirkelform hos kärnan, vilka hänger samman med CVD-meto- den. Med avseende på dimensionsprecisionen ger därför' metoden produkter med ökade utbyten och med reducerade produkt-till-produkt- eller parti-till-parti-dimensions- variationer även vid massproduktion.

V Emellertid har RT-metoden en allvarlig nackdel.

Det är svårt att framställa förformer, i vilka gräns- ytan mellan staven och röret saknar oregelbundenheter, såsom hålrum och främmande material. Dessa oregelbunden- heter, särskilt hålrum, kan förorsaka ljusspridnings- förluster hos den resulterande optiska fibern. Detta leder till svårigheter vid framställning av optiska fibrer med låg förlust, vilka är jämförbara med dem som erhålles med CVD-metoden. 7 Även om forskning har riktats även mot RT-metoden i ett försök att åstadkomma förformer som är fria från 10 15 20 25 30 35 _. ,.,-,---....___..........._. _ ,. _ __.. 7909684-8 3 defekter vid gränsytan mellan staven och röret, har hit- tills inget av förslagen visat sig fullt tillfredsstäl- lande för reduktion av förluster, vilket kommer att be- skrivas nedan.

Det har t ex föreslagits att rengöra stavens och rörets ytor med fluorvätesyra, varm fluorvätegas eller en blandning av klorväte och helium innan staven och röret varmvidhäftas tillsammans, men denna metod kan inte avlägsna främmande material, såsom kolpartiklar, och är ineffektív vid minskning av spridningsförluster be- roende på närvaron av oregelbundenheter vid gränsytan mellan kärnan och röret. Dessutom kommer OH-gruppen här- ledd från vätet i gasen, när fluorvätegas eller liknande vätehaltig gas används vid hög temperatur, att inför- livas i olika former i staven och röret, vilket medför en ökad absorptionsförlust. I 7 Det har även föreslagits att leda syrgas genom utrymmet mellan en stav och ett rör, vilka hålls vid en temperatur av ca l500°C, för att avlägsna främmande material från de motsatta ytorna av staven och röret genom sönderdelning och/eller oxidation av det främmande materialet och därefter värmevidhäftning av staven och röret. Med denna metod kommer det främmande materialet eller den resulterande oxiden, när den har en högre kokpunkt än den ovan angivna höga temperaturen, inte att fullständigt avlägsnas utan kvarstår mellan staven och röret. Metoden är även ineffektív vad beträffar tillräcklig reducering av spridningsförlusten som är förbunden med gränsyteoregelbundenheter, såsom hålrum.

Sålunda har man ansett att trots olika försök föreligger det svårigheter vid RT-metoden att framställa optiska fibrer med liten förlust, såsom sådana fram- ställts genom CVD-metoden, även om fördelen med erhål- lande av optiska fiberförformer med stora storlekar och hög dimensionsprecision föreligger. 79096 84-8' lO 15 20 25 30 35 ..-.,.,..,....._...,_..__..-.... .. .4 Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en förbättrad RT-metod för framställning av en optisk fiberförform som är fri från defekter vid gränsytan mellan staven och röret vilken metod *kan ge optiska fibrer med låga förluster jämförbara med den som framställes genom CVD-metoden, för avhjälpan- de av nackdelarna vid den existerande RT-metoden.

Detta och andra ändamål med uppfinningen kommer att framgå av följande beskrivning.

Man har nu funnit att ovanstående ändamål kan upp- nås genom en metod för framställning av optiska fiber- förformer genom insättning av en silikaglasstavc i ett silikaglasrör och att bringa röret att falla ihop genom att uppvärma den resulterande sammansättningen, vilken metod kännetecknas av att innan röret bringas att falla ihop leds ett glasytbehandlingsmedel och syrgas genom utrymmet mellan staven och röret medan staven och röret uppvärmes vid en hög temperatur, vilket glas- ytbehandlingsmedel uppfyller följande kriterier: (1) dess vätehalt är inte.mer än ca l vikt%, (2) de ämnen, som produceras av detta i närvaro av syrgas vid hög temperatun har en kokpunkt eller sublimeringspunkt som inte är högre än den temperatur som krävs för att röret skall falla ihop och (3) det innehåller minst ett element valt bland sådana element som kan bilda en glasnätverksbildande oxid, element som kan bilda en glasmodifierande oxid, halogener och svavel.

Med användningen av den nya ytbehandlingsteknikên har föreliggande uppfinning övervunnit nackdelen med RT-metoden genom att åstadkomma en stav-rör-gränsyta varvid de markerade gränsyte- av sådana som är fri från defekter, spridningsförluster som skulle bli resultatet defekter reduceras, varigenom RT-metoden för första gången kan åstadkomma optiska fibrer med låga förluster, vilka är jämförbara med dem som framställts genom CVD-metoden.

