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DE2919080A1 - Verfahren zum herstellen einer optischen faser - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer optischen faser

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DE2919080A1
DE2919080A1 DE19792919080 DE2919080A DE2919080A1 DE 2919080 A1 DE2919080 A1 DE 2919080A1 DE 19792919080 DE19792919080 DE 19792919080 DE 2919080 A DE2919080 A DE 2919080A DE 2919080 A1 DE2919080 A1 DE 2919080A1
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DE
Germany
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glass
core
cladding
fiber
core part
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DE19792919080
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DE2919080B2 (de
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Masao Dipl Ing Kawashima
Bun Dipl Ing Kikuchi
Hisanao Dipl Ing Okada
Tochigi Oyama
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority claimed from JP5633578A external-priority patent/JPS54147226A/ja
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Publication of DE2919080A1 publication Critical patent/DE2919080A1/de
Publication of DE2919080B2 publication Critical patent/DE2919080B2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
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Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser zur Verwendung auf dem Gebiet optischer Kommunikationssysteme. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser, die keinen Fehler des Brechungsindex hat.
Gegenwärtig wird im allgemeinen zur Herstellung einer Glasfaseroptik ein Verfahren angewendet, bei dem zuvor der Kern und der Mantel zu einer Einheit vereint werden und eine Faser durch Erwärmen und Expandieren der Einheit erhalten wird. Dies· Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Grenze des Kern- und Mantelteils nicht exakt definiert ist und daß folglich der Wirkungsgrad der Totalreflexion beeinträchtigt wird. Gleichzeitig hat das Verfahren den Nachteil, daß es einen Defekt im Brechzahlprofil im Bereich in der Nähe der Mitte des Kernteils aufweist.
Eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Totalreflexion hat einen direkten schädlichen Einfluß auf die
Dämpfungscharakteristik der Glasfaseroptik. Besonders stark beeinträchtigt wird das Merkmal der Lichtübertragung durch die Erzeugung des Defektes in der Brechzahl im Bereich in der Nähe der Mitte des Kernteils.
Besonders wünschenswert ist deshalb ein Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser, bei der die Grenze zwischen Kern- und Mantelteil exakt definiert ist, bei der der Koeffizient der Totalreflexion ausgezeichnet ist und gleichzeitig kein Defekt im Brechzahlprofil im Bereich in der Nähe der Mitte des Kernteils erzeugt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine optische Faser ohne Fehler im Brechzahlprofil durch ein Verfahren erhalten werden, bei dem zunächst die bloße Faser, die lediglich aus dem Kernteil besteht, durch Erwärmen und Expandieren
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des Rohmaterials für den Kern der Glasfaseroptik hergestellt wird, die aus einer Loppelschicht aus Kern und Mantel mit unterschiedlicher Brechzahl besteht. Auf diesem Kernteil wird die Mantelschicht dann gemäß folgenden Verfahrensschritten erzeugt: Das im Dampfniederschlagsverfahren erzeugte Mantelglas aus feinem körnehenförmigem Oxid wird auf die bloße Faser des Kernteils aufgetragen und dann zur Mantelglasschicht erhitzt. Es ist auch möglich, das feine körnchenfö'rmige Oxid des Mantelglases unmittelbar auf die bloße Faseroberfläche des Kernteils in Form von Glas aufzutragen, wobei die Mantelglasschicht kontinuierlich geformt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Grenzschicht zwischen Kern- und Mantelteil exakt definiert aufgrund des Herstellungsverfahrens der Faser, gemäß dem die Mantelglasschicht so erzeugt wird, daß das Glasmaterial für die Mantelschicht in einem Tiegel geschmolzen wird, der am Boden ein feines Loch hat. Die bloße Faser des Kernteils wird durch das feine Loch im Boden des Tiegels geführt. Auf diesem Wege kann eine Glasfaseroptik mit ausgezeichnetem Totalreflexionskoeffizienten hergestellt werden.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 die Verteilung der Brechzahl einer Glasfaseroptik zur Erläuterung eines Profildefektes der gemäß einem bekannten Herstellungsverfahren erzeugten Glasfaseroptik;
Fig. 2 ein bevorzugtes Ausftihrungsbeispiel der Erfindung ;
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Pig. 3 eia weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Pig. 4 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ehe ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben wird, soll allgemein erklärt werden, welche Anforderungen an eine Glasfaseroptik der in Präge stehenden Art gestellt werden:
1.) Die Lichtdurchlässigkeit des Kernglases, welches als Lichtübertragungsweg benutzt wird, sollte außerordentlich groß sein.
