Brevet FR2530234A1 — publié le 19840120

La présente invention concerne un procédé de fabri- cation de fibres optiques à polarisation simple, et en parti- culier un procédé de fabrication de fibres optiques à polari- sation unique ou simple dans lesquelles la variation d'ellip- ticité selon la longueur est réduite au minimum. La figure 1 est une coupe montrant une fibre opti- que à polarisation simple dans laquelle le guidage de la lu- mière est réalisé sans variation du plan unique de polarisa- tion et cette fibre optique à polarisation simple comprend une âme 11 présentant un indice de réfraction N 1, une gaine elliptique 12 ayant un indice de réfraction N 2 (n 1 > N 2) qui entoure l'âme 11 précitée, un support 13 en verre de silice placé à l'extérieur de la gaine elliptique précitée 12, et une gaine 14 en matière plastique constituant la couche exté- rieure de la fibre optique Les matières constituant l'âme 11 et la gaine elliptique 12 sont indiquées ci-après. () Construction Matières Ame 11:(a) Sicl :(b) Si O 2 + B 203 (c) Sio + Ge O :(d) Si 2 + P 205 Gaine elliptique;(a) Sio 2 + B 203) ((b) Si O 2 +Ge O 2 +B 203) ( Dans le cas de ces fibres optiques à polarisation simple, la déformation anisotropique engendrée par la différence des coefficients de dilatation thermique entre les matières de la gaine elliptique 12 et du support 13 est appliquée à l'âme 11 de sorte que la différence des constantes de propagation dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre et perpendi- culairement à la direction de transmission peut être augmen- tée, et ainsi le guidage de la lumière en mode simple peut être effectué sans variation du plan de polarisation. Dans les fibres optiques à polarisation simple sus- mentionnées, cependant, il existe un cas o B 203, Ge O 2 ou P 20 (ces substances augmentent l'indice de réfraction N 2) se va- porise à partir d'une couche déposée à l'état de vapeur qui devient l'âme 11 par application vers l'intérieur sur la couche intérieure du tube de verre de silice devenant le sup- port 13 pour réduire sa concentration dans le cas de la fa- brication des fibres optiques avec, par exemple, un procédé de dépôt de vapeur chimique (CVD) Par suite, l'indice de réfraction dans la partie centrale de l'âme 11 d'une fibre optique terminée diminue comme indiqué sur les figures 2 A ou 2 B, en sorte que les caractéristiques de transmission sont altérées. Les figures 3 A à 3 C illustrent un procédé de fabri- cation de fibres optiques à polarisation simple par lequel on peut éviter un abaissement de l'indice de réfraction de la partie centrale de l'âme 11 Sur la figure 3 A, une tige en verre 21 qui formera l'âme 1 i est étirée tout en chauffant la tige au moyen d'un brûleur 22 à H 2-02 Sur la figure 3 B, une préforme 27 comportant une couche 23 déposée à l'état de vapeur, qui a été conformée en ovale (tandis qu'un tube de verre de silice 24 est ramené à une forme ronde par la ten- sion de surface) est obtenue en réduisant la pression interne du tube de verre de silice 24 tout en chauffant une tige de verre 21, le tube 24 en verre de silice ayant une couche 23 dépose à l'état de vapeur qui formera une gaine elliptique 12 au moyen d'un brûleur 25 à H 2-02 de manière telle que la tige de verre 21 a été introduite dans le tube de verre de silice 24 En outre, sur la figure 3 C, la préforme 27 ayant la forme représentée sur la figure 3 B est soumise à un étira- ge en filament tout en étant chauffée par un réchauffeur 26 à carbone pour obtenir une fibre optique 28 à polarisation simple (dans ce cas, lorsque la quantité totale de B 203 et de p 205 de la gaine elliptique 12 est par exemple de 7 moles, on effectue une dépression de -49 Pa pour obtenir une elliptici- té de 40 %). Selon le procédé de fabrication de fibres optiques à polarisation simple représenté sur les figures 3 A à 3 C, ce- pendant, même si la pression interne du tube de verre de sili- ce 24 est réduite à -49 Pa pour que la gaine elliptique 12 ait une ellipticité de 40 %, il apparaît un cas o l'ellip- ticité de la gaine elliptique 12 varie selon la longueur dans une plage, par exemple, de 36 à 44 %, car le tube de verre de silice 24 présente une dispersion de ses caracté- ristiques (par exemple un étalement du point de ramollisse- ment en raison de la variation de composition) en fonction de la matière selon sa longueur. Par conséquent, la présente invention se propose de fournir un procédé de fabrication de