WO1992021629A1 - Procede de fabrication d'une fibre optique et fibre optique realisee selon ce procede - Google Patents

Procede de fabrication d'une fibre optique et fibre optique realisee selon ce procede Download PDF

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    • C03B2201/42—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with transition metals other than rare earth metals, e.g. Zr, Nb, Ta or Zn doped with titanium

Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing an optical fiber by hot drawing of an assembly consisting of an outer sleeving tube in which a bar made partially or totally of synthetic silica has been engaged.
  • Parameter n characteristic of the susceptibility of fibers to corrosion, drawn from dynamic fatigue measurements, can be brought to values greater than 50, while it is of the order of 20 for fibers of pure silica.
  • a known doping process consists in covering an unvitrified preform manufactured by external deposition of a layer of additional silica also unvitrified containing up to 20% in molar ratio of titanium dioxide. This preform must then be dried and vitrified before being finally drawn into an optical fiber several tens of kilometers in length and mechanically reinforced by the presence of surface doping of titanium dioxide.
  • Certain optical fibers in particular single-mode fibers, can be manufactured according to methods which consist in depositing appropriately doped silica inside a tube which is then constricted into a bar, then in engaging this bar in the inside of an outer tubular sleeve.
  • This assembly constitutes a composite preform from which the optical fiber is made by hot drawing.
  • This composite preform does not lend itself to doping with ti ⁇ tane dioxide as it is practiced on monoblock preforms, so that to date, the fibers produced according to this process could not be treated with titanium dioxide so that their resistance to corrosion is increased.
  • the present invention proposes to overcome this drawback.
  • said titanium dioxide is deposited in the vapor phase using a plasma torch.
  • This titanium dioxide is preferably obtained by oxidizing a volatile or transportable compound in the gas phase of titanium in said plasma torch.
  • This compound can be a halide such as titanium tetrachloride.
  • the titanium dioxide is advantageously deposited and vitrified at the same time as the silicon oxide or silica.
  • the molar level of titanium dioxide is between 2 and 4-0% of that of silica and preferably approximately equal to 10% of this rate.
  • FIG. 1 schematically illustrates a first known phase of the process, consisting in producing a standard preform, according to the internal deposition process MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition).
  • FIG. 2 illustrates a new phase which consists in doping an external tubular sleeve by means of titanium dioxide with direct vitrification of the deposit obtained,
  • FIG. 3 represents the assembly phase of the standard preform shrunk into a bar inside the tubular sleeve
  • FIG. 4 schematically illustrates the operation which consists in stretching this composite assembly to form said modified fiber.
  • a component which is in the form of a bar 10 obtained from a silica tube 11 which has been coated internally with synthetic silica before being shrunk.
  • This interior deposition operation is activated by a heat source 12, which can be an oxyhydrogen torch, producing a temperature of approximately 1700 ° C. inside the tube, while the latter is traversed simultaneously by a first current 13 d oxygen having bubbled through a bath of silicon tetrachloride 14 and by a second stream 15 of oxygen having bubbled through a bath of germanium tetrachloride 16.
  • This process is known under the name of MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition).
  • This bar 10 can also be obtained by vitrification of a cylinder made entirely of synthetic silica and in both cases, this synthetic silica is doped so as to constitute an optical guiding structure in the central part of the bar.
  • the second phase of the process is represented by FIG. 2.
  • This phase is new and consists in depositing on the outer surface of a tubular sleeve 20 a vitrified layer of silica doped with titanium.
  • This deposition is carried out by means of a plasma torch 21 supplied on the one hand, with pure oxygen through a conduit 22 and on the other hand, with oxygen or argon charged with silicon tetrachloride brought in through conduit 23 and oxygen or argon charged with titanium tetrachloride brought by a pipe 24.
  • the plasma torch is associated with a high frequency generator 25 •
  • This phase of This process leads to the production of a tubular sleeve 30 doped externally with titanium dioxide.
  • the bar 10 and the sleeve 30 are as ⁇ to form a composite preform 31 which serves as a raw material during the drawing and manufacturing of fibers.
  • Said stretching device comprises a stretching tower on which the composite preform 4-1 is mounted and an oven 42 allowing the temperature of this preform to be raised to approximately 2200 ° C.
  • a first device 43 for measuring the diameter of the fiber makes it possible to provide information to a motor 44 which drives a drum 45 for winding the optical fiber 46 in order to adjust the winding speed to maintain the fiber diameter in prescribed standards.
  • a device 4-7 makes it possible to deposit acrylates on the peripheral surface of the fiber in formation.
  • An ultraviolet radiation station 48 ensures the polymerization of the acrylates.
  • a second measurement device 49 makes it possible to control the diameter of the fiber including its acrylic coating.

