Brevet FR2482081A1 — publié le 19811113

i La présente invention est relative à un appareil pour la fabrication d'une préforme de guide d'ondes op- tique, et elle vise plus particulièrement un appareil destiné à maintenir uniforme le diamètre d'un tube amor- ce de péforme pendant le dépôt de couches de verre dans celui-ci. Il est courant de faire appel à des procédés de dépôt en phase vapeur dans la formation de préformes de guides d'ondes optiques. Dans l'un de ces procédés, une ou plusieurs couches de verre sont formées sur la surface intérieure d'un tube amorce en verre par dépôt chimique en phase vapeur ou par d'autres techniques clas- siques. On fait circuler un mélange réactionnel de phase vapeur à travers l'alésage d'un tube amorce en verre cependant qu'un moyen de chauffage tel qu'un br leur à gaz se déplace longitudinalement le long du tube pour former une zone chaude en déplacement à l'intérieur du tube. Le mélange réactionnel réagit dans la zone chaude pour former un produit de réaction fréquemment dénommé "suie" qui s'écoule en aval de la zone chaude, o une partie au moins de celui-ci se dépose sur la surface intérieure du tube en s'y frittant pour former une cou- che vitreuse. Ordinairement, le tube amorce revêtu pré- sente au moins deux régions de composition, à savoir une région intérieure, qui formera en définitive l'âme de la fibre optique résultante, et une région extérieure, qui formera son revêtement ou gaine. L'opération essen- tielle restante fait intervenir un étirage de la préforme cylindrique de relativement grand diamètre en une fibre de faible diamètre. Préalablement à l'étirage de la pré- forme en une fibre, la préforme est ordinairement conver- tie par affaissement en une préforme de diamètre plus pe- tit, ou de préférence en une masse cylindrique pleine. Les fibres à âme ovalisée et les fibres dans lesquelles l'âme n'est pas concentrique à la surface de la gaine extérieure sont sujettes à des pertes de cou- plage excessivement élevées lors de leur raccordement. De plus, l'injection d'un rayonnement dans une fibre optique et la propagation de ce rayonnement dans celle- ci peuvent être affectées de façon néfaste par les fi- bres présentant des géométries non uniformes. On ne peut obtenir une fibre optique possédant les propriétés géo- métriques de circularité et de concentricité désirées qu'à partir d'une préforme ayant la mnme géométrie. Tou- tefois, même lorsqu'il est fait appel à un tube amorce circulaire, la préforme résultante peut présenter des défauts d'uniformité introduits lors du processus de dépôt. A chaque passe du moyen de chauffage pour le dé- pôt de verre, le tube amorce se contracte légèrement sous l'effet de la tension superficielle et, lorsqu'on emploie un brDleur, les forces créées par le gaz du bro.- leur accentuent la contraction du tube. Cumulativement, cet effet peut déformer la géométrie du tube amorce, en y donnant naissance à un faux rond. Le brevet britannique nO 1 555 562 propose un procédé de dépôt chimique en phase vapeur comportant les opérations de formation par un processus de dépôt chimique en phase vapeur d'une ou plusieurs couches vi- treuses sur la surface intérieure d'un tube en verre qui est initialement de section circulaire tant extérieu- rement qu'intérieurement. Au cours du processus de dépôt, une pression légèrement supérieure à la pression atmos- phérique ambiante est maintenue à l'intérieur de l'alé- sage du tube, cette pression en excès étant destinée à contrecarrer la tendance du tube à se rétracter.ou à se déformer pendant le dépôt sous l'effet de la chaleur appliquée de l'extérieur. Afin d'obtenir ce résultat, un étranglement est formé à l'extrémité de sortie du tube amorce. la restriction qui s'ensuit du débit d'é- chappement du mélange gazeux par le tube donne lieu à l'établissement d'une pression suffisante pour mainte- nir la circularité du tube pendant le processus de dé- p8t. La mise en oeuvre d'un tel étranglement est désa- vantageuse en ceci qu'elle favorise le dépôt de produit réactionnel dans la région étranglée, phénomène qui tend à provoquer une obstruction