fibres optiques à polarisation simple dans lequel l'ellipticité de la gaine elliptique ne varie pas selon sa longueur. La présente invention se propose encore de fournir un procédé de fabrication de fibres optiques à polarisation simple qui ne fait pas intervenir une unité de production complexe a cause duquel il n'existe pas de variation d'ellip- ticité de la couche de gaine elliptique selon la longueur. Un procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple selon la présente invention consiste à former une couche de dépôt de vapeur qui se transforme en une couche elliptique sur la surface intérieure d'un tube de verre de silice, à conformer le tube de verre de silice pré- sentant la couche de dépôt de vapeur sur sa surface intérieu- re en une forme ovale avec une ellipticité plus faible que celle de la couche elliptique précitée, à introduire une ti- ge centrale dans le tube de verre de silice ainsi ovalisé pour obtenir une préforme solide, et à soumettre la préforme solide précitée à un étirage en filament pour réaliser une fibre optique à polarisation simple, Sur les dessins, la figure 1 est une coupe montrant une fibre opti- que à polarisation simple; les figures 2 A et 2 B sont des schémas explicatifs représentant chacun l'indice de réfraction d'une âme de la fibre optique indiquée sur la figure 1; les figures 3 A, 3 B et 3 C sont des diagrammes repré- sentant chacun les étapes d'un procédé classique de fabrica- tion de fibres optiques à polarisation simple; les figures 4 A, 4 B et 4 C sont des diagrammes mon- trant les étapes d'une forme de réalisation du procédé de fa- brication des fibres optiques à polarisation simple de la présente invention, respectivement; la figure 5 est une vue en coupe montrant une fi- bre optique à polarisation simple réalisée selon la présente invention; et - les figures 6 A, 6 B et 6 C sont des diagrammes mon trant les étapes d'une autre forme de réalisation du procédé de fabrication de fibres optiques à polarisation simple se- lon la présente invention, respectivement. La présente invention sera décrite ci-après plus en détail en se référant aux dessins annexés montrant les formes de réalisation de l'invention. Les figures 4 A à 4 C illustrent une première forme de réalisation de la présente invention dans laquelle le nu- méro de référence 31 désigne un tube de verre de silice pré- sentant, par exemple, un diamètre externe de 18 mm et une -épaisseur d'environ 1,5 mm Une pellicule 32 en verre de bas point de fusion qui forme un revêtement extérieur est réali- sée sur l'intérieur du tube de verre de silice 31 pour obte- nir un tube 33 en verre de silice muni d'une pellicule-(fi- gure 4 A). La pellicule 32 en verre de bas point de fusion est réalisée en verre B 2 3 + Si O 2 ou en verre contenant au moins deux agents dopants tels que B 203, F, P 205, Ge O 2, etc, et la pellicule est constituée en sorte que son point de fusion est- inférieur à celui des autres couches L'épaisseur de la pel- licule 32 en verre de bas point de fusion est par exemple d'environ 200 micro mètres. L'intérieur du tube 33 en verre de silice muni d'une pellicule est mis sous vide tout en chauffant le tube -muni de la pellicule pour obtenir un tube elliptique 34 dé- formé d'une ellipticité de 15 % (figure 4 B). Ensuite, le tube en verre de silice elliptique ré- sultant 34 muni de la pellicule est maintenu verticalement, et une tige formant âme 36 est introduite dans le tube en ver- re de silice elliptique 34 muni de la pellicule (figure 4 C). La-tige âme 36 est une tige solide réalisée par un procédé VAD ou procédé analogue et elle présente un diamètre extérieur, par exemple, d'environ 700 micromètres et a été préalablement revêtue d'une pellicule 35 en verre de haut point de fusion qui sera transformée en un revêtement inté- rieur. La pellicule 35 en verre de haut point de-fusion est réalisée en Sio 2 de haute pureté, en Sio 2 de haute pure- té contenant F, ou élément analogue, et il est nécessaire que la pellicule 35 en verre de haut point de fusion ait un point de fusion supérieur à celui de la pellicule 32 en verre de bas point de fusion précitée, mais la pellicule de verre 35 n'a pas nécessairement un point de fusion supérieur à celui du tube en verre de silice 31 ou de la tige âme 36 Les ma- tières combinées comme décrit ci-dessus dans les conditions indiquées sur la figure 4 C, sont chauffées de façon à être rendues solidaires, tout'en réduisant la