NO854088L - Fremgangsmaate for fremstilling av aluminiumoksyd-dopede silisiumoksydfibrer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører industriell fremstilling av

fysiske bærere for optiske telekommunikasjonssystemer og nærmere bestemt vedrører den en fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumoksyd-dopede silisiumoksydfibrer.

Blant dopemidlene anvendes som kjent germaniumoksyd (GeC^) hoved-sakelig for fremstilling av den optiske fiberkjernen, både i tilfelle indre prosesser (IVPO) og i tilfelle ytre prosesser (OVPO) . GeC>2 gir sammen med silisiumoksyd en binær forbindelse som har et stabilt glassformig nettverk. Videre halogenidbærer, hvorfra germaniumtetraklorid (GeCl^) oppnås ved oksydasjonssyntese, spesielt vel egnet for anvendelse i CVD-teknikker, siden dette ved romtemperatur er en lett fordampbar væske (smeltetemperatur T = 49,5°C; kokepunkt T = 84°C).

De optiske egenskapene for germaniumoksyd er spesielt interessante: ingen materialdispersjon ved bølgelengder større enn 18 pm,

infrarød absorbsjonstopp p.g.a. molekylvibrasjon av Ge~0 bindingen sentrert ved en bølgelengde på ca. 12 ym.

Den sistnevnte egenskapen forhindrer den fra å modifisere spektral-attenuasjonskurven for silisiumdioksyd som har en infra-

rød absorbsjonstopp for molekylvibrasjonen av Si-0 bindingen plassert ved en noe lavere bølgelengde (9,1 ym).

Av disse grunnene er germaniumoksyd på det nåværende tidspunkt

den mest anvendte forbindelsen innenfor optisk fiberteknologi,

og den eneste som benyttes for fremstilling av kjernen i silisiumoksyd-baserte optiske fibrer.

Forbindelsen har imidlertid to ulemper:

i) høye råmaterialkostnader;

ii) Rayleigh-spredningskoeffisient som er høyere enn for ren

silisiumoksyd, viss verdi er ca. 0,6 dB/Km/ym 4.

Germaniumetfekten i nettverket av den binære forbindelsen SiG^-

GeC>2 er i stand til å øke spredningskoeffisienten proporsjonalt

med konsentrasjonen av dopemidlet som er tilstede i nettverket.

1 tilfelle med en konsentrasjon av germanium på 3 mol-% (typisk konsentrasjon for et monomodusfiber med trinnvis brytningsindeks med An=3%, optimalisert for det andre transmisjonsvindu med 1,3 pm) vil Rayleich spredningskoeffisienten undergå en økning på 0,2 dB/ Km/pm 4. Dersom den molare konsentrasjonen økes ut over 20% for

å oppnå forflytning av sonen med minimal kromatisk dispersjon kan en verdi for Rayleigh spredningskoeffisienten som er høyere enn 2 dB/Km/pm 4 oppnås. Dette er nedbrytende for materialets oppførsel p.g.a. for høy økning i de minimale attenuasjonsverdiene.

Aluminiumoksyd ( Al^ O^) er et alternativ til Ge02, ved siden av

at det viser alle de samme fordelene som germaniumoksyd har det i tillegg følgende egenskaper:

a) Rayleigh spredningskoeffisient som er dårligere enn den for silisium; b) lavere råmaterialkostnader;

c) høyere smeltetemperatur.

Det er av interesse å understreke det faktum at en sprednings-ikoeffisient som er lavere enn den for silisiumoksyd kan tillate

de laveste attenuasjonsnivåene å nås for silisiumoksyd-baserte glassformige nettverk.

Nærmere bestemt kan med glassformige nettverk av SiO-p-A^O^en ;minimal attenuasjonsverdi som er lavere enn den for silisiumoksyd oppnås; for silisiumoksyd er denne verdien lik 0,12 dB/Km i bølge-lengdeområdet 1,5 6 pm.

Punkt c), d.v.s. den høye smeltetemperaturen, gir grunnlag for jinteressante betraktninger. Smeltetemperaturen for aluminiumoksyd (2 045°C) er høyere enn verdiene for silisiumoksyd (1 703°C) og for germaniumoksyd (1 086°C).

De fysikalske egenskapene for nettverket av Si02-Al203 er følge-;lig mer like egenskapene for Si02enn egenskapene for nettverket Si02-Ge02.

I tillegg vil tilstedeværelsen av en forbindelse med høyere smelte- punkt forhindre dopemidlet fra å diffundere mot periferien under sammenbruddstrinnet for preformen.

Følgelig viser aluminiumoksyd-dopede silisiumoksydfibrer fremstilt ved MCVD-teknikken ikke noe dropp (d.v.s. sentralreduksjon av brytningsindeksen). Dette er en typisk anomali i profilen for germaniumoksyd-dopede silisiumoksydfibrer, fremstilt ved samme fremgangsmåte.

En bekreftelse av denne sistnevnte egenskapen er allerede beskrevet

i artikkelen "Fabrication of Low-Loss Al^ O^ doped silica fibres"

av Y. Ohmori et al., Electronics Letters, 2. september 1982, bind 18, nr. 18.

Hovedu^rlempen som forhindrer at aluminiumoksyd benyttes industrielt ligger i det faktum at det ved romtemperatur ikke eksisterer flytende eller gassformige komponenter som kan benyttes som aluminiumbærere og som følgelig egner seg for CVD-teknikken.