2.) TIm eine außerordentlich wirksame Totalreflexion an der Grenze zwischen dem Glaskern und dem Glasmantel zu gewährleisten, muß die Grenze exakt definiert sein.
3.) Die Brechzahlen des Glaskerns und des Glasmantels (nl bzw. n2) sollten folgende Bedingung erfüllen .SlL^y/nij"- n| > 2,405, darin sind n1 = Brechzahl des Kernglases n2 = Brechzahl des Mantelglases a sr Radius des Glaskerns
X = Optische Yfellenlänge.
Insgesamt sind folgende Verfahren zum Herstellen einer Glasfaseroptik als Kombination aus Kernglas und Mantelglas bekannt.
1.) Das Doppeltiegelverfahren - Das Kernglasmaterial und das Mantelglasmaterial wird jeweils im inneren bzw. äußeren Tiegel eines in Doppelkammerkonstruktion ausgeführten Tiegels geschmolzen, und diese Materialien werden gleichzeitig aus dem feinen Loch am Boden des Doppeltiegels gezogen und zur Paser geformt.
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2. Stab-im-Schlauch-Verfahren - Das zuvor zu einem Stab geformte Kernglasmaterial wird in das zu einem Schlauch geformte Mantelglasmaterial eingeführt, und dann werden beide in Form eines integrierten massiven Stabes erwärmt und geschmolzen. Anschließend wird die Wärmequelle entfernt und der erhaltene Stab zu einem Draht gestreckt, wodurch die Faser erhalten werden kann.
3. Das chemische Dampfniederschlagsverfahren - In einem Quarzglasrohr (Reaktionsrohr), welches mit Hilfe einer Glasdrehbank gedreht und erhitzt wird, wird das Ausgangsgas thermisch oxidiert. Das erzeugte produkt wird dann an der Innenfläche des Quarzglasrohres angeordnet und anschließend zu dem Glasmaterial geformt. Dadurch können wiederholt Dünnschichtfilme aus Mantelglas und Kernglas hergestellt werden. Diese Schichten werden dann als integrierter Stab zu einer Vorform verarbeitet. Diese vorform wird durch Verwendung einer Wärmequelle zu einem Draht gedehnt und dann zur Faser geformt.
Bei allen oben genannten bekannten Verfahren wird die Faser dadurch erhalten, daß zunächst der Kernteil und der Mantelteil zu einem integrierten Körper verarbeitet werden, der dann erwärmt und in die Form eines Drahtes gestreckt wird. Ein solches Verfahren hat deshalb den Nachteil, daß die Grenzschicht zwischen Kern und Mantel nicht exakt definiert ist, wodurch sich ein schlechterer Totalreflexionskoeffizient ergibt.