pression en fonction de l'ellipticité désirée, de manière à obtenir une préforme appropriée. Comme susmentionné, le tube de verre de silice 33 muni de sa pellicule a été préalablement traité pour présenter une ellipticité de 15 %, le procédé tige-dans-tube y est appli- qué, puis, lorsqu'on règle le degré de réduction de pression dans le procédé, on peut préparer une préforme ayant une ellip- ticité fonction de ce degré de réduction de pression. La préforme ainsi préparée est soumise à un étirage en sorte qu'on obtient une fibre optique à polarisation simple ayant une ellipticité de 40 % à 60 % Plus particulièrement, une fibre optique à polarisation simple ayant une ellipticité de 40 % peut être obtenue en utilisant un tube 33 en verre de silice muni de sa pellicule ayant une ellipticité de 15 %, 4 moles de P 205 et 4 moles de B 203 sont ajoutées à la pellicule 32 en verre de bas point de fusion, et la pression est réduite à 9,8 Pa dans le procédé D'une part, lorsque la quantité totale de P 205 et de B 203 est de 9 moles, on peut réaliser une fibre optique à polarisation simple ayant une ellipticité de 50 % à la pression atmosphérique. La Demanderesse a encore poursuivi ses recherches en sorte que le tube elliptique 34 en verre de silice muni de sa pellicule ayant une ellipticité de 20 % est conformé en -30234 augmentant encore l'ellipticité du tube 33 en verre de silice. Ensuite, la tige âme 36 recouverte de la pellicule 35 en ver- re de haut point de fusion est introduite dans le tube 34 en verre de silice ainsi obtenu, et ils sont mis sous vide et chauffés pour donner une préforme de la même manière que cel- le décrite ci-dessus. Dans ce cas, on obtient également facilement une préforme d'une ellipticité de 20 % ou plus. Plus particulièrement, le tube en verre de silice elliptique 34 muni d'une pellicule, présentant une elliptici- té de 20 % et un diamètre intérieur de 2 mm est conformé, la tige âme 36 revêtue d'une pellicule de verre et d'un diamètre extérieur de 700 Nom est introduite dans le tube de verre de silice 34, la pression interne régnant dans le tube en verre de silice elliptique résultant est réduite à 196 Pa en posi- tion verticale (quantité totale de P 205 et de B 203 de 6 moles), et le tube en verre de silice et la tige âme qui y est intro- duite sont chauffés pour obtenir une préforme Une fibre op- tique à polarisation simple obtenue en soumettant la préforme à un étirage en filament a une ellipticité de 40 % et une lon- gueur de couplage de 4 mm à une longueur d'onde de 0,63 Nm. Lorsqu'on suppose qu'une ellipticité généralement nécessaire pour une fibre optique à polarisation simple est comprise entre 40 % et 60 %, une ellipticité du tube ellipti- que en verre de silice 34 muni d'une pellicule auquel le pro- cédé à tige-dans-tube doit être appliqué, peut être choisie entre 15 % et 40 %. De plus, une définition d'ellipticité i est donnée ci-après axe principal axe secondaire F = x 100 (%) axe principal + axe secondaire Le terme "ellipticité" utilisé dans le présent mé- moire désigne celle de la forme extérieure du revêtement exté- rieur 12 dans le cas d'une fibre optique à polarisation simple ou de sa préforme, tandis qu'il désigne celle de sa forme exté- rieure dans le cas du tube elliptique en verre de silice 34 avec sa pellicule. La figure 5 illustre une fibre optique à polarisa- tion simple réalisée selon la présente invention dans laquel- le le numéro de référence 41 désigne une âme circulaire, réa- lisée de préférence en verre au Si O 2 + Ge O 2, ou analogue, 42 désigne un revêtement présentant une section circulaire et réalisé en verre au Si O de haute pureté, 43 désigne une gai- 2. ne elliptique constituée essentiellement de verre au Si O 2 + P 05 + B 203, 44 désigne un support contenant Si O comme prin- cipal composant, et 45 désigne une gaine en matière plastique, respectivement. Les figures 6 A à 6 C illustrent une seconde forme de réalisation de la présente invention dans laquelle la réfé- rence numérique 51 désigne un tube en verre de silice, ayant par exemple un diamètre extérieur de 18 mm et une épaisseur d'environ 1,5 mm. Une pellicule en verre de bas point de fusion 52 qui formera un revêtement extérieur est réalisée sur la paroi intérieure du tube en verre de silice 51. La pellicule 52 en verre de bas point de fusion est réalisée en verre au B O + Sio ou en verre contenant au 23 2 moins deux agents dopants tels que B 203, F P 205, Ge O 2, etc, et