Brevet FR2253723A1 — publié le 19750704

La présente invention concerne un procédé de préparation d'une préforme destinée à fournir un guide d1 onde optique par simple étirage et comportant une région de coeur et une région de gaine telles que l'indice de réfraction de la première soit supérieur à celui de la seconde0 Elle concerne ég@l@ment un équiement permettant la mise on oeuvre du procédé. Pour que la lumière puisse se propager à l'intérieur du guide fini, il fut en effet que le milieu de transmission présente deux indices de réfraction différents, la lumière se propageant dans le milieu d'indice supérieur et se réfléchissant sans perte sur le milieu d'indice inférieur. Le milieu d'indice supérieur est généralement appelé le coeur de la fibre et le milieu inférieur la gaine. Plus la différence d'indice entre le coeur et la gaine est importante, plus la quantité de lumière qui s'échappe de la fibre diminue. Cependant, si l'on veut que la lumière transmise soit limitée à des modes présblectionnés, on doit choisir très soigneusement l'indice de réfraction du coeur, l'indice de réfraction de la gaine et le diamètre du coeur. Ainsi, pour un mode ayant une valeur de coupure u, on définit une valeur caractéristique R de la fibre telle qu'un mode particulier ne puisse se propager a l'intérieur de la fibre que si R est supérieur ou égal à la valeur@de coupure u.Par exemple, le mode HE est le seul à se propager si R estinférieur à 2,405, R est défini par l'expression où a est le rayon du coeur de la fibre la la longueur d'onde de la lumière à transmettre l'indice de réfraction du coeur n2, celui de la gaine0 Pour que le guide soit effectivement utilisable, il faut qu'il soit ccnipatible avec les sources lumineuses actuellement disponibles; la plage de longueurs d'ondes accessibles est comprise entre 0,8 m et 1,06 m. Il doit présenter une atténuation tot:le la plus faible possible.Le matériau dont l'atténuation minimale se situe entre 0,8 pm et 0,9 Pm est la silice synthétique (SiO2), qu'il est possible d'obtenir avec uii degré de pure exceptionnel. On connaît des techniques de cré. tion d'une seconde région d'indice de réfraction différent de celui-de cette silice qui utilisent une hydrolyse à la flamme. Mais, d'une part ces techniques nécessitent une vitrification ultérieure, d'autre part elles entrainent une bande d'absorption à 0,945 pin due aux vibrations du troisième harmonique des ions OH, qui influe sur la transmission aux alentours de cette longueur d'onde. La présente invention a pour but de s'affranchir de de ces difficultés. A cette fin, un procédé du type initialenent défini se caractérise suivant l'invention en ce qu'il comprend une première étape dans laquelle, en partant d'un tube (d'un tube ou barreau) appelé à constituer une région de gaine (ou de coeur) d'une première composition, on effectue intérieurement (ou extérieurement) un dépit d'une seconde composition, en hélice à spires jointives par déplacement en translation alternative et rotation combinées, à vitesses ajustables, du tube (du tube ou barreau) devant le dard d'un chalumeau à plasma d'arc (ou à haute fréquence) dont la chambre de projection est alimentée en poudre ultra-fine de la seconde composition, et une seconde étape dans laquelle la préforme revêtue est introduite dans une enceinte étuvée dans laquelle on fait un vide poussé avant de refermer hermétiquement cette enceinte. Untel procédé suivant l'invention a le double avantage de permettre une surchauffe locale par le dard du chalumeau assurant une excellente adhérence du dépôt au support et une bonne cohésion par vitrification directe de ce dépôt (sans nécessiter de traitement thermique ultérieur) d'une part, et d'autre part d'abaisser tres sensiblement la proportion d'ions OH dans ce dépôt. Par un tel procédé, on peut, suivant l'invention, qu'il stagisse soit de revêtement intérieur d'un tube, soit de revêtement extérieur d'un tube ou barreau - constituer la région de gaine par