Brevet FR2266668A1 — publié le 19751031

1l est connu de fabriquer des fibres appelées fibres optiques et destinées à guider la lumière introduite à l'une des extrémités de la fibre jusqu'à l'autre extrémité, sans qu'il y ait de pertes par les parois de la fibre. On obtient en particulier cet effet en utilisant une fibre fabriquée de telle sorte que l'indice de réfraction du matériau qui la constitue decroit depuis le centre de la fibre jusqu 'à sa périphérie. La lumière introduite dans la fibre à l'une des extrémité subit donc des réflexions totales au voisinage de la surface de la fibre ce qui, bien entendu, limite considérablement les pertes de lumière.Un perfectionnement connu et intéressant dans la fabrication de telles fibres a été de faire en sorte que la variation de l'indice de réfraction suive une loi parabolique en fonction de la distance du point concerné au centre de la fibre. De telles fibres présentent en effet la particulnriiintéressante de permettre la transmission d'informations optiques à une plus grande cadence que ne le permettent les autres fibres. Un facteur de qualité important des fibres optiques est leur atténuation, c'est- à-dire l'importance des pertes que subit la lumière pendant son parcours it qui sont principalement dues au fait que les materiaux utilises ne sont ni parfaitement homogènes, ni parfaitement purs, ou encore présentent eux-mêmes une certaine absorption ou diffusion. Le besoin d'obtenir des fibres présentant une variation d'indice définie et le souci d'avoir une pureté chimique élevée ont conduit certains chercheurs à développer des procédés de dépôt en phase vapeur qui sont décrits brièvement ci-après. On place un tube de silice sur un tour verrier, Le tube, animé d'un mouvement de rotation autour de son axe, est chauffé extérieurement et localement à 1400 C-1500 C par un chalumeau conventionnel (hydrogène-oxygène ou oxygène -propane) animé d'un mouvement de déplacement lent, parallèlement à l'axe du tube. A l'intérieur du tube de silice, on introduit des composés chimiques volatils dilués ou non par des gaz neutres. Au contact de la partie chauffée de la paroi intérieure du tube, les composés chimiques se décomposent ou réagissent pour donner des oxydes fondus sous forme d'un verre. On dépose ainsi, à chaque va-et-vient du chalumeau, une mince couche de verre. Au fur et à mesure que progresse l'épaisseur déposée, on modifie la composition des gaz à l'intérieur du tube, de telle sorte que le verre déposé ait la composition chimique correspondant à l'indice de réfraction souhaité. On peut ainsi déposer des verres de silice plus ou moins dopés en bore, titane, germanium, zirconium, phosphore, etc...). Cette opération terminée, on se sert de l'ébauche ainsi produite pour étirer les fibres optiques par une des nombreuses méthodes d'étirage connues. Ces procédés connus donnent satisfaction sur le plan technique mais présentent néanmoins le grave défaut de conduire à des vitesses de fabrication très lentes. Aussi a-t-on cherché à améliorer les vitesses de dépot, dans le but de diminuer les équipements nécessaires pour satisfaire une fabrication donnée. On arrive à ce résultat en augmentant de façon importante la température et la surface de la zone de dépôt. Mais ce faisant, la viscosité du verre étant beaucoup plus faible au niveau de la zone chaude, il apparait des phénomènes de déformation du tube de silice causés par la pesanteur ou encore par la pression d'arret des gaz des chalumeaux.Rapidement, ces déformations deviennent tellement importantes que le dépôt intérieur ne peut plus se faire dans de bonnes conditions, ce qui donne lieu à un arret prématuré de l'installation. I1 a donc fallu trouver un artifice qui permette de conserver au tube sa forme pendant tout le temps que dure le dépôt. Selon la présente invention, on arrive à ce résultat, d'une part en maintenant une différence de pression gazeuse entre l'intérieur et l'extérieur du tube de silice, la pression intérieure étant sensiblement plus élevée que la pression extérieure et, d'autre part, en contrariant le gonflement du tube qui en résulterait au niveau dé la zone chauffée par l'utilisation de roulettes ou de palettes roulant ou frottant sur le tube de silice. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description ci-après qui faite en référence aux dessins annexés en illustre divers exemples, non limitatifs, de réalisation. Sur les dessins la figure l représente schématiquement un premier exemple de réalisation de l'invention; les figures 2 et 3 représentent des exemples de réalisation dans lesqueis le gonflement du tube occasionné par une surpression intérieure est contrarié par l'utilisation de roulettes; la figure 4 illustre une autre variante dans laquelle on utilise simultanément une dépression à l'extérieur du tube et une roulette, On se réfère en premier lieu à la figure l. On y voit en 1 le tube de verre de silice chauffé, comme indiqué plus haut, par un chalumeau 4 se déplaçant lentement parallèlement à l'axe du tube.A ltintérieur du tube les composés volatils donnant, après décomposition ou réaction des oxydes fondus sous la forme d'un dépot de verre 2, sont introduits au moyen d'un injecteur 3. Cet injecteur est constitué, d'une part, de l'injecteur proprement dit ou tête, qui comporte une série de tubulures 5 radiantes de l'axe à la periphérie, d'autre part d'une partie tubulaire 6 qui prolonge cet injecteur proprement dit de part et d'autre et