I själva verket använder sig föreliggande uppfinning till _ _-...._.._ -_..,_....._.__.._:_.._ ._ _ ._ 10 15 20 25 30 35 .._---.--,-___.___..._.._... f ,.__.,..._ _, 7909684-a 5 fullo av RT-metodens fördel, nämligen att optiska fiber- förformer med stora storlekar är tillgängliga relativt lätt med hög dimensionsprecision och följaktligen säker- ställes effektiv produktion av optiska fibrer med låga förluster i höga utbyten med större lätthet. Uppfinningen åstadkommer därför en enastående metod för kvantitativ framställning av optiska fibrer med låga förluster.

Enligt föreliggande uppfinning leds det ovan nämnda glasytbehandlingsmedlet och syrgasen genom utrymmet mel- lan staven och röret för att behandla de motstâende ytor- na därav vid hög temperatur innan staven och röret för- enas genom värmning. Efter ytbehandlingen bringas röret att falla ihop och förenar sig med staven för att ge en optisk fiberförform.

När glasytbehandlingsmedlet och syrgasen strömmar genom utrymmet mellan staven och röret medan staven och röret uppvärmes vid hög temperatur, införlivas det ämne som framställs genom medlet vid den höga temperaturen i närvaro av syrgas i var och en av de motstâende yt- skikten på staven och röret.

Silikaglasstaven och silikaglasröret som används vid föreliggande uppfinning är framställda av rent Silikat- glas (silikaglas), Gllèr av silikaglas försattnrdelstexnkänd metod med minst ett tillsatsmedel, såsom GeO2, P205, , BZO3, F eller liknande för att ha varierande bryt- TiO2 __ningsindex. Tillsättningsmetoder och tillsatsmedel beskrivs t ex i det publicerade japanska patentet nr 23185/1976, de japanska patentansökningarna nr 120352/1975 och 35654/l977etc. Staven kan i sin helhet tjäna som kärna i den optiska fibern eller kan förses med ett yttre perifert skikt som tjänar som en del av beläggningen av fibern) Staven kan åstadkomma en kärna av stegindextyp eller graderad indextyp. Röret kan i sin helhet tjäna som beläggningen av den optiska fibern eller kan utgöra ett inre skikt för åstadkommande av beläggningen på fibern och ett yttre skikt bildat på utsidan runt det inre skik- tet för användning som stödskikt till fibern. Röret kan lO 15 20 25 30 35 7909684-3 6 vidare vara försett med ett skikt bildat inuti det inre beläggningsskiktet för användning som en del av kärnan och som har ett steg- eller graderatbrytnings- index.

I När optiska fiberförformer tillverkas genom den konventionella RT-metoden av rör av den sist nämnda typen inbegripet det inre skiktet som tjänar som en del av kärnan, kommer gränsytan mellan staven och röret att vara belägen i det inre av den optiska fiberns kärna. Fibern kommer därefter att inbegripa absorptions- förluster eller spridningsförluster beroende på när- varon av främmande material vid den inre gränsytan och även spridningsförluster som är förbundna med gräns- yteoregelbundenheter, såsom hâlrum. Sålunda är det nästan omöjligt att åstadkomma optiska fibrer med låga förluster genom den vanliga RT-metoden, medan fullt acceptabla optiska fibrer med låga förluster kan tillverkas en- ligt föreliggande uppfinning, även med gränsytan mel- lan staven och röret belägen i kärnans inre, på grund avatt gfiàrfitan dns nästan fri-från oregelbundenheter, såsom hålrum.

Detta möjliggör att man för första gångenmed III-reto- den kan tillverka förformer till optiska fibrer, i vil- ka stegprofilen för brytningsindex för kärnan har en skuldra med en brytningsindexgradient, varigenom _ den optiska fibern förbättras' så att den får ett ut- vidgat transmissionsfrekvensband. Sålunda har uppfin- ' ningen ett mycket stort industriellt värde.

För tillverkning av optiska fibrer med kraftigt reducerade spridningsförluster rengöres ytorna av staven och röret som skall användas vid föreliggande uppfinning företrädesvis före ytbehandlingen, t ex genom behandling av fluorvätesyra, följt av tvättning med rent vatten. Denna behandling och tvättning kan genomföras i förbindelse med tvättning med ultraljudsvågor. 10 15 20 25 30 35 ...._."> .¿....^...-.....__. ...___ f_... . .. ..., 79096 84-8 7 Enligt föreliggande uppfinning insättes staven i röret och glasytbehandlingsmedlet, som skall beskrivas närmare i detalj nedan, och syrgasen får strömma genom utrymmet mellan staven och röret medan det hela uppvärms vid hög temperatur, varigenom staven och röret blir yt- behandlade. När ytbehandlingen genomföres vid låg, temperatur blir ytorna inte tillfredsställande behand- lade och kan inte uppfylla ändamålet med föreliggande uppfinning. Följaktligen genomföres ytbehandlingen vid en temperatur av minst ca 700°C, företrädesvis minst ca lOOO°C och helst vid minst ca l200°C. Ytbehandlings- temperaturen uttrycks som temperaturen på rörets yttre yta. Även om behandlingen kan genomföras vid högre temperatur än den föregående temperaturen, förutsatt att staven och röret inte blir mjuka eller deformade, är de föredragna temperaturerna upp till ca l900°C, eftersom högre temperaturer i hög grad kan ändra mäng- den och fördelningen av tillsatsmedlet, om sådant är närvarande, i staven eller röret.

