Brevet FR2503693A1 — publié le 19821015

DISPOSITIF DE FABRICATION DE FIBRE OPTIQUE A INJECTION GAZEUSE LATERALE La présente invention se rapporte au domaine de la fabrication des fibres optiques et concerne plus particulièrement un perfec- tionnement apporté à l'injection des gaz utilisés lors de cette fabrication. On rappelle qu'on entend habituellement par fibre optique un guide d'ondes lumineuses, constitué par au moins deux couches de verre dans sa version la plus simple - une couche constituant le coeur de la fibre et une couche constituant la gaine de cette fibre, placée autour du coeur, d'indice de réfraction inférieur à celui du coeur. Dans certaines applications, il est connu d'utiliser une fibre dans laquelle l'indice varie radialement, de façon continue ou discrète, d'une valeur plus élevée au centre vers une valeur plus faible à la périphérie. Différents procédés sont connus pour la fabrication de telles fibres, dites à gradient d'indice, procédés qui comportent en général trois étapes principales: - la fabrication d'un cylindre de verre plein, appelé préforme, dont l'indice varie de façon discrète ou continue du centre vers la périphérie; - le fibrage, c'est-à-dire l'étirage de la préforme pour en obtenir une grande longueur de fibre, dont le diamètre est très inférieur à celui de la préforme; - la protection des fibres ainsi obtenues et leur câblage. Différents procédés de fabrication de la préforme sont éga- lement connus et, en particulier, un procédé de dépôt en phase vapeur, connu sous les initiales M.C.V.D. (pour "Modified Chemical Vapor Deposition"), qui permet d'obtenir des fibres à gradient d'indice de bonne qualité. Ce procédé consiste à utiliser un tube cylindrique creux en silice, qui est traversé par un courant gazeux de chlorure de silicium, d'oxygène et d'un certain nombre de composés (en général hallogénures) de matériaux destinés à doper la silice, afin de faire varier son indice. Le tube est chauffé exté- rieurement et localement afin de réaliser une oxydation des gaz, le dépôt et la vitrification des produits de la réaction à l'intérieur du tube, à l'endroit chauffé; la zone de chauffage est déplacée à vitesse constante tout le long du tube. L'épaisseur du dépôt obtenu à chaque passage étant très faible, de nombreux passages (de l'ordre au moins d'une centaine) sont nécessaires, étant entendu qu'à chacun d'eux, il est procédé à une variation des concentrations des gaz dopants afin d'obtenir une variation de l'indice d'une couche à la suivante. Il résulte de cette description que ce procédé est lent: en effet, le point de chauffage se déplaçant le long du tube, il est nécessaire d'attendre que la température du tube soit suffisamment élevée pour que la réaction chimique soit amorcée dans la zone suivante et, par ailleurs, le processus présente un très mauvais rendement. On évalue en effet qu'entre 70 et 75 % des produits de la réaction sont entraînés vers la sortie du tube, seulement environ 1/4 de ces produits se déposant effectivement sur les parois du tube. La présente invention a pour objet un perfectionnement au dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, permettant d'améliorer le rendement du procédé et d'accélérer la vitesse de fabrication de la préforme. A cet effet, le dispositif selon l'invention comporte: - des moyens de maintien et d'entraînement en rotation d'un tube; - des moyens de chauffage d'une section droite de ce tube, susceptibles d'être translatés le long du tube à l'extérieur de ce dernier; - des moyens d'arrivée de composés gazeux destinés à se décomposer sous l'effet des moyens de chauffage, une partie au moins des produits obtenus se déposant sur la paroi interne. du tube; le dispositif étant caractérisé par le fait que les moyens d'arrivée comportent au moins un injecteur latéral par rapport à l'axe du tube. L'invention est décrite, à titre dexemple non limitatif, plus en détails dans ce qui suit à l'aide de la figure unique annexée, qui représente une vue en coupe schématisée du dispositif selon l'in- vention. Sur cette figure, on a représenté un tour verrier 1 dans lequel un tube creux 2, par exemple en silice, est maintenu par deux mors 12 et 13 à chacune de ses extrémitês. Le tube Z est entratlié en rotation à vitesse constante par un moteur 21. Ainsi qu'il est décrit ci-dessus, il est chauffé extérieurement, le long de sa section droite, par un chalumeau 41 qui forme une flamme 