DE10029151C1 - Verfahren für die Herstellung eines SiO¶2¶-Rohlings sowie SiO¶2¶-Rohling - Google Patents

Abstract

Bei einem bekannten Verfahren für die Herstellung eines SiO¶2¶-Rohlings werden aufeinanderfolgende Schichten von SiO¶2¶-Partikeln auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers mittels mindestens eines Abscheidebrenners abgeschieden, so dass sich der poröse Rohlung bildet. Anschließend wird der Träger entfernt. Um das Entfernen des Trägers zu erleichtern und so die Herstellung eines SiO¶2¶-Rohlings (1) mit möglichst defektfreier Innenwandung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine die erste Schicht umfassende Hartschichtenfolge (5) abgeschieden wird, die eine höhere Dichte als auf die Hartschichtenfolge (5) folgende Schichten (6) aufweist. Der erfindungsgemäße poröse SiO¶2¶-Rohling zeichnet sich durch einen aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Schichten gebildeten Kernglasbereich (2) aus porösem Quarzglas aus, der koaxial von mindestens einem Mantelglasbereich (3) aus porösem Quarzglas umgeben ist, wobei der Kernglasbereich (2) eine die innerste Schicht umfassende innere Kernglasschicht (5) und eine äußere Kernglasschicht (6) aufweist, wobei die innere Kernglasschicht (5) gegenüber der äußeren Kernglasschicht (6) eine höhere Dichte aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines SiO₂- Rohlings, indem durch Abscheiden aufeinanderfolgender Schichten von SiO₂- Partikeln auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers mittels mindestens eines Abscheidebrenners der poröse Rohling gebildet und der Träger entfernt wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Rohling für die Herstellung einer Vorform für eine optische Faser, der einen aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Schichten gebildeten Kernglasbereich aus porösem Quarzglas aufweist, der koaxial von mindestens einem Mantelglasbereich aus porösem Quarzglas umgeben ist.

Ein Verfahren und ein Rohling der genannten Gattung sind aus der US-PS 4,362,545 bekannt. Für die Herstellung einer Vorform für optische Fasern mittels eines Flammhydrolyse-Brenners werden auf der Zylindermantelfläche eines mit beiden Enden in eine Drehbank eingespannten, um seine Längsachse rotierenden, leicht konischen Dorns schichtweise SiO₂-Partikel abgeschieden. Dabei wird durch eine Hin- und Herbewegung des Abscheidebrenners entlang der Längsachse des Dorns ein länglicher, poröser Rohling aus SiO₂-Partikeln (Sootkörper) gebildet. Dieses Verfahren wird als OVD-Verfahren (Outside Vapour Deposition) bezeichnet. Als geeignete Materialien für die Herstellung des Dorns werden Aluminiumoxid, Quarzglas, Graphit oder Siliziumcarbid empfohlen.

Der rohrförmige, poröse Rohling wird als Ausgangsmaterial für die Herstellung einer Vorform für optische Fasern eingesetzt. Er kann zum Aufbau von Kern- und Mantelmaterial der Vorform dienen. Aus dem Rohling gemäß der US-PS 4,362,545 wird durch Sintern und Kollabieren der Innenbohrung ein sogenannter Kernstab hergestellt. Dieser Rohling weist eine Kernglasschicht aus SiO₂ auf, die von einer B₂O₃-dotierten SiO₂-Schicht umgeben ist.

Zur Weiterverarbeitung wird der Rohling üblicherweise einer Behandlung in einem Chlorierverfahren unterzogen und anschließend in einem Sinterprozess verglast. Dies erfordert ein Kollabieren der Innenbohrung, falls der Rohling den zentralen Kernbereich der späteren Vorform bilden soll. Andernfalls wird der poröse oder verglaste Rohling auf einen weiteren, koaxial in der Innenbohrung angeordneten in Form eines Stabs oder Rohrs vorliegenden Quarzglaszylinder aufgeschmolzen in jedem Fall muss vorher der Dom aus der Innenbohrung entfernt werden. Bei einem festsitzenden Dom kann dies jedoch zu Beschädigungen der Innenwandung des Rohlings führen, die eine aufwendige Nachbearbeitung der Innenbohrung erfordern und hierdurch die Herstellkosten erhöhen.

