WO2019042877A1 - Verfahren zum herstellen einer glasfaser-preform mit einem kern mit einem polygonalen kernquerschnitt - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer glasfaser-preform mit einem kern mit einem polygonalen kernquerschnitt Download PDF

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WO2019042877A1
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sandwich
section
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Wolfgang HÄMMERLE
Jörg KÖTZING
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Leoni Kabel Gmbh
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a glass fiber preform having a core with a polygonal core cross-section.
  • Core cross-section for example, has a rectangular shape, but it can also be formed in principle arbitrary polygonal.
  • Glass fiber preforms with a polygonal core cross section are glass rods whose diameter in the centimeter range and whose length extends into the meter range. These are drawn in a fiber draw tower to polygonal core fibers, in particular rectangular core fibers. The fiber diameter is finally in the range of about 50 to about 500 ⁇ . As with all optical fibers, there must be a sufficiently high refractive index difference between the fiber core and the surrounding fiber cladding to allow waveguiding in the core region. The refractive index in the core is higher than in the surrounding cladding.
  • the production of polygonal core preforms and in particular rectangular core preforms is currently carried out in principle according to two different methods:
  • a rod is inserted into a tubular glass body (tube) and subsequently fused or otherwise combined with the preform.
  • the rod consists of a glass material, in particular quartz glass, with the polygonal cross section.
  • the tube is then pushed over the rod and the two components are then melt-blended in a graphite furnace or in a blast gas flame.
  • the rod In order to enable waveguiding in the later glass fiber, the rod must have a higher refractive index than the pipe.
  • the refractive index of rod and tube can be suitably adjusted by means of refractive index-increasing and refractive index-reducing dopants. Often, only one of the preform parts doped with a change in the number of refractions. Thus, it is in particular also possible to produce rectangular core preforms from an undoped quartz glass core and a fluorine-doped and thus reduced-refractive cladding.
  • the cladding layer For a low-attenuation waveguide in the later glass fiber, the cladding layer must have a sufficiently large layer thickness. A layer thickness of at least 10 times the transmission wavelength is for this purpose
  • Cladding layer thickness around the transfer core around as thick as necessary chosen The main problem with the rod-in-tube method is that the tube must be pushed over the polygonal, in particular rectangular, core rod at the beginning of the process. Taking into account the
  • Sheath tube always be significantly larger than the circumference of the polygonal core. This deviation is very pronounced, especially with rectangular cores.
  • the length of the inner arc of the tube never shrinks so much that upon fusion, a homogeneous and bubble-free interface between core and cladding tube is formed. Instead, when sheathed, the tube folds on the polygonal core surface and no clean interface forms. This problem becomes stronger the more the polygonal core deviates from the circular shape and the fewer corners it has. Rectangular cores are thus particularly affected by these disadvantages. But even with higher polygon cross sections of the cores this problem usually occurs.
  • the interface between core and cladding thus generally still contains a multiplicity of bubbles.
  • the layer thickness of the cladding layer which is determined by the pipe wall thickness, also changes due to wrinkling.
  • the refractive index of the tube changes as a result of the mechanical stresses in the glass material associated with the formation of wrinkles.
  • the sheath tube first contacts the square core rod at the square core corners and applies pressure to those corners. The result of this is that the corners are rounded off. Such edge abrasion is undesirable because it ultimately falsifies the core cross section in a significant way.
  • the rod-in-tube method is described for example in DE 10 2009 004 756 AI.
  • the direct deposition process is also not a favorable alternative to the rod-in-tube process.
  • a polygonal core rod in particular a rectangular core rod in its cross-section, is first produced. This core rod then serves z.
  • POVD In a POVD process as a substrate material and is directly encased in a POVD plant.
  • the plasma external process has the advantage over other external deposition processes (OVD, VAD) that a sufficiently high dopant concentration in the deposited layers can be achieved by means of the plasma process.
  • ODD oxygen deposition
  • Rod surface to plasma torch changes periodically.
  • variable distance of the plasma torch to the core rod surface the deposition conditions on the rectangular core rod change over the rod circumference.
  • the surface temperature reaches such high values that the rod edges are undesirably rounded off.
  • the surface temperatures in the middle region of the rod surfaces are so low that the deposited glass layer does not melt completely transparent. In these rod areas, bubbles may later appear during fiber drawing, rendering the fiber unusable.
  • the method of direct deposition is described for example in DE 10 2012 107 344 B3.
  • the object is achieved with a method for producing a glass fiber preform having a core with a polygonal core cross section using a Rodin tube method with the following method steps.
  • Sandwich tube It then takes a melting of the sectored sandwich tube on the side surfaces of the core rod.
  • the erfindungsffleße method is based on the idea to include the core rod with the polygonal cross-section in a sectored sandwich tube and thereby only melt the individual sectors of the sandwich tube on the core rod instead of an entire enveloping tube.
  • the melting takes place via the outer jacket tube.
  • the outer jacket tube presses the sectored sandwich tube uniformly onto the core rod surfaces.
  • the output tube for the sectored sandwich tube has an inner layer with the refractive index of the core rod, a tube body with a reduced refractive index and / or an outer layer with the refractive index of the outer jacket tube, the inner layer and / or the outer layer serving as fusion-promoting auxiliary layers serve for the individual jacket sections.
  • the output tube is slotted so that at the ends of the tube unslotted, the position of the jacket sections fixing end portions remain.
  • the sandwich tube forms an arrangement which is precisely defined in the position of its parts.
  • the slitting of the output tube can be done in particular by means of a laser cutting process. This makes high-precision and clean cutting guides possible.
  • each circular sector of the respective shell sections substantially corresponds to the width of a corresponding side surface of the polygonal core rod.