de l'orifice d'échappement de vapeur. La tendance de l'orifice étranglé à s'obstruer est réduite par un chauffage continu de l'orifice par un brûleur additionnel. Manque aussi à cet agencement la présence de tout moyen propre à régler la pression à l'intérieur du tube amorce. Un dispositif permettant de régler la pression régnant à l'intérieur du tube amorce pendant le proces- sus de dépôt est décrit dans la publication "Improved Chemical Vapour Deposition Method for Long-length Opti- cal Fibre" de M. Okada et coll., Electronics Letters, 16 Février 1978, Vol. 14, n0 4, pp. 89 et 90. Cette pu- blication décrit un appareil comprenant un tube d'échap- pement conique et un organe de limitation de débit co- nique disposé centralement à l'extrémité d'échappement du tube amorce. Un appareil faisant appel à un faisceau laser contrôle constamment le diamètre extérieur du tube amorce. Un signal fourni par l'appareil de contrôle est appliqué à un régulateur qui règle la position longitu- dinale du bouchon conique à l'intérieur du tube d'échap- pement conique. La pression régnant à l'intérieur du, tube amorce est igulée par variation de la section de passage de l'orifice délimité entre ces deux organes coniques. Cet appareil est désavantageux en ceci que le bouchon conique est situé directement sur le trajet d'échappement de la suie, laquelle tend de ce fait à se déposer sur celui-ci. De plus, il apparaît difficile de réaliser une régulation de pression précise en rai- son de la petite dimension des orifices de débouché, et la plage totale effective de pressions internes que cet appareil permet d'obtenir apparalt limitée pour des raisons d'ordre mécanique. L'un des buts de la présente invention est par conséquent de réaliser un appareil de régulation de la pression régnant à l'intérieur d'un tube amorce sur une large plage de pressions au cours du processus de dépôt. la présente invention concerne un appareil de dépôt d'une couche de verre sur la surface intérieure d'un tube amorce en verre. Un tel appareil comprend clas- siquement un moyen propre à supporter le tube amorce tout en permettant de le faire tourner et un moyen per- mettant d'introduire un gaz d'admission dans le tube. Un moyen est prévu pour recevoir le gaz d'échappement sortant par l'une des extrémités du tube. Un moyen de chauffage est prévu pour former une zone chaude à l'in- térieur du tube. Le diamètre du tube est surveillé dans la région de la zone chaude par un dispositif qui four- nit un signal à un moyen de régulation de la pression régnant à l'intérieur du tube, ce qui permet de régler le diamètre extérieur de ce dernier. Selon la présente invention, le moyen de régulation de pression est carac- térisé en ce qu'il comprend un moyen délimitant une cham- bre, un moyen reliant à la chambre le moyen de réception du gaz d'échappement, et un moyen réagissait au signal en provenance du moyen de surveillance de façon à régler la pression régnant à l'intérieur de la chambre. la figure unique est une représentation schéma- tique d'un appareillage au moyen duquel la présente in- vention peut être mise en oeuvre. la figure unique est une représentation schéma- tique d'un appareillage de dépôt en phase vapeur par ailleurs classique qui est modifié selon la présente invention. Cet appareillage comprend un tube amorce ou tube support 8 comportant un embout tubulaire de raccor- dement 8a fixé à son extrémité amont et un tube d'échap- pement 8b fixé à son extrémité aval. les tubes 8a et 8b sont mandrinés dans un tour classique à travailler le verre (non représenté) dont les organes d'accouplement tournants sont schématisés en 10 et 14. L'ensemble du tube amorce, de l'embout de raccordement tubulaire et du tube d'échappement est entralné en rotation comme indiqué par la flèche. L'embout de raccordement, qui peut être supprimé, est un tube en verre bon marché pré- sentant le meme diamètre que le tube support, et il ne fait pas partie du guide d'ondes optique final. On déplace une zone chaude 13 à travers le tube 8 en déplaçant un moyen de chauffage 12 comme schématisé par les flèches 12a et 