Brevet FR2562219A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un procédé de déhydratation de matières optiques et elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de déshydratation utilisant une décharge luminescente. Les communications optiques permettent une transmission à large bande et peuvent être réalisées sans perte. Elles ont ainsi été particulièrement mises en vedette ces dernières années. En tant que support de transmission de la communication optique on utilise, en général, une fibre de verre au quartz à faible perte. Toutefois, étant donné que la perte de transmission d'une telle fibre a pratiquement atteint sa valeur limite théo- rique, on a maintenant développé de nouvelles matières pour fibres. Parmi de telles nouvelles matières, une fibre de verre fluors est actuellement considérée comme la fibre la plus prometteuse de la prochaine génération car sa perte de transmission est estimée être environ un centième de celle de la fibre de verre au quartz dans la bande des longueurs d'onde de 3 à 4 pm. En outre, des lentilles ou des prismes, utilisant des cristaux de KBr, de KC1, de CaF2, par exemple, et qui présentent une transparence élevée à la lumière dans la région des infra- rouges au voisinage des longueurs d'onde ci-dessus, sont employés en tant que partie optique d'instruments de me- sure optique. Il est bien connu, toutefois, que si une très faible quantité de molécules de H20 ou de radicaux OH sont mélangées sous la forme d'impuretés dans une telle matière optique, la lumière dans la région des infra- rouges proches est absorbée par l'oscillation molécu- laire des molécules d'H20 ou des radicaux OH, ce qui conduit à une très forte dégradation de la transparence à la lumière de la matière. Il est en conséquence de la plus grande importance dans la construction d'un sys- tème de communication optique ou d'une partie optique à faible perte que les molécules d'R20 ou de radicaux OH soient éliminées de la matière optique utilisée. Le procédé permettant d'éliminer chimiquement les molé- cules d'H20 ou les radicaux OH de la matière optique est appelé couramment "procédé de déshydratation chi- mique". Comme décrit ci-après, il a été précédemment impossible, avec les techniques connues, de traiter des matières optiques à bas point de fusion en vue d'une déshydratation sans y laisser ou sans y former certaines impuretés. La présente invention a été conçue en vue des défauts ci-dessus de la technique antérieure, et un objet de cette invention est de créer un procédé de dé- shylratation de matières optiques utilisant une décharge luminescente et qui peut s'appliquer à des matières op- tiques présentant tant des points de fusion élevée que de bas points de fusion, et qui permet d'obtenir une dé- shydratation de ces matières sans y laisser de quelcon- ques impuretés. Afin d'atteindre l'objet ci-dessus de la pré- sente invention, le procédé de deshydratation de matière optique par décharge luminescente est caractérisé en ce que, dans une atmosphère d'atomes d'halogène dissociés par la décharge luminescente, une matière optique con- tenant des radicaux OH est chauffée par des courants haute fréquence jusqu'à la température désirée pour une réaction chimique de la matière par laquelle les radi- caux OH sont substitués par les atomes d'halogène en deshydratant ainsi la matière optique. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'inven- tion est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 est une coupe d'un appareil de dé- shjdratation chimique de type connu. La fig. 2 est une coupe schématique explica- tive du procédé de déshydratation conforme à la pré- sente invention et qui utilise une décharge luminescente. La fig. 3 est une coupe d'une forme de réali- sation de l'appareil de déshydratation de la présente invention et qui utilise une décharge luminescente. Afin de bien montrer les différences entre la technique antérieure et la présente invention, on décrit tout d'abord un exemple de la technique connue. La fig. 1 est un schéma montrant la disposi- tion d'un appareil utilisant un procédé connu de