Zur Lösung dieses Problems wurden bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, die das Entfernen des Dorns erleichtern sollen. Beispielsweise die Verwendung eines Graphit-Dorns (FR-A 2,17,177) oder die Vorab-Beschichtung eines Doms mit Graphitpulver (US-PS 4,233,052) oder mit einer sogenannten Stratum-Schicht aus einem mit Phosphor dotierten Glas geringer Viskosität (US-PS 4,298,365).

Diese Maßnahmen sind aber mit anderen Nachteilen verbunden, beispielsweise führt die Verwendung von Graphit zu Veränderungen der Redox-Bedingungen im Ofenraum und zu einem Abbrand unter oxidierenden Bedingungen, und die Verwendung einer Stratum-Schicht kann Verunreinigungen im Rohling hinterlassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, das die Herstellung eines SiO₂-Rohlings mit möglichst defektfreier Innenwandung ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rohling für die Herstellung einer Vorform für eine optische Faser, bereitzustellen, der eine Innenbohrung mit möglichst defektfreier Innenwandung aufweist.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine die erste Schicht umfassende Hartschichtenfolge abgeschieden wird, die eine höhere Dichte als auf die Hartschichtenfolge folgende Schichten aufweist.

Die höhere Dichte der Hartschichtenfolge ergibt sich im einfachsten Fall durch eine höhere Oberflächentemperatur während der Abscheidung der ersten Schichten von SiO₂-Partikeln auf dem Träger. Die höhere Dichte kann auch durch nachträgliches Erhitzen einzelner Schichten der Hartschichtenfolge oder der Hartschichtenfolge insgesamt eingestellt werden. In jedem Fall werden mehrere vergleichsweise härtere Schichten erzeugt, die hier als "Hartschichtenfolge" bezeichnet werden. Die Hartschichtenfolge umfasst die erste Schicht und mindestens eine weitere Schicht.

Die Hartschichtenfolge zeichnet sich dadurch aus, dass sie mechanisch wesentlich widerstandsfähiger ist als weichere SiO₂-Sootschichten. Allerdings wäre damit einhergehend auch eine vergleichsweise festere mechanische Verbindung der Hartschichtenfolge mit dem Träger, und infolge davon eine stärkere Beschädigung der Innenwandung beim Entfernen des Trägers zu befürchten. Es hat sich jedoch überraschend gezeigt, dass dieser Effekt nicht eintritt, wenn die Hartschichtenfolge mindestens die erste Schicht und eine weitere Schicht umfasst, und wenn auf die Hartschichtenfolge weichere SiO₂-Sootschichten folgen. In diesem Fall überwiegt der Effekt der höheren mechanischen Widerstandsfähigkeit der Hartschichtenfolge, so dass Verletzungen der Innenwandung des Rohlings beim Herausziehen des Trägers vermieden werden; eine aufwendige Nachbearbeitung der Innenwandung ist daher nicht erforderlich.

Der rohrförmige, poröse Rohling kann aus homogenem Material, wie dotiertem oder undotiertem SiO₂ bestehen; er kann auch Bereiche unterschiedlicher Dotierungen aufweisen. Er wird als Ausgangsmaterial für die Herstellung einer Vorform für optische Fasern eingesetzt, wobei er zum Aufbau von Kern- und Mantelmaterial der Vorform dienen kann. Der Rohling wird hierbei in Form eines porösen oder verglasten Rohres oder in Form eines Stabes eingesetzt.

Einerseits muss die Gesamtstärke der Hartschichtenfolge so groß sein, das die erforderliche mechanische Widerstandsfähigkeit erzielt wird. Andererseits soll eine möglichst offenporige Struktur des porösen Rohlings erhalten bleiben, um einen weitgehend ungehinderten Zutritt von Behandlungsmedien bei nachfolgenden Behandlungsschritten zu gewährleisten. Im Hinblick hierauf hat es sich als günstig erwiesen, wenn als Hartschichtenfolge lediglich die erste bis maximal zehnte Schicht, vorzugsweise, die erste bis maximal fünfte Schicht abgeschieden werden.

Vorteilhafterweise wird dabei eine Hartschichtenfolge mit einer Gesamtstärke von maximal 500 µm, vorzugsweise maximal 150 µm erzeugt.

