SE453826B - Sett att framstella stavformat grundmaterial for optiska fibrer - Google Patents

Description

453 826 10 15 20 25 30 35 2 änden 5 av ett kvartsutgångsmaterial 4, som roteras långsamt runt en axel 0, och på detta vis framställes den stavformade glassotenheten 6, som senare bildar en ljusstyrningskärna.

Härvid förflyttas glassotenheten 6 så utmed axeln 0 att man hela tiden upprätthåller ett förutbestämt avstånd mellan änden, till vilken glassotpartiklarna 3 sekventiellt avsätts och uppbygges, och brännarna l och 2, och så att glassotenheten 6 utmed sin längd hela tiden uppvisar en förutbestämd, konstant diameter.

Brännaren 1 är anordnad koaxiellt med axeln 0 och brän- 3 naren 2 är så anordnad, att den lutar något med avseende på axeln O. Brännaren l alstrar glassot med högt bryt- ningsindex och brännaren 2 alstrar glassot med lågt brytningsindex.

Den stavformade glassotenheten 6, som uppvisar den ovan beskrivna brytningsindexfördelningen, behöver inte nödvändigtvis bildas med hjälp av tvâ brännare, utan kan även bildas på motsvarande sätt med endast en brännare 7, såsom antyds i fig 2, eller med tre eller flera brännare genom lämplig reglering av oxygen-hydrogen- flamtemperaturen, brännarutformningen osv.

Den så bildade, stavformade glassotenheten 6 värme- behandlas i en heliumgasatmosfär, varigenom bildas en transparent glasstav, vars brytningsindex gradvis minskar från mittaxeln mot den yttre periferiytan. Den OH-grupp i glaset som ökar den optiska transmissionsförlusten hos ljus med en våglängd av 1,39 pm eller liknande, avlägsnas vid detta steg genom värmebehandling i närvaro av SOCl2 eller C12 före eller samtidigt med ovannämnda värmebehandling för bildning av den transparenta glasen- heten.

Den sá bildade transparenta glasstaven, hos vilken brytningsindexet gradvis minskar från mittaxeln mot den yttre periferiytan, täcks sedan med ett kvartsglasrör, som har en innerdiameter, vilken är något större än 10 15 20 25 30 35 453 826 3 ytterdiametern hos den transparenta glasstaven. Kvarts- glasröret upphettas så att det blir mjukt och dess diameter minskas. På detta sätt kan man sålunda skapa ett stavformat grundmaterial för en optisk transmis- sionsfiber, som utgöres av en kvartsglasomgiven trans- parent glasstav. Den optiska transmissionsfiberns ytter- diameter och kärnans diameter kan lätt framställas med ett förutbestämt värde genom de ovan beskrivna stegen.

Vid ett alternativt sätt att framställa den kvarts- täckta transparenta glasstaven, belägger man kvarts- glássot, som bildats genom en oxidationsreaktion, i en förutbestämd tjocklek pà den transparenta glasstaven och upphettar och sintrar för att därigenom bilda ett transparent glas, varigenom kvartsglaset omger den transparenta glasstavens ytterperiferi. Det stavformade grundmaterialet för den optiska transmissionsfibern formas till en optisk transmissionsfiber med en förut- bestämd diameter genom att därefter sträcka grundmate- rialet med en sträckningsmaskin.

Det stavformade grundmaterialet för en optisk fiber, som på detta sätt formats genom det konventionella VAD- -förfarandet har en brytningsindexfördelning av GI-typ hos kärnan. För att av detta material genom sträckning skapa en optisk transmissionsfiber med stor bandbredd är det emellertid nödvändigt att brytningsindexet N(r) hos kärnan hos den optiska transmissionsfibern har ide- alisk profil uttryckt genom följande formel. = _ E G mr) Non A(a)] där No representerar brytningsindexet hos kärnans míttdel, N1 representerar brytningsindexet hos kärnans ytter- periferiyta, a representerar kärnans radie Nl)/NO, och r representerar avståndet från mittaxeln (centrum).

A representerar (NO - En 10 15 20 25 30 35 453 826 4 Vid ett konventionellt förfarande framställs många stavformade grundmaterial med starkt varierande bryt- ningsindexfördelning, som ligger nära den enligt formeln i den centrala delen, men ligger långt från fördelningen i den periferiella delen. Med detta konventionella för- farande kan man inte framstäíla bredbandig optisk trans- missionsfiber med högt utbyte.

Det är följaktligen ett huvudsakligt ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett sätt att framställa ett stavformigt grundmaterial för en optisk transmissionsfiber, som är fri från nackdelarna med den konventionella metoden och som inbegriper en mycket bredbandig bandtransmissionskaraktäristik.

