DE3132508A1

DE3132508A1 - Verfahren zur herstellung von strangfoermigem/stangenfoermigem ausgangsmaterial fuer lichtleitfasern

Info

Publication number: DE3132508A1
Application number: DE19813132508
Authority: DE
Inventors: Yoshida Kazuaki; Kunio Ichihara Chiba Kokura; Hiroshi Tokyo Murata; Seiji Shibuya; Edahiro Ibaraki Takao
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1981-08-18
Publication date: 1982-09-23
Also published as: FR2488872A1; CA1171744A; US4421539A; FR2488872B1; GB2084989B; DE3132508C2; JPS591221B2; SE453826B; IT1171475B; JPS5742549A; SE8104957L; GB2084989A; NL8103898A; IT8149133A0

Description

Verfahren zur Herstellung von strangförmigen/stan genförmigen Ausgangsmaterial für Lichtleitfasern.

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von strangförmigen oder stangenförmigen Ausgangsmaterial für eine optische Lichtleitfaser. Gegenstand dieser Erfindung ist insbesondere aber ein Verfahren zur Herstellung eines strangför migen oder stängenförmigen Ausgangsmaterials für optische Datenübertragungs-Lichtleitfasern unter Anwendung eines Dampfphasen-Axial auftragungsprozesses (eines VAD-Prozesses), wobei die Brechungsindexverteilung des Lichtleiterkernes dem Indexab- stufungstyp (GI-rTyp) entspricht.

Eine für die optische Datenübertragung oder Informationsübertragung bestimmte Lichtleitfaser, die für die Lichtübertragung auf dem Gebiet der Datenübertragung und des Fernmeldewesens Anwendung fin- det und ein breites Übertragungsband hat sowie durch ganz geringe öbertragungsverluste gekennzeichnet ist, wird nach dem derzeit geltenden Stand der Technik auf konventionelle Weise wie folgt hergestellt:- zunächst einmal wird ein strangförmiges oder stängenförmiges Ausgangsmaterial derart bearbeitet, daß es über seinen Querschnitt eine der optischen Datenübertragungs-Lichtleiterfaser ähnliche Brechungsindexverteilung annimmt - und dieser Vorgang erfolgt durch Anwendung eines Prozesses, beispielsweise eines internen chemischen Aufdamof-

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Prozesses, (eines internen CVD-Prozesses), eines externen chamischen Aufdampfprozesses (eines externen CVD-Prozesses) oder eines Dampfphasen-Axial-Auflageprozesses (eines VAD-Prozesses) und derglei chen mehr; daß schließlich das str angförmige oder stangenförmige Ausgangsmaterial von einer Spinnmaschine thermisch in der Hitze gesponnen wird.

Auf konventionelle Weise wird ein strangförmiges oder stangenförmiges Ausgangsmaterial für eine optische Datenübertragungs-Lichtleiterfaser unter Anwendung des Dampfphasen-Axial auftragungsprzesses (VDA-Prozesses) mit einem der Indexabstufungstype (GI-Type) entsprechenden Brechungsindexverteilung im Lichtleiterkern wie folgt herge stellt. Dieses Verfahren dürfte bekannt sein.

Dieses Verfahren wird, nun anhand von Fig. 1 erläutert, zu ihm gehören mehrere Arbeitsvorgänge. In einem ersten Vorgang werden den Oxy-Wasserstoff brennern 1 und 2 zugeführt:- ein Gas SiCl-, das in der Lage ist durch eine Oxydationsreaktion eine Trübung des optischen Datenübertragungsglases herbeizuführen und als Dotierungsmittel für die Veränderung des Brechungsindexes im optischen Datenüber- tragungsglas ein Gas, beispielsweise ein Gas GeCl-, ein Gas POCl₃, ein Gas BBr₂ oder ein ähnliches Gas, das auch im Glas enthalten ist. Diese Gase gehen in einem Oxydationsvorgang in Reaktion.

In einem zweiten Vorgang wird dasnn die. Glastrübung (der Glasruß), der zurvor aus SiO₂, GeO«, P₂O₅