de la silice pure (SiO2) et la région de coeur par de la silice dopée d'un bioxyde d'au moins un métal de l'ensemble germaaium, titane (GeO2, TiO2) ; - constituer la région de gaine par de la silice dopée d'un bioxyde d'au moins un métal de l'ensemble germanium, titane (GeO2, TiO2) et la région de coeur par de la silice dopée de même composition qualitative mais en proportions différentes, de façon à réaliser l'inégalité voulue des indices de réfraction - constituer la région de gaine par de la silice dopée au trioxyde de bore (B203) et la région de coeur par de la silice pure (SiO2). Pour la mise en oeuvre du procédé ainsi défini, l'Invention propose un équipenent caractérisé en ce qu'il comprend essentielle- ment : - un@chalumeau à plasma permettant une vitesse de sortie de la poudre d'au moins 100 m/s, ce chalumeau étant à plasma d'arc et à dard latéral au canon dans le cas de dépit intérieur sur tube (ou à plasma haute fréquence et à dard coaxial au canon dans le cas de dépit extérieur sur tube ou barreau) - un dis@ributeur de poudre de débit ajustable permettant d'injecter dans le plasma, par un gaz porteur, une poudre ultra-fine, c1est-à- dire pratiquement sans agglomérats, de ladite seconde composition - un porte-préforme, tube ou barreau, permettant à la préforme d'être animée d'un mouvement de translation alternatif et d'un mouvement de rotation combinés, tous @eux d@ vitesses ajustables, pour réaliser un balayage hélicoïdal de la surface intérieure du tube (de la surface extérieure du tube ou barreau) par le dard du chalumeau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un exemple préféré d'équipement et à l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. 1 est une vue schéma@ique d'ensemble par côtéde l'équipement, les annexes du chalumcau à plasma d'arc étant symblisées par undiagramme de blocs (préforme entièrement engagée sur le canon du chalumeau) - la Fig. lA est une vue en coupe de détail de l'extrémité du canon du chalumeau, encerclée en A-A à la Fig. 1B - la Fig. 1B est une vue analogue à celle de la Fig. 1, mais partielle (préforme entièrement dégagée du canon du chalumeau) - la Fig. 2 est une vue schéma@ique d'un équipement de conditionne- mc-nt d'une préforme après dépôt et avant étirage. Sur un bâti 10 est monté à poste fixe un chalumeau à plasma d'arc il recevant d'une source 12 un gaz plasmagène, de préférence de Il argon. Le chalumeau est d'autre part relié à un générateur à courant continu 13 d'au noins 40 kw avec pupitre de commande 74 et assurant la formation d'un arc à l'extrémité de son canon iid entre les deux électrodes (anode 11a à 450 de l'axe du chalumeau et cathode 11c). il reçoit enfin en sortie dans la chambre de projection 11b la poudre fine servant à la formation du dépôt et véhiculée par un gaz porteur, de préférence de l'argon. La poudre elle-même, ultrapure et de granulométrie par exemple centrée sur 500 , est fluidisée dans une enceinte 21 reliée à une source d'argon 22 et renfermant un distributeur de poudre 23, par esem- ple celui décrit par la deman@e de brevet français N PV 73-03241 du 30 janvier 1973. La poudre desséchée venue d'un conteneur 24 tombe dans une trémie 25 d'où elle est entraînée grâce au distribu teur 23 par l'argon en légère suppression dans l1enceinte, vers la sortie du chalumeau à plasma. Le chalumeau est également pourvu d'une circulation d'eau de refroidissement à débit constant ajustable dont on a représente 11 entrée 26, le groupe moto-pompe 27 et la sortie 28. Sur l'avant du canon 11d du chalumeau est disposé un portepréforme 30 essentiellement agencé de la facon suivante. Sur une glissière 31 portée par le bâti 10 est monté coulissant un plateau 32 qui peut être animé d'un mouvement de translation alternatif de vitesse ajustable, au moyen d'un vérin oléopneumatique 33 comportant une tige de piston 33a. Le plateau 32 est lui-meme porteur, d'une part d'un moteur électrique 34 à vitesse réglable et pourvu d'un mandrin 35 capable