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DE3011904A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines vorformlings zur bildung einer lichtleitfaser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines vorformlings zur bildung einer lichtleitfaser

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DE3011904A1
DE3011904A1 DE19803011904 DE3011904A DE3011904A1 DE 3011904 A1 DE3011904 A1 DE 3011904A1 DE 19803011904 DE19803011904 DE 19803011904 DE 3011904 A DE3011904 A DE 3011904A DE 3011904 A1 DE3011904 A1 DE 3011904A1
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solution
substance
heated
axis
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DE19803011904
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Francois Paris Fort
Pierre Carreaux Zimmermann
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EDITIONS FILMEES
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Description

Verfahren „und Vorrichtung^ zur Herstellung eines Vorformlings zur Bildung einer Lichtleitfaser
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings zur Bildung einer Lichtleitfaser mit sprunghafter oder stetiger Änderung des Brechungsindex durch Bildung von dotierten durchsichtigen Schichten einer Substanz auf einer Fläche eines langgestreckten Substrats aus dieser reinen oder dotierten Substanz, bei welchem man auf das Substrat eine Lösung der Substanz und zumindest einen Dot ie rungs stoff in einem Lösungsmittel aufträgt, wobei das Substrat gleichzeitig um seine Achse mit einer erhöhten Geschwindigkeit gedreht wird, um diese Lösung gleichmäßig auf der Fläche des Substrats zu verteilen, das erhitzt wird, damit das Lösungsmittel verdampft, um auf dem Substrat eine Schicht zurückzulassen, deren Verdichtung durch thermische Behandlung durchgeführt wird, worauf dieser Arbeitsgang so oft wie nötig wiederholt wird, um die gewünschte Anzahl von Schichten zu erhalten, nach Patent ...... (Patentanmeldung P 29 25 309.6).
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der oben erwähnten Art vorzuschlagen, das mittels einer einfachen Vorrichtung durchführbar ist und welches Schichten mit gleichmäßigen optischen Eigenschaften zu erhalten gestattet, welche keine Fehler oder Inhomogenitäten aufweisen, die die Leistung der von den Vorformlingen erhaltenen Lichtleitfasern vermindern.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Lösung auf aufeinander folgende Teile des Substrats aufgetragen
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wird und daß jedes dieser Teile im Augenblick des Auftragens der Lösung auf diese Teile aufgeheizt wird.
In vorteilhafter Weise wird die Lösung dadurch auf das Substrat aufgetragen, daß man diese Lösung zerstäubt.
In vorteilhafter Weise wird ein Substrat aus Quarz verwendet.
Erfindungsgemäß werden in vorteilhafter Weise mehrere Lösungen gleichzeitig zerstäubt, .deren Durchsätze getrennt geregelt werden, um die gewünschten Konzentrationen des Dotierungsstoffes zu erhalten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorteilhaft das Substrat zunächst auf eine Temperatur zwischen 200 C und 800 C erhitzt, um das Lösungsmittel zu verdampfen und dann wird das Substrat auf 500° C bis 2000° C erhitzt, um die Verdichtung der Schicht zu bewirken.
Das Verfahren wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise mittels einer Vorrichtung durchgeführt, die gekennzeichnet ist durch eine Halte- und Antriebsvorrichtung zum Halten und Drehen des Substrate um seine Längsachse, eine Zerstäubungsvorrichtung zur Zerstäubung der Lösung, die eine Grundsubstanz des Substrats ist und einen Dotierungsstoff enthält, auf das Substrat und durch eine Heizvorrichtung zum Aufheizen des Substrats, und weiterhin ist die Vorrichtung gekennzeichnet dadurch, daß die Zerstäubungsvorrichtung und die Heizvorrichtung gegenüber dem Substrat um die gleiche Größe und in Richtung der Längsachse desselben verschiebbar sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in vorteilhafter Weise darin, daß die Heizvorrichtung zwei in axialer Richtung entlang der Achse
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des Substrats versetzte Teile mit unterschiedlichen Heizleistungen aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht vorteilhafterweise darin, daß die Haltevorrichtung so eingerichtet ist, daß sie die Achse des Substrats horizontal hält.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung, in der die Erfindung beispielsweise dargestellt ist.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung teilweise in Ansicht und teilweise als Axialschnitt einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, und
Fig. 2 stellt ein Schema einer Vorrichtung dar zur Zuführung der zu zerstäubenden Flüssigkeit zu einer Vorrichtung gemäß Fig. 1.