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und/oder B₂O₃ entstanden ist, auf das Ende 5 eines aus Quarz bestehenden Ausgangsmaterials 4 derart aufgebracht, daß dabei ein strangförmiges oder stan genförmiges Glaselement 6 mit Trübung entsteht, aus dem später schließlich der Lichtleiterkern· wird. Wenn sich dieser Vorgang abspielt, wird das Ausgangsmaterial 4 um die Achse O gedreht, die die Drehachse des vorerwähnten Ausgangsmateriales ist. In die- sem Falle wird das strangförmige oder stangenförmige, getrübte Glaselement 6 entlang der Achse 0 derart bewegt, daß das Ende dieses Glaselementes , auf das die Trübung oder Glasschwärze aufgebracht wird, d.h.. die Trübung oder der Glasruß 3, und dies nach einander, zu den Brennern 1 und 2 immer den gleichen Abstand aufzuweisen hat, daß weiterhin das getrübte Glaselement 6 in Längsrichtung auch einen vorgegebenen und konstanten Durchmesser erhält. Was die Lage des Brenners 1 betrifft, so ist dieser Brenner 1 derart angeordnet, daß er auf die Achse 0 koaxial ausgerichtet ist, während der Brenner 2 in seiner Lage derart angeordnet ist, daß er etwas schräg auf die Achse 0 ausgerichtet ist. Vom Brenner 1 wird eine Glastrübung oder Glasschwärzung erzeugt, die einen hohen Brechungsindex aufzuweisen hat, während die vom Brenner 2 herbeigeführte Glastrübung oder Glasschwärzung einen niedrigen Brechungsindex aufzuweisen hat, was wiederum zur Folge hat, daß das getrübte stangenförmige oder strangförmige Glasele ment 6 im Hinblick auf die Verteilung des Brechungs-

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indexes nach dem Aufbringen der Glastrübung oder der Glasschwärzung einen Brechungsindex hat, der von der axialen Mittellinie auszur Oberfläche hin allmählich immer kleiner und schwächer wird.

Für die Herstellung des zuvor angeführten strangförmigen oder stangenförmigen Glaselement 6 mit der zuvor erwähnten Brechungsindexverteilung sind nicht unbedingt zwei Brenner erforderlich. Dieses Glaselement kann in ähnlicher Weise auch mit nur einem Brenner - beispielsweise mit dem Brenner 7 aus Fig. 2 - oder gar mit mehr als drei Brennern hergestellt werden, wenn diese Brenner die dafür geeignete Oxy-Wasserstoff-Brennertemperatur auf bringen, wenn diese die entsprechende Brennerkon struktion haben und dergleichen mehr.

Der dritte Arbeitsgang des konventionellen Herstellungsverfahren besteht darin, daß das strangförmige/stangenförmige und eine Trübung/Schwärzung aufweisende Glaselement 6, das auf die vorerwähnte Weise hergestellt worden ist, in einer Heliumatmosphäre einer Wärmebehandlung unterzogen wird, damit der Brechungsindex von der Mittelline ausgehend zur äußeren Umfangsflache hin allmählich schwächer und kleiner wird, was wiederum zur Folge hat, daß dadurch ein transparentes Glaselement erzeugt wird, bei dem der Brechungsindex von der Mittellinie ausgehend und zur äußeren Umfangsflache hin allmählich immer kleiner und schwächer ausgeführt ist. Bei diesem Arbeitgang kann e.ine

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OH-Gruppe, die den optischen Übertragungsverlust in der Lichtwelle in Gegenwart von Glas verstärkt -beispielsweise von Licht mit einer Wellenlänge von 1.39 ,um oder dergleichen mehr - durch eine vorab erfolgende Wärmebehandlung bei Zugegensein von Glas dadurch entfernt werden, daß nach dem zweiten Schritt der Herstellung des transparenten Glaselementes eine gleichzeitige und gemeinsame Wärmebe- handlung durchgeführt wird.

Während eines ebenfalls zu dem konventionellen Verfahren gehörenden vierten Arbeitsganges wird ein Quarzglasrohr, dessen Innendurchmesser geringfügig größer als der Außendurchmesser des des transparen ten -Glaselementes ist - dieses Glaselement so her gestellt, daß der Brechungsindex von der Mittellinie aus zur äußeren Umfangsflache hin allmählich kleiner und schwächer wird - über das transparente Glaselement gezogen. Das Quarzglasrohr wird so- dann in einem fünften Arbeitsgang erwärmt und erweicht und im Durchmesser verkleinert. Das aber bedeutet, daß ein strangörmiges oder stangenförmiges Ausgangsmaterial für eine optische Lichtleitfaser hergestellt werden kann, bei dem das trans- parente Glaselement mit Quarzglasüberzug versehen ist. Was dies betrifft, so kann das transparente Glaselement auch nach einer vorab erfolgenden thermischen Orientierung in ein Quarzglasrohr gesteckt werden, so daß sich dabei ein transparentes Glaselement von schnlanker Form und mit einem vorgege-

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benen reduzierten Durchmesser ergibt. Der Außendurchmesser der optischen Lichtleiterfaser und der Durchmesser des Kernes lassen sich somit in alle den zuvor angeführten Arbeitsgängen leicht so formen und herstellen, daß ein vorgegebener .Wert eingehalten werden kann und wird.