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Abstract

Ce procédé de fabrication d'une fibre optique traitée au dioxyde de titane pour améliorer sa résistance à la corrosion consiste à étirer un ensemble constitué d'un tube de manchonnage extérieur dans lequel on a engagé un barreau partiellement ou entièrement en silice synthétique. Pour que cette fibre soit traitée, on recouvre, antérieurement à l'assemblage de ces composants, l'extérieur du tube de manchonnage au moyen d'un dépôt de silice synthétique vitrifiée contenant du dioxyde de titane.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FIBRE OPTIQUE ET FIBRE OPTIQUE REALISEE SELON CE PROCEDE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une fibre optique par étirage à chaud d'un ensemble constitué d'un tube de man¬ chonnage extérieur dans lequel on a engagé un barreau constitué par¬ tiellement ou totalement de silice synthétique.
Elle concerne également une fibre optique réalisée selon ce procédé.
On sait que le dopage de la couche superficielle des fibres optiques à base de silice, au moyen de dioxyde de titane augmente considérable¬ ment la résistance de ces fibres à la corrosion sous contrainte. Le pa¬ ramètre n, caractéristique de la susceptibilité des fibres à la corro¬ sion, tiré des mesures de fatigue dynamique, peut être amené à des valeurs supérieures à 50, alors qu'il est de l'ordre de 20 pour des fibres de silice pure.
Un procédé de dopage connu consiste à recouvrir une préforme non vitrifiée fabriquée par dépôt extérieur d'une couche de silice supplé¬ mentaire également non vitrifiée contenant jusqu'à 20% en taux molaire de dioxyde de titane. Cette préforme doit ensuite être séchée et vitri¬ fiée avant d'être finalement étirée en une fibre optique de plusieurs dizaines de kilomètres de longueur et renforcée mécaniquement par la présence du dopage ^superficiel de dioxyde de titane.
Certaines fibres optiques, notamment les fibres monomodes , peuvent être fabriquées selon des procédés qui consistent à déposer de la silice dopée de manière appropriée à l'intérieur d'un tube qui est ensuite rétreint en un barreau, puis à engager ce barreau à l'intérieur d'un manchon tubulaire extérieur. Cet ensemble constitue une préforme composite à partir de laquelle la fibre optique est fabriquée par étirage à chaud. Cette préforme composite ne se prête pas au dopage au dioxyde de ti¬ tane tel qu'il se pratique sur des préformes monoblocs , de sorte qu'à ce jour, les fibres réalisées selon ce procédé ne pouvaient pas être traitées au dioxyde de titane afin que leur résistance à la corrosion soit accrue.
La présente invention propose de pallier cet inconvénient.
Ce but est atteint par le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que l'on recouvre l'extérieur du tube de manchonnage, antérieurement à l'assemblage desdits composants , au moyen d'un dépôt de silice vitri¬ fiée contenant du dioxyde de titane.
Selon un mode de réalisation préféré, on dépose ledit dioxyde de titane en phase vapeur au moyen d'une torche à plasma.
Ce dioxyde de titane est de préférence obtenu en oxydant un composé volatil ou transportable en phase gazeuse du titane dans ladite torche à plasma. Ce composé peut être un halogénure tel que le tétrachlorure de titane.
Le dioxyde de titane est avantageusement déposé et vitrifié en même temps que l'oxyde de silicium ou silice.
Selon une forme de réalisation préférée, le taux molaire de dioxyde de titane est compris entre 2 et 4-0 % de celui de silice et de préférence approximativement égal à 10 % de ce taux.
La présente invention sera mieux comprise en référence à la descrip¬ tion d'un mode de réalisation préféré et du dessin annexé dans lequel:
la figure 1 illustre schématiquement une première phase connue du procédé, consistant à réaliser une préforme standard, selon le procédé de dépôt intérieur MCVD (Modified Chemical Vapour Déposition) . la figure 2 illustre une phase nouvelle qui consiste à doper un man¬ chon tubulaire extérieur au moyen de dioxyde de titane avec vitrifica¬ tion directe du dépôt obtenu,
la figure 3 représente la phase d'assemblage de la préforme standard rétreinte en un barreau à l'intérieur du manchon tubulaire, et
la figure 4 illustre schematiquement l'opération qui consiste à étirer cet ensemble composite pour former ladite fibre modifiée.