Det sammansatta röret och staven kan uppvärmas med vilken önskad metod som helst, t ex genom att långsamt förflytta en värneïxälla, såsom en vätgassyrgasflamma fram och tillbaka parallellt med stavens centrala axel medan det hela roteras omkring sin axel. Denna uppvärmnings- metod föredrages särskilt vid föreliggande uppfinning.

Värmekällanförflyttas företrädesvis med en hastighet av ca 10- ca 500 mm/min, hellre ca 50- ca 300 mm/min, medan det hela roteras med en hastighet av t ex ca 10- ca 100 r/min, så att röret och den inre staven fullständigt kan uppvärmas till den specifika tempera- turen enhetlígt runt omkring den del där de uppvärmes_ av värmekällan.

De vid föreliggande uppfinning använda glasytbe- handlingsmedlen är sådana som uppfyller följande krite- rier: ' (l) deras vätehalt är inte mer än ca l vikt% och (2) de ämnen som framstä-lles därav i närvaro av syr- 10 15 20 25 30 35 1909684-sl '8 gas vid hög temperatur har en kokpunkt eller sublime-7 > ringspunkt som inte är högre än den temperatur som krävs för att röret skall falla ihop. ' När glasytbehandlingsmedel med en vätehalt av mer än ca 1 vikt% används blir OH-grupper införlivade i de motstâende ytorna av staven och röret under ytbe- handlingen, vilket förorsakar ökade absorptionsför- luster beroende på närvaron därav och följaktligen blir det svårt att tillverka optiska fibrer med låga 'förluster; Ju lägre vätehalten i glasytbehandlingsmedlet är, desto lägre blir absorptionsförlusten beroende på OH-grupper. Sålunda har glasytbehandlingsmedlen som skall användas vid föreliggande uppfinning företrädes- vis en vätehalt som inte överstiger ca 0,1 vikt%.

De vid föreliggande uppfinning använda glasytbe- handlingsmedlen måste vara sådana, som när de uppvär- mes till en hög temperatur i närvaro av syrgas, inte åstadkommer något ämne som har en kokpunkt eller subli- meringspunkt som är högre än den temperatur som krävs för att bringa röret att falla ihop,eftersom den pro- dukt som avsatts på de mostående ytorna av staven och röret annars skulle kvarstanna på gränsytan däremellan efter sammanfallet. och ge upphov till oregelbunden- heter och fläckar med onormalt brytningsindex vid gräns- ytan, vilket skulle förorsaka ökade spridningsförluster.

Följaktligen är det kritiskt att produkten är nästan fullständigt förångad åtminstone medan röret bringas att falla ihop genom anbringande av värme. Detta kan åstadkommas när glasytbehandlingsmedlen uppfyller ovan- stående krav. Även när behandlingsmedlen ger en fast eller flytande produkt, som delvis kvarstannar på stavens eller rörets yta efter avslutning av ytbehandlingen, kommer produkten omedelbart att förångas när staven och röret uppvärmes till en temperatur för att bringa röret attt falla ihop om den är förångningsbar vid denna temperatur. lO 20 25 30 35 i79o96e4-s 9.

Följaktligen avlägsnas produkten slutligen från utrymmet mellan staven och röret utan att bilda ett ojämnt skikt eller kvarstå som främmande material vid gränsytan mellan staven och röret, när dessa är förena- de. I ' Den temperatur som krävs för att bringa ett rör att falla ihop hänför sig till den temperatur, vid vilket röret faller ihop för värmevidhäftning mel- lan staven och röret (sammanfallningstemperatur, tempe- raturen hos rörets yttre yta vid sammanfall). I fallet med silikaglas är denna temperatur ca 1900- ca 23OO0C. drar att säkerställa fuiistänaiggförångning av produkten är det önskvärt att glasytbehandlingsmedel användes, vilka kommer att ge en produkt som har en kokpunkt_eller sublimeringspunkt som understiger sam- manfallstemperaturen med t ex minst ca 200°C.

Enligt undersökningar beträffande orsaken till att ytbehandlingen enligt föreliggande uppfinning resulterar i en stav-rör-gränsyta, som är fri från defekter, framgår det att de utmärkta resultaten beror på följande. _ >När glasytbehandlingsmedlet i form av en gas och syrgas strömmar genom utrymmet mellan staven och röret, vilka uppvärmes vid en hög temperatur, införlivas ett ämne som nybildats i närvaro av syrgas vid den högre temperaturen homogent i de motstående ytskikten av staven och röret genom diffusion, upplösning, kemisk reaktion med glaset etc, varigenom det tunna ytskiktet för var och en av staven och röret modifieras till ett glasskikt innehållande ämnet (produkten). Stav- och rörytskikten som modifierats sålunda ges därför förhöjd kemisk affinitet för varandra eller en reducerad glas- viskositet och sammanfallandet av röret efter ytbehand- lingen åstadkommer en tillfredsställande gränsyta som är fri från sådana defekter som hålrum, vilka skulle 10 l5 20 25 30 35 7909684-s 10 ' ,förorsaka spridningsförluster.

