DE69212922T2

DE69212922T2 - Verfahren zum Herstellen einer polarisationserhaltenden, optischen Monomodenfaser

Info

Publication number: DE69212922T2
Application number: DE69212922T
Authority: DE
Inventors: George Edward Berkey; Robert Martin Hawk; Steven Howard Tarcza
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1991-07-11
Filing date: 1992-01-20
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2012-01-21
Also published as: ES2090370T3; TW226045B; KR930002848A; EP0522229B1; JP3292889B2; JPH05246733A; US5149349A; KR100291888B1; AU1866992A; AU648181B2; CA2060016A1; CA2060016C; EP0522229A1; DE69212922D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von polarisationserhaltenden optischen Monomodenfasern (PRSM), und insbesondere die Herstellung von Vorformen, aus denen Fasern mit elliptisch geformten Kernen gezogen werden können.
Bei vielen Anwendungen von optischen Monomodenfasern, beispielsweise Gyroskopen, Sensoren und dergleichen, ist es wesentlich, daß das sich ausbreitende optische Signal die Polarisationseigenschaften des Eingangslichts in Anwesenheit externer depolarisierender Störungen beibehält. Dies erfordert, daß der Wellenleiter eine Azimuthal-Asymmetrie des Brechungsindexprofils aufweist.
Eine der ersten Techniken, die zur Verbesserung der Polarisationsleistungsfähigkeit von Monomodenfasern verwendet werden, bestand darin, die Symmetrie des Kerns zu verzerren. Eine derartige optische Faser ist in der Veröffentlichung von V. Ramaswamy et al., "Influence of Noncircular Core on the Polarizsation Performance of Single Mode Fibers", Electronic letters, Band 14. Nr. 5, S. 143-144, 1978, offenbart. Diese Veröffentlichung berichtet, daß an derartigen Fasern durchgeführte Messungen zeigten, daß die nicht kreisförmige Geometrie und die zugehörige spannungsinduzierte Doppelbrechung alleine nicht ausreichten, um die Polarisation in Monomodenfasern beizubehalten.
Faserkerne mit einem relativ hohen Seitenverhältnis (aspect ratio) sind erforderlich, um adäquate polarisationserhaltende Eigenschaften zu erzielen. Ein hohes Kern-/Hüllen-A verbessert ebenfalls diese Eigenschaften. Techniken, die zur Verbesserung der Kernelliptizität entwickelt wurden, unterliegen verschiedenen Nachteilen. Einige Techniken sind aufgrund ihrer Komplexität kommerziell nicht akzeptabel. Doppeltigeltechniken führen zu Fasern mit relativ hoher Abschwächung. Einige Techniken verwenden sehr weiche Gläser für bestimmte Faserabschnitte, und diese weichen Gläser sind für die Lichtausbreitung bei langen Wellenlängen ungünstig, wo das Kernglas normalerweise eine extrem geringe Abschwächung erfahren würde. Weiche Gläser können außerdem das Schmelzspleißen von Fasern komplizieren, weil das weiche Glas zu leicht fließt, wenn die Fasern während des Spleißvorgangs erwärmt werden.
In Übereinstimmung mit dem in der JP-A-03016929 offenbarten Verfahren wird ein zylindrischer optischer Faserziehrohling zubereitet, der einen durch Umhüllungsglas umschlossenen Kern aufweist. Zwei Löcher werden axial in die Hülle auf gegenüberliegende Seiten des Kerns gebohrt. Der Ziehrohling wird erwärmt und eine Faser mit einem Kern elliptischen Querschnitts wird gezogen. Die Löcher verschließen sich während entweder des Erwärmungs- oder Ziehschritts.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Herstellen von optischen PRSM-Fasern zu schaffen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein PRSM-Faserherstellungsverfahren zu schaffen, das relativ leicht ausführbar ist und Gläser verwenden kann, welche die Lichtabschwächung nicht ungüngstig beeinflussen. Noch eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das PRSM-Fasern erzeugen kann, deren Außenflächen abhängig von den Erfordernissen des speziellen Produkts entweder rund oder abgeflacht sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer polarisationserhaltenden optischen Monomodenfaser geschaffen, umfassend die Schritte:
Bilden eines zylinderförmigen Ziehrohlings mit Längsöffnungen auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Kerns und Ziehen des Ziehrohlings zur Bildung einer optischen Faser mit festem Querschnitt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehrohling durch folgende Schritte gebildet wird:
Bilden von Längsnuten auf diametral gegenüberliegenden Seiten einer zylinderförmigen Kernvorform mit einem Glaskern, der durch Hüllenglas umgeben ist,
Abscheiden von Glaspartikeln auf der Außenfläche des Glasrohrs, Einführen der Kernvorform in das Glasrohr, und
Erwärmen des resultierenden Aufbaus zur Verfestigung der Partikel, wodurch auf das Rohr eine radial einwärts gerichtete Kraft ausgeübt wird, die das erwärmte Rohr dazu veranlaßt, auf die Kernvorform zu schrumpfen und mit dieser zu verschmelzen, wodurch ein verfestigter Aufbau mit Längsöffnungen gebildet wird, die parallel zum Kern verlaufen.
