Brevet FR2496087A1 — publié le 19820618

l La présente invention concerne un procédé de fa- brication d'une ébauche poreuse de fibre optique qui ne pré- sente qu'une faible variation de sa répartition d-indice de réfraction en direction axiale et qui a donc d'excellentes caractéristiques en fréquence, ainsi qu'un appareil de fabri- cation d'une telle ébauche. La technologie des fibres optiques a progressé à un point tel qu'on peut maintenant fabriquer un produit ayant des pertes par transmission réduites à une valeur très proche de la limite théorique. Cependant, la plupart des fibres longues qu'on peut utiliser pour des communications, sans répéteurs, présentent des pertes par transmission su- périeures à la valeur théoriquement possible, et ce compor- tement est dû en grande partie à la répartition irrégulière de l'indice de réfraction en direction axiale. On prépare en général les fibres optiques par mise en oeuvre d'un procédé qui comprend l'hydrolyse (par oxydation) d'une matière gazeuse formatrice de verre à l'aide de la flamme d'un chalumeau oxhydrique, et par dépGt des matières solides résultantes sous forme d'un barreau qui est ensuite fritté au four élec- trique afin qu'il forme un verre transparent qui est étiré à la configuration d'une fibre. Cette matière solide pulvé- rulente contient habituellement un agent de dopage qui mo- difie l'indice de réfraction du verre si bien que, lors- que le courant gazeux circulant dans l'enceinte protectrice (four à moufle) dans lequel la matière solide se dépose afin qu'elle forme l'ébauche poreuse de fibre optique, devient turbulente, la flamme vacille et provoque une répartition irrégulière de l'indice de réfraction. L'appareil classique de fabrication d'une ébauche de fibre optique est réalisé de manière qu'une quantité don- née d'un gaz tel qu'un gaz inerte (notamment l'hélium) ou l'air parvienne de façon continue au four à moufle. Le gaz n'est pas du tout impliqué dans l'hydrolyse à la flamme mais entraîne les gaz usés formés au cours du dépôt tels que le tétrachlorure de silicium gazeux qui n'a pas réagi, ainsi que l'acide chlorhydrique gazeux et la vapeur d'eau cons- tituant les sous-produits provenant du four à moufle, d'une manière aussi rapide que possible afin que des impuretés ne se déposent pas sur le barreau d'ébauche de fibre opti- que une fois formé. Cependant, on constate selon l'invention que, lors- qu'un gaz à température ambiante parvient à un four à moufle ayant une température relativement élevée, des courants vio- lents de convection -se forment dans le four à moufle et pro- voquent un vacillement important de la flamme. La température superficielle de l'ébauche poreuse de fibre optique formée dans le four à moufle, notamment dans la partie qui se trouve au bout du barreau de support tourné vers la flamme a un effet important sur le débit de formation et de dépôt de la matière solide pulvérulente. On constate aussi selon l'in- vention que des variations de la température du gaz trans- mis au four à moufle provoquent finalement une variation de la température superficielle de la surface du dépôt de matière solide pulvérulente. L'invention concerne un procédé de fabrication d'une ébauche de fibre optique ayant des variations minima- les de la répartition d'indice de réfraction. Cette proprié- té est obtenue par réduction au minimum de la turbulence des courants gazeux formés dans le four à moufle et par main- tien de la température superficielle de l'ébauche à une valeur constante. L'invention concerne aussi la fabrication de lon- gues fibres optiques ayant d'excellentes caractéristiques en fréquence, préparées par utilisation d'une telle ébauche. L'invention concerne aussi un appareil de fabrica- tion d'une ébauche poreuse de fibre optique. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une ébauche poreuse de fibre optique par hydrolyse d'une matière gazeux formatrice de verre à l'aide d'une flamme d'un chalumeau oxhydrique, et par dépôt de la matière solide pulvérulente résultante sous forme d'un bar- reau, dans un four à moufle, ce dernier recevant un gaz autre que celui du chalumeau oxhydrique, ce gaz étant maintenu à une température constante. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel la figure unique est un schéma d'un mode de réalisation d'appareil de fabrication d'une ébauche de fibre optique par dépôt axial en phase vapeur. On décrit le procédé de l'invention dans la suite du présent mémoire en référence au dessin annexé qui illustre le fonctionnement d'un mode de réalisation d'appareil de fabrication d'une ébauche par dépôt axial en phase vapeur. Un four à moufle 12 a un orifice 11 de sortie à la partie inférieure de sa paroi latérale. La tuyauterie d'entrée et l'orifice de sortie sont de préférence disposés dans le four à moufle dans des positions aussi éloignées que possible afin que le gaz ne puisse pas stagner dans le four. Dans le four cylindrique disposé verticalement représenté sur la figure, la tuyauterie d'entrée est de préférence à un niveau supérieur à celui de l'orifice de sortie qui est lui- même placé plus bas. Cependant, l'orifice de sortie se trouve avantageusement au-dessus de l'extrémité supérieure du bru- leur ou chalumeau afin qu'il empêche la formation d'un cou- rant turbulent de gaz ascendant provenant du chalumeau et qu'il évacue les gaz qui n'ont pas réellement réagi et les sous-produits gazeux. Par exemple, dans le four représenté sur la figure, dans ce modede réalisation, l'orifice 11 de sortie est à une distance d'environ 150 mm de l'extrémité supérieure du chalumeau 13. Un chalumeau oxhydrique 13 est placé au fond du four à moufle et une matière gazeuse forma- trice de verre et un agent de dopage sont transmis par le chalumeau, en même temps que de l'oxygène et de l'hydrogène afin que les gaz aient une répartition prédéterminée à l'in- térieur du four à moufle et que la matière formatrice de verre s'hydrolyse dans la flamme en formant une matière vi- treuse solide pulvérulente. Le four à moufle contient un barreau de support 14 (barreau de Meade) qui est introduit dans le four 12 par un orifice placé à la partie supérieure et sur lequel la matière vitreuse pulvérulente se dépose sous forme d'un barreau. Lorsque cette matière s'accumule, le barreau 14 est tiré vers le haut en même temps-qu'il est entraîné en rotation par un mécanisme 15 si bien qu'il reste une ébauche poreuse de fibre optique, formée par crois- sance au bout du barreau 14. Une tuyauterie 17 est raccordée à la partie supé- rieure de la paroi latérale du four 12 et elle transmet un gaz tel que de l'air ou de l'hélium de manière que les gaz produits dans le four à moufle s'écoulent régulièrement, en direction constante, et cette tuyauterie est entourée en partie par un dispositif 18 de chauffage du gaz qui y circule. Le dispositif 18 de chauffage est commandé par un organe 19 de réglage d'alimentation en fonction d'un signal provenant d'un thermocouple 20 placé dans une partie de la tuyauterie 17 qui est comprise entre le four et le disposi- tif de chauffage. La température du gaz qui pénètre dans le four par la tuyauterie 17 est préréglée à une valeur légèrement inférieure à la température du gaz dans le four si bien que, lorsque le gaz pénètre dans le four, il descend vers l'ori- fice 11 d'évacuation étant donné la différence de densités; simultanément, les gaz usés qui se trouvent à la partie su- périeure du four sont entraînés et évacuée hors du four. En conséquence, les gaz usés qui peuvent avoir des effets nuisibles sur l'ébauche 16 de fibre optique, sont retirés très rapidement du four.Cependant, la transmission d'un volu- me important de gaz n'est pas avantageuse par ailleurs pU4S- qu'elle augmente les risques de formation de courants turbu- lents de convection dans le four. Par exemple, dans un four classique à moufle cylindrique de diamètre égal à 300 mm et de hauteur égale à 800 mm, l'introduction d'un gaz à rai- son de plus de 1 m3/min provoque un vacillement de la flamme de plus de 10 mm au centre de la flamme. D'autre part, la transmission d'un volume trop faible de gaz, par exemple inférieur à 10 1/min, n'assure pas une évacuation efficace des gaz qui n'ont pas réagi et des sous-produits gazeux. Le volume de gaz introduit dans le four à moufle varie es- sentiellement avec divers facteurs tels que la configuration et le volume interne du four à moufle utilisé, le diamètre de l'orifice de sortie, le débit des gaz provenant du