12b. Le moyen de chauffage 12 peut être formé par n'importe quelle source de chaleur appropriée, telle une multiplicité de brûleurs disposés en cercle autour du tube 8. Toutefois la nature parti- culière de la source de chaleur étant sans importance pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut faire appel à toute source appropriée, comme par exemple une source de chaleur à résistance électrique, un four ou similaires. Le brûleur 12 se déplace initialement à une faible vitesse par rapport au tube 8 dans le sens de la flèche 12a, qui est le mgme que celui de la circula- tion des réactifs. Les réactifs réagissent dans la zone chaude pour produire de la suie, c'est-à-dire une sus- pension pulvérulente de particules d'oxyde, que le gaz en circulation entraIne vers l'aval, au moins une partie de celle-ci se déposant sur la surface intérieure du tube, en particulier dans la région immédiatement adja- cente à la zone chaude. A mesure que le déplacement du brUleur 12 se poursuit dans la direction de la flèche 12a, la zone chaude se déplace vers l'aval de sorte qu'une partie de l'accumulation de suie s'étend dans la zone chaude et se trouve de ce fait frittée pour former une couche vitreuse unitaire et homogène. On peut trouver des indications concernant les paramètres du processus tels que les températures, débits, réactifs et similaires dans les publications de J. B. XacChesney et coll., Pro- ceedings of the IEEE, 1280 (1974) et de W. G. French et coll., Applied Optics, 15 (1976). On peut également se reporter à l'ouvrage "Vapor Deposition", publié sous la direction de C. S. Powell et coll., John Wiley and Sons, Inc., (1966). Lorsque le brûleur 12 atteint l'extrémité du tube 8 adjacente au tube d'échappement 8b, la température de la flamme subit une réduction et le brMleur retourne vers l'extrémité d'entrée du tube 8 en se déplaçant dans le sens de la flèche 12b. Ensuite, de nouvelles couches de matière vitreuse sont déposées à l'intérieur du tube 8 de la façon que l'on vient de décrire, Après que des couches appropriées aient été déposées pour constituer le matériau d'âme et toutes autres couches désirées de la fibre de guide d'ondes optique résultante, on augmente la température du verre pour causer un affaissement ou écrasement du tube 8. Ceci peut ëtre réalisé en réduisant la vitesse de trans- lation de la zone chaude. Derpréférence, l'intérieur du tube 8 est pressurisé pendant la rétraction comme décrit dans le brevet des E.U.A. nO 4 154 591 aux noms de W. G. French et al.. L'ébauche d'étirage ainsi obtenue est ensuite étirée en procédant conformément à des techniques clas- siques pour former un filament de guide d'ondes optique présentant le diamètre désiré. Un appareil perfectionné permettant de mainte- nir à l'intérieur du tube amorce la pression nécessaire pour faire conserver au tube le diamètre extérieur désiré est représenté par la figure. Le tube d'échappement 8b est relié par l'intermédiaire du raccord tournant 14 et d'un conduit 15 à une chambre de pression 18 qui est formée d'une enceinte 16 et d'un couvercle 17. Une source d'un gaz tel que de l'oxygène, de l'azote ou similaire, est reliée à la chambre 18 par un régulateur d'écoulement massique 22. Les gaz d'échappement sortant du tube 8, de même que le gaz sortant du régulateur 22, sont éva- cués par un conduit 26 qui peut être pourvu d'un orifice 28 qui est réglable au moyen d'un volet mobile 30. Le diamètre du tube 8 est contrôlé dans la région de la zone chaude par un dispositif de surveillance 34 qui peut 8tre formé par une caméra à rétine semiconduc- trice contenant un réseau de photodiodes et les circuits électroniques associés. Le signal de sortie de la caméra - 2482081 est une tension analogique obtenue par échantillonnage- blocage. Une caméra à rétine du modèle LC 100 disponi- ble dans le commerce fait appel à un réseau de diodes contenant 1728 éléments à espacement mutuel de 15,Um avec une ouverture de 0,28 mm. La portion du tube 8 qui est chauffée par le br"leur 12 émet un rayonnement 24- qui est mis au point par un système de lentilles 32 sur le réseau de diodes