Außerdem wird bei dem als Kollapsverfahren bezeichneten Verfahren, nämlich dem chemischen Dampfniederschlagsverfahren, bei dem das Glasrohr gefüllt und zu einemmassiven Stab geformt wird, das Glasrohr auf Temperaturen bis zu 20000C erhitzt. Dabei verdampft nicht nur SK^ sondern auch der Zusatzstoff zum Steuern der Brechzahl, der als Dotiersubstanz bezeichnet wird und aus GeO,, -P2°5 U8W· ^e-
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steht. Dies Verfahren hat noch einen weiteren Nachteil, denn da die Dotiersubstanz, z.B. GeO2 leichter verdampft als SiOp,verringert sich die Konzentration des Zusatzstoffes (in diesem Pall GeO2) zum Erhöhen der Brechzahl "bei einer sehr dünnen Schicht auf der Glasoberfläche, die später den Kernteil bildet, so daß ein Defekt im Brechzahlprofil im Bereich in der Nähe der Mitte des Kernteils erzeugt wird und gleichzeitig die Verteilung der Brechzahl gestört wird, was zu einer Verformung führt. Dieser Zustand ist in Pig. 1 dargestellt. In dieser Pig. bedeutet die horizontale Aohse die Radiusrichtung der Paser, die vertikale Achse die Brechzahl, während der Kernteil mit 1 und der Mantelteil mit 2 bezeichnet ist. Diese Pig. ist eine graphische Darstellung der Brechzahl, der Defekt der Verteilung der Brechzahl ist durch A angedeutet.
Der Kerndurchmesser einer einzelnen Paser insbesondere beträgt nur einige Mikrometer, so daß die Erzeugung des Fehlers im Brechzahlprofil im Bereich in der Nähe der Mitte des Kernteils einen deutlichen schädlichen Einfluß auf die Charakteristik der Lichtübertragung hat.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, die oben erwähnten Nachteile auszuschalten und bietet ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser von hoher Qualität, bei der die Grenze zwischen dem Kernteil und dem Mantelteil exakt definiert und außerdem der Fehler im Brechzahlprofil ausgeschaltet ist.
Ferner muß das Kernmaterial den geringstmöglichen Lichtverlust bieten und sollte auch den geringstmöglichen Grund für eine Verschlechterung des optischen Absorptionsvermögens und der Streuverlustcharakteristik haben. Andererseits besteht keine Notwendigkeit.dem Mantelmaterial im Vergleich zum Verfahren für die Herstellung des Glaskerns soviel Aufmerksamkeit zu schenken, da das Mantelmaterial keinen so großen nachteiligen Einfluß auf die Lichtübertra-
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gungseigenschaft hat.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser zu schaffen, die unter dem oben genannten Gesichtspunkt sehr wirksam ist.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Pig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren. Die Zeichnung zeigt das Kernausgangsmaterial 21, eine Zufuhrvorrichtung 22 für das Kernausgangsmaterial,' einen Hochfrequenz-Induktionsofen 23, einen ringförmigen Sauerstoff-Wasserstoff-Brenner 24, ein Trägergas 25, eine Gasphasenerzeugereinheit 26, einen Elektroofen 27, eine Polymerisatüberzugsvorrichtung 28 (zum Auftragen des primären Überzugs), einen Elektroofen 29, eine Faserextraktionsvorrichtung 30. Die aus der Faserextraktionsvorrichtung 30 gezogene Faser wird anschließend auf eine Trommel aufgewickelt.
Als Ausgangsmaterial für den Kern wird handelsübliches Quarzglas von hoher Reinheit verwendet. Der Grund für die Verwendung eines Quarzglases von hoher Reinheit besteht darin, daß viele Arten von Dotiersubstanzen und eine übergroße Menge der Dotiersubstanz zu einer Erhöhung des Lichtübertragungsverlustes (Absorptionsverlustes) führen und leicht einen Fehler in der Verteilung der Brechzahl hervorrufen, der aus der Verdampfung und Wärmediffusion der Dotiersubstanz resultiert und zu einer ungenauen Definition der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel führt. Ein Quarzglas von hoher Reinheit ist zweckmäßig, da es keine Dotiersubstanz enthält.
