NL8001235A - Optische vezel en optische vezelvoorvorm en het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Description

A

P.W.Black et al 15-15 OPTISCHE VEZEL EN OPTISCHE VEZELVOORVORM EN HET VERVAARDIGEN DAARVAN.

De uitvinding heeft betrekking op een optische vezel en optische vezelvoorvorm en in het bijzonder op de vervaardiging van optische vezels en optische vezelvoorvormen met siliciumdioxyde kernen.

De toepassing van optische vezels in militaire communica-5 tie- en data-overdraagverbindingen biedt aanzienlijke voordelen tengevolge van de kleine afmetingen, licht gewicht en hoge veiligheid.

Ook ongevoeligheid voor elektromagnetische pulsen maakt ze aantrekkelijk in een dergelijk milieu, doch een bezwaar is een toename in optische demping na bestraling welke optreedt tengevolge van de creatie 10 van absorberende kleurcentra. De mate van dempingsverandering en de snelheid en mate van herstel zijn belangrijke gegevens bij de bepaling van de toepassingsmogelijkheden van optische stelsels.

Gebleken is dat zuiver siliciumdioxyde een relatief snel herstel naar het dempingsniveau voordat de bestraling plaats vond, vertoont, terwijl 15 optische vezels met gedoteerde siliciumdioxyde kernen, in het bijzonder die welke gedoteerd zijn met fosforpentoxyde, een kleinere dempingstoename bij bestraling kunnen vertonen, die echter wordt ge-volgt door een langzaam herstel welke tot een permanente restdempings-toename aanleiding geeft. Daarom is een optische vezel met een niet 20 gedoteerde siliciumdioxyde kern aantrekkelijk bij toepassingen waarbij snel herstel na bestraling van bijzonder belang is.

In de meeste stelsels is ook een vraag naar een grote kernmaat en hoge numerieke apertuur om de koppel- en instraalverliezen te verkleinen. Bovendien is een groot bedrijfstemperatuurbereik van 25 -55 tot +155° C van belang, in het bijzonder bij toepassingen in de luchtvaart. Met kunststof beklede siliciumdioxyde optische vezels zijn voor dit soort toepassing wel overwogen, maar de toepassing van kunststoffen als optisch bekledingsmateriaal veroorzaakt extra problemen bij de vervaardiging van koppelingen en lassen. Bovendien hebben met 30 kunststof beklede siliciumdioxyde vezels de neiging om een slecht temperatuurgedrag te vertonen.

Volgens de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het vervaardigen van een optische vezelvoorvorm waarbij de boring van een substraatbuis bekleed wordt met een eerste laag glas met een bre- 800 1 2 35 te t 2 kingsindex welke kleiner is dan de brekingsindex van siliciumdioxyde, waarbij de laag bedekt wordt met een tweede laag siliciumdioxyde en waarbij een staaf siliciumdioxyde gebracht wordt in de beklede sub-straatbuis om een samenstelling te vormen, waarbij de componenten daar-5 van samengesmolten worden om een vezelvoorvorm met een massieve dwarsdoorsnede te vormen, of samengesmolten en getrokken worden om een optische vezel met een massieve dwarsdoorsnede te vormen.

Men zou kunnen menen dat de tweede laag gerust weggelaten kan worden maar er is gebleken dat de aanwezigheid van de tweede laag 10 zeer belangrijk is voor het verkrijgen van een praktisch defectvrij grensvlak tussen de staaf en de boring van de beklede buis. Vermoed wordt dat bij afwezigheid van de siliciumdioxyde laag, doteermateriaal toegepast in de eerste laag om te voorzien in een lage brekingsindex, onderhevig is aan een geleidelijk verlies gedurende het samensmelten 15 van de staaf en de buis en dat dit de kwaliteit van het grensvlak aantast. Gemeend wordt dat de aanwezigheid van de tweede laag dient om dit probleem te overwinnen door het voorkomen van het verlies van doteermateriaal dat eerst door de dikte van de tweede laag moet diffunderen voordat het kan ontsnappen.

20 Materialen voor de eerste laag waaraan de voorkeur ge geven wordt zijn siliciumdioxyde gedoteerd met fluor, siliciumdioxyde gedoteerd met booroxyde of siliciumdioxyde gedoteerd met fluor en boor-oxyde tezamen.

