Brevet FR2473497A2 — publié le 19810717

FR 2473497 A2 19810717 FR 8000412 A 19800109 Procédé et installation de fabrication de préforme pour fibres optiques. La présente addition concerne un procédé de fabrication d'une préforme pour obtention d'une fibre op- tique à saut ou gradient d'indice par formation de couches de substance transparente dopée sur une surface d'un subs- trat allongé constitué de cette substance pure ou dopée, du type spécifié dans la revendication 1 de la demande de brevet principal n0 78 18892, et selon lequel on étend sur le substrat une solution de laditE! substance et d'au moins un dopant dans un solvant, ledit substrat étant si- multanément entraîné en rotation autour de son axe à une vitesse élevée afin de répartir uniformément ladite solu- tion sur la surface dudit substrat, ledit substrat étant simultanément chauffé,pour faire évaporer le solvant afin de laisser sur le substrat une couche dont on opère la den- sification par traitement thermique et on répète cette opération autant de fois que nécessaire pour obtenir le nombre de couches désirées, L'invention a pour but de proposer un procédé du type susmentionné, qui puisse être mis en oeuvre dans une installation de conception simple, et qui permette l'ob- tention de couches aux propriétés optiques uniformes, et ne présentant pas de défauts - ou inhomogénéités - dimi- nuant les performances des fibres optiques obtenues à partir des préformes. Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que l'on répand la solution de façon séquentielle sur des parties successives du substrat, et que l'on com- mence à chauffer chacune desdites parties au moment o l'on répand la solution sur cette partie. Avantageusement, l'on utilise un substrat en silice. Ce procédé est avantageusement mis en oeuvre dans une installation qui est caractérisée, conformément à l'invention, en ce qu'elle comprend des moyens pour supporter un substrat de forme allongée et pour l'entraî- ner en rotation autour de son axe, des moyens pour pulvé- riser une solution contenant la substance constitutive du substrat et un dopant, sur le substrat, et des moyens pour chauffer ledit substrat, et en ce que les moyens de pulvérisation et les moyens de chauffage sont déplaçables des mêmes quantités par rapport au substrat et dans la direction de l'axe de ce dernier. Avantageusement, les moyens de chauffage com- prennent deux parties décalées axialement suivant l'axe du substrat, ces parties fournissant des flux de chaleur différents. Avantageusement, les moyens de support sont agencés pour maintenir l'axe du substrat horizontal. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique par- tielle en élévation et en coupe axiale d'une installa- tion selon un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 2 est un schéma d'un dispositif d'alimentation en liquide de pulvérisation utilisable pour l'installation de la figure 1, selon un mode de réa- lisation de l'invention. L'installation représente comprend: (a) des moyens pour supporter un tube en silice I de telle sorte que son axe soit horizontal et pour faire tourner ce tube autour de son axe la à grande vitesse, (b) des moyens pour pulvériser sur la surface intérieure lb de ce tube 1 un liquide contenant, en solution dans un solvant, de la silice SiO2 additionnée, le cas échéant, d'une autre substance, dite de dopage, pouvant être de l'oxyde de bore B203, de l'oxyde de phosphore P205 et, plus générale- ment, un composé de germanium, de titane, d'aluminium, d'arsenic, de niobium, d'antimoine, etc., et (c) des moyens pour chauffer la paroi du tube 1 dès qu' une cer- taine quantité dudit liquide a été déposée par pulvérisa- tion sur la surface intérieure lb de ladite paroi. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les moyens de support et de rotation comprennent deux man- drins mutuellement coaxiaux 2 et 3 comportant chacun un support rotatif 2a, 3a monté à rotation autour de son axe sur un palier 4, 5 d'un bâti 6, 7; chaque support 2a, 3a est muni, sur sa face latérale 2b, 3b tournée vers l'au- tre support 3a, 2a, de plusieurs glissières - ou rainures - à queue d'aronde 8, 9 disposées radialement, sur chacune desquelles est monté à coulissement un mors 10 muni, sur son extrémité adjacente à l'axe de rotation des mandrins 2, 3, d'un embout élastique lOa. Le mandrin 2 est axialement fixe et il peut être entraîné en rotation à partir d'un moteur ll par l'intermédiaire d'une transmission comprenant une poulie 12 clavetée sur l'arbre de sortie lla du moteur 11, et