Förutom den ovan nämnda ytbehandlingens mekanism, rengör vissa typer av ytbehandlingsmedel även de mot- Kpstâende ytskikten på staven och röret genom följande mekanism. 7 _ I denna mekanism avsättes inte det ämne, som bildas från medlet vid den uppvärmda delen medan det hela uppvärms genom en rörlig värmekälla, på den upp- värmda delen utan det strömmar till en del med lägre temperatur nedströms härifrån och avsätts på stav- och rörytorna på denna del. Om främmande material är detta i utfäll- ningen. När den rörliga värmekällan når delen med låg närvarande på ytan inneslutes därför temperatur förångas produkten på ytorna vid expone- ring för den höga temperaturen, med resultat att det främmande materialet även separeras från ytan genom produktens ângtryck och tvättas av nedströms tillsam- mans med ångan; Detta fenomen äger rum upprepade gånger allt eftersom källan förflyttas, varigenom det främman- de materialet förflyttas progessivt nedströms för att slutligen avlägsnas från stav- och rörytorna.

Förutom ovannämnda materialinförlivningsmekanism rengör vidare andra typer av ytbehandlingsmedel även de motstående ytskikten på staven och röret genom ets- ningsmekanismer, varigenom medlen avlägsnar de tunna ytskikten genom kemisk etsning, för att åstadkomma ' nya rena ytskikt (vilka naturligtvis är kemiskt besläkta- de beroende på införlivandet av ämnena).

Eftersom ytbehandlingen enligt föreliggande uppfin- ning åstadkommes genom passage av glasytbehandlings- medlet i form av en gas i förbindelse med syrgas före- drages det att de i föreliggande uppfinning använda glasytbehandlingsmedlen har ett sådant ångtryck att de är flytande i form av en gas, nämligen att de kan blandas vid ytbehandlingstemperaturen med syrgas åtmin- 10 15 20 25 30 35 79096 84-8 ll stone i det nedan angivna förhållandet. Om vidare yt- behandlingsmedlen kan transporteras vid låga tempera- turer när de är blandade med syrgas, kan ledningen för gasblandningen lätt värmeisoleras för att förhindra fuktavsättningen. Ur denna synpunkt föredrages det Å att använda glasytbehandlingsmedel med tillräckligt ångtryck vid låga temperaturer, närmare bestämt ett ång- tryck av minst 10 mm Hg vid 300°C. l Eftersom ämnet som härledes från ytbehandlingsmed- let införlivas i staven och röret genom ytbehandlingen 'enligt föreliggande uppfinning, är det naturligtvis ej önskvärtatt ytbehandlingsmedlet innehåller ett element som uppvisar karaktäristisk absorption vid eller nära våglängden för det ljus som skall överföras med den resulterande optiska fibern. _ De i föreliggande uppfinning använda glasytbehand- lingsmedlen är inte speciellt begränsade vad beträffar elementsammansättning och kemisk struktur så länge de uppfyller de ovan i detalj angivna kraven.

Föredragna glasytbehandlingsmedel för användning vid föreliggande uppfinning är de som ger produkter som kan vara stabilt närvarande i silikatglasen i staven och röret. ' a Exempel på sådana produkter är glasbildande oxider, vilka ensamma kan bilda ett stabilt glasnätverk och uppfyller de välkända glasbildningskriterierna enligt Zachariasen (såsom t ex beskrivs i T. Moritani et al, “Glass Technology Hand-Book", 10:e uppl, Tokyo, Asakura- -Shoten, 1973, p 5). Föredragna exempel på glasbildande oxider är sådana som har en bindningsstyrka (kilokalorier) (värdet på oxidens dissociationsenergi, (kilokalorier' dividerat med dess koordinationstal) av minst ca 60, såsom oxider av bor, fosfor, selen, arsenik, antimon, etc.

Som ovanstående produkt föredrages även glas- 'modifierande oxider som inte har någon glasbildande 7909684-à_ 12 förmåga, nen som kan varanärvarande; stabilt införlivade i 'ett glasnätverk för modifiering av glasets_egenskaper, 10 15 20 25 30 ” as : -..--và>~.~__4._.- ._->.-.