Det andra ändamålet med uppfinningen är att åstad- komma ett sätt att framställa ett stavformat grundmaterial för en optisk transmissionsfiber, vilket grundmaterial uppvisar en ideal brytningsindexfördelning i hela sin -kärna. Ännu ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt att framställa ett stavformat grund- material för en optisk transmissionsfiber, vilken har extremt stor bandbredd genom sträckning av det stavformade grundmaterialet.

Enligt en aspekt av föreliggande uppfinning åstad- kommes ett sätt att framställa ett stavformat grund- material för en optisk transmissionsfiber, vilket sätt inbegriper stegen att mäta brytningsindexfördelningen hos den transparenta glasstav, som erhållits genom att upphetta och sintra glassotenheten, före steget med att täcka den så erhållna transparenta glasstaven med kvartsglas, samt i en förutbestämd tjocklek avlägsna den yttre periferidelen av dentransparenta glasstaven, i vilken brytningsindexprofilen avviker från den ideala profilen när staven göres till en optisk transmissions- fiber. 10 15 20 25 30 35 453 826 5 Ovanstående och andra besläktade ändamål och känne- tecken hos uppfinningen kommer att framgá vid läsning av den följande beskrivningen med hänvisning till de bifogade ritningarna, och uppfinningen definieras i de bifogade patentkraven.

Fig 1 är en schematisk vy, som visar en allmän VAD-anordning, som används vid det konventionella för- farandet. Fig 2 är en schematisk vy, som motsvarar fig l men som visar ett annat exempel pá en VAD-anordning.

Fig 3 är en grafisk representation av brytningsindexför- delningen hos kärnan, som framställts med den i fig 1 och 2 visade VAD-anordningen. Fig 4 är en grafisk repre- sentation av brytningsindexfördelningen hos kärnan, som framställts i enlighet med sättet enligt föreliggande uppfinning. Fig 5 är en tvärsektionsvy av brännaröpp~ ningen, som visas i syfte att förklara sättet enligt föreliggande uppfinning.

Det hänvisas till ritningarna och särskilt till fig 3-5, vilka visar exempel på brytningsindexfördel- ningen hos den transparenta glasstav, som framställts enligt VAD-förfarandet, samt ett exempel på brännarkon- struktionen, som föredrages att användas för att utföra sättet enligt föreliggande uppfinning.

Såsom visas i fig 3, uppvisar en transparent glas- stav, som framställts enligt VAD-förfarandet, mestadels en ideal brytningsindexfördelning från centrumaxeln och till i närheten av ytterperiferin, men brytnings- indexfördelningen i periferin av den så framställda, transparenta glasstaven har en utsvängd form, som avse- värt skiljer sig från den ideala brytningsindexfördel- ningen, såsom antyds genom streckade linjer i fig 3.

Vid sättet enligt föreliggande uppfinning för fram- ställning av det stavformade grundmaterialet, avlägsnas den yttre periferidelen, vari brytningsindexfördelningen avsevärt skiljer sig från den ideala brytningsindexför- delningen, genom bortskärning eller kemisk upplösning, 10 15 20 25 30 35 453 826 6 såsom antyds i fig 4. Den yttre periferidelen av den transparenta glasstaven bortskäres normalt till en tjocklek av mer än 30 um (den transparenta glasstavens ytterdiameter är omkring 20 mm i detta fall). Närmare bestämt avlägsnas ytterperiferidelen av den transparenta glasstaven i en sådan omfattning att glasstavens peri- feriella brytningsindex efter avlägsnandet överstiger brytningsindexet (l,458) hos det kvartsglas som skall påföras senare med 0,03-0,15 %, företrädesvis 0,03-0,1 %.

Om tjockleken hos den så avlägsnade ytterperiferi- delen är mindre än det ovan beskrivna värdet, bibehålles den yttre periferidel, som uppvisar en väsentligt skilj- aktig brytningsindexfördelning från den ideala bryt- . ningsindesfördelningen, vilket förorsakar svårighet med framställning av en optiskt transmissionsfiber med stor bandbredd. Om tjockleken hos den sålunda avlägs- nade periferidelen är större än det ovan beskrivna värdet, uppträder en stor skillnad i brytningsindex mellan den yttersta periferiytan hos den transparenta glasstaven och det senare påförda, skyddande kvarts- glaset, vilket förorsakar en extrem diskontinuitet i brytningsindexfördelning mellan dem, vilket resulterar i svårighet med att framställa en optisk transmissions- fiber med stor bandbredd.