Im Verlaufe des Herstellungsverfahrens werden nacheinander die folgenden Schritte durchgeführt: Die Außenseite des Quarzglasstabes von hoher Reinheit wird meoha-
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nisch poliert (spitzenlose polierung), und dann wird die Oberfläche mit einem Säuregemisch gewaschen, welches Fluorwasserstoffsäure enthält. Danach wird die Oberfläche durch eine Feuerpolierbehandlung gesäubert und geglättet und erneut mit Fluorwasserstoffsäure gewaschen. Auf diese Weise kann ein Quarzglasstab von hoher Reinheit aus dem Kernausgangsmaterial 21 mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer Länge von 500 mm hergestellt werden. Dieser wird anschließend durch Verwendung des Hochfrequenz-Induktionsofens 23 zu einem Faserkern mit einem Außendurchmesser von 100 um verarbeitet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Hochfrequenz-Induktionsofen 23 verwendet; aber es ist klar, daß der gleiche Zweck auch dann erreicht werden kann, wenn eine Wärmequelle verwendet wird, die das Glasmaterial bis zu der zum Expandieren desselben ausreichenden Viskosität erwärmen kann, z.B. ein Elektroofen, Laser, Gasbrenner usw..
Als Oberflächenbehandlung für die Außenseite des Quarzglasstabes, der als Kernmaterial verwendet wird, können auch andere Verfahren als die genannte Behandlung hinzugefügt werden, und das Verfahren kann vereinfacht werden.
Ferner wird gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein reines Quarzglas als Kernmaterial verwendet, welches das beste Beispiel darstellt. Wenn es die Steuerung der Brechzahl, des Wärmedehnungskoeffizienten und des Erweichungspunktes erfordert, kann gegebenenfalls ein Glasmaterial der Quarze mit löslichem Oxid als Zusatzstoff verwendet werden, der mindestens ein Oxid enthält, darunter Oxide von Germanium, Phosphor, Zinn, Niobium, Zirkonium, Lanthan, Fluor, Bor, Arsen, Magnesium, Kalzium, Titan, Gallium, Aluminium, Antimon, Tellur, Natrium, Lithium, Kalium und Blei. Der Gehalt an Zusatzstoff sollte 0,1$ wesentlich übersteigen. Es kann auch ein Mehrelement-Glas-
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material verwendet werden, welches aus einer Kombination aus mindestens einem Element unter den oben genannten Oxiden besteht.
Auf der Außenfläche des entstandenen Faserkerns mit einem Außendurchmesser von 100 um wird anschließend durch Feuerhydrolyse feinkörniges, mit Arsen dotiertes Siliziumdioxid in einer Dicke von ca. 50 um geformt und anschließend im Elektroofen 27 erhitzt und gesintert, um das Glas zu bilden, welches mit dem Kernteil integriert ist. Die integrierte Faser hat im wesentlichen einen Kerndurchmesser von 85 um und eine Manteldicke von ca. 25 um.
Der im Verfahren der Feuerhydrolyse bei diesem Ausfuhrungsbeispiel erzeugte Hantel wird gemäß folgendem Verfahren hergestellt: Der als Trägergas 25 wirkende trockene Sauerstoff wird in eine Sprudelvorrichtung eingeführt, die Siliziumtetrachlorid (SiCl,) enthält und auf einer Temperatur von 500C gehalten wird, und ferner in eine Sprudelvorrichtung eingeleitet, die Bortribromid (BBr.*) enthält und auf einer Temperatur von 300C gehalten wird. Die von diesem Sauerstoff erfaßten Dämpfe aus SiClj und BBr, werden vermischt, und dabei wird die Menge des Sauerstoffs so eingestellt, daß sich eine Menge an BBr, von 7,1 Gew.# ergibt.
Anschließend wird das vom Sauerstoff erfaßte Dampfgemisch aus SiCl^ und BBr, dem Sauerstoff-Wasserstoff-Flammenbrenner zugeführt und darin einer Hydrolyse unterworfen. Dadurch wird auf der Oberfläche des Kerns Oxid, nämlich SiOp in einer Menge von ca. 86 Gew.# und das feingranulierte Oxid (Glaskörnchen) mit einer Zusammensetzung von BpO, von ca. 14 Gew.# niedergeschlagen. Dies Oxid wird dem unmittelbar darunter angeordneten Elektroofen 29 zugeführt und auf oa. 135O0C erhitzt und zu Glas gesintert. Auf diese Weise wird die Mantelglasschicht geformt·
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ι.