  • a negative pressure is applied to the inner volume of the outer jacket tube in the melting with the use of the outer jacket tube.
  • This applied negative pressure can be in particular in the range of at least 5 mbar.
  • a vacuum is applied with at least 10 mbar.
  • the finished glass fiber preform is ground after the melting process to a designated cross-sectional shape.
  • a designated cross-sectional shape is optionally determined by the polygonal shape of the core rod cross-sectional shape of the finished preform to a required
  • Fiber cross section can be anticipated.
  • the core rod has a rectangular core cross-section.
  • the melting of the outer jacket tube takes place on the sectored sandwich tube in a graphite furnace or in a flame device.
  • Fig. 1 is a representation of a core rod with a first exemplary
  • Fig. 2 belonging to the sandwich tube of FIG. 1 output tube with the positions for introducing the separation points to realize the
  • Fig. 3 shows the arrangement of core rod and sandwich tube of FIG. 1 in one
  • Fig. 4 is a representation of a core rod with a polygonal
  • Core bar cross section in the form of an equilateral pentagon with an associated sandwich tube in cross section
  • Fig. 5 belonging to the sandwich tube of FIG. 4 output tube with the positions for introducing the separation points to realize the
  • Fig. 6 shows the arrangement of core rod and sandwich tube of FIG. 4 in one
  • outer jacket tube in cross section 6a shows an embodiment of the sectored sandwich tube with a
  • FIG. 6b shows an illustration of a core bar cross-section partially projecting with its corners into the region of the sectored sandwich tube
  • FIG. 7 shows a cross section of a glass fiber preform obtained from the arrangement of FIG. 1 after melting
  • FIG. 8 shows the preform cross-section shown in FIG. 7 after a final post-processing
  • FIG. 9 a sandwich tube in a side view and a representation of the
  • Fig. 10 is an illustration of the melting of the overall arrangement.
  • FIG. 1 shows an illustration of a core bar with a first exemplary polygonal core bar cross-section with an associated sandwich tube in FIG. 1
  • the core rod 1 has a polygonal core cross-section 2, which is rectangular in the present case.
  • core cross-section does not necessarily have to be rectangular, the number of corners and side surfaces is basically arbitrary.
  • six- or threefold polygonal cross-sections may also be provided, and the polygonal core cross-section may in particular also be a pentagon, as will be clarified below in a further example.
  • the core bar with the rectangular polygon cross section is here in one
  • Threaded sandwich tube 3 The sandwich tube is already here sectored. It is made as shown in FIG. 2 from an output tube 4, the one here
  • the exit tube 4 is cut along a series of parting lines 6 in the longitudinal direction and is thereby slit open. In this case, in particular to a laser cutting process
  • some of the circular sectors 7 are removed from the pipe section 5.
  • a comparison of the illustration of FIG. 1 with the illustration from FIG. 2 shows this, wherein the removed circular sectors 7 in FIG. 1 have been marked with an oversized cross to illustrate the slot process.
  • the thus sectioned sandwich tube 3 thus consists in its cross section of the remaining after the slotting circular sectors 7 and in his
  • Each of the remaining shell sections 8 is thus assigned a side surface 9 of the core rod 1 in the nested arrangement of core rod 1 and sandwich tube 3, respectively.
  • the arrangement of the sectored sandwich tube 3 and the core rod 1 therein is threaded prior to the final fusion in an outer jacket tube 10, as shown in Fig. 3 in the cross-sectional view.
  • the jacket tube 10 melts onto the jacket sections 8 of the sectored sandwich tube 3, wherein the
  • Sheath sections 8 are in turn melted in the course of this process on the side surfaces 9 of the core rod 1 and thus connect with these side surfaces.
  • this melting process creates a Glasmaschinepreform with a polygonal core cross-section and surrounding the polygonal core cross-section cladding of the material of the sectored sandwich tube and a surrounding sheath of the material of the outer jacket tube 10. It should be noted that the outer jacket tube for the
  • Merger process is not mandatory per se.
  • the fusion between the shell portions and the side surfaces of the core rod can also be done on a non-jacketed assembly of the core rod and the sectored sandwich tube. In the course of the fusion process soften the shell sections and are driven without the compressive action of the jacket tube against the side surfaces and fused with them.
  • the outer jacket tube 10 may be omitted as mentioned in the previous example, or may be used as required in the manufacture of the glass fiber preform.
  • the sectored sandwich tube 3 may have a layer construction as shown in Fig. 6a. In the example shown here, the sectored sandwich pipe and thus each of the jacket sections 8 has an inner layer 11, a tubular body 12 and an outer layer 13. The inner layer and the outer layer are expediently on the output tube 4 before slitting the
  • Both the inner layer and the outer layer serve as fusion-promoting auxiliary layers.
  • the inner layer has in particular the refractive index of the material of the core rod, the outer layer the refractive index of the outer jacket tube, if the jacket tube is used.
  • the outer layer can also be omitted if the outer jacket tube is omitted.
  • the tubular body 12 has the for a future light pipe in the fiber core
  • fluorine can be used to reduce the refractive index of the rod body of the starting rod.
  • FIG. 6b illustrates the advantageous aspect of the method according to the invention that, in the method according to the invention, the cross section of the core rod 1 in the sectored sandwich pipe 3 can be made larger than in the case of a non-sectored enclosing pipe in the rod-in known from the prior art. tube method is possible.
  • the starting pipe for producing the sectored sandwich pipe is at least in one of the non-slotted
  • These expansions may be formed in particular groove-like and allow positioning and guidance for the core rod during its threading.
  • Sandwich tube is greatly facilitated.
  • FIG. Figure 7 shows the fused glass fiber preform, starting from the arrangement of the components of Figures 1 to 3 in cross-section.