Sättet enligt föreliggande uppfinning för fram- ställning av ett stavformat grundmaterial för optiska transmissionsfibrer inbegriper att man utför flam- polering av den transparenta glasstaven, vars onödiga ytterperiferidel avlägsnats genom bortskärning eller kemisk upplösning, innan glasstavens ytterperiferi täcks med det skyddande kvarsglaset, varigenom ytan tilljämnas. Detta förhindrar inneslutning av luft i de infinitesimala sprickor, som bildats vid skärningen eller den kemiska upplösningen, när den transparenta glasstaven täcks med kvartsglaset. Flampoleringen kan inbegripa enbart en oxygen-hydrogen-låga, men kan även företrädesvis utföras i en oxygen-hydrogenlâga, vari 10 15 20 25 30 35 453 826 7 normalt dopningsmedelsràmaterial, som innehåller Ge, P, B osv, förefinnes. Detta dopningsmedel förhindrar ändring av brytningsindexet i den transparenta glas- stavens ytterperiferi på grund av flampolering med oxygen-hydrogen-làgan.

Sättet enligt föreliggande uppfinning kommer att beskrivas mera i detalj med hänvisning till nedanstående föredragna utföringsformer.

EXEMPEL 1 _ En glassotenhet 6, som hade en längd av 80 cm och en tjocklek av 50 mm, framställdes med den enligt fig 2 visade VAD-anordningen. En brännare 7, som användes vid metoden, hade ett femfaldigt rör, som var konstru- erat sàsom antyds i fig 5, och de respektive rören en SiC1 - 4 -gas, en H2~gas, en Ar-gas samt en 02-gas, fràn kärnröret tillförde en gasblandning av SiCl4 och GeC14, mot de yttre rören. Därefter infördes den så framställda glassotenheten 6 i en cylindrisk ugn, som hölls vid l500°C, med en hastighet av 200 mm/h, och glassotenheten 6 omvandlades till en transparent glasstav i den cylind- riska ugnen. I den cylindriska ugnen upprätthölls en heliumatmosfär innehållande 4 % SOCI2. Därefter bortskars 50 um av ytterperiferidelen hos den så framställda trans- parenta glasstaven. Brytningsindexet hos den avskurna glasstavens ytterperiferiyta var härvid 0,08 % högre än det hos det smälta kvartsglaset. Därefter flampolera- des ytterperiferin hos glasstaven, ett kvartsglasrör anbringades pá glasstaven och upphettades för att redu- ceras i diameter, och man erhöll på detta sätt ett stav- format grundmaterial för en optisk transmissionsfiber.

De så framställda stavformade grundmaterialen utsattes därefter successivt för sträckning enligt ett konven- tionellt förfarande och man erhöll en optisk transmis-” sionsfiber med en ytterdiameter av 125 pm och en kärn- diameter av 50 pm. Den så framställda optiska transmis- síonsfibern uppvisade utmärkta optiska transmissions- 10 15 20 25 30 35 453 826 sn, 8 egenskaper och hade vid ljus med en våglängd av 1,31 um en förlust pà 0,80 dB/km och en bandbredd av 6,7 GHzkm.

I jämförelsesyfte framställdes en annan optisk m, transmissionsfiber under samma betingelser som ovan, bortsett från att 50 um av glasstavens ytterperiferidel avlägsnades genom bortskärning. Den så framställda optiska transmissionsfibern uppvisadeenxförlust på 1,2 dB/km och en bandbredd av 0,8 GHzkm vilket var mycket sämre än för den optiska transmissionsfibern som framställts i enlighet med föreliggande uppfinning.

EXÉMPEL 2 En transparent glasstav, som framställts på samma sätt som i exempel 1, doppades i koncentrerad fluorväte- syra i 40 min, varigenom den yttre periferidelen hos glasstaven upplöstes och avlägsnades. Vid detta steg avlägsnades omkring 40 um av glasstavens ytterperiferidel.

Brytningsindexet hos ytterperiferiytan hos glasstaven var därefter 0,05 % högre än det hos kvartsglaset (l,458).

Därefter anbringades ett kvartsglasrör på glasstavens ytterperiferi och upphettades och reducerades i diameter, varigenom ett stavformat grundmaterial för en optisk transmissionsfiber erhölls. Därefter framställdes en optisk transmissionsfiber med en ytterdiameter av 125 um och en kärndiameter av 50 pm medelst ett konventionellt förfarande med en ordinär sträckningsmaskin. Den så fram- ställda optiska transmissionsfibern uppvisade utmärkta optiska transmissionsegenskaper och hade en förlust av 0,81 dB/km och en bandbredd av 4,3 Gflzkm vid 1,31 um.

Innan man anbringade ett kvartsglasrör på ytter- periferin hos den transparenta glasstav, som framställts enligt det konventionella förfarandet, doppades glasstaven i fluorvätesyralösningen i 5-10 min, varigenom glas- stavens ytterperiferiyta rengjordes.

