Brevet FR2302977A1 — publié le 19761001

Il est connu de fabriquer des fibres optiques destines à guider la lumière que lton a introduite à une extraité jusqu' l'autre sans qu'il y ait de pertes par les parois de la fibre. On obtient en particulier cet effet en utilisant une fibre fabri quée de telle sorte que l'indice de rétraction du matériau qui la constitue décroisse depuis le centre de la fibre Jusqu a sa périphérie. La lumière introduite dans la fibre à l'une des extrémités subit donc des réflexions totales au voisinage de la surface 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 particularité intéressante de permettre la transmission d'informations optiques à une plus grande cadence que ne le permettent les autres fibres. La variation de l'indice de réfraction est obtenue grace à une variation de la composition chimique. Un des facteurs de qualité important des fibres optiques est leur atténuation, c'est-à-dire l'importance des pertes que subit la lumière pendant son parcours et qui sont principalement dues au fait que les matériaux utilisés ne sont ni parfaitement homogènes ni parfaitement purs ou encore présentent eux-memes une certaine absorption ou diffusion. Pour minimiser au maximum ces pertes, il est courant d'utiliser des verres à haute teneur en silice pour lesquels on béni -ficie d'une transparence élevée découlant d'une part des propriétés physiques exceptionnelles du matériau et, d'autre part, de la possibilité que 'l'on connaît de l'obtenir très pur. Mais on se heurte dans cette voie à deux difficultés importantes. La première est que l'élaboration des verres à haute teneur en silice nécessite de travailler à haute teppérature avec tous les inconvénients que cela comporte, en particulier pour la pureté chimique des verres. La seconde est que le verre de silice a un indice de réfraction plus faible que tous les autres verres connus à une exception près : des verres de silice contenant quelques pour-cent de bore. Si ltélaboration des verres riches en silice pose de réels problèmes, l'élaboration du verre de silice très pure est par contre parfaitement connue et classique et fournit un matériau de qualit rfaltement pte à la fabrication de fibres. partant de ces éléments, la Demanderesse a imaginé, et c'est l'objet de Ta présente invention, que plutôt que de fondre les verres dops, il serait plus indiqué de les obtenir par une diffusion ou une migration électrique de bore ou d'un de ses composés dans un barreau de silice chauffé que l'on étire ensuite sous forme de fibre. On entend par diffusion la progression dans le verre de l'é- lovent étranger, ici le bore, grâce à son gradient de concentration. On entend par migration un phénomène analogue à celui de la diffusion dans lequel les phénomènes sont accélérés par l'action d'un champ électrique. fin de mieux faire comprendre l'invention, on en a décrit ci-dessous quatre exemples de réalisation, mais il est bien évident que la présente invention ne se limite pas à ces exemples et qu'elle présente un caractère beaucoup plus général. Exemple I : on part d'un barreau de verre de silice très pure de forne cylindrique d'un diamètre par exemple 10 mm. On dispose autour de ce barreau un tube de silice très pure d'un diamètre intérieur tel qu'il laisse un Jeu cylindrique d'une é- paisseur de 1 à 2 mm. On remplit l'espace entre le tube et le barreau par de l'anhydride borique. Cette opération peut être menée à bien de la fagon suivante : le tube que l'on aura refermé à une extrémité à la façon d'un tube à essai, sera disposé en position verticale. Le barreau de silice, dont la longueur sera sensiblement plus courte que celle du tube, sera introduit dans le tube et maintenu à l'aide de petites cales en verre de silice. Ce tube est ensuite placé dans une enceinte dans laquelle il se trouve à la fois mis sous vide et porté à une température de 500 à 8000C. On s'arrange alors, par exemple par télémanipulation, pour verser en haut du tube une quantité suffisante d'anhydride borique qui à cette Uem- pérature peut couler. Puis on admet une certaine pression d'un gaz neutre capote ou argon) dans l'enceinte, ce qui a pour effet de favoriser l'insertion de l'anhydride borique entre le tube et la baguette de silice. Le remplissage est ainsi opéré de façon rapide sans qu'il se produise de bulles ni de risque d'hydratation de l'anhydride borique. La température de l'enceinte est ensuite porte vers 11CO à 1250 C pendant plusieurs jours pour permettre au bore de diffuser à travers le barreau de silice. Par ce moyen on obtient, dans le barreau central, une concentration croissante de bore au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'axe et ceci correspond, au moins quand la concentration n'est pas trop élevée, à la décroissance souhaitée de l'indice de réfraction. On peut même, à un certain stade de la diffusion, obtenir une répartition de llindice de réfraction qui, sans être rigoureusement parabolique, n'en est pas très éloignée et on bénéficie ainsi des propriétés améliorées qui en découlent. Dès que le degré de diffusion souhaité a été atteint, on sort l'ébauche de l'enceinte et on procède à l'étirage des fibres d'une manière traditionnelle. Pour plus de sécurité et afin d'éviter les chocs thermiques dans ltébauche, on pourra la maintenir à une température voisine de 9000C pendant toute la durée de l'étirage. Il est bien évident que les traitements d'étirage apportent une certaine perturbation à la répartition du bore dans l'ébauche et il est