  • the core rod 1 now forms the core of the preform, the individual shell sections 8 cover the
  • Fig. 7 also shows that the outer contour of the cross section of the
  • deviating sections 14 are removed in a subsequent processing step, so that a circular Preformquerrough as shown in FIG. 8 is reached.
  • FIGS. 9 and 10 show essential method steps and in the process
  • FIG. 9 shows the sectored sandwich tube 3, the threading of the core rod 1 into the sandwich tube and the threading of the sandwich tube 3 and the core rod therein into the outer jacket tube 10.
  • FIG. 10 shows the fusion process taking place on the jacket tube and the threaded components.
  • the sandwich tube 3 is slit in its longitudinal direction and subdivided into individual jacket sections 8.
  • the cladding sections 8 dividing slotted portions 15 do not reach to the ends of the sectored sandwich tube.
  • the end portions of the sandwich tube have unslotted and thus the arrangement of the shell sections in their position stabilizing end portions 16.
  • the length of the end regions depends, for example, on the total length of the sandwich tube, the proportion and the length of the slotted sections 15 and the wall thickness of the sectored section
  • the cross sections of the core rod and the sectored sandwich tube are first adjusted azimuthal to each other so that the jacket portions 8 of the sandwich tube to lie exactly opposite the corresponding side surfaces of the core rod come.
  • the overall arrangement of sandwich tube and core rod is introduced in the present example into the outer jacket tube 10 without contact.
  • this entire arrangement is heated, for example, in a graphite furnace or by means of a blast gas flame 17 or a comparable flame device.
  • a negative pressure in the range of at least 5 mbar, but preferably at least 10 mbar, is applied to the inner volume of the outer jacket tube in order to prevent the
  • the thus collapsed glass fiber preform is then shortened in the sections in which the non-sectored stabilizing end portions 16 of the sectored sandwich tube 3 are located. This shortening can be done before or after a possible post-processing of the preform sheath and its standardization on a circular cross-sectional periphery. In the remaining central region 18 of the collapsed preform is then the
  • Embodiments result in the context of expert trade ns and from the subclaims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt unter Anwendung einer Rodin-Tube-Methode mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Kernstabs (1) mit einem polygonalen Kernstabquerschnitt (2), Fertigen eines sektorierten Sandwichrohres (3) aus einem Ausgangsrohr (4), wobei die Mantelfläche des Ausgangsrohres (4) in Längsrichtung in eine Reihe von Mantelabschnitten (8) geschlitzt wird, so dass der Rohrquerschnitt des Ausgangsrohres (4) in eine Reihe von Kreissektoren (7) unterteilt wird, Einfädeln und Ausrichten des Kernstabs (1) in das sektorierte Sandwichrohr (3) und bei einer Ausführungsform Einfädeln des Kernstabs (1) und des sektorierten Sandwichrohres (3) in ein äußeres Mantelrohr (10) mit vollständigem Kreisringquerschnitt, Aufschmelzen des sektorierten Sandwichrohres (3) und gegebenenfalls des äußeren Mantelrohres (10) auf das sektorierte Sandwichrohr (3), wobei dabei ein Verschmelzen der Mantelabschnitte (8) des sektorierten Sandwichrohres (3) mit jeweiligen Seitenflächen (9) des Kernstabes (1) erfolgt.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt. Der polygonale
Kernquerschnitt weist beispielsweise eine rechteckige Form auf, er kann aber auch grundsätzlich beliebig polygonal ausgebildet sein.
Glasfaser-Preformen mit polygonalem Kernquerschnitt sind Glasstäbe, deren Durchmesser im Zentimeter-Bereich und deren Länge bis in den Meter-Bereich reicht. Diese werden in einem Faserziehturm zu Polygonalkern-Fasern, insbesondere Rechteckkern-Fasern gezogen. Der Faser-Durchmesser liegt schließlich im Bereich von ca. 50 bis ca. 500 μιτι. Wie bei allen optischen Fasern muss zwischen dem Faserkern und dem umgebenden Fasercladding eine hinreichend hohe Brechzahldifferenz vorhanden sein, um im Kernbereich eine Wellenleitung zu ermöglichen. Dabei ist die Brechzahl im Kern höher als im umgebenden Cladding . Die Herstellung von Polygonalkern-Preformen und insbesondere Rechteckkern- Preformen erfolgt derzeit prinzipiell nach zwei unterschiedlichen Verfahren :
Bei dem so genannten Rod-in-Tube-Verfahren wird ein Stab (rod) in einen röhrenförmigen Glaskörper (tube) eingeführt und mit diesem anschließend verschmolzen oder auf andere Weise zur Preform vereinigt. Dabei besteht der Stab im hier vorliegenden Fall aus einem Glasmaterial, insbesondere Quarzglas, mit dem polygonalen Querschnitt. Über den Stab wird dann das Rohr (tube) geschoben und beide Komponenten werden anschließend blasenfrei in einem Graphitofen oder in einer Knallgasflamme verschmolzen.
Um eine Wellenleitung in der späteren Glasfaser zu ermöglichen, muss der Stab eine höhere Brechzahl als das Rohr aufweisen. Die Brechzahl von Stab und Rohr kann hierbei geeignet mittels brechzahlerhöhende und brechzahlerniedrigende Dotanden eingestellt werden. Häufig wird auch nur einer des Preformteile brechzahlverändernd dotiert. So ist es insbesondere auch möglich, Rechteckkern- Preformen aus einem undotierten Quarzglaskern und einem Fluor-dotierten und somit brechzahlerniedrigten Cladding herzustellen.