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Das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen der Fasermantelschicht mit Hilfe der Feuerhydrölyse ist ein Beispiel für Dampfniederschlagsverfahren, bei denen der Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner verwendet wird. Es ist auch möglich andere Dampfniederschlagsverfahren anzuwenden, beispielsweise eine Wärmequelle(wie einen Elektroofen und einen Plasmabrenner anzuwenden.
Ferner wird bei dem oben beschriebenen Beispiel das Verfahren zum Niederschlag des Oxids und das zum Herstellen des gesinterten Glases getrennt vorgenommen. Wenn gewünscht, kann jedoch auch kontinuierlich ein Überzug geschaffen werden, wobei das Glas direkt auf der Kernfläche im Dampf niederschlagsverfahren unter Anwendung einer Wärmequelle erzeugt wird.
Als weiteres Verfahren zum Herstellen der Mantelschicht kann auch das Glasmaterial für den Mantel in einem einfach oder mehrfach aufgebauten Topf geschmolzen werden und die Kernfaser dann dem geschmolzenen Glas hinzugefügt werden, wodurch sich die Mantelschicht herstellen läßt.
Außerdem kann die Mantelschicht auf verschiedene andere Weise zusätzlich zu den genannten Verfahren hergestellt werden, nämlich durch ein Verfahren, bei dem feine Glaskörnchen für den Mantel, die in einem Lösungsmittel suspendiert sind, auf den Kern im Sprühverfahren oder Bürstenauftragsverfahren aufgebracht werden (nach dem Erwärmen und Schmelzen entsteht dann die Mantelschicht) - ein Verfahren, bei dem feine Glaskörnchen für den Mantel im Rauchverfahren (Dampfbadverfahren) auf den Kern aufgetragen werden (durch Erhitzen und Schmelzen wird dann der Mantel erzeugt)-ein Verfahren, bei dem feine Glaskörnchen für den Mantel, die in einem Elektrolyten suspendiert sind auf den Kern aufgetragen werden und die Mantelschicht durch Erhitzen und Schmelzen (Platfcierverfahren) erzeugt wird, -
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ein Verfahren, bei dem Glasatückchen, die als Mantelmaterial anbringbar sind, mit FiIfe eines Hochfrequenz-Zerstäubungsverfahrens, welches auch auf das Zerstäubungsziel angewendet wird, am Kern zum Haften gebracht werden (durch Erhitzen und Schmelzen wird dann die Mantelschicht geschaffen) - ein Verfahren, bei dem das Gemisch aus Glasform- und Überzugsmaterial, welches in einem organischen Harzlösungsmittel suspendiert ist, niedergeschlagen wird, wobei dann die Mantelschicht durch Erhitzen und Schmelzen entsteht.
Die Zusammensetzung des Glasmaterials für den Mantel wird bestimmt durch die Zusammensetzung des Kernmaterials. Wie jedoch auf der Hand liegt, ist es, wenn nötig, auch möglich, den Gehalt an und/oder die Zusammensetzung des Zusatzstoffes im Vergleich zur Zusammensetzung des Glasmaterials für den Kern zu ändern, um die Brechzahl einzustellen, und wenn nötig den Wärmedehnungskoeffizienten und Erweichungspunkt .
Fach der Schaffung des Mantels kannwenn nötig,ein Polymerisat, z.B. ein Harz der Fluorgruppe (KYHAR) oder ein Silikonharz als Überzug aufgebracht werden, um die Erzeugung geringfügiger Fehler zu vermeiden und die mechanische Stärke aufrecht zu erhalten bzw. eine Verschlechterung derselben zu verhindern.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel zum Durchführen der Erfindung. Die Fig. zeigt das Kernausgangsmaterial 31, eine Zufuhrvorrichtung 32 für das Kernausgangsmaterial, einen Elektroofen 33, Glasmaterial 34 für den Mantel, einen Hochfrequenz-Induktionsofen 35, einen Glasschmelztopf 36 für den Mantel, eine Polymerisatüberzugsvorrichtung 37 (für den primären Überzug), einen Elektroofen 38, eine Faserextraktionsvorrichtung 39 und eine Aufnahmevorrichtung 40.