une courroie 13 passant autour de la poulie 12 et autour du support 2a formant poulie. Le mandrin 3 est monté sur un bâti de l'ins- tallation, à position axiale réglable; ceci est symbo- lisé sur la figure 1 par la double flèche f1 située près du bâti 7 comportant le palier 5 de support du mandrin 3. Les moyens de pulvérisation comprennent une buse 14 montée à l'extrémité libre d'une tige rigide de support 15 formant conduit d'alimentation de la buse 14 en liquide à pulvériser; la tige 15 est supportée par un élément 16 monté sur une tige 16a, l'ensemble 16, 16a étant fixé sur un chariot 17 mobile en translation hori- zontale (double flèche f2) sur une glissière 18 du bâti de l'installation. Le chariot 17 peut être entraîné en translation, à partir d'un moteur 19, par l'intermé- diaire d'une vis sans fin 20 se vissant dans un taraudage 21 du chariot 17, cette vis sans fin étant susceptible d'être accouplée à l'arbre de sortie 19a du moteur 19, par l'intermédiaire d'un réducteur 22. Les moyens de chauffage du tube 1 comprennent un four tubulaire 23 destiné-à être traversé par le tube a chauffer 1.. Le four 23 est supporté par une colonne 24 elle-même fixée sur le chariot 17. Le four 23 com- porte une première partie - ou tronçon - 23a située à droite sur la figure 1, et une deuxième partie 23b située 29 à gauche sur cette figure. La partie 23a fournit un flux thermique supérieur à celui qui est fourni par l'autre partie 23b. La buse 14 est placée, par rapport au four 23, de manière que seuls les jets de liquide pulvérisé' 14a émis par cette buse 14 soient entourés par le four 23. De cette manière, le liquide avant pulvérisation, se trouvant encore dans la tige 15 ou dans la buse 14, n'est sensiblement pas chauffé. Les moyens de pulvérisation 14, 15 sont ali- mentés en liquide de pulvérisation par l'intermédiaire d'une canalisation souple 25, à partir d'un dispositif qui est représenté schématiquement sur la figure 2. Comme on peut le voir sur cette figure, ce dispositif comprend un réservoir de solution de SiO2, 26, un réservoir de solution de SiO2 + P205, 27 et un réser- voir de solution de SiO2 + B203, 28. Ch4cun de ces réservoirs 26 à 28 est relié à une chambre de mélange 29 par une conduite respective, 30, 31, 32, sur laquelle est interposé un dispositif de réglage de débit, et d'entrai- nement par aspiration - ou de circulation - 33, 34, 35. La chambre de mélange 29 est reliée à la conduite 25 par l'intermédiaire d'un dispositif d'entrai- nement par aspiration - ou de circulation - 36. Dans l'exemple représenté, les dispositifs d'entraînement 33 à 36 sont du type a effet Venturi: chacun de ces dispositifs comprend un ajutage 37 alimenté en fluide par son extré- mité dite d'entrée 37a, cet ajutage débouchant dans le col d'une tuyère Venturi 38 alimentée,par son extrémité à section large 38a, en un gaz moteur provenant d'un ré- servoir de gaz comprimé 39; une servo-valve 40 à 43 per- met de régler de façon indépendante la pression de gaz moteur fourni à chaque dispositif d'entraînement 33 a 36. Les valves 40 à 43 sont du type maintenant à leur aval une pression constante. Un étranglement réglable 44 à 46 permet de régler, de façon indépendante, le débit de liquide fourni par chacun des réservoirs de liquide 26 à 28. Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite est le suivant: On place un tube 1 en silice entre les mandrins 2, 3 o chaque extrémité de ce tube 1 est fixée par serrage entre les mors 10, ces derniers étant fixés sur le sup- port 2a, 3a par serrage des vis de blocage 47. Dans cette position, le tube 1 est coaxial aux supports rotatifs 2a, 3a. On introduit la tige 14 munie de la buse 15 dans le tube 1 par une ouverture axiale 48 du mandrin 3. Le four 23 étant placé près du mandrin 2 et étant traver- sé coaxialement par le tube 1, on règle la position de la buse 15,comme représenté sur la figure 1, pour que l'extrémité libre 14 a de la buse 14 affleure le plan de la face extrême 23c, côté partie 23b, du four 23. On fixe alors cette position relative de la buse 14 par rapport au four 23 par le serrage d'une vis pointeau 49 prévue sur le support 16. On dépose alors, sur la face lb, plusieurs couches successives ayant chacune un indice de réfraction différent, de la manière suivante On règle d'abord, pour chaque couche a déposer, la composition en dopant, en réglant de façon appropriée les organes 40 & 42 et 43 à 45; puis on ferme une valve de sortie 50 interposée entre le dispositif 36 et le tube souple 25, avant d'introduire la tige 14 