Brevet FR2489297A1 — publié le 19820305

La présente invention est relative à la formation d'une préforme de guide de lumière, de laquelle on peut tirer une fibre servant de guide de lumière. L'invention vise plus parti- culièrement la fabrication d'une telle préforme ayant des carac- téristiques de transmission améliorées. On fabrique des fibres destinées aux communications par ondes lumineuses en chauffant une préforme cylindrique pleine, servant de guide de lumière, et en tirant la fibre d'un tronçon fondu de cette préforme. La préforme de guide de lumière com- prend un coeur intérieur et une gaine extérieure et la fibre qui en est tirée en reflète sensiblement les propriétés. C'est ainsi, par exemple, que les épaisseurs du coeur et de la gaine sont dans le même rapport dans la fibre que dans la préforme. De même, tout gradient ou variation de l'indice de réfraction dans le coeur de la préforme se retrouve dans le coeur de la fibre. Pour des applications en télécommunications, le diamètre extérieur de la fibre et le diamètre du coeur sont compris géné- ralement entre 100 et 150 microns et 50 et 60 microns respecti- vement. Une technique bien connue pour fabriquer des préformes de guide de lumière est connue sous le nom de procédé de dépôt chimique en phase vapeur modifié (MCVD) et est décrit au bre- vet des Etats-Unis d'Amérique sous le No. 4.217.027. Une fabri-- cation d'une préforme de guide de lumière part d'un tube nettoyé chimiquement en quartz fondu que l'on fait tourner dans un tour pour le travail du verre. On déplace, de manière répé- tée et alternativement le long du tube, un chalumeau, ce qui donne une zone chaude (1500 à 16000C environ). On envoie des vapeurs chimiques dans le tube qui tourne au fur et à mesure que le chalumeau passe le long du tube, ce qui provoque le dépôt d'une couche uniforme de silice dopée fondue à l'inté- rieur du tube. On dépose de nombreuses couches de cette manière pour obtenir le rapport massique souhaité de tube à coeur et le profil d'indice souhaité. On effectue de 50 à 100 passages du chalumeau et l'on peut faire varier la quantité de dopant utilisé à chaque passage, en augmentant l'indice de chaque cou- che déposée successivement, de manière à obtenir une préforme à gradation d'indice ou l'on peut maintenir constant le niveau de l'agent dopant dans chaque couche, pour obtenir des préformes 2 2489297 à saut d'indice. Les quelques premières traversées font qu'il se dépose une couche barrière sur la face intérieure du tube. Cette cou- che donne-une surface intérieure lisse et empêche toute diffu- sion d'agents polluants dans la région du coeur pendant les stades de dépôt du coeur et d'affaissement. Une telle technique convient bien et donne une qualité élevée à la préforme et à la fibre formant guide de lumière qui en est tirée. Mais, après avoir déposé les couches formant barrière et formant coeur, le tube s'affaisse en un barreau plein formant préforme lorsqu'on le soumet à des températures élevées, allant jusqu'à 1950C environ. A ces températures, des bulles,qui peuvent se trouver au voisinage de la face intérieu- re de certains tubes de départ, tendent à migrer dans la couche barrière et dans la matière formant le coeur et/ou à traverser cette couche et cette matière. Une fibre servant de guide de lumière tirée d'une telle préforme aura un affaiblissement ex- cessif du au fait que la lumière transmise est diffusée par les bulles. Le procédé suivant l'invention résout le problème men- tionné de fabrication d'une préforme de guide de lumière en chauffant un tube de verre pendant une durée et à une tempéra- ture suffisantes pour en enlever les bulles se trouvant à proxi- mité de la face intérieure. On chauffe ensuite le tube en y faisant passer des gaz choisis pour déposer des quantités dé- terminées à l'avance de particules de verre dopées sur la face intérieure du tube. On porte ensuite le tube à une température élevée suffisante pour obtenir un rétreint et, finalement, pour obtenir un affaissement du tube en une préforme servant de fibre de guide de lumière. Au desin annexé, donné uniquement à titre d'exemple la figure 1 est une vue isométrique d'une préforme pleine de guide de lumière; et la figure 2 est un schéma d'une installation de fabrica- tion de préforme. Un mode de réalisation de la présente invention est décrit, à titre d'exemple, en relation avec le procédé MCVD men- tionné ci-dessus. Mais cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple et n'est pas limitative. La technique suivant 3 2489297 l'invention est applicable à tout procédé de fabrication de préforme de guide de lumière dans lequel on dépose des couches de verre destinées à former le coeur sur l'intérieur d'un tube en verre de silice que l'on fait ensuite s'affaisser ou se re.