Die Querschnittsabmessung der Öffnungen kann durch anfängliches Formen der Öffnungen mit kleinerer Abmessung als der erwünschten und darauffolgendes Vergrößern der Querschnittsfläche der Öffnungen präzise gesteuert werden, während ihre Abmessungen geprüft werden. Eine Öffnungsvergrößerung kann durch Fließenlassen eines Ätzmittels durch sie hindurch ausgeführt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Vorform, aus welcher eine elliptische Kern-PRSM-Faser gezogen werden kann.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm des Ziehens einer PRSM- Faser aus der Vorform von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer durch das vorliegende Verfahren hergestellten PRSM-Faser.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer mit Nuten versehenen Kernvorform.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm des Ziehens eines Stabs aus der mit Nuten versehenen Kernvorform von Fig. 4.
Fig. 6 zeigt das Auftragen einer Beschichtung aus Glasteilchen auf ein Glasrohr.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht der Verfestigung und des Schmelzens eines ersten Aufbaus.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang den Linien 8-8 von Fig. 7.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht einer Vorform, die aus dem Verfestigungs-/Schmelzschritt resultiert, der in Fig. 7 gezeigt ist.
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht des Ätzmittelumlaufs durch die Vorformöffnungen.
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht der Auftragung erster und zweiter Schichten aus porösem Glas auf einen Dorn.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es wird bemerkt, daß die Zeichnungen die Erfindung beispielhaft und symbolisch zeigen, und daß keine Absicht besteht, die Größe oder relative Proportionen der darin gezeigten Elemente anzugeben.
Ein Ziehrohling 10 von Fig. 1, aus dem eine PRSM-Faser gezogen werden kann, hat Kern- und Hüllenbereiche 11 bzw. 12. Die Kernund Hüllenbereiche können aus herkömmlichen Materialien gebildet sein, die bei der Bildung optischer Wellenleiter verwendet werden. Die Dicken(salient)-Eigenschaften dieser Materialien sind so, daß der Brechungsindex des Kernmaterials größer sein muß als derjenige des Hüllenmaterials, und daß beide Materialien bei den Wellenlängen, bei denen der Wellenleiter eingesetzt werden soll, niedrige Verluste aufweisen muß. Lediglich beispielhaft kann ein Kernbereich 10 aus reinem Silika oder Silika bestehen, das ein oder mehr Dotierstoffe enthält, welche den Brechungsindex desselben erhöhen.
Der Bereich 11 kann aus reinem Silika bestehen, aus Silika, das eine geringere Menge an Dotierstoff wie der Kernbereich 11 enthält, oder aus Silika, das ein oder mehrere Dotierstoffe, von denen wenigstens einer ein Oxid eines Elements, wie beispielsweise Bor oder Fluor ist, das den Brechungsindex von Silika erniedrigt. Obwohl Silika ein bevorzugtes Ausgangsglas ist, weil es bei Nutzwellenlängen geringen Verlust aufweist, können andere Ausgangsglasmaterialien wie Silika verwendet werden.
Öffnungen 13 erstrecken sich in Längsrichtung durch den Rohling 10 parallel zum Kernbereich 11. Während die Öffnungen 13 mit kreisförmigem Querschnitt gezeigt sind, kann die Querschnittskonfiguration halbmondförmig, D-förmig oder dergleichen sein. Jede Form, die zu der gewünschten Querschnittserweiterung des Kerns während des Faserziehens führt, wird als geeignet erachtet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Ziehrohling 10 in einem herkömmlichen Ziehofen angeordnet, wo Ziehelemente 17 die Faser 15 vom Bodenabschnitt des Rohlings 10 ausziehen, der durch Heizelemente 16 auf die Ziehtemperatur erwärmt wird. Die Öffnungen 13 zeigen eine Neigung, sich als Funktion der Ziehgeschwindigkeit und der Glasviskosität zu verschließen. Die Viskosität der Ziehrohlingwurzel, ausgehend von welcher die Faser gezogen wird, hängt von der Ofentemperatur und der Glaszusammensetzung ab. Wenn die Viskosität des erwärmten Bereichs des Rohlings ausreichend niedrig und die Ziehrate ausreichend niedrig ist, verschließen sich die Öffnungen 13 natürlich während des Ziehvorgangs. Da sich die Öffnungen leichter verschließen, wenn sie evakuiert sind, kann die Ziehgeschwindigkeit durch Befestigen eines Vakuumanschlusses 18 am oberen Ende des Rohlings erhöht werden. Vakuum reduziert auch die Möglichkeit einer Kernkontamination durch Hydroxylgruppen während des Hochtemperatur- Faserziehschritts.