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Als Ausgangsmaterial für den Kern wird handelsübliches Quarzglas von hoher Reinheit verwendet. Der Grund für die Verwendung von Quarzglas von hoher Reinheit besteht darin, daß viele Arten von Dotiersubstanzen und ein zu starkes Dotieren eine Zunahme des Lichtübertragungsverlustes (Absorptionsverlustes) verursachen und leicht einen Fehler in der Verteilung des Brechungsindex aufgrund der Verdampfung und Wärmediffusion der Dotiersubstanz hervorrufen und auch eine ungenaue Grenzschicht zwischen den Kern- und Mantelteilen verursachen. Quarzglas von hoher Reinheit ist vorteilhaft, da es keine Dotiersubstanz enthält.
Das Herstellungsverfahren wird wie folgt vorgenommen: Die Außenseite des Quarzglasstabes von hoher Reinheit wird mechanisch poliert, und dann wird die Oberfläche einer Waschbehandlung mit einem !fluorwasserstoffsäure enthaltenden Säuregemisch ausgesetzt. Als Kernausgangsmaterial 31 wird ein Glasstab der SiO2-GeO2 Gruppe von hoher Reinheit verwendet.
Wärmedehnungskoeffizienten
cc
;. Es hat eine Brechzahl Jin von 1,483 und einen
—7 /O Lungskoeffizienten von ca. 28 · 10 /C.
Als Folge der oben genannten Oberflächenbehandlung und Reinigung entsteht ein Glasstab von hoher Reinheit mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer länge von 500 mm. Dieser Glasstab wird durch Wärmebehandlung und Streckung bei einer Temperatur von 1600 bis 17000C im Elektroofen zu einer bloßen Paser des Kernteils allein mit einem Außendurchmesser von 95 um verarbeitet. Anschließend wird der Stab in dem Tiegel 36 in Einfachkonstruktion mit einem feinen Loch am Boden, der im Hochfrequenz-Induktionsofen 35 angeordnet ist, bei einer Temperatur von ca. HOO0C geschmolzen.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel ein Hochfrequenz-Induktionsofen 35 verwendet wird, ist offenkundig, daß auch andere Wärmequellen, z.B. ein Elektroofen, Laser, Gasbrenner usw.,verwendet werden können, wenn das Glasmaterial
: ν §0984670920 ORIGINAL INSPECTED
auf eine solohe viskosität erhitzt werden kann, daß es ausreichend gestreckt werden kann.
Danach wird der Glasmantel auf der Oberfläche der bloßen Faser des Kernteils mit einem Außendurchmesser von 95 um geschaffen, wenn dieser Kernteil im Mantelglas durch das feine Loch geführt wird, welches am Boden des Tiegels ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine mit dem Kernteil integrierte Faseroptik mit einem Außendurchmesser von 120 um und einen Kerndurchmesser von 85 um erhalten werden.
Als Glas für den Mantel wird ein Mehrelementenglas der Gruppe Si02-B20,-Al203~Na20 verwendet. Es hat einen Wärmedehnungskoeffizienten von 33 . 10""'/0C, der nahezu dem von Pyrexglas entspricht, und seine Brechzahl ist 1,472.
Die Zusammensetzung des Glases für den Mantel ist auch von der oben beschriebenen Zusammensetzung umfaßt. Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, die Menge und/oder Zusammensetzung des Zusatzstoffes zu ändern, um die Brechzahl einzustellen und, wenn nötig, den Wärmedehnungskoeffizienten und den Glaserweichungspunkt.
Die numerische Apertur NA der Glasfaseroptik beträgt 0,16 und der lichtübertragungsverlust 9 dB/km für eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 0,83 um. Allerdings kann der Übertragungsverlust dadurch verringert werden, daß der Streuverlust an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel reduziert wird.