Es hat sich als günstig herausgestellt, eine Hartschichtenfolge mit einer Dichte im Bereich von 20% bis 35% der Dichte von Quarzglas zu erzeugen. Diese Dichte wird zweckmäßigerweise durch die Oberflächentemperatur beim Abscheiden der Hartschichtenfolge eingestellt. Die genannte Untergrenze für den bevorzugten Dichtebereich wird wiederum durch die angestrebte mechanische Widerstandsfähigkeit der Hartschichtenfolge vorgegeben, während sich die Obergrenze aufgrund der gewünschten Rest-Porosität in diesem Bereich ergibt.

Eine besonders einfache Verfahrensweise zur Herstellung der Hartschichtenfolge ergibt sich dadurch, dass bei deren Abscheidung eine vergleichsweise höhere Flammentemperatur des Abscheidebrenners eingestellt wird. Demnach wird die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der Hartschichtenfolge verringert, indem die Flammentemperatur des mindestens einen Abscheidebrenners gesenkt wird. Für die Absenkung der Flammentemperatur gibt es wiederum mehrere geeignete Verfahrensvarianten, die jede für sich oder kombiniert eingesetzt werden können. Als Oberflächentemperatur wird die Temperatur auf der Rohlingoberfläche im Auftreffpunkt der Flamme verstanden.

So wird die Flammentemperatur beispielsweise gesenkt, indem die Zufuhrrate von Brennergasen zu dem mindestens einen Abscheidebrenner relativ zu den Zufuhrraten von anderen dem Abscheidebrenner zugeführten Gasen verringert wird. Unter den Brennergasen werden diejenigen Gase verstanden, deren exotherme Reaktion miteinander die Brennerflamme im wesentlichen speist. Bei einem Knallgasbrenner handelt es sich beispielsweise um die Brennergase Sauerstoff und Wasserstoff. Eine Senkung der Flammentemperatur wird dabei entweder durch eine Verringerung der Zufuhrrate von Sauerstoff und/oder Wasserstoff zu dem Abscheidebrenner oder durch eine Zufuhr oder eine Erhöhung der Zufuhrrate anderer Gase, wie beispielsweise von Inertgas oder von Ausgangsstoffen für die Bildung der SiO₂-Partikel erreicht.

Alternativ oder ergänzend dazu kann die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der Hartschichtenfolge auch vorteilhaft dadurch verringert werden, dass der Abstand zwischen dem mindestens einen Abscheidebrenner und der Oberfläche des sich bildenden Rohlings vergrößert wird. Der Abstand kann vergrößert oder verkleinert werden. Eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Abstandes kann eine Senkung der Oberflächentemperatur bewirken, wenn die Brennerflamme im Auftreffpunkt dadurch kälter wird. Dies kann insbesondere bei sogenannten fokussierenden Abscheidebrennern der Fall sein. Der Abstand wird dabei gemessen zwischen der Mündung des Abscheidebrenners und der Rohlingoberfläche.

Alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten hat es sich auch bewährt, die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der Hartschichtenfolge dadurch zu verringern, dass die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem mindestens einen Abscheidebrenner und der Oberfläche des sich bildenden Rohlings vergrößert wird.

Hinsichtlich des Rohlings für die Herstellung einer Vorform für eine optische Faser wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Rohling erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kernglasbereich eine die innerste Schicht umfassende innere Kernglasschicht und eine äußere Kernglasschicht aufweist, wobei die innere Kernglasschicht gegenüber der äußeren Kernglasschicht eine höhere Dichte aufweist.