Wenn sich die Öffnungen 13 schließen, werden sie durch umgebendes Glas ersetzt. Wenn das Glas mit kleineren Radien als die Öffnungen radial heraus in die Öffnungen fließt, wird der Kernbereich 11 im Querschnitt erweitert. Die resultierende PRSM- Faser 15, deren Querschnitt die Hülle 22 und den länglichen Kern 21 enthält, ist in Fig. 3 gezeigt.
Die Elliptizität oder das Seitenverhältnis des Ellipsenkerns ist das Verhältnis seiner Hauptachse zu seiner Nebenachse in einer Ebene senkrecht zur Faserachse. Kerne mit variierendem Elliptizitätsgrad können abhängig von der Größe der Öffnungen 13 und dem Abstand zwischen diesen Öffnungen und dem Kern hergestellt werden. Es wird angenommen, daß im Ziehrohling 10 von Fig. 1 die Öffnungen 13 eine Querschnittsfläche A und einen Abstand 5 zwischen jeder Öffnung und dem Kern 11 aufweisen. Es wird ferner angenommen, daß diese Parameter zu einer Kernelliptizität von X:1 führen. Wenn 5 vergrößert wird, und wenn sämtliche anderen Paramter dieselben bleiben, wird die Faserkernelliptizität kleiner als X:1. Wenn A vergrößert wird, und wenn sämtliche anderen Parameter dieselben bleiben, wird die Kernelliptizität größer als X:1. Geeignete Werte für die Elliptizität können mit Werten für A und 5 erhalten werden, die ausreichend klein sind, so daß die gezogene Faser die kreisförmige Form der Vorform beibehält. Kreisförmige Fasern sind für bestimmte Anwendungen bevorzugt.
Die Elliptizität kann bei manchen Abständen, die geringfügig größer als 5 sind, und bei einer Querschnittsfläche, die geringfügig größer als A ist, auch X:1 betragen. Bei einem bestimmten Wert von 5 und bei einem entsprechenden Wert von A, die erforderlich sind, um die erwünschte Elliptizität zu erreichen, beginnt jedoch die Vorform mit einem derartigen Ausmaß einwärts zu kollabieren, daß die Faser unrund wird. Dieses Merkmal kann für bestimmte Anwendungen zweckmäßig sein; beispielsweise kann die Außenfläche der Faser verwendet werden, um die Richtung der Hauptachse des Kerns auszurichten.
Die Öffnungen 13 müssen parallel zu dem Kern verlaufen und sie müssen bezüglich des Durchmessers und des Radius über die gesamte Längsachse des Ziehrohlings 10 gleichförmig sein, wenn die Faser 15 über ihre gesamte Länge gleichmäßige Eigenschaften haben soll. Jede herkömmliche Technik, die diese Erfordernisse erfüllt, kann verwendet werden, um die Öffnungen zu bilden. Die britische Patentanmeldung GB-2 192 289 lehrt zwei Techniken zur Bildung von Längslöchern in einer Vorform auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns:
(1) die Löcher können mit einem Diamantbohrer gebohrt werden.
