Brevet FR2362410A1 — publié le 19780317

La présente invention concerne les lignes de transmission par fibres optiques pour la transmission de rayons lumineux dans une arme. Une fibre optique ou guide d'ondes pour une ligne de transmission comprend habituellement une bme centrale de matière diélectrique transparente entourée dune couche de revêtement d'une seconde matière diélectrique transparente, la couche de revêtement ayant un indice de réfraction inférieur à celui de lamez Du fait de ses propriétés optiques et mécaniques supé rieures, la silice fondue est utilisée comme matière de ba à la fois pour ltâme et pour la couche de revEtement. Les indices de réfraction relatifs peuvent être obtenus par a) dopage de l'âme de silice fondue avec un élément qui élève l'indice de réfraction de la silice fondue b) dopage de la couche de reveAtement de silice fondue avec un élément qui abaisse l'indice de réfraction de la silice fondue ; et c) par combinaison de (a) et (b). Alors qu'un certain nombre de dopants sont disponibles pour accrottre l'indice de réfraction de la silice fondue, par exemple le phosphore (P) ; le germanium (Ge) ; le titane (Ti) et L'étain (Sn) seul un matériau, le bore, s'est Jusqutà maintenant, avéré avoir un effet opposé, c'est-à-dire d'abaisser l'indice de réfraction de la silice fondue. La présente invention concerne un nouveau dopant, le fluor , pour abaisser l'indice de réfraction de la silice fondue. Ainsi, une ligne de transmission par fibres optiques comprend une âme en silice fondue et une couche de revêtement en silice fondue, la couche de revêtement étant dopée avec du fluor. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en liaison avec les dessins cijoints dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe d'une fibre optique typique ; La figure 2 représente schématiquement un type de dispositif pour la mise en oeuvre d'un proco de fabrication de fibres optiques ; La figure 3 est une courbe montrant les relations entre l'ouverture numérique NA et le rapport des débits de gaz dans le dispositif de la figure 2 ; et La figure 4 est une courbe montrant la vitesse de dép6t par rapport au rapport de débit de gaz. Comme on l'a représenté dans la figure 1, une fibre optique comprend une-âme transmettant la lumière 10 entourée d'une couche de revêtement il et d'un enrobage de silice fondue. Pour la protection mécanique et pour permettre la manipulation, un revêtement ou gaine en matière plastique non représenté est prévu. Selon la présente invention l'âme 10 est en silice fondue qui peut ou non être dopée pour augmenter l'indice de réfraction et la couche de revêtement Il est en silice fondue dopée avec du fluor. Pour diverses raisons, la silice fondue sensiblement pure est souvent préférée pour l'âme. Elle assure, par exemple, une moindre atténuation des signaux. L'indice de réfraction de la couche de revêtement de silice dopée avec du bore utilisée présentement dépend de l'histoire thermique (trempe). Dans la presente invention, l'indice de réfraction de la silice fondue dopée avec du fluor dépend simplement de la quantité de fluor incorporée. Avec la présente invention, si on le désire, une me de silice fondue sensiblement pure 10 peut comporter une couche de reveAtement dopée au fluor 11. Toutefois, si on le désire, une âme dopée 10 peu-t également etre prévue. L'indice de réfraction de la couche de revêtement peut être constant sur toute ltépaisseur de la couche ou il peut varier par paliers ou continuement depuis une valeur supérieure au niveau de la surface de jonction avec l'âme 10 jusqu'à une valeur inférieure au niveau de la surface extérieure. Un exemple de procédé de production d'une fibre optique est décrit ci-après en liaison avec la figure 2. La figure 2 illustre un procédé et un dispositif de dépôt par vapeur chimique (CVD) pour produire une préforme formant un tube creux qui ensuite est écrasé et étiré pour former une fibre. On fait bouillonner de l'oxygène dans un réservoir 20 contenant du SiCl4 à l'état liquide vers une chambre de mélange 21 par l'intermédiaire d'une canalisation 