SOF såsom beskrivs i ovanstående litteraturställe på sidor- na 5 och 6. Föredragna exempel på de glasmodifierande 'oxiderna är de som.har en bindningsstyrka (kilokalorier) 'av ca 10- ca 60. Därför är de föredragna glasytbehand- lingsmedlen de material, vilka i sin kemiska struktur innehåller ett element som kan bilda den ovannämnda» glasbildande oxiden eller glasmodifierande oxiden; Bor_och fosfor föredrages bland dessa element. Även om halogener och svavel vanligen inte betraktas som element som ger glasbildande okider eller glasmodi- fierande oxider, föredrages dessa element som bestånds- delar i glasytbehandlingsmedlen enligt föreliggande uppfinning. Särskilt föredragna är fluor och klor," varav fluor är lämpligare. I Exempel på specifika glasytbehandlingsmedel inne- hållande ett sådant element är BF3, BCl3, BBr3, BI3, BHF2, BHCl2, B(CH3O)3 och liknande borföreningar;> PCI2, PBr2, PI2, PF3, PCl3, PBr3, PI3, PF5, PCl5, PBr5, PI5 och liknande fosforhalogenider; POCl3 och liknande fosforoxiklorider; (PNCl2)3, (PNCl2)4, (PNCl2)5, (PNCl2)6, g(PNCl2)7 och liknande fosfonitrilklorider; ASF3, AsCl3, AsBr3,-AsF5 och liknande arsenikhalogenider, SbF3, SbCl3, SbBr3, SbF5, SbCl5 och liknande antimonhalogenider; S2F2, S2Cl2, S2Br2, SF2, SCl2, SF4, SF6 och liknande svavelhalogenider; S02 och liknande svavelföreningar; 2, soclz, soßrz, so2F2, so2c12, so2(oH)F, s2o5c12, S02(0H)Cl, SO(0H)F och liknande svaveloxihalogenider; SeF4, SeF6, Se2Cl2, SeCl4, Se2Br2, SeBr4 och liknande selenhalogenider, CCl2F2, CCl3F, CClF3 och liknande klor- fluorkolföreningar; CF4, CCl4, CBr4 och liknande kol- tetrahalogenider; F20, C120, C102 och liknande syre- halogenider;ClF, ClF3, BrF, BrF4 och liknande halogen- föreningar; P2, Cl2,_Br2 och liknande halogener. Dessa 7909684-e 13 ämnen kan användas ensamma eller är minst två av dem användbara i blandning. Ämnena som har en vätehalt av mer än ca l vikt% måste användas i blandning med andra ämnen, så att blandningen inte har en större vätehalt >'5 än ca l vikt%. Föredragna glasytbehandlingsmedel är sådana föreningar som BCl3, BF3, BBr3, PCl3, PF3, P0Cl3, CCl2F2, CClF3, F2, SF6, etc. 0 Glasytbehandlingsmedlet tillföres i form av en gas till utrymmet mellan staven och röret blandat med 10 syrgas i ett föredraget förhållande av ca 0,1- ca 200 delar (volymdelar, såsom även nedan), närmare före- draget ca 0,5- ca 100 delar, särskilt föredraget cirka l- ca 50 delar, av behandlingsmedlet per 100 delar syrgas. 15 Enligt föreliggande uppfinning kan tillfredsstäl- lande verkan uppnås genom enbart_behandling av det tun- na ytskiktet på staven och röret. Den tid som krävs för ytbehandlingen varierar beroende på totaltrycket och flödeshastigheten för gasblandningen av behandlings- 20 medel och syrgas, medlets koncentration i blandningen etc, varvid tendensen är sådan att ju större total-- trycket och flödeshastigheten och medlets koncentra- tion är, desto kortare blir behandlingstiden. När gas- blandningen används vid totaltryck av ca 100- ca 5000 mm 25 Hg vid en flödeshastighet av ca 20- ca 5000 ml/min och innehåller ca 1- ca 1000 delar behandlingsmedel per 100 delar syrgas, i kombination med en rörlig värme- källa, förflyttas värmekällan upprepade gånger eller fram och tillbaka ett erforderligt antal gånger med en 30 hastighet inom ovannämnda område. Värmekällan flyttas upprepade gånger eller fram och tillbaka_vanligen l-100 ggr.

Om något annat uppvärmningsmedel än det ovanstående används, t ex uppvärmningsmedel som ej förflyttas, såsom 35 en elektrisk ugn, vari sammansättningen uppvärmes som .- .q-.».~,~..~._..... ..._..._...., ........ _., V I .._..._.__.- ,. _ 7969684-en '10 15 20 25 30 35 .l4 'en helhet, genomföras ytbehandlingen under en tidsperiod som är ekvivalent med den totala tid under vilken samman- ' sättningen uppvärmes medelst ovannämnda rörliga värme- källa vid den temperatur som är tillräcklig för ytbehand- lingen.

I_de föredragna ntföringsformerna av uppfinningen används gasblandningen vid ett totaltryck av ca 500- ca l00O ml vid en flödeshastighet av ca 50 (ca 2000 ml/min och innehåller ca 0,5- ca 200 delar, företrädesvis ca 0,5 till ca 100 delar av behandlingsmedlet per 100 delar syrgas, i kombination med den rörliga värmekällan och värmekällan förflyttas med en hastighet inom ovannämnda område 'l -ca 20 ggr.' 7 Den ytbehandlade staven och röret förenas därefter på vanligt sätt, t ex genom värmning av röret vid ca l900- ca 2300°C med en vätgassyrgasflamma eller lik- nande värmekälla, medan staven och röret roteras sam- tidigt när de är anordnade koncentriskt med varandra för att bringa röret att falla ihop på grund av värmet och flamman och intimt värmehäfta dem vid varandra.