Das konventionelle Verfahren weist auch noch einen vierten Arbeitsgang auf, der statt des zuvor be schriebenen vierten Arbeitsganges Verwendung fin den kann. Dieser vierte Arbeitsgang besteht darin, daß eine Schicht aus getrübtem Quarzglas - dieses Quarzglas in einer Oxydationsreaktion getrübt -in einer vorgegebenen Dicke auf das hergestellte transparente Glaselement aufgetragen wird. Diese Glastrübung oder Glasschwärzung wird sodann in einem fünften Bearbeitungsgang derart gesintert, daß dadurch transparentes Glas entsteht, was wiederum bedeutet, daß der Außenumfang des transparen- ten Glaselementes mit Quarzglas bedeckt ist. Das auf diese Weise auf den Außenumfang des transparenten Glaselementes aufgebrachte Quarzglas dient zum einen als mechanischer Schutz für den Kern der optischen Datenübertragungs'-Lichtlei tf aser, die durch Spinnen, d.h. durch Heißspinnen des strangförmigen oder stangenförmigen Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterials hergestellt wird, und hat weiterhin auch noch dieb§rtragungseigenschaften über einen langen Zeitraum hinweg zu sichern . Das Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterial wird zu einer optischen Lichtleiterfaser im Heißspinnverfahren auf einer Spinnmaschine verarbeitet, wobei d:ie Lichtleiterfaser einen vorgegebenen Durchmesser erhält.

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Wenn, wie dies zuvor beschrieben worden ist, auch das strangförmige oder stangenförmige Ausgangsmaterial für eine optische Lichtleiterfaser im Hinblick auf die Brechungsindexverteilung unter Anwendung des konventionellen VAD-Prozesses (Dampfphasen-Axialauftragungsprozesses) bisher als eine GI-Ausführung (Indexabstufungs-Ausflihrung) hergestellt
worden ist, so ist es doch notwendig, daß die

durch Heißspinnen aus dem Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterial - dieses strangförmig oder stangenförmig - hergestellte optische Lichtleitfaser im
Kern einen Brechungsindex N(r) hat, der derart ausgelegt ist, daß die in die nachstehend angeführte Gleichung eingesetzte Größe ⁰^- einen Wert von

absolut "2" bekommt, damit dadurch die Bandbreite der optischen Lichtleiterfaser vergrößert wird.
Nachstehend nun die Gleichunig:-

N(r) = -

In diese Gleichung eingesetzt sind die nachstehend angeführten Größen:-

N = Brechungsindex im Mittelteil des Kernes.

N= Brechungsindex der äußeren Umfangsflache

des Kernes.

a = Radius des Kernes. (N_Q - N₁)/N₀.

r = Abstand von der Mittellinie (Mitte).

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Bisher war es dann, wenn die Größe '^-des Brechungsindexes für den Kern der optischen Lichtleiterfaser auf den Wert "2" eingestellt werden sollte, für die Herstellung des strangförmigen/stangenförmigen und getrübten Glaselementes 6 in entsprechend richtiger Weise ausgewählt werden:- die relative Zuordnung und Anordnung der Brenner 1 und 2, die Gasmengen der den Brennern 1 und 2 zugeführten Gase, der relative Abstand zwischen den jeweils zutreffenden Brennern 1 und 2 und des eine Trübung aufweisenden Glaselementes 6 auf der Seite auf der die .Glastrübung oder die Glasschwärzugn 3 dann nach und nach aufgebracht werden soll, die Temperatur der Oxy-Wasserstoff-Flammen der jeweiligen Brenner 1 und sowie weiterhin auch noch die Konstruktion der jeweils zutreffenden Brenner 1 und 2. Es war jedoch recht schwierig alle diese Größen auf die jeweils zutreffenden angemessenen Werte einzustellen. Wegen des starken Verschleißes der 'Brenner 1 und 2, war es unmöglich für die Größe Ψ über den gesamten Kern in Radialrichtung genau den Wert "2" einzustellen, und zwar aus dem Grunde, weil dann, wenn die Brenner 1 und 2 ausgewechselt, d.h. durch neue ersetzt werden, alle Größen auf die dann geänderten neuen und richtigen Werte eingestellt werden müssen. In Wirklichkeit aber ist der Wert für die Größe ö6 um 18 bis 22 abweichend von "2" eingestellt, was wiederum zur Folge hatte, daß ein derartiges getrübtes stangenförmiges oder strangförmiges Glaselement, bei dem im Mittelteil die Größe oöauf

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von ungefähr "2" eingestellt ist, wohingegen die Größe χ. im Umfangsbereich der Brechungsindexverteilung stark von "2" abweicht, und zwar in konischer Form, in großer Zahl hergestellt worden ist. Es war somit Unmöglich, eine optische Datenübertragungs-Licht· leiterfaser herzustellen, die ein breites Übertragungsband hatte.