Die dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Haltevorrichtung zum Halten eines aus Quarz bestehenden Rohres 1 in der Weise, daß die Achse des Rohres horizontal verläuft,und zum Drehendes Rohres um seine Achse la mit großer Geschwindigkeit sowie eine Zerstäubungsvorrichtung zum Zerstäuben einer Flüssigkeit auf die Innenoberfläche Ib des Rohres 1, wobei diese Flüssigkeit Quarz SiO in Lösung in
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einem Lösungsmittel enthält, wobei gegebenenfalls eine andere Substanz, nämlich ein Dotierungsstoff, hinzugefügt ist, der ein Oxyd des Bors B-O, ι ein Oxyd des Phosphors P-O- und ganz allge-
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mein eine Germanium-, Titan-, Aluminium-, Arsen-, Niobium-, Antimon- usw.-Verbindung sein kann, sowie eine Heizvorrichtung zum Aufheizender Wand des Rohres 1, sobald eine bestimmte Menge dieser Flüssigkeit durch Zerstäubung ander Innenoberfläche Ib dieses Rohres abgelagert ist.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Halte- und Antriebsvorrichtung zwei koaxiale Spannfutter 2 und 3, die jeweils einen drehbaren Träger 2a und Ba aufweisen, der jeweils um seine Achse in Lagern 4 bzw. 5 eines Maschinengestells 6, 7 drehbar gelagert ist; jeder Träger 2a, 3a ist an seiner Seitenfläche 2b, 3b, die dem jeweils anderen Träger .3a, 2a zugewandt ist, mit mehreren Schwalbenschwanzführungen oder Schwalbenschwanznuten 8, 9 versehen, die in radialer Richtung verlaufen und in verschiebbarer Weise Spannbacken 10 aufnehmen, welche an den der Drehachse der Spannfutter 2, 3 benachbarten Enden mit einem elastischen Spannstück 10a versehen sind.
Das Spannfutter 2 ist axial fest und kann durch einen Motor 11 unter Zwischenschaltung einer Übertragungsvorrichtung angetrieben werden, die eine Riemenscheibe 12, aufgekeilt auf eine Ausgangswelle Ha des Motors 11, und einen Treibriemen 13 umfaßt, der um die Riemenscheibe 12 und den Träger 2a läuft, welcher eine Riemenscheibe bildet.
Das Spannfutter 3 ist in einem Maschinengestell in seiner Axialstellung regelbar., was in Fig. 1 durch den Doppelpfeil f. angedeutet ist, der in der Nähe des Gestells 7 vorgesehen ist, welches das Lager 5 für den Träger des Spannfutters 3 umfaßt.
Die Zerstäubungsvorrichtung umfaßt eine Düse 14, die am freien Ende einer starren Tragstange 15 angeordnet ist, welche die Zuführung zur Düse 14 für die zu zerstäubende Flüssigkeit bildet; die Stange 15 ist durch einen Halter 16 gehalten, der auf einer Stange 16a angeordnet ist, wobei die aus Halter und Stange bestehende Anordnung 16, 16a auf einem Schlitten 17 fest angeordnet ist, welcher in horizontaler Richtung in einer Führung 18 des Maschinengestells der
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Vorrichtung entsprechend dem Doppelpfeil f_ verschiebbar geführt ist. Der Schlitten 17 kann in beiden Richtungen hin- und hergeschoben werden durch einen Motor 19 unter Zwischenschaltung einer endlosen Schraube 20, die in eine Mutter mit Innengewinde 21 des Schlittens eingreift, wobei die endlose Schraube an eine Ausgangswelle 19a des Motors 19 unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes 22 ankuppelbar ist.