42 entourant le tube 2; le chalumeau 41 est entraîné en translation selon l'axe du tube par un moteur 40. Le tube est fermé à l'une de ses extrémités (gauche sur la figure) par un joint 11, étanche et coulissant, qui est traversé par la conduite 31 d'amenée des gaz, à savoir l'oxygène, le chorure de silicium et les composés des dopants. L'autre extrémité du tube, non représentée, est ouverte à l'air libre et suivie par un dispositif de récupération des gaz non oxydés. Le courant gazeux circule sur le schéma de gauche à droite. Selon l'invention, la conduite d'amenée des gaz 31, traversant classiquement le joint Il de façon axiale, se termine par au moins un bras radial 32, permettant d'injecter le gaz de façon latérale dans le tube 2:-de la sorte, le tube étant animé d'un mouvement de rotation, le gaz injecté se trouve soumis à une trajectoire tourbil- lonnaire. En outre, il est préférable que l'injecteur soit animé du même mouvement de translation que le chalumeau 41, le premier restant un peu en amont du second, afin que l'écoulement gazeux reste tourbillonnaire au niveau du chalumeau. Dans un mode de réalisation particulier, représenté sur la figure, l'injecteur est constitué par deux bras 32 radiaux, c'est-à- dire normaux à la conduite axiale 31, dans le prolongement l'un de l'autre, se terminant chacun par un ajutage 33, faisant un angle compris entre 0 et 90 avec le bras 32 et, de préférence, perpen- diculaire à l'amenée 31 et aux bras 32. Dans une variante de réalisation, l'injecteur est susceptible de tourner autour de la conduite 31. Il a été constaté, lors des essais menés par la Demanderesse, qu'un tel injecteur permettait de limiter de façon importante le pourcentage des produits de la réaction chimique qui étaient en- traînés par le flux gazeux vers la sortie du tube, sans se déposer sur ses parois latérales. L'utilisation de cet injecteur permet donc de réduire la durée du processus décrit plus haut, soit en augmentant la vitesse de translation du chalumeau 41 dans un rapport sensiblement de 1 à 2 dans le cas o on désire obtenir des couches successives de même épaisseur que suivant l'art antérieur, soit de réduire le nombre de passages nécessaires du chalumeau le long du tube: dans ce dernier cas, les couches successives obtenues sont plus épaisses; il est à noter qu'alors, il est nécessaire de rajouter dans le gaz qui arrive sur la conduite 31 une certaine proportion d'hélium, qui évite la formation de bulles d'oxygène nuisibles. Par ailleurs, la répartition des gaz dans le tube étant ainsi améliorée, il est possible d'augmenter le diamètre du tube 2 sans que le rendement de fabrication ne tombe sous un seuil critique,- ce qui permet d'obtenir des préformes de plus large diamètre, et par suite d'améliorer le rendement du procédé. Enfin, cette structure est particulièrement intéressante dans le cas o on utilise une technique de dép8t par plasma, du fait que la trajectoire hélicoidale des gaz près de la paroi du tube permet de confiner le plasma au centre du tube, et d'éviter ainsi les risques d'arc électrique entre le plasma et l'inductance qui entoure le tube. C 36 9 X REVENDICATIONS 1. Dispositif de fabrication de fibre optique, comportant: - des moyens de maintien et d'entraînement en rotation (1, 21) d'un tube (2); - des moyens de chauffage (41) d'une section droite de ce tube (2), susceptibles d'être translatés le long du tube à l'extérieur de ce dernier; - des moyens d'arrivée (31) de composés gazeux destinés à se décomposer sous l'effet des moyens de chauffage, une partie au moins des produits obtenus se déposant sur la paroi interne du tube (2); le dispositif étant caractérisé par le fait que les moyens d'arrivée comportent au moins un injecteur latéral par rapport à l'axe du tube. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'arrivée pénètrent dans le tube de façon axiale par l'intermédiaire d'une conduite (31) comportant à son extrémité deux bras (32) s'étendant radialement, se terminant chacun par un ajutage (33) faisant un angle compris entre 0 et 900 avec le bras (32) qui le supporte. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chacun des ajutages (33) est normal à la fois à la conduite (31) et au bras (32) qui le supporte. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par le fait que la conduite d'arrivée (31) de composés gazeux se déplace en translation de façon solidaire des moyens de chauffage (41).