de saisir une préforme P par l'une de ses extrémités pour entraîner celle-ci en rotation, d'autre part d'un chevalet 36 assurant simplement le soutien de la préforme P coaxialement au mandrin 35, mais laissant à P la possibilité de tourner librement. Dans l'exemple représenté ou la préforme P est de forme tubulai- re, le chalumeau 11 est disposé sur le bâti de façon que son canon 1 Id soit disposé rigoureusement coaxial à la préforme P. Bien entendu, pour une préforme P de dimensions prédéterminées, celles du canon du chalumeau ont été choisies de façon que - son diamètre extérieur soit légèrement inférieur, par exemple de l'ordre de 10 rlm, au diametre intérieur de la préforme - sa longueur soit supérieure à celle de la préforme pour permettre de donner à Il amplitude du mouvement alternatif de translation une valeur suffisamment superieure à celle de la longueur de la préforme afin que les inversions de sens de translation de la préforme, nécessairement à vitesses décroissantes puis croissantes, ntinfluent pas sur la qualité du dépôt. On s'arrange @n outre pour que, du c8té où le canon du chalumeau est complètement retiré de la préforme P, l'intervalle laissé libre permette l'introduction d'un micromesureur de l'épaisseur du dépôt. A titre d'exemple, pour une préforme de longueur 40 cm, on peut prendre un canon d'une longueur de 60 cm. Le réglage des deux vitesses en rotation du moteur, d'une part, en translation de la tige de vérin d'autre part, permet d'obtenir, pour le mouvement hélicoïdal résultant, la vitesse optimale maintenant la préforme dans un intcrvalle de températures convenables, ni trop élevées pour éviter une fusion localisée du support du dépôt, ni trop basses pour assurer la vitrification dudit dépôt. Un pyromètre infrarouge (non représenté) pointé sur le tube, dans le plan vertical du dard, permet de connaître lesdites températures. Comme on l'a déjà dit, le dépôt de silice pure ou dopée doit, une fois réalisé, êtr@ protégé de toute pollution, et tout particu fièrement des ions Oit provenant des moindres traces d'humidité et facilement absorbés et(ou) adsorbés par le dépôt, ces ions étant ultérieurement la cause d'affaiblissements importants des signaux transmis par le guide d'onde. C'est pourquoi la préforme, une fois munie de son dépôt de silice pure ou dopée, est dégagée du mandrin alors que sa température est encore supérieure à 100 C, de façon à éviter toute condensation d'humidité sur elle, puis rapidement introduite (voir Fig. 2) dans une enceinte en verre 41, préalablement étuvée, possédant un raccord conique 41a; cette enceinte 41 est alors fermée par un bouchon en verre 42 muni d'un robinet 42a, puis reliée à une pompe à vide primaire 43 jusqu a ce que la pression dans l'enceinte atteigne 10-2 torr; il suffit alors de fermer le robinet du bouchon et de séparer l'enceinte du système de pompage pour pouvoir transporter sans risque la préforme du poste de dépôt à celui d'étirage de la fibre optique Comme on l'a déjà indiqué dans l'introduction, l'invention ne se limite pas à l'emploi d'un chalumeau à plasma d'arc pour réalisation d'un dépôt intérieur sur tube, elle s'étend à l'utilisation d'un chalumeau à plasma haute fréquence pour réalisation d'un dépôt extérieur sur tube ou barreau. Le chalumeau à plasma de ce second type étant bien connu de l'homme de l'art, il ne parait pas nécessaire de reprendre sa description dans le cadre de l'utilisation aux fins de la présente invetion. On fera seulement observer que, dans le cas de son emploi, il faut, pour que les pertes soient rendues acceptables, que les amenées de courant et d'eau de refroidissement soient rigides, de petite longueur et ctc forte section La torche HF ne peut donc être située qu'à proximité du gén Le chalumeau à plasma haute fréquence comparé à celui à plasma d'arc a les avantages suivants - il dcnne la possibilité de projeter la poudre en atmosphère oxydante pour éviter les pertes d'oxygène susceptibles de se produire