Die Heizvorrichtung für das Rohr 1 umfaßt einen rohrförmigen Ofen 23, der so ausgebildet ist, daß ihn das Rohr 1, welches aufgeheizt werden soll, durchsetzen kann. Der Ofen 23 ist durch eine Säule 24 abgestützt, die ihrerseits auf dem Schlitten 17 befestigt ist. Der Ofen 23 umfaßt einen eretenTeil bzw. Abschnitt 23a, der in Fig. 1 rechts angeordnet ist, und einen zweiten Teil 23b, der in dieser Figur links angeordnet ist. Der Teil 23a liefert einen größeren Wärmestrom als der andere Teil 23b, d.h. die Heizleistung des Teiles 23a ist größer.
Die Düse 14 ist in bezug auf den Ofen 23 derart angeordnet, daß nur die Strahlen 14a der zu zerstäubenden Flüssigkeit, die aus der Düse austreten, durch den Ofen 23 umgeben sind. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit vor der Zerstäubung, so lange sie sich in der Stange 15 oder der Düse 14 befindet, nicht merklich aufgeheizt.
Die Zerstäubungsvorrichtung 14, 15 wird mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit durch einen Schlauch 25 ausgehend von einer Vorrichtung beaufschlagt, die schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.
Wie aus dieser Figur ersichtlich, umfaßt diese Vorrichtung einen Behälter 26 für die SiO9-Lösung, einen Behälter 27 für die SiO- +
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P2Og-Lösung und einen Behälter 28 für die SiO, + B O3-Lösung. Jeder dieser Behälter 26 bis 28 ist mit einer Mischkammer 29
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durch entsprechende Leitungen 30, 31 und 32 verbunden, in welcher jeweils eine Durchflußregelvorrichtung und eine Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit vorgesehen ist, die mit 33, 34 und 35 bezeichnet sind und auf Saugwirkung oder Durchflußwirkung beruhen.
Die Mischkammer 29 ist an die Leitung 25 unter Zwischenschaltung einer Saug- bzw. Strahlvorrichtung 36 angeschlossen. Im dargestellten Beispiel sind die Fördervorrichtungen 33 bis 36 als Ejektordüse nach dem Venturi-Prinzip ausgebildet: Jede dieser Vorrichtungen umfaßt eine Düse 37, die durch ein Fluid am Eintrittsende 37a beaufschlagt wird, wobei diese Düse in einen Düsenhals einer Venturi-Düse 38 einmündet, welche an ihrem Ende 38a mit großem Querschnitt durch ein Treibgas beaufschlagt wird, das aus einem Behälter 39 mit komprimiertem Treibgas kommt; ein Servoventil bis 43 gestattet in unabhängiger Weise den Druck des Treibgases zu regeln, welches jeder Fördervorrichtung 33 bis 36 zugeführt wird. Die Ventile 40 bis 43 sind derart ausgebildet, daß sie an ihrem stromabwärts gelegenen Ende einen konstanten Druck aufrechterhalten. Eine regelbare Drosselung 44 bis 46 gestattet in unabhängiger Weise den Durchfluß der Flüssigkeit zu regeln, die von jedem der Flüssigkeitsbehälter 26 bis 28 geliefert wird.
Die Betriebsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:
Es wird ein Rohr 1 aus Quarz zwischen die Spannfutter 2 und 3 eingesetzt, wo jedes Ende des Rohres 1 durch Einspannen zwischen den Spannbacken 10 festgelegt wird, welch letztere auf den Trägern 2a und 3a durch Spannschrauben 47 festgelegt sind. In dieser Position ist das Rohr 1 koaxial zu den drehbaren Trägern 2a und 3a gehalten.