(2) Eine Kernvorform mit gegenüberliegenden eingeebneten Seiten wird in einem Zentrum eines Glasrohrs angeordnet, und zwei Glasstäbe werden auf gegenüberliegenden Seiten der Kernvorform angeordnet, wobei zwei gegenüberliegende ungefüllte Bereiche zwischen der Kernvorform und dem Rohr verbleiben. Der resultierende Aufbau wird gezogen, um seinen Durchmesser zu reduzieren, und um die Glaselemente zu veranlassen, miteinander zu verschmelzen, um einen Gegenstand zu bilden, der einen massiven Querschnitt mit Ausnahme von zwei gegenüberliegenden beilförmigen Löchern aufweist, die den ungefüllten Bereichen entsprechen.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Ziehrohlings 10 ist in den Fig. 4 bis 10 gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird anfänglich eine Glasmonomodenkernvorform 30 bereitgestellt, d.h. eine Vorform, bei welcher das Verhältnis des Kerndurchmessers 31 zum Durchmesser der Hülle 32 größer ist als dasjenige, das zum Ziehen einer Monomodenfaser aus der Vorform erforderlich ist. Um aus einer derartigen Kernvorform eine optische Monomodenfaser zu bilden, wird sie herkömmlicherweise mit zusätzlichem Hüllenglas umhüllt, um das gewünschte Verhältnis des Kerndurchmessers zum Hüllendurchmesser zu erzeugen. Die Vorform 30 kann durch eine beliebige bekannte Technik hergestellt werden, wie beispielsweise modifiziertes chemisches Dampfabscheiden (MCVD), Dampfaxialabscheiden (VAD) und Außendampfabscheiden (OVD). Das Brechungsindexprofil des Kerns kann stufenartig, abgestuft oder dergleichen sein.
Sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 34 werden in der Hülle 32 auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns 31 beispielsweise mittels Schleifen, Sägen oder dergleichen gebildet. Nach dem Schleifvorgang wird die mit Nuten versehene Vorform bevorzugt geätzt und gespült, um partikelförmiges Material zu entfernen. Wenn der Durchmesser der mit Nuten versehenen Kernvorform für die darauffolgende Verarbeitung zu groß ist, wird sie in die Vorrichtung von Fig. 5 eingesetzt, einen herkömmlichen Ziehofen, wo ihre Spitze durch die Einrichtung 38 erwärmt wird. Ein Ende eines Silikastabs 39 wird auf das untere Ende der Vorform geschmolzen, und das andere Ende des Stabs wird durch die motorgetriebene Ziehelement 40 erfaßt. Ein mit Nuten versehener Stab 41 mit einem Kern 31', einer Hülle 321 und Längsnuten 34' wird gezogen.
Ein Ende 49 des Hüllenrohrs 47 wird angespitzt, wie in Fig. 7 gezeigt, und ein Glasstopfen 50 wird an das anspitzte Ende angeschmolzen. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden die Enden des Rohrs 47 daraufhin in einer Drehmaschine angebracht, wo es in Drehung versetzt und in Bezug auf eine Rußabscheidungseinrichtung 45 verschoben wird. Teilchen 46 aus Glasruß werden auf dem Rohr 47 abgeschieden, um eine Beschichtung 48 aufzubauen. Der Ruß 46 hat bevorzugt dieselbe Zusammensetzung wie das Rohr 47.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird ein Abschnitt 42 des mit Nuten versehenen Stabs 41 in das Ende des Rohrs 47 hinein, gegenüberliegend zum zugespitzten Ende 49 eingeführt, bis es das zugespitzte Ende kontaktiert, wodurch ein Aufbau 52 gebildet wird. Das Ende 54 des Rohrs 47 wird zugespitzt und daraufhin an einen Handgriff 55 geschmolzen. Während der Aufbau 52 in den Muffelverfestigungsofen 51 abgesenkt wird, strömt Trocknungsgas aufwärts durch den Muffelofen (Pfeile 53). Das Trocknungsgas umfaßt herkömmlicherweise ein Gemisch aus Chlor und einem inerten Gas, wie beispielsweise Helium.
Wenn sich die Rußbeschichtung 48 verfestigt, übt sie auf das Rohr 47 eine radial einwärts gerichtete Kraft aus, wodurch dieses Rohr einwärts gegen den Abschnitt 42 gedrängt wird. Ruß niedrigerer Dichte erzeugt eine größere Kraft. Die Rußbeschichtung muß jedoch ausreichend dicht sein, um ein Reißen zu verhindern. Wie in Fig. 9 gezeigt, umfaßt der resultierende verfestigte Aufbau 58 einen Kern 31', der durch eine Hülle 59 umgeben ist. Der ursprüngliche Hüllenbereich 32' und das Rohr 47 werden an der strichlierten Linie 60 vollständig verschmolzen. Die poröse Glasbeschichtung 48 ist vollständig verfestigt worden und auf das Rohr 47 geschmolzen, wie durch die strichlierte Linie 61 gezeigt. Die Nuten 34' haben Öffnungen 57 erhalten, die parallel zur Längsachse des Aufbaus 58 verlaufen.