Die Erfindung stellt sich somit die nachstehend angeführten Aufgaben:-

Ein Verfahren zur Herstellung für strangförmiges oder stangenförmiges Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterial zu schaffen, das die Nachteile und Probleme des bisher bekannten konventionellen Verfahrens nicht mehr aufweist und darüber hinaus auch noch Eigenschaften einer sehr starken Breitbandübertragung mitbringt.

Ein Verfahren für die Herstellung von strangförmigen oder stangenförmigen Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterial zu schaffen, die über ihren gesamten Kern eine ideale Brechungsindexverteilung aufzuweisen hat.

Ein Verfahren für die Herstellung von strangförmigen oder stangenförmigen Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterial zu schaffen, wobei die Lichtleiterfaser mit extremer Breitbandlibertragungscharakterstik dadurch hergestellt wird, daß das hergestellte stangenförmige oder strangförmige Ausgangsmaterial heißversponnen wird ;

Die Erfindung lost die ihr gestellte Aufgabe in

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einem Aspekt dadurch, daß sie ein Verfahren zur Her-

o stellung von strangförmigen oder stangenförmigen Ausgangsmaterial für eine optische Lichtleiterfaser vorsieht, zu dem die nachstehend angeführten einzelnen Bearbeitungsschritte gehören:-

das Messen der Brechungsindexverteilung des transparenten Glasstabes oder des transparenten Glasstranges noch vor dem Bearbeitungsvorgang des Aufbringens des Quarzglasmaterials auf den derart ent standenen transparenten Glasstab/Glasstrang, der durch Sintern und Erhitzen des eine Trübung aufweisenden Glaselementes enstanden ist;

schließlich auch noch das Entfernen des zum transparenten Glasstab oder Glasstrang gehörenden äuße ren Umfangsteiles, in dem der Wert für die Größe

«!dann sehr stark von dem Wert "2" abweicht, wenn dieser als optische Lichtleiterfaser mit einer vorgegebenen Dicke Anwendung findet.

Die Erfindung wird nachstehend nun anhand des in

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:-

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Iiblichen VAD-Vorrichtung (Vorrichtung für

den Dampfphäsen-Axialauftragungsprozeß), die bei dem konventionellen Verfahren Anwendung findet,

Fig. 2 Eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1, gezeigt wird jedoch eine andere Ausführung'

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der VAD-Vorrichfeuftg (der Vorrichtung für den Dampfphasen-Axialauftragungsprozeß).

Fig. 3 Ein die Brechungsindexverteilung des unter Anwendung der mit Fig. 1 und Fig. 2 darge

stellten VAD-Vorrichtungen (Vorrichtungen für den Dampphasen-Axial auftragungsprozeß) hergestellten Kernes betreffendes Kennliniendiagramm.

Fig. 4 E.in die Brechungsindexverteilung des unter

Anwendung des Verfahrens dieser Erfindung hergestellten Kernes betreffendes Kennliniendiagramm.

Fig. 5 Ein Schnitt durch die Brenneröffnung, dargestellt zum Zwecke der Erläuterung des

Herstellungsverfahrens dieser Erfindung.

Die Erfindung soll nachstehend nun anhand der Zeichnung und insbesondere anhand von Fig. 3 bis Fig. 5, in denen die Brechungsindexverteilung einmal für den VAD-Prozeß, Dampfphasen-Axialauftragungsprozeß) wiedergeben ist, in denen weiterhin ein Ausführungsbeispiel der für die Druchführung des mit der Erfindung geschaffenen Herstellungsverfahrens zu verwendenden Brennerkonstruktion wiedergegeben ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ehtspricht die Brechungsindexverteilung in dem unter Verwendung des VAD-Prozesses ("Dampfphasen-Axi alauttragungsprozesses) hergestellten transparenten Glasstab oder Glasstrang von der Mittelachse ausgehend bis hin in die !Nähe des äußeren Umfanges der idealen Brechungsindexver-