Pâ detta sätt kan en optisk ffloerförform tillverkas enligt uppfinningen. ' De optiska fiberförformerna som tillverkas genom förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan omvand- las till optiska fibrer med en vanlig metod, t ex genom att förformen dras vid en hastighet av ca 10- ca 100 m/min till en yttre diameter av ca 100- ca 200 Pm medan förformen uppvärmes i en elektrisk ugn.

Staven och röret som utsatts för den specifika .ytbehandlingen enligt föreliggande uppfinning kan förenas på ett tillfredsställande sätt och ge en optisk fíberförform med i stor utsträckning reducerade gräns- ytedefekter jämfört med sådana som framställts med den konventionella RT-metoden. Följaktligen ger för- formerna som tillverkats med föreliggande metod optiska 10 15 25 30 35 7909684-8 , 15 fibrer med låga förluster, vilka är jämförbara med dem som erhålles med CVD-metoden. Sålunda har föreliggande uppfinning gjort det möjligt att för första gången massproducera optiska fibrer med låg förlust medelst _RT-metoden.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning ~kommer att beskrivas nedan med hjälp av exempel och jämförande exempel.

EXEMPEL'l Med den i den japanska patentansökan nr 120352/1975 beskrivna CVD-metoden framställdes ett rör med en längd av 80 cm och en inre diameter av 15,4 mm, vilket omfat- tade ett stödrör framställt av ett silikaglas med nšo = l,4585 och med en yttre diameter av 20 mm och tjocklek av 1,5 mm, och ett 0,8 mm tjockt beläggnings- skikt bildades på stödrörets inre yta, vilket skikt var gjort av ett silikaglas' med nšø = l,4485 och försatt med bor och fluor. Röret användes omedelbart efter tillverkningen.

En stav med en yttre diameter av 8 mm och framställd 20 = 1,4585, som var ett av ett högrent silikatglas med nD -rent silikaglas, tvättades på ytan med en 30 vikt% fluor- vätesyra, sköljdes därefter noggrant i rent vatten med användning av ultraljudvâgor och insattes därefter kon- centriskt i röret. En blandning av syrgas och BCl3-gas [02/BCl3 = 800/20 (volymförhållande, såsom även i det följande), totaltryck = 760 mm Hg vid rumstempe- ratur] matades kontinuerligttilllfixpmetnællan staven och röret med en flödeshastighet av 800 ml/min, medan staven och röret roterades på samma gång omkring cen- trumaxeln med en hastighet av 60 r/min. Samtidigt därmed förflyttades en vätgassyrgasflamma fram och I tillbaka 10 ggr parallellt med röret med en hastighet av HI)mm/min för att uppvärma sammansättningen för behandling av dess yta. Rörets yttre yta vid den del 7909684-s 10 15 20 25 30 35 16. där den behandlades med flamman hade en temperatur av ca l500°C, mätt med en infrarödtermometer. " Medan staven och_röret på samma gång roterades kontinuerligt omkring axeln med en hastighet av 60 r/mn efter ytbehenaiingen; röret 1-.111 2ooo°c med vätgassyrgasflamman och föll ihop för att ge en mellanförform med en yttre diameter av 17 mm.

' För justering av den yttre diametern täcktes .mellanförformen ned ett silikaglasrör med en yttre diameter av 25 mm och en tjocklek av 1,5 mm och röret bringades därefter att falla ihop på samma sätt som 'ovan för att ge optisk fiberförform med en yttre diameter av 20,5 mm. Förformen eldpolerades vidare 'med vätgassyrgasflaman till en justerad yttre dia- -meter av 20 mm. 5 Den optiska fiberförformen drogs därefter med en hastighet av 30 m/min medan den uppvärmdes vid 2000°C i en kolmotståndsugn för att ge en optisk fiber med en kärndiameter av 60 p, en beläggningstjocklek av 15 pm och en yttre fiberdiameter av 150 pm. Fibern utsattes för förbeläggning med uretanharts över fibern och därefter belades den med en mantel av nylon över förbeläggningsskiktet. Den optiska fibern ytbehandlades sålunda till en yttre diameter av 0,9 mm. Den optiska fibern hade de förlustegenskaper som visas i tabell 1, -nämligen mycket låga förluster. Spridningsförlusten ^ enligt tabell 1 bestämdes ur förlustegenskapskurvan _ för fibern enligt l_4 indikationsmetoden (i vilken det omvända värdet av detfjärde digniteten av veïglängden k är uppritad som abskissa gentemot den totala förlusten (dB/km) av fibern som ordinata och som spridningsför- lust betecknas den totala förlusten (dB/km) som en oändlig våglängd, vilken bestäms genom extrapolering av den linjära delen av kurvan i våglängdsområdet 0,65-0,85 Fm till en oändlig våglängd). Ett sådant för- 10 15 20 25 30 35 7909684-8 17 lustvärdešüïcbenuamæ av våglängden och accepteras van- ligen som indikerande för spridningsförlusten.