Nach der Verfestigung wird das Bodenende des Aufbaus 58 abgeschnitten, um eine Endfläche 63 zu bilden (Fig. 10). Der verfestigte Aufbau 58 kann direkt in die Faser hineingezogen werden, wenn die Querschnittsflächen der Öffnungen 57 ausreichend groß sind. Wenn die Querschnittsflächen der Öffnungen 57 zu klein sind, können sie dadurch vergrößert werden, daß flüssiges Ätzmittel, wie beispielsweise HF, durch sie hindurchströmen gelassen wird. Das Ätzmittel wird aus einem Vorratsbehälter 56 in ein Rohr 62 hineingepumpt, das am Handgriffabschnitt 55 des verfestigten Aufbaus 58 befestigt ist. Das Ätzmittel strömt durch die Öffnungen 57 und, wie durch Pfeile 67 gezeigt, fließt es in den Behälter 56 zurück, von wo es erneut durch eine Pumpe P wieder umgewälzt wird. Der Aufbau 58 kann periodisch aus der Ätzvorrichtung entnommen und mit einer spitz zulaufenden Schablone gemessen werden, um die Größe der Öffnungen zu bestätigen.
Bei einem alternativen Öffnungsätzverfahren wird die verfestigte Vorform in einen Verfestigungsmuffelofen abgesenkt, während ein Ätzgas, wie beispielsweise NF&sub3;, SF&sub6; oder dergleichen durch den Handgriff in die Oberseite des Rohrs 47 und durch die Öffnungen 34' strömt, wodurch die Öffnungswände geätzt und vergrößert werden. Das Ätzmittel SF&sub6; ist deshalb bevorzugt, weil es langsamer wirkt, wodurch eine bessere Kontrolle möglich ist. Ein bevorzugter Ofen für diesen Prozeß ist der Verfestigungsabtastofen, der im US-Patent Nr. 4 741 748 beschrieben ist. Dieser Ofen ist in der Lage, eine scharfe Heizzone bereitzustellen, und seine Temperatur ist leicht einstellbar. Die Größe der Öffnung, die durch den Ätzprozeß gebildet wird, hängt von der Temperatur, der Ätzströmungsgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit ab, mit welcher sich die Heizspule aufwärts entlang der Vorform vorwärts bewegt.
Der resultierende Ziehrohling wird in einem Ziehofen eingeführt, und ein Vakuumanschluß wird am Handgriff 55 angeschlossen. Das untere Ende des Rohlings wird daraufhin abgedichtet; dies kann durch Erwärmen des Endes des Rohlings und Abtropfenlassen eines Überstands davon bewirkt werden. Die Öffnungen werden daraufhin evakuiert und die Faser wird gezogen.
Die kombinierten Dicken des Rohrs 47 und der Rußbeschichtung 48 reichen dazu aus, daß dann, wenn diese Glasschichten mit der Dicke der Vorformhüllenschicht 32 kombiniert werden, die resultierende optische Faser die gewünschten Monomodeneigenschaften aufweist. Die Dicke der Hüllenschicht 32 reicht aus, um die Öffnungen 34' unter dem richtigen Abstand vom Kern 31' anzuordnen. Dieser Abstand hängt vom gewünschten Seitenverhältnis des resultierenden Faserkerns ab.
Anstatt eine Rußbeschichtung 48 zu verwenden, um die notwendige Kraft auszuüben, durch die eine vollständiges Einschmelzen des Rohrs 47 an die Vorform 30 verursacht wird, kann ein Niedrigpegelvakuum an das Rohr 47 angelegt werden, während der Aufbau aus Kernvorform 30 und Rohr 47 allmählich in den Ofen eingeführt wird, der eine schmale Heizzone aufweist. Dies kann durch Befestigen eines Vakuumanschlusses an einem Ende des Aufbaus und Abdichten der Nuten am gegenüberliegenden Ende erreicht werden. Alternativ können die Enden des Rohrs 47 in einer Kammer abgedichtet werden, die Druck an die Außenwände des Rohrs anlegt. Wenn das Rohr 47 erwärmt wird, kollabiert der Druck dieses auf die Vorform 30.
Die Öffnungsbildungstechnik gemäß den Fig. 4 bis 10 hat den Vorteil, daß sie exakt bemessene Öffnungen erzeugt, die parallel zur Längsachse des Ziehrohlings verlaufen. Öffnungsformen wie beispielsweise quadratische, U-förmige, V-förmige oder dergleichen, können durch anfängliches Bilden der geeignet geformten Nut in der Kernvorform 30 von Fig. 4 gebildet werden. Beispielsweise können U-förmige Öffnungen durch Schleifen U-förmiger Nuten in einer Kernvorform, Einführen der Vorforn in ein Rohr und darauffolgendes Erwärmen des Aufbaus, um das Rohr zu kollabieren und es auf die Vorform zu schrumpfen, gebildet werden. Falls erwünscht, können die Öffnungen einem milden Ätzen ausgesetzt werden, um ihre Wände zu glätten, wobei der Ätzschritt unzureichend ist, um die Öffnungsform in eine runde zu vergrößern und zu ändern. Ein starkes Ätzmittel, wie beispielsweise NF&sub3; kann die Öffnungsform in Richtung auf rund ändern.