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Hierauf wird die Stange 15, die mit der Düse 14 versehen ist, in das Rohr 1 durch eine axiale öffnung 48 in dem Spannfutter 3 eingeführt. Der Ofen 23, der nahe dem Spannfutter 2 angeordnet ist, wird koaxial durch dae Rohr 1 durchsetzt, worauf die Lage der Düse 14, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, eingestellt wird, damit das freie Ende 14a der Düse 14 in der Ebene der Endfläche 23c des Teiles 23b des Ofens 23 liegt. Im Anschluß hieran wird diese relative Lage der Düse 14 in bezug auf den Ofen 23 durch eine Spannsclu^be 49 festgelegt, die am Träger 16 vorgesehen ist.
Hierauf werden auf die Innenfläche Ib mehrere aufeinander folgende Schichten aufgebracht, die jeweils einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen, und zwar erfolgt dieses Auftragen in folgender Weise:
Man regelt zunächst für jede aufzubringende Schicht die Zusammensetzung des Dotierungestoffes, indem man in geeigneter Weise die Regelorgane 40 bis 42 und 43 bis 45 regelt; dann wird ein Auslaßventil 50 geschlossen, das zwischen der Vorrichtung 36 und dem Schlauch 25 angeordnet ist, wobei vorher die mit der Düse 14 versehene Stange 15 in das Rohr 1 eingeführt wird.
Wenn die Elemente 14 und 15 an der vorgesehenen Stelle im Rohr 1 sich befinden, wird dieses um seine Achse la mittels des Motors gedreht. Man öffnet dann das Ventil 50 und setzt den Motor 19 in Betrieb. Der Schlitten 17 verschiebt sich dann langsam nach links in Fig. 1 und nimmt dabei die Düse 14 und den Ofen 23 mit. Die Düse 14 ist derart angeordnet, daß der zerstäubte Flüssigkeitsstrahl 14b die Wand Ib in einem Bereich trifft, der von dem Teil 23b des Ofens 23 umgeben ist. Dieser Strahl 14b weist Ringform auf, d.h. daß keine Flüssigkeit durch die Düse 14 in axialen Richtungen
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und in der Nähe der Achse la des Rohres 1 ausgeschleudert wird.
Der so aufgetragene Film wird eogleich durch den Ofen 23 verdichtet und gesintert, und zwar in folgender Weise:
Der erste Teil 23b des Ofens sichert die Verdampfung des Lösungsmittels, indem er denjenigen Teil der Röhrenwand, den er umgibt, auf eine Temperatur bringt, die kennzeichnenderweise von 200 C bis 800° C reicht.
Der zweite Teil 23a des Ofens bringt die Rohrwand, welche er umgibt, auf eine Temperatur, die kennzeichnenderweise von 500 C bis 2000 C reicht, wodurch die Verdichtung oder die Sinterung des abgelagerten Filmes bewirkt wird.
sei bemerkt, daß das Innenvolumen des Rohres 1 gegen die äußere Atmosphäre isoliert ist, was die Einführung von Staub oder anderen Verunreinigungen in die aufgetragenen Filme verhindert. Die flüchtigen Gase, die durch das Brennen der aufgetragenen Filme entweichen , können durch eine Leitung 51 abgezogen werden, in welche ein Sauggebläse 42 eingeschaltet ist.
Durch eine Regelung des Zerstäubungsdruckes durch das Ventil und der Durchsätze mittels der Durchflußmesser 33 bis 35 kann man den Gehalt der verschiedenen Oxyde regeln, wobei die reine SiO--Lösung zur Veränderung der Konzentration der beiden Dotierungsstoffe Phosphor und Bor dient.
Das Zerstäubungssystem 14, 15 überstreicht die gesamte Länge des Rohres 1, welches sich um sich selbst dreht; die Geschwindigkeiten werden derart ausgewählt, daß die Zerstäubung gleichförmig ist.
