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DE3941863A1 - Light wave conductors mfr. for optical fibres - by coating internal surface of tube with diffusion layer to remove impurities prior to coating when glass core layer and drawing - Google Patents

Light wave conductors mfr. for optical fibres - by coating internal surface of tube with diffusion layer to remove impurities prior to coating when glass core layer and drawing

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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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layer
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diffusion
tube
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Gerhard Dr Hahn
Frank Dr Lisse
Ronald Dr Sommer
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Kabel Rheydt AG
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AEG Kabel AG
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    • 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
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Abstract

Preparing a light wave conductor tube to be used to produce optical fibres consists of coating the inner surface of the tube with a diffusion layer which removes the impurities from the tube surface during heat treatment. This coating is then removed and the remaining surface vapour coated with a high purity cover and core glass layer. USE/ADVANTAGE - Making optical fibre by drawing the vapour coated tube. The impurities in the internal surface is removed in considerable vol. to present a pure surface layer. This leads to lower frequency damping in the resultant fibre at relay frequencies.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform für Lichtwellenleiter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a preform for Optical waveguide according to the preamble of claim 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.It is known to use optical fibers (LWL = optical fibers) for the purpose of optical transmission of messages by coating the inside of a pipe made of pure quartz glass, collapsing and pulling to the fiber. The Modes responsible for light propagation are not just at the core of the optical waveguide, but also in the cladding area, in which they subside exponentially. Therefore care must be taken that neither the jacket nor the core area contain impurities, which is high in the range of the frequencies intended for transmission Cause additional damping.

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.Commercially available quartz tubes contain so many impurities that they are not suitable as a cladding material for an optical fiber for long-distance transmission purposes. Therefore, a jacket of the highest purity is first deposited on the inside of the quartz tube. Then the layers for the later core area are deposited. These layers are produced using the so-called MVCD process. When the tube collapses and the fiber is pulled out of the preform rod, however, the temperature is so high that contaminants from the substrate tube can get into the jacket and even the core area. The increase in damping is mainly based on hydrogen or OH ions, the slightly diffusing hydrogen in the SiO 2 matrix being able to recombine with the matrix to form an OH⁻ radical.

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.For this reason, a high-purity quartz substrate tube is required Lich. For cleaning, the inner surface is usually covered with halogen Gases purged at a higher temperature. However, this procedure is  not suitable, the hydrogen in the volume of the quartz tube remove ions. Metal ions are also harmful and must also be removed.

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.The invention has for its object in a substrate tube type mentioned above to remove impurities particularly effective method to specify that the impurities also in volume allowed to remove largely.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by the characterizing part of the claim 1 listed features solved. Developments of the invention are in described the subclaims.

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.The advantages achieved by the invention are not only one faster cleaning of the substrate tubes, but also that Ver impurities can largely be removed.

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.The invention also makes use of a so-called getter effect, a chemical bond with the impurity constituents Enter getter material. The Diffu is decisive for the process sion of impurities to getter material. That is why it is from Advantage if the layer into which the impurities diffuse dieren, is applied to both sides of the tube. A The particular advantage of the method results from the fact that long periods of low attenuation of the transmitted modes in the optical fiber is guaranteed. Preferably as a diffusion layer applied a material that has a high phosphorus content having. As is known, phosphorus forms a stable one with hydroxyl ions Connection. The diffusion is made by etching with gases of high purity layer removed and on the inside of the tube in the usual way with the MCVD process, first the cladding layer and then the high-purity one Core layer deposited.

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.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below. Fig. 1 shows a cross section through a quartz tube 1 with diffusion layer 2 and impurities 5 , Fig. 2 shows the finished coated tube before collapsing. The diffusion layer 2 consists either of SiO 2 or of SiO 2 with a doping component. Phosphorus is primarily considered as a dopant, since it reacts in particular with OH groups. Other preferred components for the doping are fluorine or boron. However, a glass former other than silicon can also be used as the diffusion layer 2 ; here phosphorus, germanium, boron or also CaF 2 are suitable. If there are alkali, alkaline earth metals or aluminum in the tube made of commercially available quartz, it is advisable to incorporate substances into the glass substance that react with these atoms. The diffusion layer is thus understood as glass, although glass formers other than silicon are also permitted. It is only important that the diffusion of the impurities 5 from the tube can take place at a sufficiently high speed. It is therefore necessary to let the diffusion process take place at an elevated temperature. This temperature is preferably 1500 to 1700 ° C. Such a temperature is used anyway in the deposition of the diffusion layer applied by the MCVD process.

