Brevet FR2307639A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne la fabrication de fibres optiques. Les fibres optiques comprennent une Sme conductrice de la lumière qui est entourée habituellement par un habillage. L'dme a un indice de réfraction supérieur à celui de l'habillage. La lumière est retenue dans l'amie par la réfection au niveau de l'interface entre l1ame et l'habillage. Dans une variante de fibre optique, l'ame conductrice de la lumière a un indice de réfraction qui varie continuement et aucune couche tenant lieu d'habillage n'est nécessaire. Un autre type de fibre optique a un indice de réfraction variant par échelons dans le sens radial. La présente invention concerne en particulier des fibres optiques comportant une âme et un habillage, ou ayant un indice de réfraction du type variant par échelons dans le sens radial. Les fibres optiques auxquelles s'applique particulièrement la présente invention peuvent entre fabriquées de différentes maniè res mais, dans le cas présent, la fabrication par déport ou par for mation d'une succession de couches sur l'intérieur d'un tube en sili ce fondue estsuiviepar l'écrasement du tube et l'étirage et la techni que particulièrement concernée. Les pertes de transmission dans une fibre optique se pro duisent à partir de diverses sources. Deux de ces sources sont les centres de diffusion et les fluctuations de densité microscopiques ,(diffusion de Rayleigh). La présente invention concerne la fabrication d'une fibre optique à faible perte dans laquelle les centres de diffusion sont au moins grandement réduits et dans laquelle la diffusion de Ray leigh est également grandement réduite. Dans la production des fibres optiques, un film de silice dopée est formé sur la paroi intérieured'un tube de silice fondue. Dans la zone chauffée du tube, la dissociation et l'oxydation des matières de départ et la fusion du déport de suie résultant se pro duisent. Une température de déport d'environ 1.6000C est généralement nécessaire pour fondre le dépôt de suie pour le mettre sous la forme d'un film vitreux et cette température est très proche de la température de ramollissement de la silice fondue. Une déformation du tube peut se produire et cette déformation produira une âme déformée quand la préforme sera étirée sous la forme d'une fibre optique. En outre, une fusion incomplète peut provoquer des bulles qui sont formées par le gaz piégé dans la couche déposée. Ces bulles agissent comme des centres de diffusion. Egalement, les variations de densité microscopiques dans les couches déposées augmentent à la température élevée utilisée. Dans la présente invention, un agent fondant est ajouté à la silice ainsi qu'un additif ou dopant pour donner une température de transition inférieure. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est un schéma d'un dispositif pour fabriquer une préforme tubulaire selon la présente invention; La figure 2 montre la variation de l'indice de réfraction avec l'addition de germanium; La figure 3 montre la réduction de la température de transition vitreuse avec l'addition d'agents fondants; La figure 4 est une vue en coupe d'une fibre optique montrant la déformation; et La figure 5 est une vue en coupe d'une fibre optique selon la présente invention Comme on l'a représenté dans la figure 1, SiCl et GeCl à l'état liquide sont contenus dans les réservoirs 10 et 11.On fait bouillonner de l'oxygène à travers les liquides par l'intermédiaire de tuyaux 12 et 13 et, de cette manière, il recueille les vapeurs de chaque liquide. L'oxygène et les vapeurs de chaque réservoir passent dans des tubes 14 et 15 pour aller à une chambre collectrice 16. L'oxygène est également acheminé directement dans la chambre collectrice 16 par un tuyau 17. Le débit d'oxygène dans chacun des tuyaux 12, 13 et 17 est contrôlé par des distributeurs 18. Des débit mètres 19 sont disposés sur chaque tuyau 12, 13 et 17. De la chambre collectrice 16, les gaz combinés passent dans un tuyau 20 et circulent à travers un tube tournant 21 en silice fondue. Lorsque le tube 21 tourne, une flamme émise par un chalumeau 22 est déplacée de haut en bas sur le tube, le chalumeau étant alimenté en oxygène et en hydrogène par les tuyaux 23 et 24. Dans la zone chauffée du tube 21, à l'emplacement 25 dans la figure 1, les gaz et les vapeurs se dissocient et l'oxydation du silicium et du germanium se produit et il en