DE3941863A1 - Verfahren zum herstellen einer vorform fuer lichtwellenleiter - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer vorform fuer lichtwellenleiterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform für
Lichtwellenleiter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Lichtwellenleiter (LWL = optische Fasern) zum Zweck der
optischen Nachrichtenübertragung durch Innenbeschichtung eines Rohres
aus reinem Quarzglas, Kollabieren und Ziehen zur Faser herzustellen. Die
für die Lichtausbreitung verantwortlichen Moden werden nicht nur im Kern
des Lichtwellenleiters geführt, sondern auch im Mantelbereich, in dem
sie exponentiell abklingen. Es muß deshalb dafür Sorge getragen werden,
daß weder der Mantel- noch der Kernbereich Verunreinigungen enthalten,
welche im Bereich der zu Übertragung vorgesehenen Frequenzen eine hohe
Zusatzdämpfung bewirken.
Handelsüblich hergestellte Quarzrohre enthalten soviele Verunreini
gungen, daß sie als Mantelmaterial für eine optische Faser für Fern
übertragungszwecke nicht infrage kommen. Es wird daher auf das Quarzrohr
innen zunächst ein Mantel höchster Reinheit abgeschieden. Dann werden
die Schichten für den späteren Kernbereich abgeschieden. Diese Schichten
werden mittels des sog. MVCD-Verfahrens hergestellt. Beim Kollabieren
des Rohres und beim Ziehen der Faser aus dem Vorformstab ist allerdings
die Temperatur so hoch, daß Verunreinigungen aus dem Substratrohr in den
Mantel und sogar den Kernbereich gelangen können. Die Dämpfungserhöhung
beruht dabei hauptsächlich auf Wasserstoff- oder OH-Ionen, wobei der
leicht diffundierende Wasserstoff in der SiO2-Matrix mit dem Matrix
sauerstoff zu einem OH⁻-Radikal rekombinieren kann.
Aus diesem Grunde ist ein hochreines Substratrohr aus Quarz erforder
lich. Zur Reinigung wird meistens die Innenfläche mit halogenhaltigen
Gasen bei höherer Temperatur gespült. Dieses Verfahren ist allerdings
nicht geeignet, die im Volumen des Quarzrohres befindlichen Wasserstoff
ionen zu entfernen. Auch Metallionen sind schädlich und müssen ebenfalls
entfernt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Substratrohr der
eingangs genannten Art ein zur Entfernung von Verunreinigungen besonders
wirksames Verfahren anzugeben, das die Verunreinigungen auch im Volumen
weitgehend zu entfernen gestattet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen beschrieben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen nicht nur in einer
schnelleren Reinigung der Substratrohre, sondern auch darin, daß Ver
unreinigungen weitgehend entfernt werden können.
Dabei macht sich die Erfindung auch einen sog. Getter-Effekt zunutze,
bei dem Verunreinigungs-Bestandteile eine chemische Bindung mit dem
Gettermaterial eingehen. Zeitbestimmend für den Vorgang ist die Diffu
sion der Verunreinigungen zum Gettermaterial. Deshalb ist es auch von
Vorteil, wenn die Schicht, in die die Verunreinigungen hineindiffun
dieren sollen, auf beiden Seiten des Rohres aufgebracht wird. Ein
besonderer Vorteil des Verfahrens ergibt sich dadurch, daß auch für
längere Zeiten eine niedrige Dämpfung der übertragenen Moden in der
optischen Faser gewährleistet ist. Vorzugsweise wird als Diffusions
schicht ein Material aufgebracht, welches einen hohen Phosphorgehalt
aufweist. Phosphor bildet mit Hydroxylionen bekanntlich eine stabile
Verbindung. Durch Ätzen mit Gasen hoher Reinheit wird die Diffusions
schicht entfernt und auf der Innenseite des Rohres in üblicher Weise
durch das MCVD-Verfahren erst die Mantelschicht und dann die hochreine
Kernschicht abgeschieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Die Fig. 1 zeigt einen Quer
schnitt durch ein Quarzrohr 1 mit Diffusionsschicht 2 und Verunreini
gungen 5, die Fig. 2 das fertig beschichtete Rohr vor dem Kollabieren.
Die Diffusionsschicht 2 besteht entweder aus SiO2 oder aus SiO2 mit
Dotierungskomponente. Als Dotierungsstoff kommt in erster Linie Phosphor
infrage, da er insbesondere mit OH-Gruppen reagiert. Weitere bevorzugte
Komponenten für die Dotierung sind Fluor oder Bor. Als Diffusionsschicht
2 kann man aber auch einen anderen Glasbildner als Silizium heranziehen;
hier sind Phosphor, Germanium, Bor oder auch CaF2 geeignet. Sollten
Alkali-, Erdalkalimetalle oder Aluminium im Rohr aus handelsüblichem
Quarz vorhanden sein, so empfiehlt es sich, in die Glassubstanz Stoffe
einzubringen, welche mit diesen Atomen eine Reaktion eingehen. Die
Diffusionsschicht wird also als Glas aufgefaßt, wobei auch andere
Glasbildner als Silizium zugelassen sind. Wichtig ist nur, daß die
Diffusion der Verunreinigungen 5 aus dem Rohr mit genügend hoher Ge
schwindigkeit erfolgen kann. Deshalb ist es erforderlich, den Diffu
sionsvorgang bei einer erhöhten Temperatur ablaufen zu lassen. Vorzugs
weise ist diese Temperatur 1500 bis 1700°C. Eine solche Temperatur wird
bei der Abscheidung des durch das MCVD-Verfahren aufgebrachten Diffu
sionsschicht ohnehin angewendet.