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teilung, wohingegen im Umfangsbereich des so erzeugten transparenten Glasstabes oder Glasstranges die Urechungsindexverteilung eine trichterförmig nach außen führende Ausführung aufweist und weit davon

entfernt ist, der idealen und mit gestrichelten Linien wiedergegebenen Brechungsindexverteilung aus Fig. 3 zu entsprechen. Bei Anwendung des mit der Erfindung geschaffenen Verfahrens für die Herstellu lung von stangenförmigen oder strangförmigen Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterial wird der äußere Umfangsteil, in dem es einenen großen Unterschied zwischen der vorhandenen Brechungsindexverteilung und der idealen Brechungsindexverteilung gibt.entfernt, entweder durch spanende Bearbeitung oder durch chemische Auflösung, wie dies mit Fig. 4 wiedergegeben ist. Der äußere Umfangsteil des transparenten Glasstabes oder Glasstranges wird normalerweise in einer Dicke von mehr als 30 ,um abgeschnitten oder abgeschält, (und der transparente Glasstab oder Glasstrang hat in diesem Falle einen Außendurchmesser von rund 20 mm). Vorzugsweise sind wegen des Brechungsindexes (1.458) des später aufzubringenden Quarzglasmaterials 0.15 % des äußeren Umfangsteiles abzunehmen - verglichen mit dem Brechungsindex von geschmolzenem Quarz vorzugsweise weniger als 0.1 % und mehr als 0.03 %.

Ist die Dicke des abgenommenen äußeren Unifangsteiles kleiner als der zuvor angeführte Wert, dann bleibt im äußeren UmfangsteiT der große Unterschied

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zwischen der vorhandenen Brechungsindexverteilung und der idealen Brechungsindexverteilung bestehen, was sich wiederum erschwerend auswirkt, wenn eine optische Lichtleiterfaser mit einem breiten Übertragungsband hergestellt werden soll. Ist der weggenommene oder weggeschnittene äußere Umfangsteil jedoch dicker als der zuvor angeführte Wert, dann entsteht dadurch eine starke Differenz zwischen dem Brechungsindex der äußeren Umfangsschicht des abgeschälten transparenten Glasstabes oder Glasstrang und dem Brechungsindex der Quarzglas-Schutzschicht, die später aufgetragen wird, was wiederum eine starke Diskontinuität in der Brechungsindex-Verteilung zwischen ihnen verursacht und sich auf die Herstellung einer optischen Lichtleiterfaser mit breitem Übertragungsband erschwerend auswirkt.

Zu dem mit dieser Erfindung geschaffenen Herstellungsverfahren für strangförmiges oder stangenförmiges Lichtleiterfaser-Ausgangsmaterial gehören die Arbeitsvorgänge des des transparenten Glasstabes oder Glasstranges, von dem die nicht notwendigen äußeren Umfangsteile durch spanende Bearbeitung oder durch chemische Ablösung entfernt worden sind, noch vor dem Aufbringen des schützenden Quarzglasmaterials auf dessen äußere Umfangsfläche, wobei dann auch diese Fläche geglättet wird. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß Luft in den unzählichen Ausnehmungen oder Hohl räumen, die durch die spanende oder chemische

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entstanden sind, eingeschlossen werden kann, wenn das schützende Quarzglasmaterial aufgebracht wird. [)as Flammenpolieren kann mit einer reinen Oxy- Wasserstoff-Flamme durchgeführt werden, vorzugs weise wird das Flammenpolieren aber mit einer Oxy-Wasserstoff-Flame durchgeführt, in der normale Dotierungsstoffe, die Ge, P, B und dergleichen mehr enthalten, existent sind. Das hat zur Folge, daß eine Veränderung im Brechungsindex des äußeren Umfanges des transparenten Glasstabes oder Glasstranges wegen des Flammenpolierens mit der Oxy-Wasserstoff-Flame stattfinden kann.

Nachstehend soll nun das mit der Erfindung geschaffene Herstellungsverfahren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in aller Ausführlichkeit beschrieben und erläutert werden:-

Ein mit Flammruß getrübtes oder geschwärztes Glaselement - dieses Glaselement 6 mit einer Länge von 80 cm und einer Dicke von 50 mm - ist mit der VDA-Vorrichtung (Vorrichtung für die Dampfphasen-Axialauftragung) nach Fig. 2 hergestellt worden. Der bei diesem Verfahren verwendete Brenner 7 hatte ein fünffach unterteiltes Brennerrohr, und über die jeweils zutreffenden einzelnen Brennerrohröffnungen ist vom Mittelrohr aus zu den Außenrohren hin ein Gasgemisch aus SiCl^ und GeCl^ sowie ein SiCl₄-GaS, ein Hg-Gas, ein Ar-Gas und ein O₂-GaS zugeführt, worden. Sodann wurde das derart her gestellt und mit Flammruß getrübte Gl aseleme.nt 6