résulte un dépôt sur la paroi du tube 21. Le dépOt se présente sous la forme d'un dépôt de suie qui est fondue sur la paroi d'un tube 21 sous la forme d'un film vi treux. Plusieurs phases du chalumeau 22 sont réalisées pour dé poser et former plusieurs films sur la paroi du tube. Si on le dé sire, on peut faire varier le débit d'oxygène à travers la solution de GeCl pour chaque passe du chalumeau 22 pour donner une composi tion variant de façon étagée. En général, SiCl est toujours la matière de base, mais l'additif peut varier. Ainsi, le germanium est l'un des additifs les plus généraux, mais d'autres additifs peuvent entre utilisés, tels que le titane, le phosphore, l'aluminium et le thallium.L'objet de l'additif est d'augmenter l'indice de réfraction de la silice. Dans la présente invention, un additif supplémentaire - est utilisé. Ainsi, comme on l'a représenté dans la figure 1, un autre réservoir 30Xest prévu contenant, dans le présent exemple, du tri-bromure de bore (BBr3). On fait bouillonner de l'oxygène dans le réservoir par le tuyau 31 comportant undistributeur de commande 32 et un débitmètre à masse 33.Du réservoir 30, l'oxygène et la vapeur sont acheminés par le tuyau 34 vers la chambre collec trice 16 où ils sont combinés avec les débits venant des réservoirs 10 et ll L'addition d'oxyde de bore aux produits dans la zone chauffée -25 dans la figure 1- provoque une réduction de la tempé rature de transition de la matière déposée. Ceci signifie que la température à laquelle le tube de silice fondue 21 est chauffé peut être notablement inférieure. Dans la figure 1, l'oxyde de bore est obtenu en faisant bouillonner 1'oxygène dans le BBr3 à l'état liquide. A titre de variante, du trichlorure de bore peut être utilisé. Celui-ci est à l'état gazeux et peut être ajouté au dispositif à partir d'un cylindre, comme cela est indiqué en traits interrompus 35 dans la figure 1. Un autre additif ou fondant est le pentoxyde de phosphore. L'oxychlorure de phosphore (P0C13) est contenu dans un réservoir et on fait bouillonner de l'oxygène dans celui-ci, par exemple dans le réservoir 30 dans la figure 1. La réaction dans la zone chauffée dans le tube 21 fournit du pentoxyde de phosphore dans cette zone. D'autres matières peuvent également être utilisées pour agir comme fondants et réduire la température de transition. La figure 3 montre la réduction de la température de transition de la silice avec l'addition d'oxyde de bore ou de pentoxyde de phosphore. Des résultats similaires sont obtenus avec de la silice, additionnée à du germanium ou à d'autres additifs. On remarquera qu'il se produit une réduction appréciable des températures de fusion du dépôt à l'état de suie sur la paroi du tube de silice fondue. La température de ramollissement de la silice fondue est d'environ 1.750"C et, sans emploi d'additif fondant, les températures de fusion du dépôt sont seulement légè- rement inférieures à cette valeur (environ 1.6000C). Il en résulte que pendant les multiples passes du chalumeau, le tube de silice est progressivement déformé. Une préforme tubulaire déformée produira une âme déformée quand le tube sera écrasé et étiré sous la forme d'une fibre. Egalement, si la fusion est incomplète, des bulles sont fréquemment formées par les gaz piégés à l'intérieur de la couche ou du film déposé. Par l'emploi du fondant, la température de fusion réduite évite, ou réduit au moins sensiblement, la déformation du tube de silice fondue. Lorsque la température de transition vitreuse des dépôts est éloignée de la température de ramollisse ment du tube de silice, on a plus de liberté pour s'assurer que la température de la zone chauffée du tube est telle qu'elle assure une fusion complète et pour éviter ou au moins réduire sensiblement la formation de bulles. La figure 4 est une vue en coupe d'une fibre optique représentant une ame déformée 39 obtenue avec un tube de silice déformé sur lequel on a formé un dépôt. La figure 5 est une vue en coupe d'une fibre optique produite à partir d'un tube formé selon la présente invention. Les diverses couches formées par les multiples passes du chalumeau sont indiquées en 40. Chaque couche 40 contient une proportion successivement inférieure d'additif, par exemple du germanium dans chaque couche lorsqu'on s'approche de la couche extérieure. La couche extérieure 41 est le tube de silice fondue d'origine 21 dans la figure 1. Le