Nach der Erzeugung des Mantels wird die Außenseite mit Silikonharz beschichtet, so daß der Außendurchmesser nunmehr 200 um beträgt. Dies dient zum Verhindern der Ausbildung feiner Fehler oder zum Aufrechterhalten der mecha-
0Fii3i£--;AL INSPECTED
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nischen Stärke -und. zum Verhindern einer Verschlechterung derselben. In diesem Moment "beträgt die Zugfestigkeit ca. 3,5 kg/Faser.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar das Kernausgangsmaterial 41, eine Zufuhrvorrichtung 42 für das Kernausgangsmaterial, einen Hochfrequenz-Induktionsofen 43» einen ringförmigen Sauerstoff -Wasserstoff-Brenner 44, ein Trägergas 45, eine Dampfniederschlagseinheit 46, einen Elektroofen 47, das Glas für den Mantel 48, einen Elektroofen 49, einen Schmelztiegel 50 für das Mantelglas, eine Polymerisätüberzugsvorrichtung 51 (für den primären Überzug), einen Elektroofen 52, eine Faserextraktionsvorrichtung 53 und eine Aufnahmevorrichtung 54.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Kernausgangsmaterial 41 eine Glasstange von hoher Reinheit der SiO2-GeOo-Gruppe verwendet, deren Brechzahl 1,490 beträgt, während ihr Wärmedehnungskoeffizient ca. 32 . 10"'/ C ist. Das Kernausgangsmaterial 41 wird einer ausreichenden Oberflächenbehandlung und Reinigung unterworfen und dann zu einem Glasstab von hoher Reinheit mit einem Außendurchmesser von 10 um und einer länge von 500 mm verarbeitet. Der Glasstab wird dann erhitzt und bei einer Temperatur von ca. 165O0G im Hochfrequenz-Induktionsofen gestreckt und zu der bloßen Faser lediglich des Kernteils mit einem Außendurchmesser von 110 um verarbeitet. Anschließend wird wie bei dem anhand von Fig· 2 erläuterten Ausführungsbeispiel feines körnchenförmiges Oxid der SiO2-GeO2-Gruppe auf der Oberfläche der bloßen Faser des Kernteils durch ein Feuerhydrolyseverfahren unter Verwendung des ringförmigen Sauerstoff-Wasserstoff -Brenners 44 niedergeschlagen. Dies Oxid wird anschließend in dem unmittelbar an der Unterseite angeordneten Elektroofen 47 auf eine Temperatur von ca. HOO0C erhitzt und dann unter Erzeugung der Mantelglasschicht zu Glas
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gesintert. Hierdurch entsteht eine paser mit einem Außendurchmesser von 145 μιη und einem Kerndurchmesser von 92 um, bei der der Mantel mit dem Kernteil integriert ist. Die Zusammensetzung des Glases für die Mantelschicht besteht aus dem SiOp-GeC^-Qlas, welches eine Brechzahl von 1,478 und einen Wärmedehnungskoeffizienten von 25 . 10"'/0G hat. Anschließend erfolgt eine Beschichtung mit einer Glasschicht durch das feine Loch am Boden des Mantelglasschmelztiegels 50. Auf diese weise wird das Endprodukt, nämlich eine Paser mit einem Außendurchmesser von 148 pm und einem Kerndurchmesser von 83 pm erhalten, die zwei Arten von Mantelglasschichten aufweist.
Die Dicke der Glasmantelschicht kann je nach den Oxidniederschlagsbedingungen auf der Oberfläche der blanken Kernfaser.geändert werden (Dampfniederschlagsbedingung, Brennerstruktur und Größe usw.); aber sie hängt größtenteils von der Viskosität des Glases und der Spinngeschwindigkeit ab. Es ist auch möglich, die Dicke der Mantelglasschicht je nach den spezifizierten Abmessungen zu steuern.