qui est destinée à confiner les gaz qui ont été projetés sur la paroi chaude, dans un espace restreint au voisinage immédiat de cette paroi chaude. On évite de cette façon qu'une trop grande proportion des gaz ne réagissent entre eux dans l'ambiance chaude où ils se trouvent, avant d'entrer en contact avec la paroi chaude, pour former une poussière qui risque de se déposer en dehors de la paroi chaude sous forme pulvérulente. Cette partie tubulaire 6 peut etre avantageusement refroidie, par exemple - si elle est en silice - en la garnissant intérieurement d'un corps tel que le graphite ayant un pouvoir émissif très élevé et une bonne conductibilité thermique. De cette façon, le rayonnement reçu par la partie cylindrique de l'injecteur et qui tend à l'échauffer fortement, sera d'abord évacué par conductibilité vers les extrémités de la partie cylindrique de l'injecteur où la pièce de graphite rayonnera vers l'extérieur, dans une zone non chauffée, l'énergie qu'elle aura reçue par ailleurs. Tout autre produit que le graphite, ayant une bonne réfractairité, un pouvoir émissif élevé et une bonne conductibilité thermique, peut également etre utilisé sans sortir du cadre de l'inven- tion. Le refroidissement de la partie cylindrique de l'injecteur peut également se concevoir par une circulation gazeuse annexe. Selon une autre caractéristique de cette invention, les passes successives seront faites avantageusement toujours dans le meme sens, c est-à-dire que le chauffage et le dépôt, à l'aide de l'injecteur 3, d'une couche de silice 2 déposée à l'intérieur du tube 1 se fera dans le meme sens de déplacement que la circulation des gaz à l'intérieur du tube. En d'autres termes, si les gaz servant à former le dépôt sont évacués par exemple par l'extrémité droite du tube, on commencera par chauffer la partie gauche du tube et on déplacera le point de chauffage et l'injecteur situé à l'intérieur du tube de gauche à droite.De cette façon, les gaz qui n'auraient pas réagi au contact direct de la partie chauffée, mais auraient réagi entre eux, dans l'atmosphère chaude où ils sont confinés pour donner un produit pulvérulent , pourraient ainsi se - ' --- dépôt résultant déposer dans une zone où le/ serait immédiatement après refondu . Si cette façon de faire n'était pas observée, des quantités trop importantes de poudre pourraient se former et donner lieu à un dépôt non uniforme. Ainsi qu'on l'a précisé plus haut, selon une caractéristique de cette invention, on prévoit des moyens pour permettre de conserver au-tube 1 sa forme pendant tout le temps que dure le dépôt. Ces moyens agissent sur la zone indiquée par les flèches 7 sur la figure 1, où apparaissent les phénomènes de déformation du tube 1 causés soit par la pesanteur, soit par la pression d'arrêt des gaz des chalumeaux 4. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures Z et 3, on utilise respectivement une roulette cylindrique 8 ou en forme de tonnelet 9 tournant autour d'un axe parallèle à celui du tube de silice l et situé à une distance et dans une position telles que la zone chauffée du tube et la roulette soient en contact permanent au cours de leur rotation. L'entrainement en rotation de la roulette peut être assuré par le contact du tube de silice, mais il peut l'être aussi par un moteur. Dans ce dernier cas, il y a intérêt à ce que les vitesses périphériques de la roulette et du tube soient voisines. On peut indifféremment utiliser une roulette de faible longueur, mais toutefois plus longue que la zone chauffée du tube, et la déplacer parallèlement à l'axe du tube en même temps que les chalumeaux 4, ou encore utiliser une roulette cylindrique fixe en translation faisant toute la longueur du tube utile au dépôt. Le dispositif de chauffage du tube se trouvera de prdférence, mais ce n'est pas une obligation, du côté opposé de la roulette par rapport au tube. Selon une autre caractéristique de cette invention, on crée une légère différence de pression, de quelques millimètres d'eau, entre les gaz contenus dans le tube 1 et les gaz à l'extérieur du tube. S'il n'y avait pas la roulette, la partie du tube chauffée gonflerait sous l'action de la différence de pression. Mais l'action de la roulette permet de compenser le phénomène de gonflement et de conserver au tube son diamètre. Selon l'invention, cette variation de pression peut être réalisée de plusieurs façons différentes et en particulier soit en réglant l'échappement des gaz de réaction à l'ai.de d'une soupape ou d'un volet taré après leur réac- tion dans le tube de silice, soit encore (figure 4) en réalisant une enceinte 10 contenant le dispositif de chauffage (chalumeau 4) et la roulette 8, et que le tube de silice traverse de telle sorte que ses deux extrémités soient situées en dehors de l'enceinte. On réalise la dépression dans l'enceinte par un ventilateur (non repré senté). Au cours de son travail, la roulette est soumise à un échauffement assez considérable, d'une part à cause de la proximité des chalumeaux et, d'autre part, à-cause du contact avec le tube. n est donc nécessaire de la refroidir ou de la construire à l'aide d'un matériau suffisamment résistant à la température. Le reste du procédé reste le même en ce qui concerne l'introduction des gaz réactifs dans le tube et la variation de composition de la couche déposée. L'ébauche ainsi obtenue est ensuite étirée en une ou plusieurs fois sous forme de fibre optique. Les étirages successifs seront faits