%errer en une préforme pleine en verre. La figure 1 est une vue isométrique d'une préforme 5 de guide de lumière qui est constituée d'un coeur 6 central et d'une gaine 7 extérieure. Un tube 10 creux en verre de silice, représenté à la figure 2, destiné à être utilisé dans la fabri- cation d'une préforme 5 de guide de lumière, peut être acheté chez un grand nombre de fournisseurs. Une technique de fabrica- tion d'un tel tube 10 creux en verre est décrit au brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3.711.262. Ce brevet décrit le perça- ge d'un trou le long de l'axe d'un barreau en silice fondue. La surface rugueuse laissée par le perçage est polie mécanique- ment, puis à la flamme pour obtenir une surface très lisse sur la paroi intérieure du tube 10. Le premier stade, dans la fabrication actuelle de la préforme 5 de guide de lumière, consiste à nettoyer le tube 10 en silice. On place le tube 10 dans un décapant légèrement acide (par exemple HF:HN0 3:H20) et on y fait passer de l'eau désionisée destinée à rincer et à nettoyer le tube. On place en- suite le tube 10 dans une chambre de séchage à air filtré pen- dant 2 heures au moins. On peut ensuite monter le tube 10 à rotation (voir flèche à la figure 2) dans un tour (non repré- senté) pour le travail du verre. Un tour typique de travail du verre est représenté à la page 46 de The Western Electric Engineer, hiver 1980. Des gaz choisis (par exemple 2' SiCL4, GeC14, POC13, BC13) sont envoyés à l'intérieur du tube 10 tournant en silice fondue par l'intermédiaire de débitmètres et d'un collecteur 11. Un chalumeau 12 à l'oxygène et à l'hydrogène se déplace de manière-répétée le long de l'extérieur du tube 10 de manière à former une zone de chaleur qui se déplace lentement (par exem- ple à raison de 0,3 cm/s) de la gauche vers la droite et revient rapidement vers la gauche, puis recommence, ce qui provoque le dépôt d'une couche uniforme de silice dopée sur la face inté- rieure du tube. Plusieurs couches sont déposées de manière à obtenir le rapport massique correct de tube à coeur et le 4 2489297 profilé d'indice correct. On utilise de 50 à 100 passages du chalumeau 12 et l'on peut faire varier la quantité de dopant à chaque passage pour fabriquer une préforme de guide de lumiè- re à gradient d'indice, ou bien l'on peut maintenir constant le niveau de dopant pour obtenir une préforme à saut d'indice. 02 réagit sur SiCl4 et des agents dopants convenables, dont certains servent d'affineurs, abaissent le point de fusion et la viscosité du dépôt en le rendant plus homogène. Des affi- neurs typiques sont POC13 (qui élève l'indice de réfraction) et BC13 (qui l'abaisse). Il se forme surtout des oxydes de SiCl4 et de l'agent dopant lorsqu'ils entrent dans la zone chaude. Pendant que les particules d'oxyde passent, elles sont entral- nées directement à la surface par l'énergie cinétique des parti- cules à température élevée.-En aval de la zone de chaleur, le tube 10 est relativement froid et la force d'entraînement est dans la direction de la paroi du tube. Ainsi, les par- ticules d'oxyde se déposent en aval et sont ensuite fondues par une zone de chaleur due au chalumeau 12 mobile. Les produits restants de la réaction sont évacués. Pour déposer un coeur à gradient dlindice on augmente systématiquement le courant de dopant (GeCl4) tout en laissant relativement constants les courants de SiC14 et de l'affineur, ce qui donne une concentration croissante en GeO2 et donc un indice de réfraction croissant au sein de chaque couche succes- - sive de la matière constituant le coeur. Une fois que l'on a déposé le nombre de couches souhai- té, on fait s'affaisser le tube 10. Ceci s'effectue en diminuant la vitesse de passage du chalumeau de la droite vers la gauche, tout en permettant à la température du tube 10 de s'élever jus- qu'à 1950'C environ. Comme la chaleur ramollit le tube 10, la tension superficielle en provoque le rétreint. Une faible pression interne positive (par exemple de 0,5 à 1,0 cm d'eau) est maintenue dans le tube 10 pendant les stades de rétreint et d'affaissement, afin d'en maintenir la concentricité. Lors d'un dernier passage de la zone de chaleur, le tube 11 s'af- faisse en un barreau plein qui constitue une préforme 5 de guide de lumière. Cette technique de fabrication de préforme est bien connue et s'est révélée très efficace. Mais on a trouvé que, 2489297 quand le tube 20 muni des couches-qui y sont déposées, est por- té à des températures voisines de 19500C pendant les passages provoquant le rétreint et l'affaissement, toute petite bulle qui peut se trouver au voisinage de la face intérieure