Der erfindungsgemäße Rohling wird zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern eingesetzt, wobei der Kernglasbereich nach dem Kollabieren der Innenbohrung des Rohlings den zentralen Kern der späteren Vorform bzw. der optischen Faser bildet. Im Kern wird der Hauptanteil des Lichts geführt. Vor dem Kollabieren des Rohlings bzw. des daraus durch Sintern erhaltenen Quarzglasrohrs muss daher eine absolut defektfreie Innenbohrung vorliegen. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Rohling dadurch erreicht, dass der Kernglasbereich eine innere Kernglasschicht aufweist, die aus einer die innerste SiO₂-Sootschicht umfassenden Hartschichtenfolge besteht. Die Hartschichtenfolge wird dadurch gebildet, dass die innerste SiO₂-Sootschicht und mindestens eine weitere Sootschicht eine höhere Dichte als nach außen auf die Hartschichtenfolge folgende Schichten aufweisen, so dass gegenüber den weiter außenliegenden Schichten ein Bereich höherer Dichte entsteht. Die höhere Dichte geht mit einer höheren Härte und Widerstandsfähigkeit einher, so dass die Wandung der Innenbohrung des Rohlings beim Herausziehen des Dorns nicht beeinträchtigt wird und aufwendige Nachbearbeitungen der Innenwandung vermieden werden. Auf die obigen Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren wird hingewiesen.

Der rohrförmige, poröse Rohling kann aus homogenem Material, wie dotiertem oder undotiertem SiO₂ bestehen; er kann auch Bereiche unterschiedlicher Dotierungen aufweisen. Er wird als Ausgangsmaterial für die Herstellung einer Vorform für optische Fasern eingesetzt, wobei er zum Aufbau von Kern- und Mantelmaterial der Vorform dienen kann. Der Rohling wird hierbei in Form eines porösen oder verglasten Rohres oder in Form eines Stabes eingesetzt.

Einerseits muss die Gesamtstärke der inneren Kernglasschicht so groß sein, das die erforderliche mechanische Widerstandsfähigkeit erzielt wird. Andererseits soll eine möglichst offenporige Struktur des porösen Rohlings erhalten bleiben, um einen weitgehend ungehinderten Zutritt von Behandlungsmedien bei nachfolgenden Behandlungsschritten zu gewährleisten. Im Hinblick hierauf hat es sich als günstig erwiesen, wenn die innere Kernglasschicht lediglich die erste bis maximal zehnte Schicht, vorzugsweise, die erste bis maximal fünfte Schicht umfasst.

Es wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohlings bevorzugt, bei der die innere Kernglasschicht eine Gesamtstärke von maximal 500 µm; vorzugsweise von maximal 150 µm aufweist.

Besonders bewährt hat sich ein Rohling mit einer Hartschichtenfolge, die eine Dichte im Bereich von 20% bis 35% der Dichte von Quarzglas aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematische Darstellung im einzelnen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohlings in radialem Schnitt,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer Vorform unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Rohlings anhand eines Fließdiagramms der einzelnen Verfahrensschritte, und

Fig. 3 ausschnittsweise einen typischen Dichteverlauf über den Radius bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohling.

Fig. 1 zeigt einen Rohling 1 in Form eines rohrförmigen, porösen SiO₂-Sootkörpers. Der Rohling 1 weist einen Kernglasbereich auf, dem insgesamt die Bezugsziffer 2 zugeordnet ist und der koaxial von einem Mantelglasbereich 3 umgeben ist. Der Kernglasbereich 2 besteht aus SiO₂-Soot, der homogen mit 5 Gew.-% Germaniumdioxid dotiert ist, der Mantelglasbereich 3 besteht aus undotiertem SiO₂- Soot. Der Durchmesser der Innenbohrung 4 beträgt 5 mm; der Außendurchmesser des Kernglasbereichs 2 liegt bei 50 mm, und der des Mantelglasbereichs 3 bei 100 mm.

Der Kernglasbereich 2 weist eine dünne, unmittelbar an die Innenbohrung 4 angrenzende, innere Kernglasschicht 5 auf, die von einer dickeren, äußeren Kernglasschicht 6 umgeben ist. Die Dicke der inneren Kernglasschicht 5 beträgt lediglich 0,15 mm; in Fig. 1 ist die Dicke aus Gründen der Deutlichkeit vergrößert dargestellt. Der übrige Kernglasbereich 2 wird durch die äußere Kernglasschicht 6 gebildet.