à très haute température, de façon que le canal central se referme. Grâce au dispositif de l'invention qui permet de s'affranchir des déformations du tube, on peut travailler à des températures aussi élevées que 2000"C en surface extérieure du tube et, par suite, multiplier par un facteur supérieur à 5 les vitesses de dépôt. n convient de signaler que des résultats semblables ont pu être obtenus en utilisant, à la place d'une roulette, une palette située à distance constante du tube et opérant par frottement. On retiendra donc dans les exemples fournis ltidée d'un gonflement du tube par une différence de pression gazeuse entre ltintérieur et l'extérieur du tube, gonflement qui est contrarié par l'action de palettes ou roulettes ou autres mécanismes tendant à ramener les parois du tube à leur position initiale. Les dispositifs décrits ci-dessus permettent évidemment d'augmenter considérablement la puissance des chalumeaux et rendent même possible l'utilisation, comme moyen de chauffage, de la torche à plasma inductif qui, comme on le sait, atteint une puissance spécifique de chauffe nettement supérieure à celle des chalumeaux conventionnels. On peut alors élever la température du tube en surface extérieure jusqu'à 2200 à 2400"C et augmenter son diamètre. On agit ainsi sur deux facteurs favorisant l'obtention d'une vitesse de dépôt élevée et on peut multiplier par un facteur supérieur à 20 les vitesses de dépôt obtenues avec les seuls dispositifs connus. On n'est limité dans l'emploi de plus hautes températures que par les phénom'enes de volatilisation de la silice. ll est évident que dans le cas de l'utilisation du plasma inductif, le mouvement relatif de translation du chalumeau par rapport au tube sera obtenu de préférence en déplaçant le tube dans le sens de son axe, plutôt que le chalumeau lui-même car celui-ci est, en général > difficilement amovible. I1 demeure bien entendu que ltinvention n'est pas limitée aux exemples de réallsation décrits ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1) Procédé d'obtention d'ébauches destinées à l'étirage des fibres optiques, selon lequel on réalise à haute température un dépôt de verre à l'intérieur d'un tube de silice par introduction de composés chimiques volatils qui se décomposent ou réagissent pour donner des oxydes fondus sous forme d'un verre, ce procédé étant caractérisé en outre en ce que l'on conserve au tube sa forme pendant tout le temps que dure le dépôt en s'opposant aux phénomènes de déformation du tube causés par la pesanteur ou par la pression d'arrêt des gaz des chalumeaux de chauffage. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme du tube est conservée d'une part en utilisant une ou plusieurs roulettes, palette s et similaires, frottant ou roulant extérieurement sur le tube au voisinage de la zone chauffée et d'autre part en maintenant une différence de pression gazeuse entre l'intérieur et l'extérieur du tube de silice, la pression intérieure étant sensiblement plus élevée que la pression extérieure. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite roulette est mobile en rotation autour d'un axe parallèle à celui du tube et situé à une distance et dans une position telles que la zone chauffée du tube et la roulette soient en contact permanent au cours de leur rotation. 4) Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les roulettes sont pourvues de moyens de refroidissement. 5) Procédé d'obtention d'ébauches destinées à l'étirage de fibres optiques selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que la différence de pression est obtenue par une surpression de quelques millimètres d'eau des gaz réactifs contenus dans le tube par rapport à la pression atmos phérique. 6) Procédé d'obtention d'ébauches destinées à l'étirage de fibres optiques selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la différence de pression est obtenue par une dépression créée à l'extérieur du tube de silice grâce à une enceinte contenant les dispositifs de chauffage, les roulettes ou palettes, et à l'intérieur de laquelle on maintient une pression gazeuse inférieure à celle qui règne dans le tube. 7) Procédé selon lXune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le chauffage et le dépôt de la couche de silice à l'intérieur du tube s'effectue dans le même sens de déplacement que la circulation des gaz à l'intérieur du tube. 8) Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les composés volatils sont introduits dans le tube de silice à l'aide d'un injecteur comportant dlune part une tête munie d'une série de tubulures radiantes de l'axe à la périphérie et, d'autre part, d'une partie tubulaire qui prolonge la tête de part et d'autre et qui est destinée à confiner les gaz, projetés sur la paroi chaude du tube, dans un espace restreint au voisinage immédiat de cette paroi chaude, 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie tubulaire de l'injecteur est pourvue de moyens de refroidissement, notamment par circulation gazeuse auxiliaire. 10) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie tubulaire de l'injecteur est garnie intérieurement d'un corps, tel que le graphite > ayant un pouvoir émissif très élevé et une bonne conductibilité thermique. 11) Dispositif d'obtention d'ébauches destinées à l'étirage de fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage du tube de silice servant de support au dépôt de verre comporte une ou plusieurs torches à plasma inductif,