Brevet FR2530613A1 — publié le 19840127

1. Ia présente invention concerne le procédé de fabri- cation de préformes de fibres optiques par dépdt axial en phase vapeur (désigné par l'abréviation AVD, pour "Axial Vapor-phase Deposition"). Dans le procédé caractéristique de l'art antérieur pour la fabrication de préformes de fibres optiques par le procédé AVD (encore appelé u Vaporphase Axial Deposition" (VAD)), on fait cro tre un dépft de suie poreux, appelé "for- me", pendant qu'on le tire dans une direction axiale aseen- dante On pourra voir par exemple à cet égard l'article de T Izawa et col intitulé "Material and Processes for Fiber Preform Fabrication-VaporPhase Axial Deposition" publié dans le numéro d'octobre 1980 de la revue Proceedings of the IEEE, Vol 68, N 10, pages 1184-1187 Comme il est îndi- qué dans cet article, les flammes sont dirigées vers le haut et la suie est donc déposée dans une direction ascendante. Bien que cette direction corncide avec la direction du cou- rant de convection, dé aux gaz chauds produits par le chalu- meau, elle est opposée à l'attraction vers le bas qui est exercée par la gravité Ainsi, deux des paramètres qui dé- finissent le rendement avec lequel la suie est déposée ten- dent à agir dans des directions opposées On pourra trouver un examen de l'effet de la gravité sur ce processus dans le document suivant z "Influence of Gravity on Chemical Vapor Deposition Process" par G Wahl Prog Astronaut Aeronut 52 (Mater Sci Space Appl Space Processes,) 461-482, 1977. En plus des influences opposées du courant de con- vection et de la gravité sur le rendement du dépôt, le cou- rant de convection entra ne du "duvet" (c'est-à-dire des particules de densité aléatoire) en direction ascendante vers la forme en suie en train de cro tre et il le dépose autour de la surface extérieure de la forme en rotation. Ceci peut avoir un effet défavorable sur le profil d'indice de réfraction de la préforme résultante fabriquée à partir de la forme en suie. Conformément à l'invention, on atténue les divers inconvénients et limitations du procédé de dépôt axial en phase vapeur (AVD) de l'art antérieur pour la fabrication de formes en suie destinées à être agglomérées en préformes de fibres optiques, par le dépôt descendant des matériaux précurseurs Bien que les effets de la gravité et du courant de convection tendent toujours à agir dans des directions opposées, on peut minimiser la tendance naturelle du gaz chauffé à circuler en direction ascendante en concentrant le courant de gaz sur la forme en suie en train de croftre On a cependant trouvé qu'il restait un courant de convection suffisant à distance du courant de gaz dirigé vers le bas, de façon à minimiser l'accumulation de "duvet". L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure i montre une configuration pour la fa- brication de formes en suie conformément à l'invention; la figure 2 montre l'effet de la convection sur une flamme dirigée vers le bas qui est produite par un cha- lumeau de diamètre uniforme; la figure 3 montre une configuration pour déposer simultanément des couches de coeur et de gaine; et Les figures 4 et 5 montrent l'utilisation d'adap- tateurs tronconiques pour concentrer le courant de gaz pro- venant d'un chalumeau classique. En se reportant aux dessins, on voit sur la figure 1 une configuration 10 pour fabriquer des formes en suie en employant le procédé de dépft axial descendant en phase va- peur (DAVD) conforme à l'invention On fait croftre la forme sur un élément de départ en silice 11 qu'on fait tourner autour de son axe vertical au moyen d'un moteur 12 accouplé à l'élément Il par un arbre 9 Un second moteur 13 déplace l'élément de départ dans une direction descendante pendant la croissance de la forme en suie, afin de maintenir la sur- face en croissance à une position fixe par rapport au point focal de la flamme. On introduit dans la chambre de base 15 du chalu- meau 14 des matières premières telles que Si 5 14, Ge O 14, PO 013, de l'oxygène et de l'hydrogène, et le chalumeau produit des particules fines de verre par réaction d'hydrolyse par la flamme Les particules se déposent initialement sur l'extré- mité de l'élément de départ 11 Lorsque la forme en suie croit, les particules de verre se déposent sur la surface supérieure de la forme qui cro t axialement et est tirée vers le bas. Si on tente de mettre en oeuvre le procédé DAVD en employant un chalumeau classique 20 de section uniforme, on obtient la situation qui est représentée sur la figure 2. Dans ce cas, l'effet de convection est si prononcé qu'il courbe la flamme 21 vers le haut et l'éloigne complètement de l'élément de départ 11 Il en résulte que le dép 8 t, s'il a lieu, est erratique et n'est absolument pas satisfaisant. Pour éviter ceci, le courant de gaz doit être concentré ou focalisé de la manière qui correspond par exemple à celle du chalumeau à extrémité tronconique qui est décrit dans la demande de brevet US 251 259 Lorsque le chalumeau a une ex- trémité tronconique, comme le montre la figure 1, la confi- guration de la flamme est pratiquement indépendante de l'orientation et, par