Aluminiumhalogenider er faste ved romtemperatur og har relativt

høye koketemperaturer. F.eks. sublimerer AlF^ved 1 291°C,

AlCl^sublimerer ved 178°C, AlBr^smelter ved 97°C og koker ved 263°C, A1I3smelter ved 191°C og koker ved 360°C. Anvendelsen av CVD-teknikker med slike råmaterialer krever reaktantblande-

og fordampningslinjer som ved hjelp av termostater holdes ved høy temperatur. Dette gir vanskeligheter ved gjennomføringen av fremgangsmåten og sikrer ikke forurensnings-frie synteseprodukter.

I tillegg er forbindelser som er faste ved romtemperatur vanske-ligere å rense enn flytende eller gassformige produkter, følgelig kan de inneholde restforurensninger som virker nedbrytende på de optiske egenskapene.

Anvendelsen av AlCl^som en grunnleggende aluminiumbærer er

allerede foreslått i den ovenfor nevnte artikkelen, men foreløpig foreligger ikke verdifulle resultater.

De nevnte ulempene overvinnes og de ovenfor nevnte tekniske problemene løses ved fremgangsmåten til fremstilling av aluminiumoksyd-dopede silisiumoksydfibrer som tilveiebringes ved foreliggende oppfinnelse, denne tillater silisiumoksyd å dopes med aluminiumoksyd ved å benytte en kjemisk dampavsetningsteknikk (CVD-chemical-vapour-deposition) uten behov for å anvende fordampnings-og blandelinjer som ved hjelp av termostater holdes ved høy temperatur. De oppnådde optiske fibrene har lav attenuasjon og har ikke noe dropp.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumoksyd-dopede silisium-oksydf ibrer, hvor silisiumoksyd og dopemiddel oppnås ved reaksjonen mellom gassformige kjemiske forbindelser, kjennetegnet ved at dopemidlet oppnås ved reaksjonen mellom oksygen og en organometallisk forbindelse av A1(C a H 6 )5 „ eller av A1C1(C a H $ ) i, > typen, hvor a, 6, £ og \p er koeffisienter som angir tilstedeværelsen i molekyler av hhv. atomene C, H og av gruppen CH.

Ytterligere foretrukne detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå fra den følgende beskrivelsen, i form av ikke-begrensende eksempel,

av en utførelse av oppfinnelsen.

Aluminiumoksydet som skal benyttes som silisiumoksyddopemiddel i en CVD-prosess oppnås fra organometalliske aliuminiumforbindelser, som f.eks. trimetylaluminium, trietylaluminium, dimetylaluminium-klorid og dietylaluminiumklorid. De kjemiske formlene, smelte-temperaturene Tp og koketemperaturene T£for de fire forbindelsene er gjengitt nedenfor:

Forbindelsene er enten av Al(C H„)_ eller av A1C1(C H )„ typen, hvor a; 3 og ? er koeffisienter som angir nærværet i molekyler av hhv. atomene C og H og CH gruppen, som kan fordampe ved relativt lav temperatur.

Slike forbindelser gir i nærvær av oksygen opphav til følgende reaksjoner:

I tillegg til aluminiumoksyd (A^O^) gir reaksjonen vann, karbon-dioksyd og saltsyre.

HC1 og C02er flyktige og drives ut med hovedstrømmen av reaksjons-produkter og reaktanter som ikke har deltatt i reaksjonen. Vannet kunne inkorporeres i nettverket og forårsake optiske absorbsjons-tap.

Dersom ytre prosesser benyttes (OVPO = outside vapour phase oxi-dation), som f.eks. OVD (outside vapour deposition) og VAD (vapour axial deposition), drives vannet som inkorpores under syntesen ut under tørke- og konsolideringsfasen, etter avsetningen. Reak-sjonsproduktene C02, HC1, H20 er også typiske produkter for grunnleggende reaksjoner ved disse avsetningsteknikkene og gir følgelig ikke opphav til forurensningsproblemer.

Ved å benytte indre avsetningsteknikker (IVPO) som f.eks. MCVD-teknikken (Modified Chemical Vapour Deposition) kan hindringen overvinnes ved hjelp av en "myk", d.v.s. ikke-konsolidert, avset-ning, og deretter bevirkes en lagvis dehydrering og konsolidering av avsetningen i nærvær av klor som dehydreringsmiddel.

Denne fremgangsmåten reduserer ikke fremgangsmåtens produktivitet

i tilfelle fremstilling av monomodus-fibrer, siden antallet lag som er nødvendig for kjernefremstilling er relativt begrenset.

Det skal bemerkes at beskrivelsen ovenfor er gitt i form av et ikke-begrensende eksempel. Variasjoner og modifikasjoner er mulige

innenfor omfanget av foreliggende oppfinnelse.

Nærmere bestemt kan andre organometalliske aluminiumforbindelser benyttes for å fremstille aluminiumoksyd ifølge foreliggende fremgangsmåte for fremstilling av optiske fibrer.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumoksyd-dopede silisiumoksydfibrer, hvor silisiumoksydet og dopemidlet oppnås ved reaksjon mellom gassformige kjemiske forbindelser, karakterisert ved at dopemidlet oppnås ved reaksjonen mellom oksygen og en organometallisk forbindelse av A1(C HQ)r eller A1C1(C HQ),„ typen, hvor a, 6 og £, V er koeffi- ct p t , ot p T sienter som angir nærværet i molekyler av hhv. atomene C, H og gruppen CH.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den organometalliske forbindelsen velges fra gruppen bestående av trimetylaluminium, trietylaluminium, dimetylaluminium-klorid, dietylaluminiumklorid med kjemiske formler AIJCH^ )^/ AKC.H,),, AlCKCH,)-, A1C1(C,HC )- .