Teneinde de transmissieverliezen toegeschreven aan de aan-25 wezigheid van hydroxylgroepen in de vezel te beperken, wordt er de voorkeur aangegeven om de twee lagen neer te slaan door middel van een neerslagreactie waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten. Om dezelfde reden wordt de voorkeur gegeven aan een siliciumdioxyde staaf die gemaakt is uit materiaal vervaardigd volgens een 3Ó neerslagreactie waarbij waterstof en zijn verbindingen zijn uitgesloten. Daar is gebleken dat een met een hydroxylgroep verontreinigde substraatbuis een toename geeft van hydroxylabsorptie als resultaat van migratie van dergelijke groepen van de substraatbuis in de neergeslagen lagen op de boring van de buis, kan een samengestelde sub-35 straatbuis worden toegepast. De buis heeft een binnengedeelte bestaande uit een buisvormige laag die de boring van het buitenste ge- 800 1 2 35 3 x deelte bedekt. Het binnenste gedeelte is dan vervaardigd van silicium-dioxyde neergeslagen op het buitenste gedeelte door een reactie waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten, hetgeen leidt tot het tegengaan van zulk een migratie.

5 Binnen de categorie van neerslagreacties waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten, wordt de voorkeur gegeven aan die welke gebruik maakt van directe oxydatie van haliden met zuurstof. Dergelijke reacties kunnen bevorderd worden door het toevoeren van warmte of door een plasmaproces.

10 Werkwijzen volgens de uitvinding voor het vervaardigen van optische vezel en optische vezelvoorvorm welke de voorkeur hebben, zullen nu beschreven worden. De beschrijving verwijst naar de tekening die een vezel voorstelt nadat een gedeelte van de beklede buis gesmolten is op de staaf welke in de boring steekt.

15 Bij het toepassen van een neerslagapparaat zoalsbeschreven in het Britse octrooischrift 1 475 496 wordt de boring van een 12 x 10 mm siliciumdioxyde substraatbuis 10 bekleed met een 0,3 mm dikke eerste laag 11 en vervolgens bekleed met een 0,1 mm dikke tweede laag 12.

Beide lagen worden door thermisch veroorzaakte directe oxydatiereacties 20 neergeslagen waarbij haliden gedragen door zuurstof door de substraatbuis 10 stromen, terwijl een verwarmingsinrichting welke een gelocali-seerde warmtezone verschaft en bestaat uit een knalgasbrander met een aantal uitstroomopeningen, herhaaldelijk langs de buis gevoerd wordt.

De eerste laag 11 is samengesteld uit siliciumdioxyde gedoteerd met 25 booroxyde en wordt verschaft door het reageren van siliciumtetrachlo-ride en boortrichloride dampen met droog zuurstofgas. Voor dit doel wordt een eerste stroom zuurstofgas met een snelheid van ongeveer 200 3 cm per minuut door een siliciumtetrachloride gevoerd bij kamertemperatuur, een tweede stroom zuurstofgas wordt eveneens met een snelheid 3 30 van ongeveer 250 cm per minuut door een boortrichloride gevoerd bij kamertemperatuur en deze tweede gasstromen worden dan gecombineerd met een derde gasstroom van zuiver zuurstof met een stroomsnelheid van ongeveer 1 liter per minuut.(De derde gasstroom wordt verschaft om de concentratie van haliden te verdunnen.) De tweede laag 12 wordt onder 35 praktisch dezelfde omstandigheden verschaft waarbij echter de stroom door de boortrichloride is afgesloten. Steeds wordt de neerslag gevormd 30 0 1 2 35 * * 4 als een glasachtige laag in plaats van een korrelige laag die een consolidatie vereist door een afzonderlijke sinterhandeling.

Vervolgens wordt een siliciumdioxyde staaf 14 van 6 mm doorsnede vervaardigd door een neerslagreactie waarbij waterstof en 5 verbindingen zijn uitgesloten om praktisch verstoken te blijven van hydroxylgroep-verontreiniging, gebracht in de beklede buis waarna de twee componenten coaxiaal in een draaibank gemonteerd worden dusdanig, dat de staaf en de buis synchroon om hun gemeenschappelijke as worden rondgedraaid. Dan, terwijl het samenstel wordt rondgedraaid, wordt een 10 gebied 15 aan een uiteinde plaatselijk verhit om de beklede buis zacht te maken en dicht te laten vloeien op de staaf en daarop te smelten.