22 ; du S5F4 est envoyé à l'état gazeux à partir d'un cy lindre 23 vers la chambre de mélange 21 par l'intermédiaire d'une canalisation 24 et l'oxygène est envoyé directement dans la chambre de mélange par la canalisation 25.Le contrôle des débits d'oxygène vers le réservoir 20 et directement vers la chambre de mélange 21 se fait par des soupapes de contrôle 26 et 27 respectivement et le débit de SiF4 partant du cylindre 23 est contrôlé par une soupape 28. Des débitmètres 30 sont placés dans chaque trajet d'écoulement. De la chambre de mélange 21,les gaz et les vapeurs mélangés circulent par la canalisation 31 à travers un tube de silice fondue 32. Le tube 32 est entratné en rotation autour de son axe et une flamme produite par un chalumeau 33 est déplacée vers le haut et vers le bas le long du tube, de l'oxygène et de l'hy- drogène étant fournis au chalumeau pour produire la flamme, par les canalisations 34 et 35. Dans la zone chauffée du tube 32, la zone 36 dans la figure 2, les gaz et les vapeurs se dissocient et I'oxydation du silicium se produit avec un dépôt résultant de l'oxyde de silicium contenant du fluor sur la paroi du tube. Le dép8t se présente sous la forme d'une suie qui est fondue sur la paroi du tube 32 sous la forme d'un film vitreux. Plusieurs passes du chalumeau 33 sont effectuées pour déposer et former plusieurs couches sur la paroi. Les débits relatins d'oxygène dans le réservoir 20 et de Si?4 venant du cylindre 23 peuvent rester constants pour chaque passe du chalumeau 33 ou ils peuvent varier. Après un nombre de passes suffisant permettant d'accumuler une couche d'épaisseur suffisante pour servir de couche de revêtement, ie débit de Si?4 est interrompu. Le débit d'oxygène à travers le réservoir 20 est maintenu de même également que le débit d'oxygène allant directement à la chambre de mélange 21. Plusieurs passes supplémentaires du chalumeau 33 sont alors effectuées pour accumuler une autre couche de silice sensiblement pure qui formera éventuellement l'ame. Si on désire doper également l'âme, on fait bouillonner de l'oxygène dans un réservoir 40 contenant un dopant à l'état liquide, par exemple du Gel4, de l'oxygène et de la vapeur étant envoyés à la chambre de mélange 21 par une canalisation 41. Le débit d'oxygène est contrôlé par une soupape 42 et on utilise un débitmètre 30. Une fois que les deux couches ont été produites, une couche extérieure de silice fondue dopée avec du fluor correspondant à la couche de revêtement dans la figure 1 et une couche intérieure de silice fondue sensiblement pure ou de silice fondue dopée qui forme éventuellement l' me 10 de la figure 1, le tube 32 avec les couches peut être écrasé en le chauffant encore d'une manière connue pour former une tige pleine. Ceci est obtenu en le chauffant au-dessus de sa température de ramollissement, par exemple avec le chalumeau 33. La tige est alors étirée et mise sous la forme d'une fibre, par exemple en l'acheminant dans un four et en la tirant à partir de l'extrémité inférieure du four et en l'enroulant sur un tambour. La fibre aura alors une section telle que celle de la figure 1, la référence 12 étant alors la préforme du tube. Des valeurs types pour le débit d'oxygène à travers le réservoir 20 et à partir du cylindre 23 sont : 50 c 2 /minute de 02 dans le réservoir 20 et 100 cm/minute de SlF4 à partir du cylindre 23. Le débit de 02 vers la chambre de mélange 21 par la canalisation 25 est de 400 cm3/minute. ta température de dépôt dans le tube est d'environ 14000C Jusqu'à environ 2000 C. La plage de température est limitée à son extrémité inférieure à la température requise pour fondre la suie et l'amener sous la forme d'un film vitreux, et la limite supérieure est déterminée par la température de ramollissement du tube 21. Avec les conditions de débit ci-dessus, une vitesse de dépit d'environ 10 microns par passe a été obtenue.Une incorporation de fluor d'environ 2,4 % a été obtenue et mesurée par une technique d'activation aux neutrons. Alors que le procédé a été décrit en utilisant SiF4 comme matière pour fournir le fluor, d'autres