EXEMPEL 2-8 och jämförande exempel 1-3 Förfarandena enligt exempel 1 upprepades för fram- ställning av optiska fiberförformer och optiska fibrer med undantag av att glasytbehandlingsmedlen som uppräk- nas i tabell ] användes uppblandade med syrgas i de varierande förhållanden som visas i tabellen och att ingen ytbehandling genomfördes i det jämförande exemplet 1. De använda stavarna erhölls från samma sats som de som användes i exempel l och vart och ett av stödrören som hade det använda beläggningsskiktet var detsamma som används i exempel l. Följaktligen var stavarna såväl som stödrören som hade beläggnings- skiktet identiska vad beträffar dimensioner och brytnings- index med densom används i exempel l.

I det jämförande exemplet 2 befanns ämnet som bil- dades genom ytbehandlingen ha kvarstannat vid gräns- ytan mellan staven och röret utan att förångas när röret bringades att falla ihop.

Tabell l visar förlustegenskaperna för de till- verkade optiska fibrerna.

EXEMPEL 9-14 och jàfiörande exempel 4-6 Förfarandena i exempel 1 upprepades för framställ- ning av optiska fiberförformer och optiska fibrer med undantag av att beläggningsskiktet framställdes av ett silikaglas försatt med bor och med nâo = l,45l0 och att glasytbehandlingsmedlen som uppräknas i tabell l användes i blandning med syrgas i varierande förhål- landen, visade i tabellen.

I det jämförande eampkfi 5, liksom i det jämförande exempha:2, befanns det ämne som bildats genom ytbehand- lingen ha kvarstannat vid gränsytan mellan staven och röret. Vidare var röret i det jämförande exemplet 6 inte tillfredsställande värmehäftat vid staven under 10 15 7909684-8 18 sammanfallningen av röret beroende på avsättningen av SnO2.

Tabell l visar förlustegenskaperna för de till- verkade optiska fibrerna.

Eftersom de i exemplen 1-8 och de jämförande exemplen 1-3 använda stavarna erhölls från samma sats och stödrören med beläggningsskiktet, vilka an- vändes i exemplen l-8 och de jämförande exemplen l-3, var desamma såsom tidigare nämnts, synes skillnader- na i spridningsförlust mellan de optiska fibrer som framställes i dessa exempel och de jämförande exemplen vara förbundna huvudsakligen med de defekter som åstad- kommits vid gränsytan mellan staven och röret. Detta är fallet för skillnaderna i spridningsförlusten mel- lan de optiska fibrer som framställs i exemplen 9-14 och i de jämförande exemplen 4-6. ,79o9ss4-8 19 TABELL I Ytbehandlingsmedel Den optiska fíberns förlust- Exempel och förhållandet egenskaper C 02/medel Förlust vid Sprídnings- _ våglängden förlust : 0,85 pm (dB/km) (dB/km) 1 '02/BCI3 = 800/20 2,6 0,4 2 02/BF3 = 800/20 2,8. 0,6 3 02/BF3 = 800/200 2,7 0,5 4 02/BBr3 = 800/50 2,9 0,7 5 02/PC13 5 §00/20 2,9 0,7 6 02/POCI3 = 800/20 2,7 0,5 7 02/S02 = 800/200 3,2 0,9 8 02/S0Cl2 = 800/2007 3,0 0,8 9 02/CC12F2 = 800/200 2,5 0,3 10 02/CF4 = 800/200 2,6 0,4 ll 02/SF6 = 800/200 2,9 0,6 12 02/F2 = 800/50 3,0 0,8 13 02/ßc13/cc12F2 = soo/so/1oo 2,9 0,7 14 _ o2/cc121-'2/AsF3 = soo/loo/so 3,2 1 ',o Jämförande exempel 1 Ingen ytbehandling 7,8 5,5 2 02/SiCl4/BCI3 = 800/150/30 9,0 6,7 3 02/BH3 = 800/200 7,5 Ö§ad absorp- tlonsförlust beroende på OH 4 02 enbart 6,9 4,7 02/GeCl¿ = 800/20 80 77 02/SnC14 = 800/20 - - bi79o96s4-8 " 20 Tabell l visar att de optiska fibrer som framställs i exemplen l-14 har lägre spridningsförluster än de_ som framställs i de jämförande exemplen l-6, vilket visar att staven och röret mycket tillfredsstäl- 5 lande kan förenas genom förfarandet enligt föreliggan- deruppfinning.

EXEMPEL 15-l6 För tillverkning av optiska fiberförformer och optiska fibrer upprepades.förfarandena i exempel 3 10 för exempel 15 och förfarandena i exempel 5 upprepades för exempel 16, med undantag av att silikaglasstavar 'av den graderade indextypen användes, vilka hade nšo .= l,4605 i stavens centrum och nšo = l,4585 vid dess yta. De i exemplen 15 och 16 framställda optiska 15 'fibrerna hade förluster (d/km) av 3,3 resp 3,5 vid en våglängd av 0,85 Fm och spridningsförluster'(dB/km) av 0,8 resp l,2. i :EXEMPEL 17 Ett rör med en längd av 50 cm och en inre dia- 20 meter av 15,4 mm framställdes genom CVD-metoden. Röret omfattade ett stödrör tillverkat av ett silikatglas 7 med nšo och en tjocklek av 1,5 mm, och ett 0,8 mm tjockt be- = l,4585 och med en yttre diameter av 20 mm läggningsskikt bildat på stödrörets inre yta och fram- 25 ställt av ett silikaglas med nâo = l,455O och för- satt med bor. Röret användes omedelbart efter tillverk- ningen.