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.However, it is advantageous to additionally move the furnace used for the MCVD process back and forth a couple of times in the longitudinal direction of the tube after the diffusion layer has been deposited. In these furnace runs, the impurities diffuse into the diffusion layer 2 to the desired extent.

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. The diffusion layer 2 can have a different concentration of dopants. In an advantageous embodiment of the inven tion, the phosphorus content increases with each deposited layer. The layer thickness is 50 to 800 microns, preferably 60 to 300 microns.

Nachdem die Verunreinigungen 5 in die Diffusionsschicht gewandert sind, wird diese Schicht weggeätzt. Dies kann ganz oder teilweise geschehen.After the impurities 5 have migrated into the diffusion layer, this layer is etched away. This can be done in whole or in part.

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.After the etching away, a diffusion layer can be applied again, which is then etched away again after the diffusion has taken place. Fluorine-containing compounds are used as etching agents. SF 6 and / or CCl 2 F 2 are particularly suitable. Oxygen and / or Cl 2 and / or CCl 4 and / or helium or another noble gas is mixed with these substances. Good etching results can also be achieved with admixtures of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and GeCl 4 or BCl 3 .

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.1. A method for producing a preform for optical waveguide, in which a substrate tube is assumed, onto which the optically active layers are applied by means of the so-called inner coating method, characterized in that a diffusion layer ( 2 ) is first applied to the substrate tube ( 1 ) is, which picks up impurities ( 5 ) from the substrate tube by diffusion, that this layer ( 2 ) is then removed again when the impurities from the substrate tube ( 1 ) have diffused into the layer ( 2 ), and that finally the high-purity jacket and Core glass layers ( 3 , 4 ) are applied by deposition from the vapor phase. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu­ sionsschicht (2) aus reinem Siliziumdioxid besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that the diffusion layer ( 2 ) consists of pure silicon dioxide. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu­ sionsschicht (2) aus dotiertem Siliziumdioxid besteht.3. The method according to claim 1, characterized in that the diffusion layer ( 2 ) consists of doped silicon dioxide. 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.4. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the diffusion layer ( 2 ) contains as doping components P and / or Ge and / or F and / or B. 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.5. The method according to claim 1, characterized in that the diffusion layer ( 2 ) consists of a glass from the group P 2 O 5 , GeO 2 , B 2 O 3 , SiO 2 or CaF 2 . 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffu­ sionsschicht aus einem dotierten Glas besteht.6. The method according to claim 5, characterized in that the diffuser sionsschicht consists of a doped glass. 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. 7. The method according to claim 6, characterized in that the diffusion layer ( 2 ) contains as doping component Si and / or P and / or Ge and / or F and / or Cl and / or B. 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.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a chemical reaction takes place between the impurities ( 5 ) which have migrated into the diffusion layer and the impurities are thus removed up to over 90% from the substrate tube. 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.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in net that the OH⁻ impurities with phosphorus in the diffusion layer reacted and then removed. 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.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that hydrogen, water, hydroxyl ions, alkali metal, alkaline earth metal or transition metals, aluminum or combinations of these impurities ( 5 ) diffuse into the diffusion layer. 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.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized records that the diffusion layers have different composition have, the first deposited layer a smaller Has dopant content. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Diffusionsschichten mit Hilfe des MCVD-Ver­ fahrens aufgebracht werden.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized records that the diffusion layers using the MCVD Ver driving are applied. 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.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the diffusion layers are applied to the inner and / or outer surface of the substrate tube ( 1 ). 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Diffusionsschichten vollkommen verglast werden.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized records that the diffusion layers are completely glazed. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Diffusionsschicht (2) nur teilweise verglast wird. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the diffusion layer ( 2 ) is only partially glazed. 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.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized records that the thickness of the diffusion layers 50 to 800 microns, preferably 60 to 300 microns. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verunreinigungen nur beim Auftragen der Schich­ ten in diese eindiffundieren.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized records that the contamination only when applying the layer diffuse into them. 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.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized records that one or more additional heat treatment steps are carried out and thus the impurities into the Diffuse diffusion layer. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Diffusionsschichten in mehreren Ätzschritten entfernt werden.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized records that the diffusion layers in several etching steps be removed. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den einzelnen Ätzschritten Diffusions­ schichten aufgebracht werden.20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized records that between the individual etching steps diffusion layers are applied. 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.21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that SF 6 and / or CCl 2 F 2 and / or another fluorine-containing component is etched. 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.22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that substances such as O 2 and / or He and / or Ar and / or Cl 2 and / or CCl 4 are added to the fluorine-containing components. 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 BCl3.23. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the etching mixture ent contains substances with a high chlorine content, such as SiCl 4 and / or GeCl 4 and / or BCl 3rd
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