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in einen Zylinderofen eingesetzt und durch diesen Ofen mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/h bei einer Temperatur von 1500° C hindurchgeführt. In diesem zylindrischen Ofen wurde ein mit Flammruß getrübtes Glaselement 6 in einen transparenten Glasstab oder Glasstrang umgewandelt. Im Zylinderofen wurde lin d>iesem Falle mit einer Helium-Atmosphäre gearbeitet, in der 4 % SOCl₂ enthalten waren Nach dem Ofenprozeß wurde der äußere Umfangsteil des derart hergestellten transparenten Glasstabes oder Glasstranges gleichmäßig abgeschnitten und in der Dicke um 50 ,um verringert. Zu diesem Zeitpunkt war der Brechungsindex der äußeren Umfangs- fläche des Glasstabes/Glasstranges um 0.08 % größer als jener der Quarzschmelze. Nunmehr wurde der äußere Umfang des derart abgeschälten Glasstabes oder Glasstranges mit Flammenpolieren behandelt. Schließlich wurde ein aus Quarzglas be- stehendes Schutzrohr, das separat hergestellt worden war, derart über den Glasstab/Glasstrang gezogen: und durch Erwärmen auf einen kleineren Durchmesser gebracht, daß dadurch ein stangenförmiges oder strangförmiges Ausgangsmaterial für eine op tische Lichtleiterfaser entstand. Das Ausgangs material - stangenförmig oder strangförmig, das auf diese Weise hergestellt worden war, wurde in Anwendung eines üblichen Verfahrens heißversponnen, wobei eine optische Lichtleitfaser mit einem Außendurchmesser von 125,um und mit einem

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Kerndurchmesser von 50,um entstand. Diese optische Leichtleiterfaser hatte mit Licht von einer Wellenlänge von 1.31 ,um die nachstehend angeführten optischen Eigenschaften: - einen Übertragungverlust von 0.8 kB/km und vorzugsweise eine Bandbreite von 6.7 GHzkm.

Zum Vergleich wurde mit Ausnahmen des Wegschneidens und Entfernens von 50 ,um des äußeren Umfangsteiles des Glasstabes/Glasstranges unter den gleichen Bedingungen eine andere optische Lichtleiterfaser hergestellt. Diese optische Lichtleiterfaser hatte mit einem Übertragungsverlust von 1.2 dB/km und einer Bandbreite von 0.8 GHzkm schlechtete optische Eigenschaften als dies bei der Lichtleiterglasfaser der Fall war, die unter Anwendung der Erfindung hergestellt worden war.

Ein transparenter Glasstab oder Glasstrang, der unter Anwendung des mit Beispiel Nr. 1 dargestellten Verfahrens hergestellt worden war, wurde für die Dauer von 40 Minuten in konzentriertes Fluorsäurenwasser eingetaucht, was dann ein Auflösen und Entfernen des äußeren Umfangsteiles des auf die vorerwähnte Weise hergestellten Glasstabes oder Glasstranges bewirkt. Bei diesem Vorgang wurde der äußere Umfang in einer Dicke von 40,um vom Glasstab/Glasstrang abgenommen und entfernt. Der Brechungsindex der derart behandelten äußeren Umfangsflache des Glasstabes/Glasstranges war um 0.05 % größer als jener (1.458) der Quarzschmelze.

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Sodann wurde ein Schutzrohr aus Quarzglas über den Außenumfang des in der vorerwähnten Weise behandelten Glasstabes oder Glasstranges gezogen. Dieses Quarzglas Rohr wurde erwärmt und im Durchmesser verringert, was wiederum zur Folge hatte, daß dadurch ein stangenförmiges oder strangförmiges Ausgangsmaterial für eine optische Lichtleiterglasfaser hergestellt, worden war. Aus dem Ausgangsmaterial wurde schließlich eine optische Lichtleiterglasfaser mit einem Außendurchmesser von 125 »um und mit einem Kerndurchmesser von 50 ,um in einem üblichen Herstellungsverfahren und unter Anwendung einer gewöhnlichen Spinnmaschine hergestellt. Die derart herge- stellte optische Lichtleiterglasfaser zeigte an optischen Übertragungseigenschaften vorzugsweise einen Übertragungsverlust von 0.81 dB/km und eine Bandbreite von 4.3 GHzkm.

Noch vor dem Aufbringen eines Schutzrohres aus

Quarzglass auf den Aiiißenumfang des transparenten Glasstabes oder Glasstranges - dies unter Anwendung des konventionellen Verfahrens - wurde der Glasstab oder Glasstrang zwecks Reinigung seiner äußeren Umfangsflache für die Dauer von 5 Minuten bis 10 Minuten in Fluorsäurewasser eingetaucht.

