Brevet FR2551881A1 — publié le 19850315

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FIBRE OPTIQUE MULTICOEURS L'invention se rapporte aux fibres de verre conductrices de la lumière et plus particulièrement à la fabrication de fibres optiques multicoeurs. De nombreux procédés de fabrication de fibres optiques existent et sont bien connus de l'homme de l'art. Certains comme le procédé dit "Modified Chemical Vapor Deposition" ou "M.C.V,D." produisent des fibres de très hautes performances à faible atténuation ( En effet les verres à forte teneur en silice sont communément employés pour la production de fibres optiques, cependant leur viscosité rend difficile l'emploi des méthodes verrières traditionnelles pour obtenir de tres faibles taux d'impuretés (quelques dixièmes de pop.m) On réalise alors la production de particules de verres Si O2 au moyen de réactions chimiques telles que: SiCl4 + O2 - > 2Cl2+SiO2 utilisant deux grandes voies classiques: l'oxydation ou 1'hydrolyse. L'ajout de dopants permet de faire varier l'indice du matériau, et la pression de vapeur des hydrures ou chlorures des métaux de transition est suffisamment plus petit que celle des composés de silice pour réduire considérablement les contaminations. C'est un procédé dit "extérieur' qui a été initialement utilisé et a pel-mis d'obtenir la première fibre optique d'atténuation inférieure à 20 dB/km Selon ce procédé, on introduit dans un bruleur un mélange de dopants sous forme de chlorures avec du tetrachlorure de silicium (SiC14), de loxygène pur et un gaz comburant Les vapeurs sont hydrolisées dans la flamme, formant une suie qui est projetée autour d'un mandrin en rotation où elle se dépose. Le barreau ainsi formé est ensuite chauffé jusqu'à vitrification de la couche poreuse déposée, produisant alors une fine pellicule de verres de silice dopée.En modifiant la concentration des dopants, on peut ainsi réaliser des couches successives d'indice variable avec la distance à l'axe, conduisant à un gradient d'indice. Le tube est alors étiré en fibre après élimination d'un trou intérieur provoqué par la suppression du mandrin central. Le procédé M.C.V.D. est une variante améliorée de ce procédé initial, d'où son autre appelation :I.V.P.O. ("Inside Vapor Phase Oxidation"). Un chalumeau va produire dans le tube, mais de l'extérieur, la température nécessaire à l'oxydation en phase vapeur. Le chalumeau se déplace le long du tube en rotation, comme dans le procédé extérieur. Un mélange des gaz de la réaction, tetrachlorure de silicium (SiC14) et dopant, est envoyé dans le tube et la réaction se produit au niveau des parois chauffées à hauté température (1600 à 19000), provoquant un dépôt de verre sur la surface intérieure. La couche fait quelques microns épaisseur pour un passage. Il faut environ une cinquantaine de passages pour réaliser le dépôt de gaine et de coeur après rétreint du tube. Les principaux dopants utilisés sont le germanium, le bore, le phosphore, le fluor ou un mélange de ceux-ci.Le rétreint du tube permet alors d'obtenir une préforme. Mais ce procédé ne permet d'obtenir que des fibres ne comportant qu'unie gaine et un seul coeur. Le procédé de l'invention permet d'obtenir des fibres à plusieurs coeurs de façon simple et donc de mettre en présence des guides d'onde diélectriques sur des longueurs d'intéraction de plusieurs kilomètres. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une fibre optique multicoeurs comportant: - une première étape de dépôt d'oxydes à l'intérieur d'un tube de quartz en rotation le long duquel est déplacé une source de chaleur, et dans lequel sont envoyés des halogénures et de l'oxygène, le tube étant porté à une première température grâce à cette source de chaleur; cette étape comportant deux phases, une phase de dépôt de gaine puis une phase de dépôt de coeur. - une deuxième étape de rétreint du tube, la température obtenue au niveau du tube grâce à cette source de chaleur étant augmentée, jusqu'à obtenir un barreau plein ou préforme - une troisième étape d'étirage de cette préforme pour obtenir une fibre de dimension homothétiques de celles de la préforme; caractérisé en ce que, à la fin de la première étape, la rotation du tube étant arrêtée, une attaque chimique de la couche d'oxydes déposés pendant la phase de dépôt de coeur a lieu par introduction de gaz et chauffage externe par exposition à deux sources de chaleur disposées de par et d'autre du tube de manière à obtenir un barreau applati ayant une section à deux lobes en forme de huit. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront au moyen de la description qui suit, en se rapportant aux figures qui l'accompagnent, parmi lesquelles: - les figures 1 à 3 illustrent différents aspects de dispositifs de l'art connu. - les figures 4 à 7 illustrent les étapes du procédé selon -l'invention. - la figure 8 représente un fibre optique obtenue par le procédé de l'invention. Dans la description on parlera de "chalumeau", mais toute autre source de chaleur est aussi possible. La technique MCVD est illustrée à la figure 1. Un tube de quartz est monté entre les deux mandrins dun tour verrier Le long de ce tube en rotation se déplace la flamme d'un chalumeau oxyhydrogéné à une température suffisante pcur permettre la réaction des halogénures tels que tétrachlorure de silicium (SiC14) avec l'oxytrichlorure de phosphore (POC13) et du tétrachlorure de silicium (S iF4) ou du tribromure de Bore (BBr3) pour les couches de gaine et du tétrachlorure de silicium ssiC14), du tétrachlorure de germanium (CeCl4)et éventuellement de l'oxytrichlorure de phosphore (POCl3) pour les couches de coeur, avec l'oxygène pour donner des oxydes de silicium (SiO2), de germanium (go2), de phosphore (P2O5) et de Bore (13203). Ces oxydes sont déposés sur la- surface interne du tube pour former une couche de verre transparente. Les différentes couches sont déposées à chaque passage du chalumeau. L'indice de réfraction est contrôlé en agissant sur la concentration des dopants à chaque passage du chalumeau. Lorsque l'épaisseur de dépôt souhaité est obtenue sur la surface interne du tube, la température du chalumeau est fortement augmentée afin de rétreindre le tube et de le fermer pour donner un barreau que l'on appelle préforme représentée à la figure 2 avec un coeur 6 et une gaine optique 5. La préforme est ensuite étirée dans un four à graphite de haute pureté pour donner une fibre, qui est enroulée sur un tambour. La longueur de la fibre étant liée aux paramètres géométriques de la préforme et au diamètre extérieur de la fibre désirée, des longueurs de un à plusieurs kilomètres peuvent être obtenues. Le schéma d'un tour verrier est illustré à la figure 3. Il comprend un plateau 10 "support de chalumeau" qui peut se déplacer le long d'une vis mère 14, ce déplacement entre deux butées 12 et 13 étant obtenu grâce à un moteur 15. Le tube quartz 1 en rotation 7 est maintenu par deux mandrins 16, 17 en rotation. La fabrication de fibres optiques par la technique "M.C.V.D." consiste à déposer de fines couches de verres sur les parois internes d'un tube cylindrique en rotation. A la fin du dépôt, le tube est rétreint pour donner un barreau de verre appelé préforme qui est ensuite fibré. L'invention consiste à obtenir une fibre à plusieurs coeurs bien séparés sur plusieurs kilomètres de façon simple, c'est à dire sans sciage, ni soudure, ni usinage, ni manipulations particulières en dehors de renvironement du tour verrier. Le dépôt est effectué de préférence dans un tube elliptique pour des raisons de facilité de contrôle, en quartz ou en matériau refringent analogue. La gaine et le coeur sont déposés suivant procédé connu comme représenté à la figure 4 où l'on retrouve le chalumeau 2, le tube de quartz 1, la gaine optique 5 et le coeur 6, avec une rotation 7. Selon le procédé de l'invention, comme représenté à la figure 4, le coeur est attaqué suivant le petit axe de l'ellipse. L'attaque chimique peut être réalisée par du dichlorodifluorométhane (CC12F2) ou du tétrafluorure de carbone (CF4) ou de l'héxafluorure de soufre (SF6), en utilisant un chalumeau à deux buses 25 et 26 qui se déplace le long du tube sur le petit axe de l'ellipse, la rotation du tube étant arrêtée pendant cette étape. Cette attaque produit du tétrafluorure de silicium (SiF4) et du térafluorure de germanium (GeF4) qui sont volatiles. Lorsque l'attaque fluorhydrique est terminée, on peut soit rétreindre ce tube immédiatement, soit le précéder d'un fin dépôt de la même composition que la gaine optique. L'épaisseur des couches de gaine et de coeur déposées sont proportionnelles au débit de tétrachlorure de silicium, à la concentration de dopants introduits dans le tube de quartz ainsi qu'à la vitesse de balayage du chalumeau le long de ce tube en quartz. Ainsi pour attaquer la couche de coeur, il faut étalonner le dispositif, en mesurant quelle quantité est éliminée par minute de chauffe, cette mesure étant efEectuee par l'étude de l.ndice et de la géométrie de la préforme obtenue. Le dépôt supplémentaire peut etre le dépôt d'une couche de meme composition que la couche de gaine. Ainsi on a, par exemple, la réaction chimique suivantes: 2CC12F2 + SiO2 + O2 SiFss X 2C12 + 2COR cette réaction se produit à l'endroit échauffé par le chalumeau. Il y a donc dans ce cas attaque de l'oxyde de silicium. Si l'on chauff e dans la région où le dépôt d'oxydes correspondant à la couche de coeur a été attaqué, le tube va s'applatir, et on obtiendra ainsi deux coeurs séparés comme représenté successivement aux figures 6 puis 7 sur lesquelles on retrouve le tube de quartz (40), la couche