En référence aux figures, on réalise tout d'abord un composant qui se présente sous la forme d'un barreau 10 obtenu à partir d'un tube 11 en silice qui a été revêtu intérieurement de silice synthétique avant d'être rétreint. Cette opération de dépôt intérieur est activée par une source de chaleur 12, qui peut être une torche oxhydrique, produisant une température de 1700 °C environ à l'intérieur du tube, alors que celui-ci est parcouru simultanément par un premier courant 13 d'oxygène ayant barboté dans un bain de tétrachlorure de silicium 14 et par un second courant 15 d'oxygène ayant barboté dans un bain de tétrachlorure de germanium 16. Ce procédé est connu sous le nom de MCVD (Modified Chemical Vapour Déposition) . Ce barreau 10 peut aussi être obtenu par vitrification d'un cylindre constitué entièrement de silice synthétique et dans les deux cas , cette silice synthétique est dopée de manière à constituer une structure optique guidante dans la partie centrale du barreau.
La seconde phase du procédé est représentée par la figure 2. Cette phase est nouvelle et consiste à déposer à la surface extérieure d'un manchon tubulaire 20 une couche vitrifiée de silice dopée au titane. Ce dépôt s'effectue au moyen d'une torche à plasma 21 alimentée d'une part, en oxygène pur par un conduit 22 et d'autre part, en oxygène ou en argon chargé de tétrachlorure de silicium amené par un conduit 23 et en oxygène ou en argon chargé de tétrachlorure de titane amené par un conduit 24. D'une manière connue en soi, la torche à plasma est associée à un générateur à haute fréquence 25 • Cette phase de procédé permet d'aboutir à la réalisation d'un manchon tubulaire 30 dopé extérieurement au dioxyde de titane.
Comme le montre la figure 3, le barreau 10 et le manchon 30 sont as¬ semblés pour constituer une préforme composite 31 qui sert de matière première au cours de la phase d'étirage et de fabrication des fibres.
Cette phase d'étirage est schematiquement représentée par la figure 4. Ledit dispositif d'étirage comporte une tour d'étirage sur laquelle est montée la préforme composite 4-1 et un four 42 permettant d'élever la température de cette préforme à environ 2200° C. Un premier dispositif 43 de mesure du diamètre de la fibre permet de fournir des in¬ formations à un moteur 44 qui entraîne un tambour 45 d'enroulement de la fibre optique 46 en vue de régler la vitesse d'enroulement pour maintenir le diamètre de la fibre dans les normes prescrites .
Un dispositif 4-7 permet d'effectuer un dépôt d'acrylates à la surface périphérique de la fibre en formation. Une station de rayonnement ul¬ traviolet 48 assure la polymérisation des acrylates.
Un deuxième dispositif 49 de mesure permet de contrôler le diamètre de la fibre y compris son revêtement acrylique.
La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation dé¬ crites mais peut subir différentes modifications et se présenter sous diverses variantes évidentes pour l'homme de l'art.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d'une fibre optique par étirage à chaud d'un ensemble constitué d'un tube de manchonnage extérieur (20) dans lequel on a engagé un barreau (10) constitué partiellement ou totalement de silice synthétique, caractérisé en ce que l'on recouvre l'extérieur du tube de manchonnage (20) , antérieurement à l'assemblage desdits composants , au moyen d'un dépôt de silice vitrifiée contenant du dioxyde de titane.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on dépose ledit dioxyde de titane en phase vapeur au moyen d'une torche à plasma (21) .
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on forme le dioxyde de titane en oxydant un composé volatil ou transportable en phase gazeuse du titane dans ladite torche à plasma.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on dépose et vitrifie le dioxyde de titane en même temps que l'oxyde de silicium.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le taux mo¬ laire de dioxyde de titane est compris entre 2 et 40 % de celui de l'oxyde de silicium, et de préférence approximativement égal à 10 %.
6. Fibre optique caractérisée en ce qu'elle est réalisée selon le procédé défini par l'une quelconque des revendications précédentes .
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