Für eine dämpfungsarme Wellenleitung in der späteren Glasfaser muss die Claddingschicht eine hinreichend große Schichtdicke aufweisen. Eine Schichtdicke von mindestens der 10-fachen der Übertragungswellenlänge ist hierfür im
Allgemeinen ausreichend. Üblicherweise wird aus Kostengründen die
Claddingschichtdicke um den Übertragungskern herum nur so dick wie nötig gewählt. Das Hauptproblem beim Rod-in-tube Verfahren besteht darin, dass das Rohr zu Beginn des Verfahrens über den polygonalen, insbesondere rechteckförmigen, Kernstab geschoben werden muss. Bei Berücksichtigung der
Querschnittsverhältnisse zwischen Kernstab und Rohr und bei der sich daraus ergebenden Bemessung der beiden Komponenten für ein problemloses
Zusammenschieben muss die Länge des inneren Kreisbogens des
Ummantelungsrohres immer deutlich größer als der Umfang des polygonalen Kerns sein. Diese Abweichung ist vor allem bei Rechteckkernen sehr deutlich ausgeprägt.
Beim nachfolgenden Ummantelungsprozess schrumpft die Länge des inneren Kreisbogens des Rohres niemals so stark, dass beim Verschmelzen eine homogene und blasenfreie Grenzfläche zwischen Kern und Ummantelungsrohr entsteht. Stattdessen faltet sich beim Ummanteln das Rohr auf der polygonalen Kernoberfläche und es bildet sich keine saubere Grenzfläche aus. Dieses Problem wird umso stärker, je stärker der polygonale Kern von der Kreisform abweicht und je weniger Ecken er hat. Rechteckkerne sind somit von diesen Nachteilen besonders betroffen. Aber auch bei höherzahligen Polygonquerschnitten der Kerne tritt dieses Problem in der Regel auf.
Die Grenzfläche zwischen Kern und Ummantelung enthält somit im allgemeinen noch eine Vielzahl von Blasen. Die Schichtdicke der Claddingschicht, die durch die Rohrwanddicke bestimmt wird, ändert sich außerdem durch die Faltenbildung. Zusätzlich verändert sich durch die mit der Faltenbildung einhergehenden mechanischen Spannungen im Glasmaterial auch die Brechzahl des Rohres. Während des Ummantelungsprozesses berührt außerdem das Ummantelungsrohr den Rechteckkernstab zuerst an den Rechteckkern-Ecken und übt auf diese Ecken einen Druck aus. Die Folge davon ist, dass die Ecken abgerundet werden. Eine solche Kantenverschleifung ist unerwünscht, denn sie verfälscht letztlich den Kernquerschnitt in beträchtlicher Weise.
Das Rod-in-Tube-Verfahren wird beispielsweise in der DE 10 2009 004 756 AI beschrieben.
Auch das Direktabscheideverfahren stellt keine günstige Alternative zum Rod-inTube-Verfahren dar. Bei dem Verfahren der Direktabscheidung wird zunächst ein polygonaler, insbesondere ein in seinem Querschnitt rechteckförmiger Kernstab, gefertigt. Dieser Kernstab dient dann z. B. in einem POVD-Prozess als Substratmaterial und wird in einer POVD-Anlage direkt ummantelt. Der Plasma-Außenprozess (POVD) weist gegenüber anderen Außenabscheideprozessen (OVD, VAD) den Vorteil auf, dass mittels Plasma-Prozess hinreichend hohe Dotandenkonzentration in den abgeschiedenen Schichten erreicht werden können. Während des Plasma- Abscheideprozesses rotiert der Rechteckkernstab und der Abstand der
Staboberfläche zum Plasmabrenner ändert sich periodisch. Durch den
veränderlichen Abstand des Plasmabrenners zur Kernstaboberfläche ändern sich die Abscheidebedingungen auf dem Rechteckkernstab über dem Stabumfang.
An den Stabkanten erreicht die Oberflächentemperatur so hohe Werte, dass die Stabkanten in unerwünschter Weise abgerundet werden. Im mittleren Bereich der Stabflächen sind demgegenüber die Oberflächentemperaturen so gering, dass die abgeschiedene Glasschicht nicht vollständig transparent aufschmilzt. In diesen Stabbereichen können später beim Faserziehen Blasen auftreten, die die Faser unbrauchbar machen. Das Verfahren der Direktabscheidung wird beispielsweise in der DE 10 2012 107 344 B3 beschrieben.
Es besteht somit die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser- Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt anzugeben, bei dem die genannten Nachteile nachhaltig reduziert und beseitigt sind . Das
Verfahren soll insbesondere eine hohe Homogenität und Qualität der Grenzfläche zwischen polygonalem Kern und Preform-Cladding sichern und eine Deformation des Kerns, insbesondere ein Abrunden der Kernecken im Kernquerschnitt ausschließen.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt unter Anwendung einer Rodin-Tube-Methode mit folgenden Verfahrensschritten gelöst.
Es erfolgt ein Bereitstellen eines Kernstabs mit einem polygonalen Kernstabquerschnitt. Weiterhin erfolgt ein Fertigen eines sektorierten Sandwichrohres aus einem Ausgangsrohr. Dabei wird die Mantelfläche des Ausgangsrohrs in Längs- richtung in eine Reihe von Mantelabschnitten geschlitzt, so dass der Rohrquerschnitt des Ausgangsrohres in eine Reihe von Kreissektoren unterteilt wird . Es erfolgt dann ein Einfädeln und Ausrichten des Kernstabs in das sektorierte
Sandwichrohr. Es erfolgt dann ein Aufschmelzen des sektorierten Sandwichrohres auf die Seitenflächen des Kernstabs.