En stav med en yttre diameter av l mm och fram- ställa av ett nögrem; silikaglas med nšo = 1,4ss5 30 _ rengjordes på sama sätt som i exempel l.

Staven och röret utsattes därefter för ytbehand- ling och åflzmkomæmæ av sammanfallníng på samma sätt och under samma betingelser som i exempel l för att ge en mellanförform. För justering av den yttre diametern 35 täcktes mellanstavformen med ett silikaglasrör med en 10 15 20 25 30 35 7909684-8 , 21 yttre diameter av 25 mm och en tjocklek av 2,5 mm och röret bringades därefter att falla ihop och justerades till en yttre diameter av 21,5 mm på samma sätt som i exempel l för framställning av en optisk fiberförform.

Den optiska fiberförformen drogs med en hastighet av 30 m/min medan den uppvärmdes vid 2000°C i en kol- t motståndsugn för att ge en optisk fiber med en kärn- diameter av 7 pm, en beläggningstjocklek av 35 pm och en yttre fiberdiameter av 150 pm. Ett förbeläggnings- skikt och ett mantelskikt bildades vidare på fibern på samma sätt som i exempel 1.

Den så framställda optiska fibern hade en förlust av 2,4 dß/km vid en våglängd av 0,85 pm och en sprid- ningsförlust av 0,2 dB/km.

Ett 0,4 mm tjockt första skikt som tjänade som en beläggning och var framställt av ett silikaglas försett med bor den fluor och hade nåo = 1,44a5 bilde- des genom CVD-metoden på den inre ytan av samma stöd- rör som användes i exempel 1. Ett 0,8 mm tjockt blandat andra silikaglasskikt som tjänade som en del av en kärna bildades på liknande sätt medeletecvn-metoden ovanpå det första skiktet, varvid det andra skiktet hade en brytningsindexgradient sådan att det andra skiktet, på den ena sidan i kontakt med det första skiktet, hade ett brytningsindex som var lika med det för det första skiktet och samma brytningsindex = l,4585 som ett rent silikaglas -på den andra sidan därav. En optisk fiberförform och en optisk fiber framställdes på samma sätt som i exempel l med undantag av att röret, fram- ställt enligt ovan, användes och med ytterligare undan- tag av att staven (ett rent silikaglas, nšo = l,4585) hade en yttre diameter av 5 mm.

Den erhållna optiska fibern hade en förlust av 3,0 dB/km vid en våglängd av 0,85 Pm och en spridnings- förlust av 0,7 dß/km. 7909684-8 22 EXEMPEL 19 En optisk fiberförform och en optisk fiber fram- ställdes på samma sätt som i exempel 18 med undantag av .att staven (rent silikaglas, nšo' = l-,4585) hade 5 en yttre diameter av l mm.

Den erhållna optiska fibern hade en förlust av 2,8 dB/km vid en våglängd av 0,85 Pm, en spridninge- ' f_örlust av O,5.-dB/km och en frekvensbandbredd av 900 rflíz.

Claims (1)

15 _20 i '25 30 w--v-.m-e .. 7909684-8 23 PATENTKRAV l. Sätt vid framställning av en optisk fiberíörform genom insättning av en silikaglasstav i ett silikaglasrör, varvid röret bringas att falla ihop genom värmning av den resulterande sammansättningen, k_ä n n e t e c K- n a t av att innan röret bringas att sammanfalla leds ett glasytbehandlingsmedel och syrgas genom utrymmet mellan staven och röret medan sammansättningen uppvärmes _ vid en temperatur av minst 700OC, vilket glasytbehand- lingsmedel uppfyller följande kriterier: (l) dess vätehalt är inte_mer än ca 1 víktš, (2) ämnen, bildade därav i närvaro av syrgas vxd en hög temperatur, har en kokpunkt eller sublimeringspunkt som inte är högre än den temperatur som krävs för att bringa röret att falla ihop och (3) det innehåller minst ett element valt bland- sådana element som kan bilda en glasnätverksbildande oxid, element som kan bilda en glasmodifierande oxid, halogener och svavel. ' _2. Sätt enligt krav l, k ä n_n e t e c k n a t av att glasytbehandlingsmedlet och syrgasen bringas att strömma medan sammansättningen uppvärmes vid en temperatur av minst ca l0000C vid rörets yttre yta.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a t av att vätehalten i glasytbehandlingsmedlet inte är mer än ca 0,1 vikt%.

4. Sätt enligt ett eller flera av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a t av att glasytbehandlingsmedlet innehåller minst ettdera av bor och fosfor. I

5. Sätt enligt ett eller flera av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att glasytbehandlings- medlet innehåller minst ettdera av halogener och svavel. . _...._....~___....-. __ _ 7909684-s 24

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att giasytbeñandlingsmedlet är en förening innehål- lande fluör.