Brevet FR2328670A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une préforme en verre de silice et de silice dopée, destinée à fournir un guide d'onde optique ou fibre optique avec ou sans gradient d'indice0 Elle concerne également un appareil permettant la mise en oeuvre de ce procédé, Pour que la lumière puisse se propager à l'intérieur d'un guide fini, il faut que le milieu interne de la fibre présente deux zones d'indicg, de réfraction différente . La lumière se propage dans le milieu d'indice supérieur et se réfléchit sans perte dans le milieu d'indice inférieur. Le milieu d'indice supérieur est généralement appelé le coeur et le milieu d'indice inférieur la gaine.Mais il est également possible de réaliser un coeur à gradient transversal indice, donc de faire varier radialement l'indice qui diminue du centre de la fibre vers l'extérieur. Ces guides se trouvent décrits dans l'article de F.P. KAPRON "Geometral optics of parabolic index gradient cylindrical lenses" dans "Journal of the Optical Society of America", Vol. 60, N 11, pages 1433-1436, Novembre 1970. L'ouvrage de N.S. EAPANY "Fiber optics, principles and applications" Academic press - 1967 - permet de comprendre comment sepropage la lumière dans ces guides et d'entrevoir leurs applications possibles. Pour que le guide soit effectivement utilisable, il faut qu'il soit compatible avec les sources lumineuses actuellement disponibles, la plage de longueurs d'ondes accessibles étant comprise entre 0,8 ym et 1,06 Fm. Il doit présenter une atténuation totale la plus faible possible.Un matériau dont l'atténuation minimale se situe vers 1 pm est la silice synthétique (SiO2) qu'il est possible d'obtenir avec un degré de pureté exceptionnel0 On utilise généralement comme matériau de base la silice obtenue par dépit chimique en phase vapeur, mélangée à un ou plusieurs oxydes, pris dans la liste suivante : B203, GeO2, TiO2 P205, Sn02, Val2O3, ZrO2, Ta205, Ga203, ces oxydes étant également obtenus par dép8t chimique en phase vapeur. L'invention est basée sur ce que la composition du coeur de la préforme est obtenue en ajustant la tension de vapeur des composés de départ pris dals la liste non limitative suivante : 3Cl3, GECl4, TiC14, PCl3, POOL3 SnCl4, AlOi3, Al(R)3 - R étant un radical organique - ZrC14, TaX5 (X = Cl, F), GaCl3 de façon à obtenir le gradient d'indice cherché. En effet, on connaît des techniques permettant de fabriquer des fibres à gradient d'indice, mais celui-ci est toujours obtenu, soit par diffusion d'un cation dans le verre porté à haute température (méthode Selfoc), soit par variation du débit gazeux dans des procédés de transport chimique en phase vapeur ou d'hydrolyse dans une flamme. La présente invention permet de s'affranchir de ces difficultés et de travailler avec une beaucoup plus grande souplesse. Le procédé selon l'invention consiste à ajuster ou à programmer la tension de vapeur des composés de départ qui, par oxydation, condui- ront à la formation du guide d'onde, en faisant varier convenablement la température des récipients contenant les composants liquides appropriés ou la température des fours contenant les composés solides, lorsqu'on utilise ces composants de départ sous forme solide. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig0 1 représente une partie d'un appareil de mise en oeuvre du procédé selon linvention montrant un saturateur permettant d'obtenir un composé oxydable ayant la tension de vapeur voulue et réglable - la Fig. 2 représente un appareil complet de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur la Fig. 1, un gaz vecteur, qui est l'oxygène pur ou un mélange d'oxygène et d'un gaz neutre desséché, arrive par la canalisation 10, traverse le débitmètre li et, par l'intermédiaire du robinet 16, pénètre dans le récipient ou saturateur 12 contenant un composé de départ approprié en phase liquide, par exemple SiCl4 ou Bol3. Le récipient 12 est muni d'éléments chauffants 18 reliés à une source de tension 15, à un régulateur 17 et éventuellement à un dispositif de commande de température 14. Le récipient 12 est muni d'une sonde de température 19 qui peut être un thermomètre à contact. Ce récipient est thermostaté et maintenu dans une enveloppe isolante 13. Le gaz vecteur se charge ainsi des vapeurs formées (vapeurs de SiOl4 par exemple) et sort par l'orifice 20 muni d'un robinet, Un by-pass 21 permet de prérégler le débit en gaz vecteur. Le composé de départ SiC 14 ez phase vapeur avec une tension de vapeur convenable sort donc par la canalisation 300 Contrairement aux procédés qui consistent à faire barboter le gaz vecteur dans le liquide (par exemple Sic4), l'invention présente l'avantage d'utiliser un débit continu du gaz vecteur dans le temps, d'éviter tout à-coup et de s'affranchir des problèmes liés aux quantités de réactifs, la variation de la quantité de liquide créant des variations de débit lorsqu'on utilise des systèmes classiques avec barbotage, tandis qu?