Es ist aber von Vorteil, den für das MCVD-Verfahren verwendeten Ofen
nach der Abscheidung der Diffusionsschicht zusätzlich ein paarmal in
Längsrichtung des Rohres hin und her zu führen. Bei diesen Ofendurch
läufen diffundieren die Verunreinigungen in dem gewünschtem Maße in die
Diffusionsschicht 2.
Die Diffusionsschicht 2 kann eine unterschiedliche Konzentration an
Dotierstoffen aufweisen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin
dung nimmt der Phosphorgehalt mit jeder abgeschiedenen Schicht zu. Die
Schichtdicke beträgt 50 bis 800 µm, vorzugsweise 60 bis 300 µm.
Nachdem die Verunreinigungen 5 in die Diffusionsschicht gewandert sind,
wird diese Schicht weggeätzt. Dies kann ganz oder teilweise geschehen.
Nach dem Wegätzen kann erneut eine Diffusionsschicht aufgebracht werden,
welche dann nach erfolgter Diffusion wieder weggeätzt wird. Als Ätz
mittel werden fluorhaltige Verbindungen eingesetzt. Insbesondere kommen
SF6 und/oder CCl2F2 infrage. Diesen Stoffen wird Sauerstoff und/oder Cl2
und/oder CCl4 und/oder Helium oder ein anderes Edelgas beigemischt. Auch
mit Beimischungen von Siliciumtetrachlorid (SiCl4) und GeCl4 bzw. BCl3
sind gute Ätzergebnisse zu erzielen.
Claims (23)
1. Verfahren zum Herstellen einer Vorform für Lichtwellenleiter, bei
dem von einem Substratrohr ausgegangen wird, auf das die optisch
wirksamen Schichten mittels des sog. Innenbeschichtungsverfahrens
aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat
rohr (1) zunächst eine Diffusionsschicht (2) aufgebracht wird,
welche durch Diffusion Verunreinigungen (5) aus dem Substratrohr
aufnimmt, daß diese Schicht (2) dann wieder entfernt wird, wenn
die Verunreinigungen aus dem Substratrohr (1) in die Schicht (2)
eindiffundiert sind, und daß schließlich die hochreinen Mantel
und Kernglasschichten (3, 4) durch Abscheidung aus der Dampfphase
aufgebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu
sionsschicht (2) aus reinem Siliziumdioxid besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu
sionsschicht (2) aus dotiertem Siliziumdioxid besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Diffusionsschicht (2) als Dotierungskomponenten P und/oder Ge
und/oder F und/oder B enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu
sionsschicht (2) aus einem Glas aus der Gruppe P2O5, GeO2, B2O3,
SiO2 oder CaF2 besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu
sionsschicht aus einem dotierten Glas besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu
sionsschicht (2) als Dotierungskomponente Si und/oder P und/oder
Ge und/oder F und/oder Cl und/oder B enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen den in die Diffusionsschicht eingewanderten
Verunreinigungen (5) eine chemische Reaktion stattfindet und die
Verunreinigungen damit bis zu über 90% aus dem Substratrohr
entfernt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich
net, daß die OH⁻-Verunreinigungen mit Phosphor in der Diffusions
schicht zur Reaktion gebracht und anschließend entfernt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich
net, daß in die Diffusionsschicht Wasserstoff, Wasser, Hydroxyl
ionen, Alkali-, Erdalkali- oder Übergangsmetalle, Aluminium oder
Kombinationen dieser Verunreinigungen (5) hineindiffundieren.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Diffusionsschichten verschiedene Zusammensetzung
aufweisen, wobei die zuerst abgeschiedene Schicht einen geringeren
Dotiermittelgehalt aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Diffusionsschichten mit Hilfe des MCVD-Ver
fahrens aufgebracht werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Diffusionsschichten auf die innere und/oder
äußere Oberfläche des Substratrohrs (1) aufgebracht werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Diffusionsschichten vollkommen verglast werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Diffusionsschicht (2) nur teilweise verglast
wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stärke der Diffusionsschichten 50 bis 800 µm,
vorzugsweise 60 bis 300 µm, beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verunreinigungen nur beim Auftragen der Schich
ten in diese eindiffundieren.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein oder mehrere zusätzliche Wärmebehandlungs
schritte durchgeführt werden und damit die Verunreinigungen in die
Diffusionsschicht diffundieren.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Diffusionsschichten in mehreren Ätzschritten
entfernt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen den einzelnen Ätzschritten Diffusions
schichten aufgebracht werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit SF6 und/oder CCl2F2 und/oder einer anderen
fluorhaltigen Komponente geätzt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn
zeichnet, daß den fluorhaltigen Komponenten Stoffe wie O2 und/oder
He und/oder Ar und/oder Cl2 und/oder CCl4 beigemischt werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ätzmischung Stoffe mit hohem Chloranteil ent
hält, wie beispielsweise SiCl4 und/oder GeCl4 und/oder BCl3.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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