la pellicule est constituée de telle manière que son point de fusion est inférieur à celui des autres couches L'épais- seur de la pellicule 52 en verre de bas point de fusion est par exemple d'environ 200 gm. Une pellicule 53 en verre de haut point de fusion qui formera un revêtement intérieur est encore réalisée sur la partie intérieure de la pellicule 52 en verre de bas point de fusion pour obtenir un tube 54 en verre de silice muni d'une pellicule (figure 6 A). La pellicule 53 en verre de haut point de -fusion est réalisée en Si O 2 de haute pureté, en Si O, de haute pureté contenant F, ou élément analogue, et il est nécessaire que la pellicule 53 en verre de haut pointde fusion ait un point de fusion supérieur à celui de la pellicule'52 susmentionnée en verre de bas point de fusion, mais la pellicule de verre 53 n'a pas obligatoirement un point de fusion supérieur à celui du tube de verre de silice précité 51 ou de la tige âme que l'on décrira ci-après. Une épaisseur par exemple d'environ 30 gm convient pour la pellicule 53 en verre de haut point de fusion. L'intérieur du tube 54 en verre de silice avec sa pellicule est mis sous vide tout en étant chauffé pour obte- nir un tube elliptique 55 déformé présentant une ellipticité de 15 % (figure 6 B). Ensuite, le tube en verre de silice elliptique ré- sultant 55 muni d'une pellicule est maintenu verticalement, et une tige âme 56 est introduite dans ce tube (figure 6 C). La tige âme 56 est une tige solide fabriquée par un procédé VAD, ou procédé analogue, et elle présente un dia- mètre extérieur, par exemple d'environ 700 Nm. Les matières combinées, comme décrit ci-dessus dans les conditions indiquées sur la figure 6 C, sont chauffées de manière à être rendues solidaires, tout en réduisant la pres- sion selon l'ellipticité désirée, de manière à obtenir une préforme appropriée. Comme susmentionné, le tube de verre de silice 54 muni d'une pellicule a été préalablement traité pour présenter une ellipticité de 15 à 40 %, on lui applique le procédé tige- dans-tube, puis lorsqu'on règle le degré de réduction de pres- sion dans le procédé, on peut facilement obtenir une préforme ayant l'ellipticité prédéterminée. La préforme ainsi préparée est soumise à un étirage filament pour pouvoir réaliser une fibre optique à polarisa- tion simple ayant une ellipticité de 40 à-60 %. La Demanderesse a encore poursuivi ses recherches de telle manière que le tube elliptique en verre de silice 55 muni d'une pellicule, ayant une ellipticité de 20 % soit for- mé en augmentant encore l'ellipticité du tube de verre de si- lice 54 muni d'une pellicule Ensuite, la tige âme 56 est in- troduite dans le tube 55 ainsi obtenu, puis on fait le vide - et on chauffe pour obtenir une préforme de la même manière que décrit ci-dessus. Dans ce cas, le tube elliptique 55 en verre de sili- ce muni de la pellicule, ayant une ellipticité de 20 % et un diamètre intérieur de 2 mm est mis en forme, la tige âme 56 présentant un diamètre extérieur de 700 Nom est introduite dans le tube 55, la pression interne du tube de verre de silice elliptique résultant est réduite à 196 Pa à l'état vertical (la quantité totale de P 205 et de B 203 étant de 6 moles) , et le tube de-verre de silice et la tige âme qui y est introdui- te sont chauffés pour former une préforme Une fibre optique à polarisation simple obtenue en soumettant la préforme à un étirage a une ellipticité de 40 % et une longueur de couplage de 4 mm à une longueur d'onde de 0,63 Nom. Comme décrit ci-dessus, selon la présente invention, un tube en verre de silice muni d'une pellicule a été préala- blement conformé à la forme ovale de sorte que même si le tu- be en verre de silice présente une variabilité quelconque sur sa longueur, sa couche elliptique peut être conformée régu- lièrement Par suite, la fibre optique à polarisation simple de la présente invention peut supprimer la variation de l'el- lipticité selon la longueur En outre, les avantages de la présente invention autres que ceux décrits ci-dessus, sont mentionnés ci-après. ( 1) Une fibre optique solide à polarisation simple peut être obtenue, car son âme n'est pas formée selon le pro- cédé CVD modifié (dépôt de vapeur interne), mais par te pro- cédé tige-dans-tube. ( 2) Une fibre optique à polarisation simple ayant une ellipticité de 40 à 60 % et ne variant pas selon sa lon- gueur peut facilement être fabriquée en réglant le degré de réduction de pression dans le cas o le tube en verre de sili- ce et la tige âme sont solidifiés de manière à être solidaires. Ceci est dû au fait que le tube en verre de silice muni d'une pellicule est conformé à une ellipticité de 15 à 40 %, et qu'on lui applique ensuite le procédé à tige-dans-tube. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple, caractérisé en ce qu'il consiste: à former une pellicule en verre de bas point de fusion qui sera transformée en une couche elliptique, sur la surface intérieure d'un tube de verre de silice pour obtenir un tube en verre de silice muni d'une pellicule; à ovaliser ledit tube en verre de silice pour lui donner une ellipticité inférieure à celle de ladite couche o elliptique pour obtenir un tube en verre de silice elliptique muni d'une pellicule; à introduire une tige âme dans ledit tube ellipti- que en verre de silice muni d'une pellicule et à chauffer le- dit tube et la tige âme qui y est introduite de manière à les rendre solidaires,tout en réduisant la pression pour obtenir une préforme; et à soumettre ladite préforme à un étirage en fila- ment pour obtenir une fibre optique à polarisation simple pos- sédant une couche elliptique ayant une ellipticité prédétermi- née. 2 Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ellipticité dudit tube elliptique en verre de silice mu- ni d'une pellicule est comprise entre 15 et 40 %. 3 Procédé de fabrication de fibres optiques à pola- risation simple selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ellipticité de ladite couche elliptique est comprise en- tre 40 et 60 %. 4 Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple, caractérisé en ce qu'il consiste: à former une pellicule en verre de bas point de fu- sion qui sera transformée en une couche elliptique, sur la surface intérieure d'un tube en verre de silice pour obtenir un tube en verre de silice muni d'une pellicule; à ovaliser ledit tube en verre de silice pour lui conférer une ellipticité inférieure à celle de ladite couche elliptique pour obtenir un tube en verre de silice ellipti- que muni d'une pellicule; - à introduire une tige âme revêtue d'une pellicule en verre de haut point de fusion qui formera une couche de revêtement dans le tube elliptique en verre de silice muni d'une pellicule et à chauffer ledit tube elliptique en verre de silice muni de sa pellicule et ladite tige âme qui y est introduite de manière à les rendre solidaires tout en rédui- sant la pression pour obtenir une préforme; et à soumettre ladite préforme à un étirage en fila- ment pour obtenir une fibre optique à polarisation simple pré- sentant une couche elliptique ayant une ellipticité prédéter- minée - Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple, selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ellipticité dudit tube elliptique en verre de silice mu- ni de sa pellicule est comprise entre 15 et 40 %. 6 Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ellipticité de ladite couche elliptique est comprise en- tre 40 et 60 %. 7 Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple, caractérisé en ce qu'il consiste à former successivement une pellicule en verre de bas point de fusion qui sera transformée en une couche ellip- tique et une pellicule en verre de haut point de fusion qui sera transformée en une couche de revêtement, sur la surface interne d'un tube en verre de silice pour obtenir un tube en verre de silice muni d'une pellicule; à ovaliser ledit tube en verre de silice muni d'une pellicule pour lui conférer une ellipticité inférieure à celle de ladite couche elliptique pour obtenir un tube en verre de silice elliptique muni d'une pellicule; à introduire une tige âme dans ledit tube ellipti- que en-verre de silice muni d'une pellicule et à chauffer le- dit tube et ladite tige âme qui y est introduite de manière à les rendre solidaires, tout en réduisant la pressioa pour ob- tenir une préforme; et à soumettre ladite préforme à un étirage en fila- ment pour obtenir une fibre optique à polarisation simple dont * 1 2530234 la couche elliptique a une ellipticité prédéterminée. 8 Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ellipticité dudit tube elliptique en verre de silice muni d'une pellicule est comprise entre 15 et 40 %. 9 Procédé de fabrication de fibres optiques à po- larisation simple selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ellipticitê de ladite couche elliptique est comprise en- tre 40 et 60 %.