Wie bereits erwähnt, ist es möglich bei der Erzeugung der Glasmantelschicht das gleiche Verfahren mehrmals (mindestens noch einmal) zu wiederholen und unter Kombination unterschiedlicher Verfahren eine mehrfache Wiederholung vorzunehmen. Es kann auch eine Glasfaseroptik durch mehrfachen Auftrag von Glasschichten mit unterschiedlicher Brechzahl in jeder Schicht erzeugt werden, die eine pasercharakteristik mit abgestuftem Index hat.
Ferner kann man dies Verfahren wegen dem Bestreben, daß der Kernteil, jedesmal wenn die Mantelglaslage beschichtet wird, allmählich erhitzt und gestreckt wird, als ein Verfahren bezeichnen, welches gerade geeignet ist, um eine einzelne Paser mit kleinem Kerndurchmesser und dickem Mantel und Glasschichten herzustellen.
$09346/0920 "original inspected
Die gemäß Pig, 4 erhaltene Glasfaseroptik hat einen Übertragungsverlust von 7,8 dB/km bei einer numerischen Apertur NA von 0,19 und einer Lichtwellenlänge von 0,83 um. Die durch Auftrag des Silikonharzes erhaltene beschichtete Glasfaseroptik hat einen Außendurchmesser von 252 um, und ihre Zugfestigkeit beträgt ca. 4,7 kg/paser.

Claims (6)

  1. 6/359 Orthstraße12
    D-8000 München
    Fujitsu Limited, lolj> Kamikodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Japan
    Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser
    Priorität! 12. Mai 1978 - Japan - 53-5^33^
    53-56335
    Patentansprüche
    (Jy Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser, gekennzeichne t durch das Herstellen lediglich einer bloßen Faser des Kernteils durch Erwärmen und Strecken des Ausgangsmaterials für den Kern, durch Beschichten der "bloßen Faser des Kernteils im Dampfniederschlagsverfahren mit einem feinen körnchenförmigen Oxid für den Glasmantel und durch die Herstellung der G-lasmante Is chi cht durch Erhitzen des feinen körnchenförmigen Oxids für den Glasmantel.
  2. 2. Verfahren zum Herstellen einer optischen Faser, gekennzeichnet durch Herstellen lediglich einer bloßen Faser des Kernteils durch Erhitzen und Strecken des Ausgangsmaterials für den Kernteil, durch Schmelzen des Glases für die Mantelschicht in einem Tiegel mit einem feinen loch am Boden und durch Erzeugen der Glas-
    909846/0929
    -2- ' 2919Q8Q
    mantelschicht durch Anordnen der bloßen Faser des Kernteile in dem am Boden des Tiegels vorgesehenen feinen Loch.
  3. 3. Verfahren
    nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle zum Erwärmen und Strecken des Ausgangsmaterials für den Kern ein Elektroofen, ein Hochfrequenz-Induktionsofen, Laser oder ein Gasbrenner verwendet wird.
  4. 4. Verfahren
    nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Kern und den Mantel ein Quarzglas von hoher Reinheit verwendet wird.
  5. 5. Verfahren
    nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Kern und für den Mantel ein schmelzbares oxidhaltiges Glas verwendet wird, welches mindestens eins der Oxide von Germanium, Phosphor, Zinn, Niobium, Zirkon, Lanthanum, Fluor, Bor, Arsen, Magnesium, Kalzium, Titan, Gallium, Aluminium, Antimon, Tellur, Natrium, Lithium, Kalium und Blei enthält und in einer Menge von mehr als 0,1$ verwendet wird.
  6. 6. Verfahren
    nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichne t, daß als Glasmaterial für die Mantelschicht ein Material verwendet wird, welches eine niedrige Brechzahl und einen niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten im Vergleich zum Glas für den Kernr eine geringere Viskosität als das Glas für den Kern und eine ausgezeichnete Affinität zum Kern hat.
    309846/0929 ORIGINAL JNSPECTED —
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