du tube 10 tend à migrer dans la région plus fluide du coeur 6. Ceci peut porter atteinte à l'uniformité dés couches de verre dépo- sées qui forment le coeur 6 de la préforme 5 et donner lieu à un affaiblissement optique excessif dans les fibres de guide de lumière tirées de la préforme. On pallie cet inconvénient en portant le tube 10 à des températures élevées (par exemple de 1600 à 20000C) avant de déposer des couches sur la face intérieure de ce tube. Suivant une variante particulière, on monte le tube 10 dans un tour pour le travail du verre et on le fait tourner, comme indiqué ci-dessus. Le chalumeau 12 passe le long du tube 10 suivant plusieurs passes, cependant que la température de la zone de chaleur augmente peu à peu de 1600 à 19500C, seul 2 passant dans le tube 10. Ce chauffage à température élevée fait se dilater les bulles emprisonnées à la surface intérieure du tube 10 ou au voisinage de celles-ci, ce qui fait qu'elles éclatent. Des couches barrières déposées ensuite rendent lisse la face intérieure du tube 10. Le nombre de passages à température élevée, ainsi que la température, dépendra de la quantité de bulles du tube 10 et de la matière constitutive du tube. Des tubes 10 en silice pure exigent une température de 1950'C environ pour enlever les bulles. Un seul et unique passage du chalumeau 12 peut enlever pratiquement les bulles si elles sont en petit nombre et si elles se trouvent au voisinage de la face intérieure du tube 10. Mais plusieurs passages peuvent être nécessaires quand il y a un assez grand nombre de bulles qui peuvent se trouver éloi- gnées de la face intérieure du tube 10. En pratique, le tube est contrôlé visuellement tout en étant porté à la températu- re élevée. Quand les portions intérieures du tube 10 sont sensi- blement exemptes de bulles, on peut diminuer la température et déposer des couches. On notera que la pression positive mention- née ci-dessus doit être maintenue dans le tube 10 pendant le ou les stades d'enlèvement des bulles. Dans un mode de réalisation particulier, la séquence de 6 2 489297 fabrication d'une préforme 5 de guide de lumière, en utilisant un tube 10 en silice ayant un diamètre intérieur de 16 mm, un diamètre extérieur de 20 mm et une longueur de 100 cm est la suivante: Passage Opération Nombre 1-3 Passe à température élevée 1600 -- 1950 C 4-9 Couches barrières SiC14 1 gramme/minute BCl3 20 cm3/minute 3 3 02 2000 cm3/minute 10-56 Couches formant le coeur (temperature de 1660 à 1500 C, diminuant uniformément après chaque passage du chalumeau, lequel se déplace à raison de 0,26 cm/seconde environ). SiC14 à 100 (1,2 gramme/minute). GeC14 à 0,78 gramme/minute. POCl3 à 0,045 gramme/minute. 02 total environ 2,5 litres/minute. 57-60 Rétreint et affaissement (à 1950 C). Toutes les températures sont mesurées en utilisant un pyromètre Williamson qui détermine la densité de radiation à 3,5 microns pour donner la température. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une préforme de fibres pour guide de lumière, qui consiste à chauffer un tube en verre, alors que des gaz choisis y passent, afin de déposer une quan- tité déterminée à l'avance de particules de verres dopées sur la face intérieure du tube, et à porter le tube à une tempéra- ture élevée suffisante pour qu'il subisse un rétreint et finale- ment s'affaisse en une préforme de fibres pour guide de lumière, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer le tube avant le dépôt des particules de verre dopées, pendant une durée et à une température suffisantes pour enlever les bulles se trouvant à proximité de la face intérieure du tube. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir une pression positive à l'inté- rieur du tube pendant le stade d'enlèvement des bulles. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer de l'oxygène dans le tube pen- dant le stade d'enlèvement des bulles. 4. Procédé suivant l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer de l'hélium dans le tube pendant le stade d'enlèvement des bulles. 5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer le tube en faisant passer de manière répétée un chalumeau le long du tube, de ma- nière à former une zone mobile de chaleur. 6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à faire tourner le tube de verre pendant les -stades de chauffage. 7. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, le tube de verre étant de la silice pure, caractérisé en ce que la température lors du stade d'enlèvement des bulles est de 19500C environ. 8. Préforme de fibres,exempte de bullespour guide de lumière, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée par le procé- dé suivant l'une des revendications précédentes.