Das folgende Beispiel illustriert die Weise, in welcher das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um polarisationserhaltende optische Monomodenfasern herzustellen. Eine optische Faserkernvorform wurde durch ein Verfahren ähnlich demjenigen gebildet, das im US-Patent Nr. 4 486 212 offenbart ist, das durch Inbezugnahme zum Gegenstand dieser Anmeldung erklärt wird. Wie in Fig. 11 gezeigt, wurde das Ende großen Durchmessers eines Aluminiumoxiddorns 87 in ein Glasrohr 88 eingeführt. Der Außendurchmesser des Dorns war konisch zulaufend von 5,5 mm auf 6,5 mm über seine Länge von 107 cm. Die Enden des Dorns 87 wurden in einer Drehmaschine angebracht, wo er gedreht und verstellt wurde.
Die Stirnseite des Brenners 45, der von dem im US-Patent Nr. 4 165 223 offenbarten Typ war, wurde 13,7 cm vom Dorn 87 entfernt angeordnet. Reaktionspartnerverbindungen, die aus der zentralen Brenneröffnung austraten, wurden in der Flamme oxidiert, um einen Glaspartikelstrom 46 zu bilden. Hilfsbrenner 90 richteten Flammen auf das Ende der porösen Glasvorform während der Abscheidung Die Verwendung von Zusatzbrennern ist im US- Patent Nr. 4 810 276 gelehrt.
Das System zum Fördern des Gasdampfgemisches zum Brenner war ähnlich wie dasjenige, das im US-Patent Nr. 4 314 837 offenbart ist. Flüssiges SiCl&sub4; wurde bei 79ºC in einem ersten Behälter bevorratet, und flüssiges GeCl&sub4; wurde bei 100ºC in einem zweiten Behälter bevorratet gehalten, wodurch Dampf unter etwa 20 psi erzeugt wurde. Während des Abscheidens der Vorform wurden die Dämpfe aus den ersten und zweiten Behältern gemessen und mit Sauerstoff vorgemischt, bevor sie dem Brenner zugeführt wurden.
Der Brenner überstrich einen 49 cm-Abschnitt des Dorns in 25 Sekunden. Ein auf dem Brenner getragener Acetylen-Schweißbrenner wurde zunächst verwendet, um Kohlenstoffpartikel auf dem Dorn 87 während eines Brennervorbeilaufs niederzuschlagen, um die Entfernung der porösen Vorform zu erleichtern. Eine poröse Kernvorform 93 wurde daraufhin durch Vorbeiführen des Brenners 45 entlang des Dorns 87 viele Male in Bezug auf den Brenner 45 gebildet, um mehrere Schichten von Ruß aufzubauen. Während des gesamten 310 Minuten-Laufs wurde SiCl&sub4; zum Brenner 45 mit einer Rate von 0,9 slpm strömengelassen. Während der 300 Minuten- Abscheidung des Kernbereichs 42 strömte GeCl&sub4; zum Brenner in Übereinstimmung mit dem folgenden Plan: (a) 0,75 slpm während der ersten 150 Minuten, (b) einer linearen Steigung von 0,75 auf 0,65 slpm während der nächsten 50 Minuten, (c) einer linearen Steigung von 0,65 auf 0,35 slpm während der nächsten 50 Minuten und (d) einer linearen Steigung von 0,53 auf 0,13 slpm während der nächsten 50 Minuten. Das GeCl&sub4; wurde abgeschaltet, und lediglich 0,9 slpm SiCl&sub4; wurde während der letzten 10 Minuten des Laufs zum Brenner strömengelassen, um eine dünne Silikabeschichtung 91 zu bilden.