Innere Kernglasschicht 5 und äußere Kernglasschicht 6 weisen nominal die gleiche chemische Zusammensetzung auf. Der wesentliche Unterschied zwischen diesen beiden Schichten besteht darin, dass die innere Kernglasschicht 5 eine Dichte von 28% der Dichte von Quarzglas aufweist, während die Dichte der äußeren Kernglasschicht 6 lediglich 20% der Dichte von Quarzglas beträgt. Die Dichte der einzelnen Kernglasschichten 5, 6 wird mittels Quecksilberporosimetrie ermittelt.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Rohres aus synthetischem Quarzglas und dessen Verwendung zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern beispielhaft erläutert.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein sogenannter Kernstab mittels eines Soot-Außenabscheideverfahrens (OVD-Verfahren) durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ und/oder GeCl₄ gebildet, wobei entsprechende Oxidpartikel auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Dorns abgeschieden werden. Als Dorn wird ein Aluminiumoxid-Rohr mit einem Durchmesser von 5 mm eingesetzt. Mittels eines Knallgas-Abscheidebrenners wird zunächst die innere Kernglasschicht 5 abgeschieden, indem dem Abscheidebrenner außer SiCl₄ auch GeCl₄ zugeführt wird, um die oben angegebene Dotierstoff- Konzentration im Kernglasbereich 2 zu erhalten. Der Abscheidebrenner wird dabei in einem vorgegebenen Bewegungszyklus entlang der Dornlängsachse hin- und herbewegt, wobei eine SiO₂-Schicht nach der anderen auf dem Dorn bzw. auf der Zylindermantelfläche des sich bildenden Rohlings erzeugt wird.

Ein wesentlicher Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in der inneren Kernglasschicht 5 eine höhere Dichte eingestellt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass während der Abscheidung der inneren Kernglasschicht 5 eine höhere Oberflächentemperatur im Bereich des Auftreffpunktes des Abscheidebrenners eingestellt wird, als beim Abscheiden der äußeren Kernglasschicht 6. Die Oberflächentemperatur wird auf der Rohlingoberlläche im Auftreffpunkt der Flamme des Abscheidebrenners gemessen. Hierzu wird eine handelsübliche Thermokamera eingesetzt.

Die innere Kernglasschicht 5 wird im Ausführungsbeispiel von den drei ersten SiO₂- Schichten gebildet. Beim Abscheiden dieser Schichten wird eine Oberflächentemperatur eingestellt, die eine spezifische Dichte der inneren Kernglasschicht 5 von 28% der Dichte von Quarzglas bewirkt. Nach dem Abscheiden der inneren Kernglasschicht 5 wird die äußere Kernglasschicht 6 abgeschieden, wobei gleichzeitig die Oberflächentemperatur gesenkt wird. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten.

Zum einen wird die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der Kernglasschicht 5 verringert, indem die Flammentemperatur des Abscheidebrenners gesenkt wird. Dies wird erreicht, indem die Zufuhrraten der Brenngase Wasserstoff und Sauerstoff zum Abscheidebrenner um 15% verringert werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der inneren Kernglasschicht 5 dadurch verringert, dass der Abstand zwischen dem Abscheidebrenner und der Oberfläche des sich bildenden Rohlings von 130 mm auf 150 mm vergrößert wird.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der inneren Kernglasschicht 5 dadurch verringert, dass die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem Abscheidebrenner und der Oberfläche des sich bildenden Rohlings um 100% vergrößert wird, indem die Vorschubgeschwindigkeit des Abscheidebrenners entlang des Dorns entsprechend erhöht wird.

Nach dem Abscheiden der äußeren Kernglasschicht 6 wird die Zufuhr von GeCl₄ gestoppt und auf dem Kernglasbereich 2 nach dem gleichen Verfahren schichtweise der Mantelglasbereich 3 abgeschieden.

Anschließend wird der Dorn entfernt. Aufgrund der hohen Festigkeit der inneren Kernglasschicht 5 gelingt dies ohne die Wandung der Innenbohrung zu verletzen. Das so erhaltene, poröse Quarzglasrohr wird in chlorhaltiger Atmosphäre getrocknet und anschließend gesintert. Zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern wird daraus ein sogenannter Kernstab gebildet, indem die Innenbohrung kollabiert wird. Auf diese Wiese wird ein Kernstab mit einem Durchmesser von 14 mm erhalten.