Zum Vergleich wurde ein unter den gleichen Bedingungen hergestellter transparenter Glasstab oder Glasstrang für die Dauer von 10 Minuten in konzentriertes Fluorsäurewasser eingetaucht, was eine Reinigung der äußeren Umfangsf lache des Glas,stabes

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oder Glasstranges zur Folge hatte. Vom äußeren Umfangsteil des Glasstabes oder Glasstranges wurde Material in einer Dicke von 10 .u gelöst und mit dem konzentrierten Fluorsäurewasser entfernt, und das lag - verglichen mit dem Brechungsindex des geschmolzenen Quarzes - innerhalb von 0.02 %. Quarz glasmaterial wurde auf den äußeren Umfang des derart gereinigten Glasstabes/Glasstranges auf dessen äußere Umfangsflache derart aufgebracht, wie dies in den Arbeitsvorgängen des zuvor durchgeführten Verfahrens der Fall war, das Resultat war dann ein strangförmiges oder stangenförmiges Ausgangsmaterial für eine optische Lichtleiterglasfaser.

Bei Licht mit einer Wellenlänge von 1.31 ,um wies diese optische Lichtleiterglasfaser optische Eigenschaften auf, die mit einem Übertragungsverlust von 0.98 dB/km und einer Bandbreite von 0.95 GHzkm schlechter waren als bei der Licht leiterglasfaser, die in Anwendung des mit der Erfindung geschaffenen Verfahrens hergestellt worden war.

Wurde - verglichen mit dem Brechungsindex des geschmolzenen Quarzes - der äußere Umfangsteil des unter Anwendung des Herstellungsverfahrens nach Beispiel 1 hergestellten Glasstabes oder Glasstranges bis zu einer Dicke von 0.17 % weggeschnitten oder weggenommen und wurde aus dem derart hergestellten strangförmiigen oder stangen förmigen Ausgangsmaterial eine optische Licht leiterglasfaser hergestellt, dann waren die op-

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tischen Eigenschaften dieser Lichtleiterglasfaser gegenüber jenen einer Faser die mit dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt worden ist, bei Licht mit einer Wellenlänge von 1.31 ,um mit einem Übertragungsverlust von 0.83 dB/km und einer Bandbreite von 0.9 GHzkm sehr viel schlechter.

Die bisher gegebene Spezifikation zeigt, daß ein strangförmiges oder stangenförmiges , flammruß getrübtes Glaselement mit - von der Mittelachse ausgehend zur äußeren Umfangsflache hin - graduelle unterschiedlichen Konzentrationen deswegen hergestellt wird, weil zu dem beschriebenen Herstellungsverfahren die nachstehend angeführten Ar- beitsvorgänge gehören:- das Einführen eines Gases und dessen Oxydationsreaktion zu einem als Glastrübung verwendeten Flammruß sowie eines Gases, das zur Veränderung des Brechungsindexes im Glas durch Reaktion in der Flamme zu einem Dotierungs-.

mittel wird; das nacheinander in Längsrichtung des Glaselementes, das das Dotierungsmittel enthält, erfolgende Akkumilieren , wordurch ein flammrußgetrUbtes Glaselement entsteht, das von der Mittellinie aus zu den äußeren Umfang hin Dotierungen in unterschiedlich und graduell abgestuften Mengen aufzuweisen hat; sodann das Erhitzen und Sintern des getrübten Glaselementes, was wiederum zur Folge hat, daß dadurch ein transparenter Glasstab oder Glasstran entstehtn, dessen

Brechungsindex von der Mittellinie ausgehend zur

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Umfangsflache hin allmählich kleinere Werte annimmt und hat; daraufhin das Aufbringen von Quarzglasmaterial auf die äußere Umfangsflache des derart herge- stellten GTasstabes oder Glasstranges; schließlich das Heißspinnen des strangförmigen oder stangenförmigen Ausgangsmateriales und dadurch das Herstellen einer optischen Lichtleiterglasfaser, und zwar dadurch, daß der äußere Umfangsteil des durch erhitzen und Sintern des gterübten Glaselementes hergestellten transparenten Glasstabes oder Glasstranges in einem Bereich von 0.15 % abgenommen und entfernt wird, woraufhin dann auf die äußere. Umfangsflache eine Quarzglasschicht aufgebracht wird. Der gesamte Kern des mit diesem Verfahren hergestellten strangförmigen oder stangenförmigen Glasfaser-Ausgangsmaterial zeigt schließlich eine Brechungsindexverteilung, die geradezu ideal ist, weil der konisch ausgeweitete Teil entfernt wor den ist. Und dies mit einem Ergebnis, daß die durch das Heißspinnden des auf vorerwähnte Weise hergestellten Ausgangsmaterials hergestellte Lichtleiterglasfaser eine sehr große Übertragungsbandbreite als Vorteil dieser Erfindung aufzuwei- sen hat.