conséquent, le chalumeau peut être dirigé vers le bas sous un angle O quelconque par rapport à la verticale, avec O de l'utilisation du chalumeau à extrémité tronconique con- siste en ce qu'il procure un moyen pour définir le diamètre de la forme en suie Plus le diamètre du chalumeau à l'extré- mité de sortie est petit, plus le diamètre de la forme résul- tante est petit A titre d'exemple, on a fait cro tre confor- mément à l'invention une forme de 1,9 cm de diamètre en uti- lisant un chalumeau de 0,95 cm de diamètre La forme résul- tante est considérablement plus petite que les formes carac- téristiques de 5 à 7,5 cm de diamètre qu'on obtient par le procédé de dép 6 t axial ascendant en phase vapeur, en utili- sant des chalumeaux classiques De plus, la forme qu'on a fait croltre avec une surface supérieure plane avait un dia- mètre uniforme et était exempte de "duvet". L'utilisation d'un chalumeau à effet de focalisa- tion permet en outre le dépôt simultané d'une ou de plu- sieurs couches de gaine, en utilisant des chalumeaux supplé- mentaires La figure 3 montre une forme en suie 35 compre- nant une région de coeur 31 qui est déposée par un premier chalumeau 32, et une seule région de gaine 33 qui est dépo- sée par un second chalumeau 34 Ce dernier peut 8 tre dirigé perpendiculairement par rapport à la verticale (c'est-à-dire 0 = 90 degrés) L'expérience a montré que la position préci- se du point focal n'est pas critique Ia figure 3 montre également la manière bien définie selon laquelle la forme en suie croit, avec des lignes verticales nettes et une surface supérieure plane On peut employer de façon similaire des chalumeaux supplémentaires pour déposer simultanément des couches de gaine supplémentaires. Une fois que la forme en suie est fabriquée, on l'agglomère en la chauffant pour former la préforme de fibre optique On étire ensuite la fibre à partir de la préforme. Comme indiqué en relation avec les figures 1 et 3, les formes en suie résultantes ont des limites supérieures et latérales bien définies Ceci résulte de l'action de fo- calisation du chalumeau à extrémité tronconique Ce dernier produit un courant de gaz convergent dont le point focal peut avantageusement être situé près du centre de la surface supérieure de la forme en train de oroître Ceci tend à pro- duire un gradient de température bien défini sur la surface supérieure de la forme et une température de coupure bien définie au-dessous de laquelle le dép 8 t ne se produit pas. Ceci, ajouté au fait que le courant de convection éloigne les particules non déposées de la forme en suie en train de crottre, est à l'origine des limites bien définieso Un avantage supplémentaire d'une flamme focalisée consiste en ce que la flamme de gaine fonctionne de façon pratiquement indépendante de la flamme qui produit le coeurs ce qui permet leur utilisation simultanée O Le d 6 pft simulta- né d'une couche de gaine n'est normalement pas réalisable en pratique avec le procédé AVD ascendant. Les figures 4 et 5 montrent l'utilisation d 2 adap- tateurs tronconiques pour focaliser le courant de gaz prove- nant d'un chalumeau classique itembout tronconique 41, re- présenté sur la figure 4, consiste en un seul tube tronco- nique qui s'ajuste sur l'extremité du chalumeau 40 Dans le mode de réalisation de la figure 52 l'embout de focalisation tronconique 43 aomprend un ensemble de sections tronconiques ou cylindriques 44, 45 et 46 qui ont pour fonction de préser- ver l'éceoulement séparé des matéraux constitutifs On peut fabriquer l'embout 43 de la manière décrite dans la demande de brevet US 251 259 précitée Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent 8 tre apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 o Procédé de formation d'une forme en suie de ver- re comprenant les opérations qui consistent à former, à par- tir d'un courant de matériaux précurseurs, une suie capable d'être agglomérée en un verre et à focaliser ce courant de matériaux précurseurrs; caractérisé en ce qu'on dirige ce courant focalisé dans une direction descendante vers un élé- ment de support pour produire la forme en suie. 2 Procédé selon la revendication 1, caraetérisé en ce qu'on oriente le couerant focalisé pour placer le point focal du courant sur la surface supérieure de la forme en saie 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait tourner 3 ' 61 éément de support par rapport au courant foealise et on soumet l'élément de support à une translation verticale àa mie vitesse proportionnelle à la vitesse de croissance de la forme en suie. 4 Procédé selon la revendication 3, caraetérisé en ce qu'on oriente le courant focalisé pour qu'il fasse un angle de O degrés par rapport à la verticale, avee O " O 9 degrés. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations supplémentaires suivan- tes: on forme simultanément à partir d'un autre courant, au moins,de matériaux précurseurs une seconde suie capable d'être agglomérée en un verre; on focalise cet autre courant de matériaux précurseurs; et on dirige le courant focalisé sur le coté de la forme en suie produite par les premiers matériaux précurseurs.