Brevet FR2002589A1 — publié le 19691031

La présente invention concerne tui procédé pour améliorer le pouvoir de transmission de la lumière d'un dispositif optique en fibres de verre, formé à partir de verres contenant de l'oxyde de titane. 5 les dispositifs optiques formes de fibres sont déjà bien connus et possèdent des propriétés également bien connues. Le brevet fondamental dans ce domaine est le brevet des E.TT.A. N° 2.825.260 qui décrit le principe général d'enrobage d'une âme à l'aide d'une autre matière ayant un indice de réfraction dif-10 férent. Le verre est utilisé aussi bien pour former l'âme que pour l'enrobage. Cependant, il s'est révélé difficile d'obtenir une bonne transmission à travers des dispositifs optiques en fibres de verre de grande longueur. Ce problème de transmission médiocre est dû à l'utilisation de verres impurs et par consé-15 quent on a utilisé un verre de haute pureté pour constituer l'âme des fibres destinées à la construction de dispositifs optiques. Pour fabriquer un verre d'une grande pureté, on utilise avantageusement un procédé du genre de celui décrit dans le brevet des E.U.A. îf° 2.326.059. Dans ce brevet, il est fait état 20 d'un procédé de formation d'un oxyde par pyrolyse à la flamme, cette opération étant suivie par une condensation de l'oxyde ainsi formé en une boule de verre sur une surface. On façonne ensuite cette boule de verre en une tige qui constituera l'âme du dispositif optique. On enfile ensuite un tube de verre d'enrobage 25 sur la tige de verre formant l'âme. On étire alo±s ce composite tige/tube pour former une fibre. Ultérieurement on soumet cette fibre à un nouvel étirage pour lui donner ses dimensions finales. Malheureusement, la fibre qui a subi les deux étirages ne possède qu'un médiocre pouvoir de transmission de la lumière. C'est pour-30 quoi on a besoin d'un procédé permettant d'améliorer le pouvoir de transmission de fibres de haute pureté pour amener ce paramètre à un niveau acceptable. Pour autant que la Demanderesse le sache, il n'existe à l'heure actuelle aucun procédé pour améliorer le pouvoir de transmission d'une fibre optique de haute pu-35 reté. La Demanderesse a maintenant découvert qu'il est possible d'augmenter notablement le pouvoir de transmission d'un dispositif optique en fibres de verre de haute pureté contenant de l'oxyde de titane, si l'on chauffe la fibre à une température é-40 levée dans une atmosphère oxydante. 69 04298 2 2Ù025i¥ Suivant le mode de mise en o.euvre préféré de 11 invention, on utilise une fibre de verre de silice de haute pureté contenant de l'oxyde de titane pour constituer l'âme de la fibre composite» On prépare ce verre selon les enseignements du brevet des E.U0A. 5 ÎT° 2,326.059 précité, c'est-à-dire par pyrolyse de vapeurs de tétrachlorure de silicium-et de tétrachlorure de titane et par condensation de la silice et de l'oxyde de titane ainsi obtenus sous forme d'une boule. On façonne ensuite une tige de verre ayant une dimension correcte à partir de cette boule. Après cela on pré-10 pare un tube en silice fondue et on enfile ce tube sur la tige, de sorte que le composite ainsi obtenu puisse être étiré en une fibre. On a choisi un enrobage de silice en raison de sa pureté et de son indice de réfraction qui est plus faible que celui de 11 âme. 15 On soumet la fibre initiale à un nouvel étirage à une température élevée afin d'obtenir -une fibre ayant les dimensions appropriées. Ce nouvel étirage à température élevée tend à réduire le verre. En outre, grâce à la nature même du procédé choisi, le verre est soumis à une atmosphère réductrice qui provoque une 20 réduction supplémentaire du verre. Après le second étirage, on constate que la fibre possède un pouvoir de transmission médiocra On pense que cette transmission médiocre s'explique par une réduction de l'état d'oxydation de l'ion titane au cours du second étirage. C'est ainsi que l'ion titane est réduit d'un état 25 de valence de +4 à un état de valence de +3. On pense que l'ion titane +3 absorbe la radiation visible plus facilement que ne le fait l'ion titane +4. Par conséquent, en vue d'améliorer le pouvoir de transmission, on doit oxyder l'ion titane à l'état +4-. la Demanderesse a découvert que l'on peut réaliser cette 30 oxydation en chauffant les fibres dans une atmosphère oxydante à une température comprise entre environ 600 et 1000°C. On constate une très forte augmentation du pouvoir de transmission à la suite de ce traitement. On a constaté que le coefficient d'absorption, qui est ion critère de l'aptitude de la matière à transmet-35 tre des.radiations et qui est indépendant de la longueur de la fibre, baisse de façon très notable. On pense qu'un traitement du type indiqué doit améliorer la. transmission de tout verre contenant de l'oxyde de titane réduit. Cependant, les seuls Verres utilisables à l'heure actuelle 40 sont ceux qui contiennent de 0 à 15% en poids d'oxyde de titane. 