I jämförelsesyfte doppades den så framställda trans- parenta glasstaven i koncentrerad fluorvätesyralösning i 10 min, varigenom glasstavens ytterperiferiyta ren- gjordes. Omkring 10 um av glasstavens ytterperiferidel 10 15 20 25 30 453 826 9 upplöstes och avlägsnades med den koncentrerade fluor- vätesyran. Glasstavens brytningsindex gjordes därmed upp till 0,02 % högre än det hos den smälta kvartsen.

Ett kvartsglasrör anbringades pà samma sätt som angivits ovan på ytterperiferin av den rengjorda glasstaven, varigenom man åstadkom ett stavformat grundmaterial, som därefter gjordes till en optisk transmissionsfiber med en ytterdiameter av 125 um och en kärndiameter av 50 um. Den så framställda optiska transmissionsfiberns optiska transmissionskaraktäristik vid ljus med en våg- längd av l,3l um var en förlust av 0,98 dB/km och en bandbredd av 0,95 GHzkm, vilket var mycket sämre än för den optiska transmissionsfibern som framställts i enlig- het med föreliggande uppfinning.

När ytterperiferidelen hos glasstaven, som erhållits genom sättet i exempel 1, bortskars tjockt så att stavens brytningsindex var 0,17 % högre än brytningsindexet hos kvartsglas, och en optisk transmissinsfiber därefter framställdes av den så erhållna glasstaven på det sätt som beskrivits ovan, uppvisade den så framställda optiska transmissionsfibern följande optiska transmissionskarak- täristik vid ljus med en våglängd av 1,31 um: en förlust av 0,83 dB/km och en bandbredd av 0,9 GHzkm, vilket var mycket sämre än för den optiska transmissionsfibern, som framställts i enlighet med föreliggande uppfinning.

Det inses av den föregående beskrivningen att genom sättet enligt föreliggande uppfinning erhålles ett stav- format grundmaterial för optisk transmissionsfiber vars hela kärna uppvisar en ideal brytningsindexfördelning, med resultat att den optiska transmissionsfiber som erhålles genom termisk spinning av de stavformade grund- materialen, uppvisar mycket stor bandbredd, vilket utgör en fördel med uppfinningen.

Claims (3)

5 10 15 20 25 30 u 453 826 10 PATENTKRAV Ab*

1. Sätt att framställa ett stavformat grundmaterial genom ett axiellt avsättningsförfarande i ångfas, vilket stavformade grundmaterial används som en del av en optisk transmissionsfiber, vilket sätt inbegriper följande steg: (a) att man inför och i en kolvformad reaktionszon med en làngsträckt cylindrisk del reagerar en glassot- bildande gas genom en oxidationsreaktion under samtidigt införande av en dopningsmedelsgas för variation av glasets brytningsindex; (b) att man longitudinellt ackumulerar sot, som inne- håller det så bildade dopningsmedlet, varigenom bildas en sotinnehållande, stavformad enhet med en skiljaktig dop- ningsmedelskoncentration, som gradvis minskar från den bildade stavens axiella centrum mot dess ytterperiferiyta; (c) att man därefter upphettar och sintrar den så bildade glassotinnehållande enheten vid en temperatur av storleksordningen l500°C för att bilda en transparent glasstav med ett brytningsindex, som gradvis minskar från det axiella centrumet mot ytterperiferiytan; (e) att man täcker ytterperiferidelen hos den så bildade glasstaven med ett rörformigt skikt av kvarts- glasmaterial, och därefter sträcker det så bildade, täckta, stavformade föremålet för att skapa en optisk transmissionsfiber, k ä n n e t e c k n a t därav, (d) att man före steget (e) avlägsnar ytterperiferi- delen hos den erhållna transparenta glasstaven så att dess brytningsindex ligger inom ett område av 0,03-0,15 % högre än brytningsindexet hos kvartsglasmaterialet hos det rör- formiga skiktet i steg (e), så att en utsvängd del hos brytningsindexfördelningskurvan för glasstaven avlägsnas.

2. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den sotbildande gasen är SiCl4,ochattdopnings- medelsgasen är GeCl4, POCI3, BBr2, eller blandningardärav. 453 826 ll

3. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att anbringandet av kvartsglasmateriaíet pà ytterperiferin av den transparenta glasstaven, vars ytterperiferidel avlägsnats till en förutbestämd tjocklek, inbegriper att man anbringar glassot, som skapats genom en oxidationsreaktion, pá glasstavens ytterperiferi, och att man därefter upphettar och sintrar glassotet, varigenom skapas en transparent glasstav.