Das erfindungsmäße Verfahren geht von dem Grundgedanken aus, den Kernstab mit dem polygonalen Querschnitt in einem sektorierten Sandwichrohr einzuschließen und dabei anstelle eines gesamten umhüllenden Rohres nur die einzelnen Sektoren des Sandwichrohres auf den Kernstab aufzuschmelzen.
Hierdurch werden die aufzuschmelzenden Abschnitte passend auf die
entsprechenden Flächen des polygonalen Kernstabs aufgebracht, wodurch die Verformung der Ecken des Kernstabquerschnitts zuverlässig vermieden werden kann. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt ein Einfädeln des sektorierten
Sandwichrohres und des darin befindlichen Kernstabes in ein äußeres Mantelrohr mit einem vollständigen Kreisringquerschnitt. Dabei erfolgt bei dem
nachfolgenden Aufschmelzschritt ein Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf das sektorierte Sandwichrohr mit einem hierdurch wiederum bewirkten
Verschmelzen der Mantelabschnitte des sektorierten Sandwichrohres mit den jeweiligen Seitenflächen des Kernstabes. Bei dieser Abwandlung des Verfahrens erfolgt das Aufschmelzen somit über das äußere Mantelrohr. Bei dem Aufschmelzvorgang drückt das äußere Mantelrohr das sektorierte Sandwichrohr gleichmäßig auf die Kernstabflächen auf. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens weist das Ausgangsrohr für das sektorierte Sandwichrohr eine Innenschicht mit der Brechzahl des Kernstabes, einen Rohrkörper mit einer erniedrigten Brechzahl und/oder eine Außenschicht mit der Brechzahl des äußeren Mantelrohres auf, wobei die Innenschicht und/oder die Außenschicht als verschmelzungsfördernde Hilfsschichten für die einzelnen Mantelabschnitte dienen.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Ausgangsrohr so geschlitzt, dass an dessen Rohrenden ungeschlitzte, die Lage der Mantelabschnitte fixierende Endbereiche verbleiben. Hierdurch bildet das Sandwichrohr eine in der Position seiner Teile genau definierte Anordnung.
Das Schlitzen des Ausgangsrohres kann insbesondere mittels eines Laserschneidverfahrens erfolgen. H ierdurch sind hochpräzise und saubere Schnittführungen möglich.
Zweckmäßigerweise entspricht die innere Bodenlänge jedes Kreissektors der jeweiligen Mantelabschnitte im Wesentlichen der Breite einer entsprechenden Seitenfläche des polygonalen Kernstabs. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird bei dem Aufschmelzen unter der Verwendung des äußeren Mantelrohres ein Unterdruck in das Innenvolumen des äußeren Mantelrohres angelegt. Dieser angelegte Unterdruck kann insbesondere im Bereich von mindestens 5 mbar liegen. Bevorzugt wird ein Unterdruck mit mindestens 10 mbar angelegt.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die fertige Glasfaser-Preform nach dem Aufschmelzvorgang auf eine vorgesehene Querschnittsform geschliffen. Hierdurch kann eine gegebenenfalls durch die polygonale Form des Kernstabs bestimmte Querschnittsform der gefertigten Preform auf eine geforderte
Querschnittsform nachkorrigiert und somit ein später angestrebter
Faserquerschnitt vorweggenommen werden. Bei einer Ausführungsform weist der Kernstab einen rechteckigen Kernquerschnitt auf.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf das sektorierte Sandwichrohr in einem Graphitofen oder in einer Flammeneinrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand beispielhafter
Ausführungsformen und Ausgestaltungen näher erläutert werden. Zur
Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung eines Kernstabs mit einem ersten beispielhaften
polygonalen rechteckigen Kernstabquerschnitt mit einem zugehörigen Sandwichrohr im Querschnitt,
Fig. 2 das zu dem Sandwichrohr aus Fig. 1 gehörende Ausgangsrohr mit den Positionen zum Einbringen der Trennstellen zum Realisieren der
Schlitzungen im Querschnitt,
Fig. 3 die Anordnung aus Kernstab und Sandwichrohr aus Fig. 1 in einem
äußeren Mantelrohr im Querschnitt,
Fig. 4 eine Darstellung eines Kernstabs mit einem polygonalen
Kernstabquerschnitt in Form eines gleichseitigen Fünfecks mit einem zugehörigen Sandwichrohr im Querschnitt,
Fig. 5 das zu dem Sandwichrohr aus Fig. 4 gehörende Ausgangsrohr mit den Positionen zum Einbringen der Trennstellen zum Realisieren der
Schlitzungen im Querschnitt,
Fig. 6 die Anordnung aus Kernstab und Sandwichrohr aus Fig. 4 in einem
äußeren Mantelrohr im Querschnitt, Fig. 6a eine Ausführungsform des sektorierten Sandwichrohres mit einem
Schichtaufbau aus Innenschicht, Rohrkörper und Außenschicht im
Querschnitt,
Fig . 6b eine Darstellung eines mit seinen Ecken in den Bereich des sektorierten Sandwichrohres teilweise hineinragenden Kernstabquerschnitts,
Fig . 7 eine aus der Anordnung aus Fig. 1 nach dem Aufschmelzen erreichte Glasfaser-Preform im Querschnitt,
Fig . 8 der in Fig. 7 gezeigte Preform-Querschnitt nach einer abschließenden Nachbearbeitung, Fig . 9 ein Sandwichrohr in einer Seitenansicht und eine Darstellung des
Einfädeins des Sandwichrohres in das äußere Mantelrohr,
Fig. 10 eine Darstellung des Aufschmelzens der Gesamtanordnung .