69 04298 3 2002589 La température maxima de traitement est déterminé par la température à laquelle la fibre sera déformée, tandis que la température minima est déterminée par la température à laquelle on peut observer un changeiaent notable de la transmission. La durée du 5 traitement est évidemment en rapport avec la température; aux faibles températures, la durée de traitement exigée peut être longue et, inversement, aux températures élevées, la durée peut être moindre. Bien que l'on n'ait utilise que des atmosphères d'oxygène pur, on pense qu'une, atmosphère .moins. oxydante.donnera 10 également les résultats nécessaires. Toutefois, si l'on utilise une atmosphère moins oxydante, il peut être nécessaire de prolonger la durée de traitement et/ou l'effectuer à une température plus élevée si l'on veut améliorer notablement le pouvoir de transmission. 15 Les exemples suivants, dans lesquels les parties et les pourcentages sont en poids sauf stipulation contraire, servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. EXEMPLE 1 : On préparé un dispositif optique en fibre de verre ayant 20 114,5 microns de diamètre, l'âme ayant un diamètre d'environ 112 microns et l'enrobage présentant une épaisseur d'environ 1,25 micron. L'enrobage est constitué d'un verre de silice fondue pur alors que le verre de l'âme présente la composition suivante, exprimée en pourcentages pondéraux d'oxydes : 93»1% de silice et 25 6,9% d'oxyde de titane. Oette fibre a été soumise au second étirage à 1900°C de manière à l'amener aux dimensions correctes. On constate que la fibre arbres ce second étirage possède un pouvoir de transmission extrê:aei.ient médiocre et que son coefficient d'ab- — i sorption est d'environ 0,025 cm . On soumet la fibre à un trai-30 tement thermique dans une atmosphère d'oxygène pur à 800°C pendant 16 heures. On constate qu'après ce traitement la transmission est très améliorée et que le coefficient d'absorption est — i d'environ 0,008 cm . Cette baisse du coefficient d'absorption constitue une amélioration d'environ trois fois. Une amélioratiai 35 du coefficient d'absorption d'un facteur de 3 correspond à un accroissement du pouvoir de transmission d'environ vingt fois fiana le cas d'une fibre ayant 1 centimètre de longueur. EXEIâPLE 2 : On prépare un dispositif optique en fibre de verre ayant 40 58 microns de diamètre, l'âme ayant un diamètre d'environ 1 mi 69 04298 4 4. Ur Xt Jû w» » cron alors que l'enrobage présente une épaisseur d'environ 28,5 microns. Aussi bien le verre de l'enrobage que le verre de l'âme ont la même composition que dans l'exemple 1. Après un nouvel é- tirage à 1900°C, la transmission est médiocre et le coefficient —1 5 d'absorption est d'environ 0,087 cm . On traite ensuite la fibre dans une atmosphère d'oxygène pur à 600°C pendant 14 heures. Après ce traitement, on constate que la transmission est grandement améliorée et on trouve tin coefficient d'absorption d'envi-— '1 ron 0,0087 cm . Cette baisse du coefficient d'absorption consti-10 tue une amélioration d'environ 10 fois. Une amélioration du coefficient d'absorption d'un facteur de 10 correspond à un accroissement du pouvoir de transmission d'environ 20.000 fois dans le cas d'une fibre ayant 1 centimètre de longueur. Il va de soi que l'on peut apporter des modifications 15 aux modes de mise en oeuvre qui ont été décrits, sans sortir pour cela du cadre de cette invention. 69 G429C 5 2002589 BBVjiiM PI Giil'IONS 1. .Un. procédé pour améliorer le pouvoir de transmission de la lumière d'un verre réduit de haute pureté contenant de l'oxyde de titane, caractérisé en ce qu'on traite le verre réduit dans une 5 atmosphère oxydante de îaanière à oxyder l'ion titane réduit dans le verre. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que (a) le verre réduit contenant de l'oxyde de titane est composé essentiellement, en pourcentages pondéraux exprimés en oxydes, 10 d'un maximum de 15% d'oxyde de titane et d'au moins 85% de silice; (h) le verre réduit contenant de l'oxyde de titane est le verre formant l'âme d'une fibre optique; et (c) on traite par la chaleur ladite fibre à une température comprise entre environ 600° et 1000°C dans une atmosphère d'oxygène et pendant un laps de temps 15 suffisant. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que (a) le verre réduit contenant de l'oxyde de titane est composé essentiellement, en pourcentages pondéraux exprimés en oxydes, de 90 à 95% de silice et de 5 à 10% d'oxyde de titane, et (b) on 20 traite la fibre optique à une température comprise entre environ 600° et 800°C, pendant une durée comprise entre 10 et 20 heures.