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Die Heizvorrichtung 23 folgt der Zerstäubung bei ihrer fortschreitenden Bewegung und hat die Aufgabe, die Lösungsmittel der Lösung zu verdampfen und in direkter Form die abgelagerten Schichten des reinen Quarz und der Metalloxyde zu kristallisieren, sobald letztere abgelagert sind«
Das vorliegende Verfahren hat die Herstellung von Vorformlingen vorzugsweise aus Quarz zum Gegenstand, bei welchen ein oder zwei Dotierungsstoffe eingelagert sind, und zwar entweder Bor, um den Brechungsindex zu erniedrigen, oder Germanium, um den Brechungsindex zu erhöhen, wobei diese Dotierungsstoffe nur beispielsweise erwähnt sind.
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Claims (9)

  1. rwin Zmyj
    Dip!.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing.
    Bereiteranger 15 8000 München 90 Telefon 089/65 76 35
    Societe Anonyme dite: LES EDITIONS FILMEES 16, Rue Bertin Poiree, 75001 Paris / Frankreich
    Patentansprüche
    JlJ. Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings zur Bildung einer Lichtleitfaser mit sprunghafter oder stetiger Änderung des Brechungsindex durch Bildung von dotierten durchsichtigen Schichten einer Substanz auf einer Fläche eines langgestreckten Substrats aus dieser reinen oder dotierten Substanz, bei welchem man auf das Substrat eine Lösung der Substanz und zumindest einen Dotierungsstoff in einem Lösungsmittel aufträgt, wobei das Substrat gleichzeitig um seine Achse mit einer erhöhten Geschwindigkeit gedreht wird, um diese Lösung gleichmäßig auf der Fläche des Substrats zu verteilen, das erhitzt wird, damit das Lösungsmittel verdampft, um auf dem Substrat eine Schicht zurückzulassen, deren Verdichtung durch thermische Behandlung durchgeführt wird, worauf dieser Arbeitsgang so oft wie nötig wiederholt wird, um die gewünschte Anzahl von Schichten zu erhalten, nach Patent .... ( Patentanmeldung P 29 25 309.6) , dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auf aufeinander folgende Teile des Substrats aufgetragen wird und daß jedes dieser Teile im Augenblick des Auftragens der Lösung auf diese Teile aufgeheizt wird.
    ■-:- 2 -
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dajß ein Substrat aus (Hiarz verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lösungen gleichzeitig zerstäubt werden, deren Durchsätze getrennt geregelt werden, um die gewünschten Konzentrationen des Dotierungsstoffes zu erhalten.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat zunächst auf eine Temperatur zwischen 200 C und 800 C zur Ver-' dampfung des Lösungsmittels erhitzt wird und dann auf 500 C bis 2000 C erhitzt wird, um die Verdichtung der Schicht zu bewirken.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die, Lösung durch Zerstäuben auf das Substrat aufgetragen wird.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Halte- und Antriebsvorrichtung (2, 3, 11 bis 13) zum Halten und Drehen des Substrats (1) um seine Längsachse, eine Zerstäubungsvorrichtung (14, 15) zur Zerstäubung der Lösung, die eine das Substrat bildende Substanz (Grundsubstanz des Substrates) und einen Dotierungsstoff enthält, auf das Substrat und durch eine Heizvorrichtung (23) zum Aufheizen des Substrates und gekennzeichnet dadurch, daß die Zerstäubungsvorrichtung (14, 15) und die Heizvorrichtung (23) gegenüber dem Substrat (1) um die gleiche Größe und in Richtung der Längsachse desselben verschiebbar sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (23) zwei in axialer Richtung entlang der Achse des Substrats (1) versetzte Teile (23a, 23b) mit unterschiedlichen Heizleistungen aufweist.
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  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (2, 3) so eingerichtet ist, daß sie die Achse des Substrats (1) horizontal hält.
  9. 9. Vorformling hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen
    1 bis 5.
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DE19803011904 1980-01-09 1980-03-27 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines vorformlings zur bildung einer lichtleitfaser Withdrawn DE3011904A1 (de)

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