en atmosphère neutre, in particulier dans le cas de projection de SiO2, ce que ne permet pas le chalumeau à plasma d'arc à cause de l'érosion rapide des électrodes - il donne de meilleures garanties d'absence de pollution par les matériaux constitutifs de la chambre de projection, puisque le plasma est entretonu par un champ magnétique alternatif induit à travers un isolant en quartz, en évitant ainsi tout contact matériel entre l'inducteur et le gaz ionisé, ce qui n'est évidemment pas le eas pou@ le plasma d'are, av@e lequel on court le risque d'une contamination, même très faible, du dépôt par les parlicules de cuivre ou de tungstène susceptibles d'ôtre arrachées d@s éle@@rodes ; - enfin, la symétrie cylindri@ue du chalume@u à plasma @F rend plus facile l'injection de poudre selin l'axe gé@mé@rique du dard. Il reste à l'actif du chalumeau à plasma d'are les importants avantages suivants - il est d'un pris de revient considérablement plus faible que le chalumeau à plasma 11F, à la fois en investissement et en fonctionnement ; - il donne des possitilités de miniaturisation du canon du chalumeau qui le rendent b@aucoup plus maniable que le chalumeau à plasma HF. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'une préforme destinée à fournir un guide d'onde optique par simple étirage et comportant une région de coeur et une région de gaine telles que l'indice de réfraction de la première soit supérieur à celui de la seconde > caractérisé en ce qu'il comprend une première étape dans laquelle, en partant d1un tube (d'un tube ou barreau) appelé à constituer une région de gaine (ou de coeur) d'une première composition, on effectue intérieurement (ou extérieurement) un dépôt d'une seconde composition en hélice à spires jointives par déplacement en translation alternative et rotation combinées à vitesses ajustables, du tubs (du tube ou barreau) devant le dard d'un chalumeau à plasma d'arc (ou à haute fréquence) dont la chambre de projection est alimentée en poudre ultra-fine de la seconde composition, et une seconde étape dans laquelle la préforme rev4tue est introduite dans une enceinte étuvée dans laquelle on fait un vide poussé avant de refermer hermétiquement cette enceinte. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de gaine est constituée par de la silice pure (SiO2) et la région de coeur par de la silice dopée d'un bioxyde d'au moins un métal de ltensemble germaniums titane (GeO2, TiO2). 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ee que la région de gaine est constituée par ds la silice dopée d'un bioxyde d'au moins un métal de l'ensemble germanium, titane (GeO2, TiO2) et la région de coeur par de la silice dopée de même composition qualitative mais en proportions différentes, de façon à réaliser l'inégalité voulue des indices de réfraction. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de gaine est constituée par de la silice dopée au trioxyde de bore (B203) et la région de coeur par de la silice pure (SiO2). 5 - Equipement permettant de mettre en oeuvre la première étape du procédé suivant revendications 1 à 4, caractérisé en ce qutil comprend essentiellement - un chalumeau à plasma permettant une vitesse de sortie de la poudre diau moins 100 m/s > ce chalumeau étant à plasma d'arc et à dard latéral au canon dans le cas de dépit intérieur sur tube (ou à plasma haute fréquence et à dard coaxial au canon dans le cas de dépôt extérieur sur tube ou barreau) - un distributeur de poudre de débit ajustable permettant d'injecter dans le plasma, par un gaz porteur, une poudre ultra-finc, c'est-àdire pratiquement sans agglomérats de ladite seconde composition - un porte-préforme, tube ou barreau, permettant à la préforme d'être animée d'un mouvement de translation alternatif et d'un mouvement de rotation combinés, tous deux de vitesses ajustables, pour réaliser un balayage hélicoïdal de la surface intérieure du tube (de la surface extérieure du tube ou barreau) par le dard du chalumeau