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DE3941863A1 - Verfahren zum herstellen einer vorform fuer lichtwellenleiter - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer vorform fuer lichtwellenleiter

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Publication number
DE3941863A1
DE3941863A1 DE19893941863 DE3941863A DE3941863A1 DE 3941863 A1 DE3941863 A1 DE 3941863A1 DE 19893941863 DE19893941863 DE 19893941863 DE 3941863 A DE3941863 A DE 3941863A DE 3941863 A1 DE3941863 A1 DE 3941863A1
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DE
Germany
Prior art keywords
diffusion layer
layer
impurities
diffusion
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19893941863
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Dr Hahn
Frank Dr Lisse
Ronald Dr Sommer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kabel Rheydt AG
Original Assignee
AEG Kabel AG
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Filing date
Publication date
Application filed by AEG Kabel AG filed Critical AEG Kabel AG
Priority to DE19893941863 priority Critical patent/DE3941863A1/de
Publication of DE3941863A1 publication Critical patent/DE3941863A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C03B37/01876Means for heating tubes or rods during or immediately prior to deposition, e.g. electric resistance heaters

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

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.
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