de la caméra à rétine, et le signal de sortie résultant est transmis au régulateur 36, le- quel régule la pression régnant à l'intérieur du tube 8 en agissant sur le débit de gaz traversant le régulateur d'écoulement massique 22 de façon à tendre à réduire l'écart du diamètre du tube 8 par rapport à une valeur de consigne. Au lieu de se servir du rayonnement émis par le tube 8 du fait de sa température élevée, on pourrait diriger un faisceau laser vers le tube et utiliser la sonde 34 de façon à lui faire détecter la lumière réflé- chie ou réfractée. Comme de la suie accompagne les gaz d'échappe- ment qui pénètrent dans la chambre 18, il est avantageux de pourvoir l'enceinte 16 d'un couvercle 17 qui peut être enlevé pour faciliterl'enlèvement de la suie. Un moyen tel qu'une mèche tournante (non représentée) peut être utilisé pour enlever la suie qui tend à se rassem- bler dans le conduit 26. Un indicateur mamométrique 40 peut être prévu à l'effet de surveiller la pression ré- gnant dans la chambre 18. L'appareil ci-dessus décrit est apte à réguler le diamètre du tube 8 pendant tout le processus de fa- brication de la préforme. Comme décrit au brevet des E.U.A. nO 4 154 591 cité plus haut, il peut être souhai- table d'augmenter le diamètre du tube amorce avant le processus de dépôt à l'effet d'améliorer la circularité du tube. Le brevet britannique nO 1 555 562 et la publi- cation de la revue Electronics Letters cités plus haut font état de l'intérêt de maintenir le diamètre du tube pendant le processus de dép8t. En ce qui concerne cette partie du processus de fabrication de la préforme, il est noté que lorsque la température de la zone chaude est rendue suffisamment élevée pour donner lieu à un dépôt de silice pure sur la surface intérieure du tube 8, ce tube peut, sous l'effet de la tension superficielle et de la force du brleur, s'écraser en une tige pleine en quelque cinq passes du brûleur seulement, à moins que l'on n'augmente sa pression intérieure. Enfin, le brevet.des E.U.A. nO 4 154 591 précité fait également conna tre les effets bénéfiques du maintien d'une pres- sion positive à l'intérieur du tube amorce pendant son écrasement après dép8t de la ou des couches de verre à l'intérieur de celui-ci. L'appareil ci-dessus décrit est apte à faire conserver au tube le diamètre extérieur désiré pendant toutes les parties ci-dessus mentionnées du processus-de fabrication de la préforme. Cet appareil est apte à réagir rapidement pour établir la pression de tube amorce nécessaire. REVENDICATIONS 1. Appareil de dépôt d'une couche de verre sur la surface intérieure d'un tube amorce (8) en verre, comprenant un moyen de support rotatif (10, 14) du tube, un moyen d'introduction d'un gaz d'entrée dans le tube, un moyen de réception du gaz d'échappement sortant par l'unecbs extrémités du tube, un moyen de chauffage (12) du tube propre à former une zone chaude dans celui-ci, un moyen de surveillance (34) du diamètre du tube dans la région de la zone chaude, et un moyen de régulation de la pression régnant à l'intérieur du tube de façon à pouvoir régler le diamètre extérieur du tube, carac- térisé en ce que le moyen de régulation comprend un moyen délimitant une chambre (18),un moyen (15) reliant à cette chambre le moyen de réception du gaz d'échappement et un moyen (20, 22) réagissant à l'action du moyen de sur- veillance de façon à régler la pression régnant à l'in- térieur de la chambre. 2. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le moyen de régulation de la pression régnant à l'intérieur de la chambre comprend une source de gaz, un moyen de régulation du débit d'admission du gaz dans la chambre, un circuit de régulation propre à réagir à un signal fourni par le moyen de surveillance de façon à fournir un signal au moyen de régulation de débit et un moyen de mise à l'air libre de la chambre. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen délimitant une chambre comprend une enceinte pourvue d'un couvercle amovible. 4. Appareil selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le moyen de mise à l'air libre est à effet variable.