prudent d'en tenir compte en arrêtant l'opération de diffusion un peu avant que l'on ait atteint la répartition souhaitée. Les corrections à apporter sont toutefois mineures car les périodes de chauffage près diffusion sont de durée relativement courte. Exemple 2 : Gn part d'un tube épais en silice dont le diamètre intérieur est par exemple de 2 mm et dont le diamètre extérieur est par exemple de 10 mm. On place autour de ce premier tube un autre tube de silice analogue à celui utilisé dans l'exemple précédent et', par une méthode qu'il est facile d'imaginer, on remplit l'espace entre les deux tubes par un verre de silice à plus de 100/o d'anhydride borique. Puis on introduit, à l'intérieur du tube central, un fil de molybdène très pur que l'on relie électriquement au pôle négatif d'un générateur de tension continue de 2 kV. On enroule autour du tube extérieur une mince feuille de molybdène très pur que l'on relie au pôle positif du même générateur. Le tout est ensuite porté, sous atmosphère iner te, à 1.2000C. Sous l'influence conjuguée du champ électrique et de la température il se produit une migration des ions bore dans la silice, et ceci à une vitesse beaucoup plus grande que dans le cas de la diffusion de telle sorte que le traitement ne dure que quelques heures. Mais ce type de traitement a, tei que décrit ci-dessus, l'énorme inconvénient que la concentration de bore dans le barreau est soit const;inte, soit nulle, au lieu d'être, comme dans l'exemple précédent, décroissante au fur et à mesure que l'on se raproche du centre. On ne peut donc pas bénéficier de l'effet de la variation parabolique de l'indice de réfraction. On peut remédier à cet inconvénient en procédant à la migration à une température régulièrement croissante selon une loi déterminable expérimentalement et qui dépend bien entendu de la concentration en bore du verre que l'on a introduit entre les deux tubes, de la tension appliquée et des dimensions du barreau. Ces opérations ayant té menées u bien, on procède à une attaque de l'ébauche par l'acide fluorhydrique afin de retirer les parties qui auraient pu être souillées par les électrodes ou les impuretés qu'elles contiennent. Enfin, on étire l'ébauche à une température très élevée, de telle sorte que le canal central se referme. Exemple 3 : On prépare une ébauche, comme dans l'exemple 1, mais au lieu d'opérer la migration dans une enceinte, on la place sur un tour verrier à axe horizontal et on la chauffe à l'aide de chaluneaux oxypropane à une température comprise entre 16000 et 2.0000C ; la rotation de l'ébauche autour de son axe, assurée par le tour verrier, permet de minimiser les déformations causées par la pesanteur. Cette façon de procéder permet d'opérer la diffusion à haute température, donc beaucoup plus rapidement que dans la première méthode. On procède ensuite à l'étirage en fibre de l'ébauche ainsi obtenue. Exem;ile 4 : On prépare un jeu de tubes analogues à ceux définis dans le second exemple et on le place sur un tour verrier comme dans l'exemple 3. Dans le trou central on place une tige en irridium, servant d'électrode, reliée au pôle négatif d'une source de tension continue. L'ébauche est chauffée par un plasma d'arc ou un plasma inductif dont la flamme conductrice est reliée à l'autre pôle de générateur de tension. On obtient ainsi une migration à une température élevée sans risque de pollution par l'électrode extérieure. L'étirage des fibres est ensuite opéré comme indiqué dans le deuxième exemple. il convient de faire remarquer dans tous les exemples de mise en oeuvre décrits ci-dessus, l'extérieur de la fibre provenant du tube extérieur de ltébauche n'est pas ou peu dopé. Du fait que le verre de silice dopé au bore a un coefficient de dilatation d'autant plus grand que la concentration en bore est élevée, la couche externe de la fibre se trouve en compression ce qui confère à la fibre une résistance mécanique accrue. il demeure bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux divers exemples décrits, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. R-V-iXDICDIùi; 1.- Procédé d'obtention de fibres optiques caractérisé en ce que l'on réalise une ébauche cylindrique en silice que l'on dope ensuite à l'aide de bore ou d'un de ses composés, à chaud soit par diffusion, soit par migration sous champ électrique de façon à obtenir, au mins dans la zone centrale de l'ébauche, une décroissance de l'indice de réfraction au fur et à mesure que l'on s'écarte de son axe, cette ébauche dopée étant ensuite étirée sous forme de fibre. 2.- Procédé 3'obte.tion de fibres optiques selon la revendication 1, caractérls en ce que Le bore provient d'un verre contenant de ; silice et de l'anhydride borique et que l'on met en contact avec l'ébauche que l'on veut dojer. j.- Procédé d'obtention de fibres optiques selon l'un des revendications 1 et 2, caracttrisé en ce que la migration ou la diffusion sont accélérées par un travail à très haute température au cours duquel on s-'affranchit des déformations du verre par rotation de l'ébauche. 4.- Procédé d'obtention de fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'une des électrodes servant à la migration sous champ électrique est un plasma d'arc ou un plasma inductif. 5.- Procédé d'obtention de fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche une fois dopée est maintenue à température élevée jusqu'à son étirage en fibre, ceci afin d'éviter les fissurations résultant de la variation du coefficient de dilatation.