Die Vorform wurde von der Drehmaschine abgenommen, und der Dorn wurde durch das Rohr 88 entfernt, wodurch eine Längsöffnung in der porösen Vorform verblieb. Vorsprünge 89 veranlaßten das Rohr 88 dazu, an der Vorform zu haften. Dieses Rohr verblieb an einem Ende der Vorform, um für die darauffolgende Verarbeitung eine Stütze zu bilden. Die Vorform wurde daraufhin mit den Lehren des US-Patents Nr. 4 125 388 getrocknet und verfestigen gelassen. Eine kurze Länge des Kapillarrohrs wurde in den Boden der porösen Vorformöffnung hinein eingeführt. Ein Trocknungsgas, bestehend aus 5 Vol.-% Chlor und 95 Vol.-% Helium wurde durch das Rohr 88 und in die Vorformöffnung hinein strömengelassen. Ein Heliumspülgas wurde aufwärts durch den Verfestigungsmuffelofen strömengelassen. Die Vorform wurde allmählich in einen Verfestigungsmuffelofen abgesenkt, wodurch eine verfestigte Vorform mit einem Durchmesser von 52 mm gebildet wurde.
Die verfestigte Vorform wurde in die Ziehvorrichtung von Fig. 5 eingesetzt, wo ihre Spitze auf 1.900ºC erwärmt wurde. Ein Vakuumanschluß wurde an ihrem oberen Ende befestigt. Nachdem das Ende der Vorform so gestreckt war, daß seine Öffnung entweder sehr eng oder vollständig geschlossen war, wurde die Öffnung evakuiert. Wenn das untere Ende der Vorform mit einer Geschwindigkeit von 15 cm/min abwärtsgezogen und ihr Durchmesser verringert wurde, kollabierte die evakuierte Öffnung. Der Durchmesser des resultierenden Stabs betrug 6 mm.
Eine Mehrzahl von 90 cm-Abschnitten wurde vom Stab getrennt und einer der Abschnitte wurde in einer Drehmaschine gelagert, wo er als Dorn für die Abscheidung von zusätzlichem Silika-Hüllenruß diente. Diese Außenhülle wurde durch Strömenlassen von SiCl&sub4;-Dampf zum Brenner mit einer Rate von 2 slpm für 300 Minuten gebildet. Dieser Umhüllungsvorgang wurde fortgeführt, bis eine Beschichtung von SiO&sub2;-Ruß mit einem Außendurchmesser von 70 mm abgeschieden war, um eine Verbundstoffvorform zu bilden. Die Verbundstoffvorform wurde bei 1.450ºC verfestigt, während ein Gemisch von 98,75 Vol.-% Helium und 1,25 Vol.-% Chlor aufwärts durch den Muffelofen strömengelassen wurden. Die resultierende verfestigte Kernvorform hatte einen Durchmesser von 40 mm und einen Kerndurchmesser von etwa 6 mm.
Ein Schleifrad wurde verwendet, um Längsnuten 34 in der Hülle 32 auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns 31 der resultierenden Vorform 30 zu bilden (Fig. 4). Die Nutabmessungen betrugen 0,5 Inch (1,27 cm) in der Breite und 0,375 Inch (9,5 mm) in der Tiefe. Vor dem Strecken wurde die mit Nuten versehene Vorform geätzt und gespült. Die mit Nuten versehene Kernvorform wurde in die Vorrichtung von Fig. 5 eingesetzt, wo ihre Spitze auf 1.900ºC erwärmt wurde. Ein mit Nuten versehene Stab 41, der einen Außendurchmesser von 5 mm aufweist, wurde aus der Vorform 30 gezogen. Der Stab 41 wurde in 30 cm-Abschnitte 42 getrennt, die mit HF für 20 Minuten gereinigt und in entionisiertem Wasser gespült wurden.
Ein Ende eines 100 cm-langen Silika-Hüllenrohrstücks 47 mit einem Innendurchmesser von 5,3 mm und einem Außendurchmesser von 8 mm wurde an einem Ende 49 zugespitzt (Fig. 7) und ein Silika-Stopfen 50 wurde an das zugespitzte Ende geschmolzen. Die Enden der resultierenden Struktur wurden in einer Drehmaschine angebracht, wo sie in Bezug auf den Flammenhydrolysebrenner 45 in Drehung versetzt und verschoben wurden (Fig. 6). Partikel 46 aus SiO&sub2;-Ruß, die in die Brennerflamme gezogen wurden, wurden auf dem Rohr 47 abgeschieden, um eine 1.000 g- Beschichtung 48 aufzubauen, die eine Länge von 70 cm und einen Außendurchmesser von 70 mm hat. Die mit Nuten versehene Kernvorform 42 wurde in das gegenüberliegende Ende des Rohrs 47 eingeführt, bis es das zugespitzte Ende kontaktierte. Das Ende 54 des Rohrs 47 wurde zugespitzt und daraufhin an den Handgriff 45 geschmolzen. Während der Aufbau 52 mit 1 UPM in Drehung versetzt wurde, wurde er in den Verfestigungsmuffelofen 51 mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/min abgesenkt. Während der Verfestigung wurde der Aufbau 52 einer Temperatur von 1.460ºC ausgesetzt, und ein Gasgemisch, umfassend 400 cm³ Chlor und 200 lpm Helium wurde aufwärts durch den Muffelofen strömengelassen. Sobald sich die Rußbeschichtung 48 verfestigte, drängte sie das Rohr 47 einwärts gegen den Abschnitt 42, und die kontaktierenden Oberflächen des Rohrs 47 und des Abschnitts 42 wurden verschmolzen. Ein Ende wurde von der verfestigten Vorform abgetrennt, um eine ebene Endfläche 63 zu bilden (Fig. 10).