de gaine (39) et la couche de coeur (41) (puis 36 et 37). Si le rapprochement des coeurs est souhaité, le début du rétreint peut s'effectuer avec une légère suppression pour recirculariser le tube. Si on souhaite éloigner les coeurs, on effectue une dépression, par effet venturi par exemple, à 13 fin du rétreint. En effet, I'effet venturi est relatif à l'écoulement dun gaz par exemple dans un tuyau de section variable dont l'axe est horizontal. Dans ce cas la pression du gaz est plus faible où la section du tube est plus petite et où la vitesse est plus grande, ce qui permet d'obtenir la dépression désirée. Ainsi par le procédé de l'invention on arrive à refermer le tube de quartz pour former un huit en section. Le tube forme alors deux conduits dans lesquels on peut effectuer dépôt de gaine et de coeur, on peut donc recommencer le procédé dans l'une et/ou l'autre branche du huit. Ce procédé permet donc d'obtenir des fibres à plus de deux coeurs, par exemple trois ou quatre coeurs en agissant séparément sur chacun des lobes. Il permet aussi de faire varier la géométrie, I'espacement entre les coeurs ainsi que leur diamètre et de les contrôler. L'applatissement du tube a lieu à l'endroit chauffé par la flamme du chalumeau. Les fibres à plusieurs coeurs permettent le couplage entre deux ou plusieurs guides d'ondes optiques diélectriques sur plusieurs kilomètres. Ce type de fibre peut servir également pour le multiplexage et démutiplexage en longueur d'onde. Selon un autre avantage, dans le procédé de l'invention, la forme du tube de quartz d'origine importe peu. Ce procédé présente l'avantage de ne nécessiter ni manipulation de préforme pouvant entrainer une pollution éventuelle, ni usinage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une fibre optique multicoeurs comportant - une première étape de dépôt d'oxydes à l'intérieur d'un tube de quartz (1) en rotation le long duquel est déplacé une source de chaleur (2), et dans lequel sont envoyés des halogénures et de l'oxygène, le tube étant porté à une première température grâce à cette source de chaleur, cette étape comportant deux phases, une phase de dépôt de gaine puis une phase de dépôt de coeur. - une deuxième étape de rétreint du tube (1), la température obtenue au niveau du tube grâce à cette source de chaleur (2) étant augmentée, jusqu'à obtenir un barreau plein ou préforme. - une troisième étape d'étirage de cette préforme pour obtenir une fibre de dimension homothétiques de celles de la préforme ; caractérisé en ce que, à la fin de la première étape, la rotation du tube étant arrêtée, une attaque chimique de la couche doxydes déposés pendant la phase de dépôt de coeur a lieu par introduction de gaz et chauffage externe par exposition à deux sources de chaleur (25,26) disposées de par et d'autre du tube (1) de manière à obtenir un barreau applati ayant une section à deux lobes en forme de huit. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (1) est de forme elliptique, les deux sources de chaleur (25,26) étant disposées dans la direction du petit axe de l'ellipse. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première température obtenue est d'environ 16000 C. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant la deuxième étape, la température obtenue est d'environ 22000C. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources de chaleur sont des chalumeaux. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz introduits à la fin de la première étape comprennent du dichlorofluorométhane. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz introduits à la fin de la premiere étape comprennent du tétrafluorure de carbone. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz introduits à la fin de la première étape comprennent de l'hexafluorure de soufre. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une deuxième étape de dépôt dioxydes a lieu après la première étape de dépôt. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que pendant cette deuxième étape de dépôt d'oxydes, les mêmes halogénures sont envoyés que pendant la phase de dépôt de gaine. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la première étape, en sa première phase les halogénures envoyés dans le tube en quartz sont du tétrachlorure de silicium, du tribromure de Bore et de Poxytrichlorure de phosphore. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la première étape, en sa première phase, les halogénures envoyés dans le tube en quartz sont du tétrachlorure de silicium, du tétrafluorure de silicium et de Poxychlorure de phosphore. 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la première étape, en sa deuxième phase, les hologénures envoyés dans le tube en quartz sont du tétrachlorure de silicium et du tétrachlorure de germanium et de roxytrichlorure de phosphore.