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Kernstabs mit einem ersten beispielhaften polygonalen Kernstabquerschnitt mit einem zugehörigen Sandwichrohr im
Querschnitt. Der Kernstab 1 weist einen polygonalen Kernquerschnitt 2 auf, der im hier vorliegenden Fall rechteckig ausgebildet ist. Der polygonale
Kernquerschnitt muss jedoch nicht zwingend rechteckig sein, die Anzahl der Ecken und Seitenflächen ist grundsätzlich beliebig. Es können insbesondere auch sechs- oder dreizählige Polygonquerschnitte vorgesehen sein und der polygonale Kernquerschnitt kann insbesondere auch ein Fünfeck sein, wie weiter unten in einem weiteren Beispiel verdeutlicht wird .
Der Kernstab mit dem rechteckigen Polygonquerschnitt ist hier in ein
Sandwichrohr 3 eingefädelt. Das Sandwichrohr ist hier bereits sektoriert. Es wird gemäß Fig. 2 aus einem Ausgangsrohr 4 gefertigt, das einen hier
kreisringförmigen Rohrquerschnitt 5 aufweist. Das Ausgangsrohr 4 wird entlang einer Reihe von Trennlinien 6 in Längsrichtung aufgeschnitten und wird hierdurch aufgeschlitzt. Dabei kann insbesondere auf ein Laserschneidverfahren
zurückgegriffen werden. Im Ergebnis dieses Schlitzvorganges ist der
kreisringförmige Querschnitt 5 des Ausgangsrohres 4 in eine Reihe von Kreissektoren 7 geteilt. Bei dem Ausführen des Schlitzvorganges werden einige der Kreissektoren 7 aus dem Rohrquerschnitt 5 entfernt. Ein Vergleich der Darstellung aus Fig . 1 mit der Darstellung aus Fig. 2 zeigt dies, wobei die entfernten Kreissektoren 7 in Fig . 1 zur Illustration des Schlitzvorgangs mit einem überzeichneten Kreuz gekennzeichnet worden sind.
Das so sektorierte Sandwichrohr 3 besteht somit in seinem Querschnitt aus den nach dem Schlitzvorgang verbleibenden Kreissektoren 7 und in seiner
Längsrichtung aus einer alternierenden Folge aus geschlitzten Abschnitten und verbleibenden Mantelabschnitten 8, die den verbleibenden Kreissektoren entsprechen. Jedem der verbleibenden Mantelabschnitte 8 ist bei der ineinander gefädelten Anordnung aus Kernstab 1 und Sandwichrohr 3 somit jeweils eine Seitenfläche 9 des Kernstabes 1 zugeordnet.
Diese Gesamtanordnung aus sektoriertem Sandwichrohr 3 und eingefädeltem Kernstab 1 kann anschließend in dieser Konfiguration durch einen
Aufschmelzprozess vereinigt werden, wobei die verbleibenden Mantelabschnitte 8 mit der jeweiligen Seitenfläche 9 des Kernstabes 1 verschmelzen.
In dem hier vorliegenden Beispiel wird die Anordnung aus dem sektorierten Sandwichrohr 3 und dem darin befindlichen Kernstab 1 vor dem abschließenden Verschmelzen in ein äußeres Mantelrohr 10 eingefädelt, wie in Fig. 3 in der Querschnittsdarstellung gezeigt ist.
Diese schließlich in Fig. 3 gezeigte Gesamtanordnung wird miteinander verschmolzen. Für die Geometrie des Kernstabes und der Mantelabschnitte muss die Bedingung erfüllt sein, dass die inneren Bogenlängen LI bzw. L2 der jeweiligen Mantelabschnitte 8 jedes Kreissektors der Breite Bl bzw. B2 der jeweils zugehören Seitenfläche 9 des Kernstabes 1 entsprechen und mit ihr im Wesentlichen übereinstimmen.
Es erfolgt bei dem Verschmelzen ein Aufschmelzen des Mantelrohres 10 auf die Mantelabschnitte 8 des sektorierten Sandwichrohres 3, wobei die
Mantelabschnitte 8 wiederum im Zuge dieses Vorgangs auf die Seitenflächen 9 des Kernstabes 1 aufgeschmolzen werden und sich so mit diesen Seitenflächen verbinden. Im Ergebnis dieses Aufschmelzvorganges entsteht eine Glasfaserpreform mit einem polygonalen Kernquerschnitt und einem den polygonalen Kernquerschnitt umgebenden Cladding aus dem Material des sektorierten Sandwichrohres und einer umgebenden Ummantelung aus dem Material des äußeren Mantelrohres 10. Es ist darauf hinzuweisen, dass das äußere Mantelrohr für den
Verschmelzungsprozess an sich nicht zwingend notwendig ist. Die Verschmelzung zwischen den Mantelabschnitten und den Seitenflächen des Kernstabs kann auch an einer nicht ummantelten Anordnung aus dem Kernstab und dem sektorierten Sandwichrohr erfolgen. Im Zuge des Verschmelzungsprozesses erweichen die Mantelabschnitte und werden auch ohne die komprimierende Einwirkung des Mantelrohres gegen die Seitenflächen getrieben und mit diesen verschmolzen.