matières peuvent être utilisées, par exemple SF6, CF4 et F2. Pour un bon rendement d'entrée de la lumière il est souhaitable que la fibre ait un grand angle d'ouverture ou une grande ouverture numériaue (NA). L'ouverture numérique est égale à nl étant l'indice de réfraction de ltDme et n2 l'indice de réfraction de la couche de revtement. On a trouvé qu'en utilisant Si?4 comme matière pour fournir le fluor on obtient une valeur de NA supérieure à celle obtenue avec CF4. On a également trouvé que la vitesse de dépit avec Si?4 tombe rapidement avec l'accroissement du dopage et avec l'accroissement de l'ouverture numérique NA. La figure 3 est une courbe illustrant la relation entre NA et le rapport des débits relatifs de gaz SiF4/SiC14 vers la chambre de mélange 21. On voit également dans l'exemple particulier que les accroissements de NA atteignent un palier à environ 0,15. La figure 4 est une courbe illustrant la vitesse de dépot par rapport au rapport des débits de gaz et on voit que la vitesse de dépôt diminue lorsque le rapport de SiF4 augmente par rapport à SIC14. En comparant les figures 3 et 4 dans l'exemple représenté on voit qu'il n'y a pas d'avantage à augmenter le rapport de Si?4 par rapport à SiCl4 à une valeur supérieure à environ 6:1 du fait qu'il ne se produit pas d'accroissement valable de NA lorsque la vitesse de dépôt diminue. Les courbes des figures 3 et 4 varient pour d'autres matières. D'autres procédés pour la préparation de couches dopées avec du fluor peuvent être utilisés, par exemple l'hydrolyse à la flamme et la pulvérisation radio-rréquenoe. Le procédé d'hydrolyse à la flamme est décrit dans le brevet des Etats-Unis d t Amérique nO 2.272.342 et dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 2.326.059. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'8tre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Ligne de transmission à fibre optique, comprenant une Aame en silice fondue et une couche de revêtement en silice fondue, caractérisée en ce que la couche de revêtement en silice fondue 11 est dopée avec du fluor. 2 - Ligne de transmission à fibre optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de revêtement est dopée à une valeur constante dans toute l'épaisseur de la couche. 3 - Ligne de transmission à fibre optique selon les reverdi- cations lou 2,caractérisée en ce que l'âme 10 est de la silice fondue sensiblement pure. 4 - Ligne de transmission à fibre optique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'âme est de la silice fondue dopée. 5 - Ligne de transmission à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le niveau de dopage de la couche de revêtement varie radialement pour obtenir un indice de réfraction variant de façon étagée, l'indice de réfraction le plus élevé se trouvant à la Jonction entre la couche de revêtement et ltaAme et l'indice de réfraction le plus faible se trouvant au niveau de la surface extérieure de la couche de revdtement. 6 - Ligne de transmission à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le niveau de dopage de la couche de revêtement varie radialement pour obtenir un indice de réfraction variable, la valeur la plus élevée se trouvant à la jonction entre la couche de revêtement et l'âme et la valeur la plus faible se trouvant au niveau de la surface extérieure de la couche de revêtement, la variation étant sensiblement parabolique. 7 - Procédé de fabrication d'une ligne de transmission à fibre optique , caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : déposer au moins une couche d'oxyde de silicium ll contenant du fluor sur la paroi intérieure d'un tube de silice fondue 12 ; chauffer l'ensemble de manière à fondre la couche sur la paroi ; déposer au moins une autre couche d'oxyde de silicium sur la couche fondue et chauffer l'ensemble pour fondre cette autre couche ; écraser le tube et les couches fondues ; et, chauffer et tirer l'ensemble pour former une fibre. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins une couche d'oxyde de silicium est dopée pour augmenter l'indice de réfraction de la couche.