munie de la buse 15 dans le tube 1. Lorsque les éléments 14, 15 sont en place dans le tube 1, on entraîne ce dernier en rotation autour de son axe la au moyen du-moteur 11. On ouvre alors la valve 50 tout en mettant en route le moteur 19. Le cha- riot 17 va alors se déplacer lentement vers la gauche sur la figure 1, entraînant la buse 14 et le four 23. La buse 14 est prévue de telle sorte que le jet de liquide pulvérisé 14b frappe la paroi lb dans la zone entourée par la partie 23b du four 23. Ce jet 14b est de forme annulaire, c'est-à-dire qu'aucun liquide n'est projeté par par cette buse 14 dans les directions axiales et voisines de l'axe la du tube 1. Le film de liquide ainsi déposé est aussitôt densifié et vitrifié par le four 23 de la façon suivante La première partie 23b du four assure l'évapo- ration du solvant en portant la partie de paroi de tube qu'elle entoure à une température allant typiquement de 2000C à 8000C. La deuxième partie (23a) du four porte la par- tie de paroi de tube qu'elle entoure, à une température allant typiquement de 5000C à 20000C, permettant la den- sification ou la vitrification du film déposé. On remarquera que le volume intérieur du tube 1 est isolé de l'atmosphère extérieure,ce qui permet d'éviter l'introduction de poussière ou autres impuretés dans les films déposés. Les gaz volatils issus de la cuisson des films déposés peuvent être évacués par une conduite 51 sur laquelle est interposé un ventilateur 52. Par un réglage de la pression de pulvérisation par la valve 50 et des débits, par les débitmètres 33 A , on peut régler la teneur des différents oxydes, la solution pure de SiO2 servant à modifier les concentra- tions des deux dopants phosphore et bore. Le système pulvérisateur 14, 15 balaiera toute la longueur du tube 1 dit barreau d'amorce, celui-ci tournant sur lui-même; les vitesses seront cherchées de telle sorte que la pulvérisation soit bien uniforme. L'élément chauffant 23 suit la pulvérisation dans son balayage et a pour mission d'évaporer les solvants de la solution et de cristalliser directement les couches dé- posées de silice pure et d'oxyde métallique dès que ces dernières sont déposées. Le présent procédé a pour objet la réalisa- tion de.préformes de préférence en silice dans lesquelles un seul ou deux dopants sont incorporés, soit du bore pour faire descendre l'indice, soit du germanium pour faire monter celui-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une préforme pour obtention d'une fibre optique à saut ou gradient d'indice par formation de couches de substance transparente dopée sur une surface d'un substrat allongé-constitué de cette substance pure ou dopée, du type spécifié dans la reven- dication 1 de la demande de brevet principal n0-78 18892, et selon lequel on étend sur le substrat une solution de ladite substance et d'au moins un dopant dans un solvant, ledit substrat étant simultanément entraîné en rotation autour de son axe à une vitesse élevée afin de répartir uniformément ladite solution-sur la surface dudit subs- trat, ledit substrat étant simultanément chauffé pour faire évaporer le solvant afin de laisser sur le substrat une couche dont on opère la densification par traitement thermique,et on répète cette opération autant de fois que nécessaire pour obtenir le nombre de couchés désirées, caractérisé en ce qu'on répand la solution de façon sé- quentielle sur des parties successives du substrat, et en ce qu'on commence à chauffer chacune desdites parties au moment oûl'onrépand la solution-sur cette partie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un substrat en silice.. 3. Installation pour la mise eh oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle com- prend des moyens pour supporter un substrat de forme allongée et pour l'entraîner en rotation autour de son axe, âdes moyens pour pulvériser une solution contenant la substance constitutive du-substrat et un dopant, sur le substrat, et des moyens pour chauffer ledit substrat, et en ce que les moyens de pulvérisation et les moyens de chauffage sont déplacés des mêmes quantités, par rapport au substrat et dans la direction de l'axe de ce dernier. 4, Installation selon la revendication 3, carac- térisée en ce que les moyens de chauffage comprennent deux parties décalées axialement suivant l'axe du subs- trat, ces parties fournissant des flux de chaleur diffé- rents. 5. Installation selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que les moyens de support sont agencés pour maintenir l'axe du substrat horizontal.