Die Figuren 4, 5 und 6 illustrieren die vorhergehend erläuterten
Fertigungsschritte in ihrer Anwendung auf einen Kernstab 1 mit einem
Kernstabquerschnitt mit einer fünfzähligen polygonalen Kontur. Alle
vorhergehenden Fertigungsschritte erfolgen dabei in gleicher Form auch in dem hier vorliegenden Beispiel. Für einen Kernstab mit einem fünfzähligen
Kernstabquerschnitt werden entsprechend zusätzliche Trennschnitte 6 im
Ausgangsrohr 4 benötigt, weil in diesem Fall fünf Mantelabschnitte 8 auf die Seitenflächen 9 des Kernstabs 1 aufgeschmolzen werden müssen. Außerdem sind die Seitenflächen 9 des Kernstabs 1 infolge der fünfzähligen und gleichseitigen Querschnittgeometrie gleich groß. Daher sind auch die Mantelabschnitte 8 in diesem Fall gleich groß ausgebildet. Das äußere Mantelrohr 10 kann dabei wie in dem vorhergehenden Beispiel erwähnt, auch entfallen oder je nach Erfordernis bei der Fertigung der Glasfaser-Preform verwendet werden. Das sektorierte Sandwichrohr 3 kann einen Schichtaufbau wie in Fig. 6a gezeigt aufweisen. In dem hier gezeigten Beispiel weist das sektorierte Sandwichrohr und somit jeder der Mantelabschnitte 8 eine Innenschicht 11, einen Rohrkörper 12 und eine Außenschicht 13 auf. Die Innenschicht sowie die Außenschicht werden zweckmäßigerweise auf das Ausgangsrohr 4 vor dem Schlitzen des
Ausgangsrohres aufgebracht. Sowohl die Innenschicht als auch die Außenschicht dienen als verschmelzungsfördernde Hilfsschichten. Die Innenschicht weist insbesondere die Brechzahl des Materials des Kernstabes auf, die Außenschicht die Brechzahl des äußeren Mantelrohres, sofern das Mantelrohr verwendet wird . Die Außenschicht kann auch entfallen, sofern das äußere Mantelrohr entfällt.
Der Rohrkörper 12 weist die für eine spätere Lichtleitung im Faserkern
erforderliche Brechzahl auf, die gegenüber der Kernbrechzahl erniedrigt ist. Zur Brechzahlbeeinflussung in den einzelnen Schichten können Beschichtungs- und Dotierverfahren auf den Ausgangsstab angewendet werden. Als
brechzahlerniedrigender Dotant für den Rohrkörper des Ausgangsstabes kann insbesondere Fluor verwendet werden.
Fig. 6b illustriert den vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Querschnitt des Kernstabs 1 im sektorierten Sandwichrohr 3 größer ausgeführt sein kann, als dies bei einem nicht sektorierten umhüllenden Rohr bei den aus dem Stand der Technik bekannten rod-in-tube-Verfahren möglich ist. Bei der Anwendung des sektorierten
Sandwichrohres können die Eckenbereiche E des Querschnittes des Kernstabs 1 bis in die Zwischenräume 8a zwischen den einzelnen Mantelabschnitten
hinreichen. In einem solchen Fall ist das Ausgangsrohr für zur Herstellung des sektorierten Sandwichrohres zumindest in einem der nicht geschlitzten
Endabschnitte in einem Innendurchmesser so aufgeweitet, dass der vergrößerte Kernstab hindurchgeführt werden kann. Diese Aufweitungen können insbesondere nutenartig ausgebildet sein und eine Positionierung und Führung für den Kernstab bei dessen Einfädeln ermöglichen.
Durch die in Fig. 6b gezeigte Konfiguration ist der von den Mantelabschnitten 8 zu überwindende Abstand zu den Seitenflächen 9 des Kernstabes verringert, sodass das passgenaue Verschmelzen zwischen Kernstab und sektoriertem
Sandwichrohr erheblich erleichtert wird .
Fig . 7 zeigt die verschmolzene Glasfaser-Preform, ausgehend von der Anordnung der Komponenten aus den Figuren 1 bis 3 im Querschnitt. Der Kernstab 1 bildet nun den Kern der Preform, die einzelnen Mantelabschnitte 8 bedecken die
Seitenflächen 9 des Kernstabes und schließen somit an den Kern in Form eines umgebenden Claddings an. Das äußere Mantelrohr bildet dann ein äußeres Jacketing der Glasfaser-Preform. An diesem Aufbau wird deutlich, warum es bei der Ausführung des Verfahrens sehr wichtig ist, dass die innere Bogenlänge der Mantelabschnitte jeweils mit der dazu gehörenden Breite der Seitenfläche des Kernstabes übereinstimmt. In einem solchen Fall wird ein blasenfreies Aufschmelzen der einzelnen Mantelabschnitte auf den Seitenflächen des Kernstabes erreicht, während die Ecken E des
Kernstabes im Querschnitt beim Verschmelzungsprozess nicht verrunden, sondern in ihrer Ursprungsform erhalten bleiben.
Fig. 7 zeigt ebenso, dass die Außenkontur des Querschnitts der beim
Aufschmelzprozess erzeugten Preform wegen der rechteckigen Form des
Kernquerschnitts von einer Kreisform abweicht. Sofern eine kreisförmige Kontur der Preform gefordert ist, können entsprechend die von der Kreisform
abweichenden Abschnitte 14 in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt entfernt werden, sodass ein kreisrunder Preformquerschnitt wie in Fig . 8 erreicht wird .
Fig . 9 und Fig. 10 zeigen wesentliche Verfahrensschritte und die dabei
verwendeten Komponenten in einer Seitenansicht. Fig. 9 zeigt das sektorierte Sandwichrohr 3, das Einfädeln des Kernstabes 1 in das Sandwichrohr und das Einfädeln des Sandwichrohrs 3 und des darin befindlichen Kernstabes in das äußere Mantelrohr 10. Fig. 10 zeigt den sich daran am Mantelrohr und den eingefädelten Komponenten vollziehenden Verschmelzungsprozess. Wie bereits erwähnt, ist das Sandwichrohr 3 in seiner Längsrichtung geschlitzt und in einzelne Mantelabschnitte 8 unterteilt. Die die Mantelabschnitte 8 voneinander teilenden geschlitzten Abschnitte 15 reichen nicht bis zu den Enden des sektorierten Sandwichrohres. Die Endabschnitte des Sandwichrohres weisen ungeschlitzte und damit die Anordnung der Mantelabschnitte in ihrer Position stabilisierende Endbereiche 16 auf. Die Länge der Endbereiche richtet sich beispielsweise nach der Gesamtlänge des Sandwichrohres, dem Anteil und der Länge der geschlitzten Abschnitte 15 und der Wanddicke des sektorierten
Sandwichrohres.