cha- lumeau et analogue. Par exemples dans le four précité à mou- fle cylindrique, le volume de gaz peut dtre compris entre environ 20 et 500 1/min et de préférence entre 50 et 1/min. Il est avantageux que le débit volumique de gaz soit constant pendant la formation de la matière solide pul- vérulente. Lorsque le gaz parvient avec un débit plus élevé, la capacité du dispositif 18 de chauffage doit être accrue de manière correspondante afin que le gaz soit porté à la température voulue. La température est en général très élevée dans le four à moufle, et elle varie avec le débit de gaz prove- nant du chalumeau ou brûleur, c'est-à-dire avec le débit de formation de la matière solide pulvérulente. La tempé- rature du gaz qui pénètre dans le four à moufle est de pré- fdrence réglée à une valeur légèrement inférieure à la tem- pérature moyenne du gaz dans le four à moufle (d'une valeur inférieure à 500C environ). Les exemples qui suivent illustrent l'invention mais ils sont donnés à titre purement illustratif et non limitatif. EXEMPLE SELON L'INVENTION De l'air chauffé à-150'C pénètre à raison de 1/min dans un four à moufle ayant un diamètre externe de 300 mm et une hauteur de 800 mm, dont l'orifice d'éva- cuation a un diamètre de 40 mm. D'autre part, une matière gazeuse formatrice de verre sous forme de SiCl4 est trans- mise par le brûleur à raison de 1,5 g/min avec de l'argon qui constitue un véhicule gazeux transmis avec un débit de cm3/min; le chalumeau transmet en outre 4 1/min d'hydro- gène, 7 1/min d'oxygène et 2 1/min d'argon constituant un gaz protecteur provenant d'une buse placée entre les buses de transmission de l'hydrogène et de l'oxygène gazeux, avec en outre 0,2 g/min de GeCl4 avec de l'argon constituant un A véhicule gazeux transmis avec un débit de 100 cm 3/min. La région qui entoure la partie médiane de la paroi latérale du four à moufle atteint 180cC, et le vacillement -au centre de la flamme est limité à un diamètre inférieur à 2 mm. La matièr"e pulvérulente solide se forme à raison de 0,4 g/min. La matière solide déposée résultante, ayant un diamètre de mm et une longueur de 400 mm, subit une vitrification (par affaissement) sous forme d'ume ébauche transparente 16, et celle-ci est étirée sous forme d'une fibre qui peut transmettre un signal dans une gamme de fréquences attei- gnant 800 MHz. EXEMPLE COMPARATIF on transmet de l'air non chauffé (température am- biante) au four ' moufle à raison de 40 1/min, et la région voisine de la partie médiane de la paroi latérale n'atteint que 1100C, le centre de la flamm.e vacillant sur un diamètre de 7 mm.La fibre optique obtenue par dépôt de la matière pulvérulente solide résultante et par étirage de celle-ci ne peut transmettre un signal que dans une gamme de fréquen- ces allant jusqu'à 500 MHz. Il faut noter que le procédé de l'invention est très efficace pour la fabrication d'une ébauche de fibre optique présentant une variation minimale dans la réparti- tion de l'indice de réfraction en direction axiale. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une ébauche poreuse (16) de fibre optique par hydrolyse d'une matière gazeuse forma- trice de verre à l'aide d'une flamme d'un chalumeau oxhydri- que (13) et par dépôt de la matière solide pulvérulente ré- sultante sous forme d'un barreau, dans un four à moufle (12), caractérisé en ce que le four à moufle (12) reçoit un gaz autre que celui du chalumeau oxhydrique (13), ce gaz étant transmis à température constante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est préchauffé afin qu'il fixe une tempéra- ture constante. 3. Appareil de fabrication d'une ébauche poreuse (16) de fibre optique par hydrolyse d'une matière gazeuse forma- trice de verre à l'aide d'une flamme d'un chalumeau oxhydri- que sultante sous forme d'un barreau, dans un four à moufle (12), ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un four à moufle (12) ayant un orifice (11) d'évacuation des gaz qui n'ont pas réagi et des sous-produits gazeux prove- nant du four, une tuyauterie (17) d'introduction dans le four (12) d'un gaz autre que celui qui provient du chalumeau oxhydrique (13), et un dispositif (18) de chauffage du gaz introduit dans le four à moufle (12) par la tuyauterie (17).