évide,m1cnt la tension de vapeur ne dépend pas de cette quantité. Cette invention est particulièrement bien adaptée à la fabrica- tion de préformes par la méthode de transport chimique en phase vapeur. L'appareil de la Fig. 2 comprend une alimentation d'oxygène et trois dispositifs analogues à celui de la Fig. 1 qui fournissent de l'oxygène et trois composés oxydables en phase vapeur qui sont envoyés dans une chambre de mélange puis, de cette chambre, à I' in- térieur du tube de silice creux formant l'ébauche de la préforme. Ce tube est chauffé à l'aide d'un four anriulaire déplaçable à une vitesse voisine de celle des gaz et dont la température est suffisarment élevée pour provoquer l'oxydation desdits composants, les oxydes ainsi formés se déposant à l'intérieur du tube de façon à constituer à la fin de l'opération la préforme cherchée. La variation transversale d'indice du dépôt est obtenue, comme déjà indiqué, en commandant ou en programmant convenablement les tensions de vapeur des composants non encore oxydés. Si, par exemple, les composés de départ sont des chlorures, on augmente dans le temps suivant un programme déterminé la température des bains de chlorures liquides de fanon à augmenter de façon continue la tension de vapeur des chlorures gazeux obtenus après passage de l'oxygène au-dessus des bains liquides. Plus précisément, cet appareil comprend - quatre arrivées ou alimentations de gaz vecteur (mélange d'oxygè- ne et d'azote par exemple) 1, 2, 3, 4 permettant d'obtenir des débits relativement faibles (compris entre 10 cm3 et 1 l/mn), constants et régulés - des saturateurs 5, 6, 7 analogues à ceux de la Fig. 1 contenant par exemple BCl3, Sil4, GeC14. Ceux-ci sont tels que la surface d'échange liquide-gaz est grande (par exemple : 150 cm2); ces saturateurs sont munis d'un ensemble de chauffage, régulation et par exemple programmation sur celui contenant du Gel40 Ils composé tent les mômes éléments 15, 17 et 14 que sur la Fig 1. Les tensions de vapeur étant très bien connues en fonction de la température, on peut donc programmer facilement les températures pour obtenir des mélanges de chlorures qui, par oxydation, permettront d'obtenir des mélanges d'oxydes conduisant à des préformes de composition prédéterminée. Les régulateurs de température utilisant comme suppor-t de prograsnmation des bandes se prêtent parUbuBrement bien à ce procédé. Les saturateurs sont proches d'une chambre de mélange 8 placée directement en amont du tube de silice 9 servant de gaine au guide d'onde désiré, dans lequel s'effectue la réaction d'oxydation. Cette chambre 8 est alimentée en oxygène par la canalisation 30d et respectivement en Bol3, SiCl4 et GeCl4 gazeux mélangés à de l'oxygène par les canalisations 30a, 30b et 300o - le tube 9 servant de support et de gaine est vertical et animé d'un mouvement de rotation possible dans les deux sens - le four 31 permettant d'oxyder les chlorures se déplace le long du tube par l'intermédiaire de la crémaillère 10. Il est constitué par exemple d'un tube de graphite chauffé par induction à l'intérieur d'une enceinte balayée par un gaz neutre - le dép8t d'oxyde se fait à la descente du four; pour éviter bout bouchage, la remontée du four est rapide (rapport pouvant atteindre 1 à 50 entre les vitesse de descente et de montée). La vitrification du film ainsi fabriqué peut se faire à la montée ou à la descente du fours REVENDICATIONS t - Procédé de fabrication de la préforme d'une fibre optique dans lequel des composés chimiques oxydables sont transportés en phase vapeur dans une chambre de mélange, en même temps qu'un gaz oxydante ladite chambre étant reliée à la gaine de la préforme, caractérisé en ce que les tensions de vapeur desdits composés varient dans le temps suivant un programme permettant d'obtenir la composition du coeur cherchée, 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coeur est à gradient transversal dtindice. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations des tensions de vapeur desdits composés sont obtenues par variation des températures des composés utilisés. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composés de départ fournissant lesdits composé chimiques en phase vapeur sont des chlorures liquides appartenant au groupe suivant Tical4, GeCl4, PCl3, POCl3, BCl3, chlorures de Sn, Nb, Ta, et des mélanges de ceux-ci 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits composés ehimixues sont des chlorures solides appartenant au groupe suivant : ICI3, GaCl3. 6 - Procédé selon la revendication~1, caractérisé en ce que lesdits composés chimiques sont des composés organômétalliques. 7 - Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des alimentations d1un gaz vecteur comprenant de l'oxygène et éventuellement un gaz neutre, des saturateurs dans lesquels se trouvent des chlorures liquides reliés auxdites alimentations, en sorte que le gaz vecteur se déplace de façon continue au-dessus desdits chlorures, des moyens de commande de la température desdits saturateurs de façon à commander la tension de vapeur desdits chlorures entrainés en phase vapeur, une chambre de mélange connectée à la sortie desdits saturateurs, cette chambre de mélange étant reliée à la gaine de silice de la préforme0 8 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre de mélange est reliée directement à l'une des alimentations du gaz vecteur0