Claims

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Nippon Telegraph + Telephone Public Corp., The Furikawa Electric Co. Ltd., Tokyo

Patentansprüche:-

1. Verfahren zur Herstellung von strangförmigen oder stangenförmigen Ausgangsmaterial für eine optische Lichtleiterglasfaser, dadurch gekennzeichnet, daß zu diesem Verfahren die nachstehend angeführ ten Einzelschritte gehören:-

die Zuführung eines Gases, das durch eine Oxydation in für die Glastrübung bestimmten Flammenruß für die durch eine Oxydationsreaktion herbeigeführte optische Leitfaser werden kann sowie Zuführung eines Gases, das durch eine

Oxydationsreaktions in einer.Flamme zu einem

Dotierungsmittel für die Veränderung des Bre- β

chungsindexes im Glas werden kann; ^

das nacheinander erfolgende Akkumulieren des

Glastrübungsmittels, das das Dopant enthält,

in Längsrichtung und dadurch Herstellung eines stangenförmigen/strangförmigen und eine Trübung .aufweisenden Glaselement mit einer unterschiedlichen Dotierungskonzentration, die aus- gehend von der Mittellinie des Glaselementes zur äußeren Umfangsflache hin graduell schwächer und kleiner wird;

dann das Erhitzen und Sindern des getrübten Glaselementes, wobei ein transparenter Glasstab oder Glasstrang entsteht, dessen Brechungs-

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von der Mittellinie aus zur äußeren Umfangsfläche hin allmählich und graduell kleinere Werte aufzuweisen hat;

das Aufbringen von Quarzglasmaterial auf die

äußere Umfangsflache des in der vorerwähnten Weise hergestellten GTasstabes oder Glasstranges und dann das Heißverspinnen des in der vorerwähnten Weise hergestellten strangförmi gen oder stangenförmigen Ausgangsmaterials zur

Herstellung einer optischen Lichtleiterglasfaser;

das Entfernen und Abnehmen von einem Teil des transparenten Glastabes oder Glasstranges, der durch Erhitzen und Sintern hergestellt worden ist, innerhalb einer Größenordnung von 0.15 %

und damit auch das Wegnehmen der sich nach außen öffnenden konischen Teile im Brechungsindex;

schließlich auch noch das Aufbringen von Glasmaterial darauf.

. 2. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß sich der Arbeitsvorgang der Quarzglasbeschichtung auf den Außenumfang des transparenten Glasstabes oder Glasstranges, dessen äuße- re Umfangsflache in einer vorgegebenen Dicke

weggenommen und entfernt worden ist, sich aus den nachstehend angeführten einzelnen Be- · arbeitungsschritten zusammensetzt:-

das Aufziehen und Aufbringen eines aus Quarzglas bestehenden Rohres, dessen Innendurch-

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messer größer als der Außendurchmesser des vorerwähnten Glasstabes oder Glasstranges ist, auf den transparenten Glasstab oder Glasstrang;

schließlich auch noch das Schmelzen des Glasrohres und das Verkleinern des Durchmessers

dieses Glasrohres.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen des Quarzglasmaterials auf den Außenumfang, des in seinem Aueßnumfangs

teil teilweise abgeschälten transparenten Glasstabes oder Glasstranges in einer vorgegebenen Dicke die nachstehend angeführten einzelnen Bearbeitungsschritte gehören:-

Auftragen oder Aufbringen der Glastrübung

oder Glasschwärzung auf den Außenumfang des zuvor angeführten Glasstabes oder Glasstranges;

dann schließlich das Erhitzen und Sintern der Glastrübung oder Glastrübung derart, daß dabei ein transparenter Glastrang oder Glasstab

entsteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der äußere Umfangsteil des durch Erhitzen und Sintern entstandenen trans

parenten Glasstabes oder Glasstranges abgenommen oder weggenommen wird, eine solche Wegnahme in einer Größenordnung von 0.15 % bis 0.03 % stattfindet. ·

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu ihm weiterhin vor dem Weggenehmen und

Entfernen des vorgegebenen Teiles des Außen-

umfanges des transparenten Glasstabes oder Glasstranges noch der Vorgang des Flammenpolierens gehört, der noch vor dem Aufbringen des Quarzglasmaterials auf den Außenumfang

des Stabes/Stranges durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, . dadurch gekennzeichnet, daß beim Flammenpolieren mit einer ausschließlich Oxy-Wasserstoff-Flamme gearbeitet wird, mit einer Oxy-Wasserstoff-Fl amme in denen

normale Dotierungs-Rohstoffe wie Ge, P oder B vorhanden sind.