Ein Rohr 62 wurde in den Handgriff 55 eingeführt, und 50% HF wurde durch die Öffnungen 57 gepumpt, um sie zu erweitern (siehe Fig. 9). Der Aufbau 58 wurde periodisch mit einer spitz zulaufenden Schablone geprüft, um die Größe der Öffnungen festzustellen. Die minimale Querschnittsabmessung der Öffnungen 57, die anfänglich 0,8 mm betrug, wurde nach 12 Stunden Ätzen auf 2,5 mm erweitert. Die Anordnung wurde daraufhin in entionisiertem Wasser gespült und trocknengelassen.
Der resultierende Ziehrohling wurde in einen Ziehofen eingesetzt, und ein Vakuumanschluß wurde an seinem Handgriff angeschlossen. Bei auf 2.050ºC eingestellter Ofentemperatur wurde eine polarisationserhaltende optische Monomodenfaser mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s gezogen. Der Umfang der Faser war rund. Während die Faser gezogen wurde, wurden zwei Acrylatbeschichtungen auf sie aufgetragen, um eine 172 um dicke Verbundstoffbeschichtung zu bilden.
Die Kernabmessungen entlang seiner Hauptachse und seiner Nebenachse betrugen 3,5 µm bzw. 0,6 µm; das Seitenverhältnis betrug 5,8:1. Der Außendurchmesser der Faser betrug 80 µm. Die Abschwächung der Faser betrug 8 dB/km bei 780 nm. Die Schwebungs- bzw. Überlagerungslänge (beat length) betrug 0,9 mm und der h-Parameter war gleich oder geringer als 2 x 10&supmin;&sup5;.
Eine ähnlich gebildete Faser wies eine Schwebungslänge von 2,2 mm bei 1550 nm und eine Abschwächung von 1,3 dB/km bei 1500 nm auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer polarisationserhaltenden optischen Monomodenfaser, umfassend die Schritte:

Bilden eines zylinderförmigen ziehrohlings (10) mit Längs öffnungen (13, 57) auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Kerns (11, 32, 32') und

Ziehen des Ziehrohlings zur Bildung einer optischen Faser (15) mit massivem Querschnitt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehrohling durch folgende Schritte gebildet wird:

Bilden von Längsnuten (34, 34') auf diametral gegenüberliegenden Seiten einer zylinderförmigen Kernvorform (30) mit einem Glaskern (31, 31'), der durch Hüllenglas (32, 32') umgeben ist,

Abscheiden von Glaspartikeln (48) auf der Außenfläche des Glasrohrs (47),

Einführen der Kernvorform (30) in das Glasrohr (47) hinein, und

Erwärmen des resultierenden Aufbaus (52) zur Verfestigung der Partikel (48), wodurch auf das Rohr (47) eine radial einwärts gerichtete Kraft ausgeübt wird, die das erwärmte Rohr dazu veranlaßt, auf die Kernvorform (30, 30') zu schrumpfen und mit dieser zu verschmelzen, wodurch ein verfestigter Aufbau (58) mit Längsöffnungen (57) gebildet wird, die parallel zum Kern (31, 31') verlaufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend den Schritt: Erweitern der Querschnittsfläche der Öffnungen (57).

34, Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Erweiterungsschritt umfaßt: Strömenlassen eines Ätzmittels durch die Öffnungen (57).

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abstand der Öffnungen (57) vom Kern (31, 31') und die Querschnittsfläche jeder Öffnung (57) derart sind, daß die Außenfläche der Faser kreisförmig ist, oder derart, daß die Außenfläche der Faser gegenüberliegende eingeebnete Seiten hat.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen (57) während des Ziehschritts evakuiert werden.