Parallel dazu wird ein Überfangrohr aus undotiertem Quarzglas (ein sogenanntes "Jacketrohr") ebenfalls durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ unter Bildung von SiO₂- Partikeln und axialer Abscheidung der SiO₂-Partikel auf einem rotierenden Dorn hergestellt. Da das Jacketrohr zur Lichtführung in der aus der Vorform erhaltenen Faser nicht nennenswert beiträgt, sind die Anforderungen an dessen Reinheit und Homogenität vergleichsweise gering. Das Jacketrohr ist daher kostengünstig unter gleichzeitigem Einsatz mehrerer Abscheidebrenner herstellbar. Vor dem Sintern wird das aus undotiertem, porösen Quarzglas bestehende Jacketrohr in chlorhaltiger Atmosphäre getrocknet. Nach dem Sintern hat das Jacketrohr einen Innendurchmesser von etwa 15 mm und einen Außendurchmesser von etwa 60 mm.

Im Anschluß daran wird das Jacketrohr auf den Kernstab aufgeschmolzen, indem die Anordnung in einem elektrisch beheizten Ofen auf eine Temperatur von 2150°C (Ofentemperatur) erhitzt wird. Das Schließen des Ringspalts erfolgt problemlos durch zonenweises Erhitzen der vertikal orientierten Anordnung.

Die so hergestellte Vorform weist danach einen Außendurchmesser von 100 mm auf. Die daraus gezogene Faser zeigt bei einer Wellenlänge von 1385 nm eine Dämpfung von 0,6 dB/km.

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise einen typischen Dichteverlauf über dem Radius bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, porösen SiO₂-Rohling. Auf der y-Achse des Diagramms ist die Dichte "δ" und auf der x-Achse der Radius "r" aufgetragen. Unmittelbar angrenzend an die Innenbohrung 31 ist ein Bereich höherer Dichte vorgesehen, der durch die innere Kernglasschicht 32 gebildet wird. An die innere Kernglasschicht 32 schließt sich nach außen die äußere Kernglasschicht 33 und an diese der Mantelbereich 34 an. Äußere Kernglasschicht 33 und Mantelbereich 34 unterscheiden sich bei diesem Ausführungsbeispiel in ihrer Dichte nicht. Die Dichte der äußeren Kernglasschicht 33 liegt deutlich unterhalb der Dichte in der inneren Kernglasschicht 32. Die Grenzfläche zwischen innerer Kernglasschicht 32 und äußerer Kernglasschicht 33 ist durch die punktierte Linie 35 angedeutet. Die Grenzfläche wird als diejenige parallel zur Längsachse verlaufende Zylindermantelfläche definiert, bei der der Dichteunterschied zwischen innerer Kernglasschicht 32 und äußerer Kernglasschicht 33 die Hälfte seines Maximalwerts beträgt.

Näheres zu den im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung relevanten Verfahren und Vorrichtungen für die Herstellung von synthetischem Quarzglas für optische Fasern durch CVD-Abscheidung sind aus folgenden Druckschriften zu entnehmen: In der US-A 5,788,730 wird ein Verfahren und ein Abscheidebrenner aus Quarzglas mit einer Mitteldüse und mindestens drei Ringspaltdüsen für die Herstellung eines Sootkörpers mit homogener radialer Dichteverteilung beschrieben; in der DE-A1 197 25 955 wird der Einsatz eines Brenners für eine Einspeisung von flüssigem Glasausgangsmaterial gelehrt; und in der DE-A1 195 01 733 wird eine Vorrichtung für die gleichzeitige und gleichmäßige Gasversorgung einer Vielzahl von Abscheidebrennern unter Einsatz eines Druckausgleichsgefäßes offenbart. Zur Steigerung der Effizienz der Soot-Abscheidung wird in der DE-A1 196 29 170 vorgeschlagen, ein elektrostatisches Feld zwischen Abscheidebrenner und Sootkörper anzulegen; in der DE-A1 196 28 958 und in der DE-A1 198 27 945 werden Maßnahmen für die Homogenisierung der Soot-Abscheidung bei Einsatz eines oszillierend bewegten Brenner-Arrays angegeben. Aus der DE-A1 197 51 919 und der DE-A1 196 49 935 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Handhabung des Sootkörpers während und nach dem Abscheideprozess bekannt; und aus US-A 5,665,132, US-A 5,738,702 und DE-A1 197 36 949 ergeben sich Maßnahmen für die Halterung des Sootkörpers beim Verglasen. Die Dotierung von Quarzglas mit Fluor und Bor wird in der EP-A 582 070 beschrieben; in der US-A 5,790,736 wird eine Lehre zur Anpassung der Viskosität von Kern- und Mantelmaterial einer Faser gegeben; und in der DE 198 52 704 geht es um ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser unter Einsatz dotierter Substratrohre nach dem MCVD-Verfahren. Die Nachbearbeitung eines verglasten Quarzglas-Hohlzylinders unter Einsatz eines speziellen Bohrers ist in der US-A 5,643,069 beschrieben. Die US-A 5,785,729 gibt eine Lehre zur Herstellung großvolumiger Vorformen unter Einsatz der Stab-in-Rohr- Technik; und die DE-A1 199 15 509 beschreibt einen zur Durchführung dieser Technik geeigneten Abzug. Gegenstand von EP-A1 767149 und DE-A1 196 29 169 ist die Herstellung maßgenauer Quarzglas-Rohre durch ein Vertikalziehverfahren.