Het samenstel wordt vervolgens uit de draaibank verwijderd en vertikaal opgesteld in een vezeltrektoren met het gesmolten einde aan het benedeneinde van het samenstel. Aan het boveneinde van het 15 samenstel worden de staaf en de buis afzonderlijk stevig vastgeklemd zodat deze niet uit de coaxiale opstelling gebracht kunnen worden wanneer het ondereinde week gemaakt wordt. Het samengesmolten einde van de samenstelling wordt dan in een oven van de vezeltrektoren gebracht waar het week gemaakt wordt waardoor het mogelijk is een vezel met een 20 massieve dwarsdoorsnede te trekken vanuit de oven met een snelheid van ongeveer 10 m per minuut. De getrokken vezel wordt direct onder de oven gekoeld in een geforceerde luchtstroom en dan in overeenstemming met het trekproces gevoerd door een vat gevuld met een bekledingvloeistof om de vers getrokken vezel te voorzien van een kunststofbekleding om 25 deze tegen atmosferische invloeden te beveiligen. De beklede vezel wordt dan op een haspel opgenomen.

De resulterende vezel heeft een kerndiameter van 250 micron, een optische bekledingsdiameter (materiaal van de eerste laag 11) van 290 micron en een totale diameter exclusief de kunststofbe-30 kleding van 400 micron. De numerieke apertuur was ongeveer 0,12.

Gebleken is dat, ofschoon het mogelijk is de vezel met massieve dwarsdoorsnede met een goed gecentraliseerde kern vanuit de staaf en kernsamenstelling te trekken zonder eerst het einde van de buis op de staaf vast te smelten, het toepassen van dit samensmeltings-35 proces de taak van het besturen van de geometrie veel gemakkelijker maakt. Een andere manier om de regeling van de geometrie mogelijk te 800 1 2 35 Λ 5 Η maken, is het doorgaan met het eerder toegepaste samensmelten van een einde over de hele lengte van het samenstel om aldus een optische vezelvoorvorm met massieve dwarsdoorsnede te vormen.In dit geval kan het gehele samensmeltingsproces uitgevoerd worden in een enkele langs-5 beweging van de verwarmingszone, doch ook kan de beweging welke de wand van de buis in contact moet brengen met de staaf voorafgegaan worden door een of meer inleidende bewegingen welke de boring van de buis geleidelijk doen krimpen tot een afmeting welke overeenkomt met de afmeting van de staaf. Een voordeel van het samensmelten van de buis op de 10 staaf over praktisch de gehele lengte is dat een voorvorm wordt verschaft met praktisch een massieve dwarsdoorsnede welke compact is en gemakkelijk opgeslagen kan worden totdat deze voor de productie van een vezel vereist wordt.

Andere partijen optische vezel werden vervaardigd volgens 15 praktisch hetzelfde proces zoals hierboven is beschreven maar in dit geval was de eerste laag 11 een fluor gedoteerde siliciumdioxyde laag in plaats van een booroxyde gedoteerde siliciumdioxyde laag.voor dit doel werd een stroom zuurstofgas doorgelaten met een snelheid van onge- 3 veer 50 cm per minuut door siliciumtetrachloride en werd gecombineerd 20 met een stroom siliciumdioxyde tetrafluoride met een snelheid van 3 3 100 cm per minuut en een stroom zuurstof met een snelheid van 250 cm per minuut. De numerieke apertuur van de vervaardigde vezels lag in het gebied van 0,15 tot 0,17 afhankelijk van de neerslagvoorwaarden.

Verdere partijen optische vezels werden vervaardigd 25 volgens hetzelfde proces zoals hierboven is beschreven maar in dit geval was de eerste laag 11 een siliciumdioxyde laag gedoteerd met fluor en booroxyde. Voor dit doel werd een stroom zuurstofgas gevoerd met 3 een snelheid van ongeveer 50 cm per minuut door siliciumtetrachloride en deze werd gecombineerd met een stroom boortrifluoride met een stroom- 3 30 snelheid van 250 cm per minuut en een tweede stroom zuurstof met een 3 stroomsnelheid van 250 cm per minuut. Hierdoor werd een vezel met een numerieke apertuur van ongeveer 0,22 verkregen.

In de laatstgenoemde voorbeelden werden de lagere stroomsnelheden alleen veroorzaakt omdat andere apparaten werden gebruikt 35 voor het mengen van de reagerende gassen en dampen en deze speciale apparaten waren niet in staat stroomsnelheden te verwezenlijken van de grootte zoals in de andere voorbeelden.