fondant additif est incorporé dans chaque couche et, ainsi, chaque couche 40 est composée d'un additif de silice fondue et de fondant additif, par exemple de silice + de l'oxyde de germanium + de l'oxyde de bore. A titre d'exemple, dix passes du chalumeau 22, figure 1, sont réalisées, une couche ou film de 10 à 15 microns d'épaisseur étant formé à chaque passe. Typiquement, dix couches sont formées. Après la formation des couches dans le tube, le tube est écrasé par des techniques connues. Ainsi, de manière typique, le tube est rétreint par chauffage à une température supérieure à la température de ramollissement. Le tube se rétreint sous l'effet de la tension de surface. A titre d'exemple, le chalumeau 22, figure 1, effectue une première passe, chauffant le tube à une température de1.700 à 1.8000C. Le tube se rétreint lorsque la zone chauffée progresse vers le haut du tube. Le chalumeau effectue alors une seconde passe, chauffant de nouveau le tube à la même température; le tube rétreint s'écrasant ou se rétreignant pour former une tige pleine. On fait tourner le tube pendant qu'on le chauffe. Dans l'exemple décrit, le tube est supporté et son axe est vertical à la fois pour la formation des couches et pour la ré traction ou écrasement. I1 est également possible de supporter le tube horizontalement. Après avoir été mis sous la forme d'une tige pleine, il est étiré sous la forme d'une fibre d'une manière classique, par exemple en acheminant le tube dans un four et en le tirant à partir de son extrémité inférieure et en l'enroulant sur un tambour. Pendant la rétraction, le débit de gaz dans le tube continue de s'évacuer à l'extérieur et de supprimer l'évaporation des dopants volatils. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une fibre optique dans lequel on supporte un tube cylindrique de silice fondue, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : former un mélange de vapeurs comportant de l'oxygène, du tétrachlorure de silicium, un dopant et un agent fondant et faire passer le mélange des vapeurs dans le tube; chauffer le tube pour former une zone chauffée se déplaçant le long du tube, d'où il résulte que la vapeur forme un dépôt adjacent à la zone chauffée et fond les dépôts pour former une couche sur la face intérieure du tube, le dopant étant une matière utilisée pour produire un indice de réfraction plus élevé dans la couche que dans le tube, le fondant étant une matière pour réduire la température de fusion du dépôt; répéter le chauffage du tube pour former plusieurs couches; chauffer le tube à une température supérieure à la température de ramollissement pour que le tube s'écrase et forme une tige; et, étirer la tige pour former une fibre optique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier la proportion de dopant pour former une succession de couches, chaque couche successive ayant un indice de réfraction supérieur à la couche précédente. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le débit de vapeur dans le tube 21 est maintenu pendant l'écrasement du tube. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube est supporté à chaque extrémité dans une position verticale et entraîné en rotation autour de son axe vertical, alors qu'on le chauffe. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dopant est du tétrachlorure de germanium, du tétrachlorure de titane, de l'oxychlorure de phosphore ou du chlorure d'aluminium. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fondant dans le dépôt est de l'oxyde de bore ou du pentoxyde de phosphore. 7 - Fibre optique, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche extérieure de silice fondue et plusieurs couches formant l' me ayant un indice de réfraction supérieur à celui de la couche extérieure, les couches formant l'ame étant formées par un mélange fondu de silice, d'un dopant et d'un fondant. 8 - Fibre optique selon la revendication 7, caractérisée en ce que chacune des couches de l'amie a un indice de réfraction supérieur à celui de la couche extérieure suivante. 9 - Fibre optique selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce que le dopant est de l'oxyde de germanium, de l'oxyde de titane, du pentoxyde de phosphore, de l'oxyde d'aluminium ou de l'oxyde de thallium. 10 - Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 7, 8 ou 9, caractérisée en ce que le fondant est de l'oxyde de bore ou du pentoxyde de phosphore.