Beim Einfädeln des Kernstabes 1 in das sektorierte Sandwichrohr 3 werden zunächst die Querschnitte des Kernstabes und des sektorierten Sandwichrohres azimutal so zueinander justiert, dass die Mantelabschnitte 8 des Sandwichrohres genau gegenüber den entsprechenden Seitenflächen des Kernstabes zu liegen kommen. Nach diesem ersten Einfädelschritt wird die Gesamtanordnung aus Sandwichrohr und Kernstab in dem hier vorliegenden Beispiel in das äußere Mantelrohr 10 berührungslos eingeführt.
Beim abschließenden Aufschmelzprozess gemäß Fig . 10 wird diese gesamte Anordnung beispielsweise in einem Graphitofen oder mittels einer Knallgasflamme 17 oder einer vergleichbaren Flammeinrichtung erhitzt. Zusätzlich wird ein Unterdruck im Bereich von mindestens 5 mbar, bevorzugt jedoch mindestens 10 mbar an das Innenvolumen des äußeren Mantelrohrs angelegt, um das
Kollabieren der aufgeschmolzenen Anordnung zu erreichen. Unter diesen
Bedingungen kollabiert im Bereich der Mantelabschnitte 8 dieser Aufbau zur
Glasfaser-Preform. Die so kollabierte Glasfaser-Preform wird anschließend in den Abschnitten, in welchen sich die nichtsektorierten stabilisierenden Endbereiche 16 des sektorierten Sandwichrohres 3 befinden, gekürzt. Dieses Kürzen kann vor oder auch nach einer möglichen Nachbearbeitung des Preformmantels und dessen Vereinheitlichung auf eine kreisrunde Querschnittsperipherie erfolgen. Im verbleibenden Mittelbereich 18 der kollabierten Preform liegt dann der
angestrebte Aufbau des Querschnitts der Preform vor.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde beispielhaft erläutert. Weitere
Ausfürungsformen ergeben sich im Rahmen fachmännischen Handel ns und aus den Unteransprüchen.
Bezugszeichenliste
1 Kernstab
2 Polygonaler Kernquerschnitt
3 Sektoriertes Sandwichrohr
4 Ausgangsrohr
5 Kreisringförmiger Querschnitt
6 Trennlinie
7 Kreissektor
8 Mantelabschnitt
8a Zwischenraum
9 Seitenfläche des Kernstabs
10 Äußeres Mantelrohr Innenschicht
Rohrkörper
Außenschicht
von Kreisform abweichender Abschnitt geschlitzter Abschnitt
stabilisierender Endbereich
Knallgasflamme
Mittelbereich

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt unter Anwendung einer Rod-in-Tube- Methode mit folgenden Verfahrensschritten :
- Bereitstellen eines Kernstabs mit einem polygonalen
Kernstabquerschnitt,
- Fertigen eines sektorierten Sandwichrohres aus einem Ausgangsrohr, wobei die Mantelfläche des Ausgangsrohres in Längsrichtung in eine Reihe von Mantelabschnitten geschlitzt wird, so dass der
Rohrquerschnitt des Ausgangsrohres in eine Reihe von Kreissektoren unterteilt wird,
- Einfädeln und Ausrichten des Kernstabs in das sektorierte
Sandwichrohr,
- Aufschmelzen der Mantelabschnitte des sektorierten Sandwichrohres auf die jeweiligen Seitenflächen des Kernstabes.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Einfädeln des sektorierten Sandwichrohres und des darin befindlichen Kernstabes in ein äußeres Mantelrohr mit einem vollständigen
Kreisringquerschnitt erfolgt, wobei bei dem nachfolgenden
Aufschmelzschritt ein Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf das sektorierte Sandwichrohr mit einem Verschmelzen der Mantelabschnitte des sektorierten Sandwichrohres mit den jeweiligen Seitenflächen des Kernstabes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ausgangsrohr für das sektorierte Sandwichrohr eine Innenschicht mit der Brechzahl des Kernstabs, einen brechzahlerniedrigten Rohrkörper und/oder eine Außenschicht mit der Brechzahl des äußeren Mantelrohres aufweist, wobei die Innenschicht und/oder die Außenschicht als
verschmelzungsfördernde H ilfsschichten für die einzelnen Mantelabschnitte und/oder das äußere Mantelrohr dienen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Ausgangsrohr so geschlitzt wird, dass an dessen Rohrenden ungeschlitzte, die Lage der Mantelabschnitte stabilisierende Endbereiche verbleiben.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schlitzen des Ausgangsrohres mittels eines Laserschneidverfahrens erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Bogenlänge jedes Kreissektors der jeweiligen Mantelabschnitte im Wesentlichen der Breite einer entsprechenden Seitenfläche des Kernstabs entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres ein Unterdruck in das Innenvolumen des äußeren Mantelrohres angelegt wird .
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der angelegte Unterdruck im Innenvolumen des äußeren Mantelrohres zumindest 5 mbar, bevorzugt zumindest 10 mbar beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die fertige Glasfaser-Preform nach dem Aufschmelzvorgang auf eine vorgesehene Querschnittsform geschliffen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kernstab einen rechteckigen Kernquerschnitt aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
das Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf die Anordnung aus dem Kernstab und dem sektorierten Sandwichrohr in einem Graphitofen oder in einer Flammeneinrichtung erfolgt.
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