800 1 2 35

Claims (16)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel of een optische vezelvoorvorm, met het kenmerk, dat de boring van een substraatbuis bekleed wordt met een eerste laag glas 5 met een brekingsindex kleiner dan de brekingsindex van siliciumdioxyde waarbij de laag bedekt wordt met een tweede laag siliciumdioxyde en waarbij een staaf siliciumdioxyde gebracht wordt in de beklede substraatbuis om een samenstelling te vormen waarbij de componenten daarvan samengesmolten worden om een vezelvoorvorm met een massieve dwarsdoor- 10 snede te vormen of samengesmolten en getrokken worden om een optische vezel met een massieve dwarsdoorsnede te vormen.

2. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezelvoorvorm, met het kenmerk, dat de boring van een substraatbuis bekleed wordt met een eerste laag glas met een brekingsindex 15 kleiner dan de brekingsindex van siliciumdioxyde waarbij de laag bedekt wordt met een tweede laag siliciumdioxyde en waarbij een staaf siliciumdioxyde gebracht wordt in de beklede substraatbuis om een samenstelling te vormen waarbij de componenten daarvan op een gemeenschappelijke as worden gehouden terwijl de buis verhit wordt en geleidelijk ineenzakt 20 op de staaf en daarop samensmelt om een optische vezelvoorvorm met massieve dwarsdoorsnede te vormen.

3. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezelvoorvorm volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de eerste laag vervaardigd is uit siliciumdioxyde gedoteerd met 25 booroxyde, fluor of booroxyde en fluor.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezelvoorvorm volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat de eerste en tweede lagen worden neergeslagen door een reactie waarbij waterstof en verbindingen daarvan zijn uitgesloten.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het ken merk, dat het materiaal van de lagen worden vervaardigd door een directe oxydatie van haliden met zuurstof.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de substraatbuis een samenstelling is met een 35 binnengedeelte bestaande uit een buisvormige laag die de boring van een buitenste gedeelte bedekt, waarbij het binnenste gedeelte vervaardigd S00 1 2 35 7 * \ is van een materiaal dat is neergeslagen op het buitenste gedeelte door een reactie waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel-5 voorvorm volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de staaf vervaardigd is van siliciumdioxyde door een reactie waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten.

8. Optische vezelvoorvorm vervaardigd volgens de werkwijze van .een der voorgaande conclusies.

9. Optische vezel getrokken vanuit een optische vezelvoor vorm volgens conclusie 8.

10. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel, met het kenmerk, dat de boring van een sub-straatbuis bekleed wordt met een eerste glaslaag met een brekingsindex 15 welke kleiner is dan de brekingsindex van siliciumdioxyde waarbij de laag bedekt wordt met een tweede laag van siliciumdioxyde, waarbij een staaf siliciumdioxyde gebracht wordt in de beklede substraatbuis om een samenstel te vormen waarvan de componenten op een gemeenschappelijke as worden gehouden terwijl een einde van de beklede buis wordt verhit en 20 ineenzakt op de staaf, waarbij beginnende met het ineengezakte einde, het samenstel axiaal in een oven wordt gebracht waardoor een voortschrijdend ineenzakken van de beklede buis op de staaf en een daarmee samensmelten wordt verkregen en waarbij een optische vezel met een massieve dwarsdoorsnede van het verhitte uiteinde van het samenstel in de 25 oven wordt getrokken.

11. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel volgens conclusie loflO, met het kenmerk, dat de eerste laag vervaardigd is van siliciumdioxyde gedoteerd met boor-oxyde, fluor of booroxyde en fluor.

12. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel volgens conclusie 1, 10 of 11, met het kenmerk, dat de eerste en tweede lagen worden neergeslagen door een reactie waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het 35 kenmerk, dat het materiaal van de lagen vervaardigd wordt door de directe oxydatie van haliden met zuurstof. 800 1 2 35 * ./

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13/ met het kenmerk, dat de substraathuis een samengestelde structuur bezit met een binnengedeelte bestaande uit een buisvormige laag die de boring bedekt van een buitengedeelte, waarbij het binnengedeelte vervaardigd 5 is van een materiaal neergeslagen op het buitengedeelte door een reactie waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten.

15. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische vezel volgens conclusie 1, 10, 11, 12, 13 of 14, met het kenmerk, dat de staaf vervaardigd is van siliciumdioxyde door een 10 reactie waarbij waterstof en de verbindingen daarvan zijn uitgesloten.

16. Optische vezel vervaardigd volgens de werkwijze volgens conclusie 1 of één der conclusies 10 tot en met 15. 800 1 2 35