Claims (16)

1. Verfahren für die Herstellung eines SiO₂-Rohlings, indem durch Abscheiden aufeinanderfolgender Schichten von SiO₂-Partikeln auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers mittels mindestens eines Abscheidebrenners der poröse Rohling gebildet, und der Träger entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine die erste Schicht umfassende Hartschichtenfolge (5) abgeschieden wird, die eine höhere Dichte als auf die Hartschichtenfolge (5) folgende Schichten (6) aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartschichtenfolge (5) die erste bis maximal zehnte Schicht abgeschieden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartschichtenfolge (5) die erste bis maximal fünfte Schicht abgeschieden werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschichtenfolge (5) mit einer Gesamtstärke von maximal 500 µm, vorzugsweise maximal 150 µm erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartschichtenfolge (5) eine Dichte im Bereich von 20% bis 35% der Dichte von Quarzglas aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der Hartschichtenfolge (5) verringert wird, indem die Flammentemperatur des mindestens einen Abscheidebrenners gesenkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammentemperatur gesenkt wird, indem die Zufuhrrate von Brennergasen zu dem mindestens einen Abscheidebrenner relativ zu den Zufuhrraten von anderen dem Abscheidebrenner zugeführten Gasen verringert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammentemperatur gesenkt wird, indem dem Abscheidebrenner Inertgas zugeführt oder die Zufuhr von Inertgas erhöht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammentemperatur gesenkt wird, indem die Zufuhr von Ausgangsstoffen zur Bildung der SiO₂-Partikel relativ zu der Zufuhr von Sauerstoff und/oder Wasserstoff erhöht wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der Hartschichtenfolge (5) verringert wird, indem der Abstand zwischen dem mindestens einen Abscheidebrenner und der Oberfläche des sich bildenden Rohlings (1) vergrößert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur nach dem Abscheiden der Hartschichtenfolge (5) verringert wird, indem die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem mindestens einen Abscheidebrenner und der Oberfläche des sich bildenden Rohlings (1) vergrößert wird.

12. Rohling für die Herstellung einer Vorform für eine optische Faser, der einen aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Schichten gebildeten Kernglasbereich (2) aus porösem Quarzglas aufweist, der koaxial von mindestens einem Mantelglasbereich (3) aus porösem Quarzglas umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernglasbereich (2) eine die innerste Schicht umfassende innere Kernglasschicht (5) und eine äußere Kernglasschicht (6) aufweist, wobei die innere Kernglasschicht (5) gegenüber der äußeren Kernglasschicht (6) eine höhere Dichte aufweist.

13. Rohling nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kernglasschicht (5) die erste bis maximal zehnte Schicht umfasst.

14. Rohling nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kernglasschicht (5) die erste bis maximal fünfte Schicht umfasst.

15. Rohling nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kernglasschicht (5) eine Gesamtstärke von maximal 500 µm, vorzugsweise maximal 150 µm aufweist.

16. Rohling nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kernglasschicht (5) eine Dichte m Bereich von 20% bis 35% der Dichte von Quarzglas aufweist.