déshy- dratation chimique. Le procédé de déshydratation chi- mique représenté utilise une réaction de substitution des molécules d'H20 ou des radicaux OH en phase liquide par des halogènes. Au dessin, 1 est l'orifice d'entrée du gaz inerte tel que, par exemple, He, Ar ou un gaz analogue; 2 désigne l'orifice d'entrée du fluor, du chlore, du brome ou d'un agent d'halogénation semblable; 3 représente le tube de réaction; 4 indique un dispositif de chauffage; 5 montre l'objet à déshydrater; et 6 est l'orifice de sortie. L'agent d'halogénation provenant de l'orifice d'entrée 2 et le gaz inerte provenant de l'orifice d'en- trée 1 sont mélangés entre eux et introduits dans le tube de réaction 3 dans lequel le mélange est chauffé par le dispositif de chauffage 4 jusqu'à la température désirée. Du mélange de gaz inerte et d'agent d'halogé- nation chauffé jusqu'à la température désirée, un agent d'halogénation tel que le fluor gazeux (F2) est dissocié par voie thermique depuis l'état de molécules (F2) jus- qu'à l'état d'atomes (2F) de forte réactivité (cet état sera ci-après dénommé "état naissant"). Les atomes d'ha- logène (F) ainsi dissociés sont substitués par des radi- caux OH contenus dans la matière de l'objet 5 en voie de traitement. Les radicaux OH ainsi substitués réa- gissent de plus avec les atomes d'halogène libres (F) pour donner des molécules d'acide fluorhydrique et d'H20 qui sont évacuées par l'orifice de sortie 6 en même temps que le gaz inerte. Comme décrit ci-dessus, la technique antérieure a utilisé un procédé dans lequel l'agent d'halogénation est chauffé par une source de chaleur, tel que le dispo- sitif de chauffage 4, jusqu'à la température désirée permettant sa dissociation en atomes d'halogène de forte réactivité et à l'état naissant, et ces atomes d'halogène sont substitués par des radicaux OHcontenus dans l'objet 5 à traiter. Comme on le voit, un tel procédé de deshy- dratation chimique ne nécessite que le chauffage de la substance à traiter dans une atmosphère contenant des halogènes, et il-est actuellement employé couramment. Avec le procédé connu de déshydratation chi- mique qui dissocie un halogène gazeux, tel que du chlore gazeux, par voie thermique pour donner des atomes à l'état naissant, il est nécessaire de chauffer les gaz à une température aussi élevée qu'environ 1200 C ou plus, car l'halogène gazeux à l'état stable présente une très forte force de liaison intramoléculaire. Par conséquent, à la température de chauffage permettant de dissocier l'halogène gazeux, les matières optiques à bas point de fusion sont à l'état de vapeur et ne peuvent, par consé- quent, pas être déshydratées. En outre, dans le traitement connu de déshydra- tation de matièresoptiquesà bas point de fusion, on a utili- sé un dérivé halogéné gazeux du méthane tel que le tétra- chlorure de carbone, en vue d'une halogénation, au lieu d'un halogène gazeux tel que-du fluor gazeux. Le dérive halogéné gazeux du méthane tel que le tétra-fluorure de carbone (CC14) peut être dissocié en chlore (Cl) à l'état nais- sant, même lorsque la température de chauffage est d'en- viron 300 C, et il augmente l'effet de déshydratation. Avec un tel procédé, toutefois, lorsque les molécules sont dissociées par la réaction thermique, il se produit, outre la réaction (CC14--> CC1 + Cl) qui dissocie un atome de chlore (Cl), une autre réaction (CC14- C + 2C12) , qui dissocie deux atomes de chlore ou davantage simultanément pour libérer des atomes de carbone, en ayant pour résultat que les atomes de car- bone (C) sont mélangés, en tant qu'impuretés, dans la substance à traiter. En outre, le dérivé halogéné du méthane tel que le tétrachlorure de carbone dégage du dioxyde de carbone gazeux dans le processus de déshydra- tation, et ce dioxyde de carbone gazeux est en grande partie évacué en même temps que le gaz inerte, mais il réagit partiellement avec la matière 5 à forte réactivi- té, telle que le fluor, en libérant du carbone pour for- mer une nouvelle source d'impureté. La présente invention est maintenant décrite en se référant aux fig. 2 et 3. La fig. 2 est un schéma explicatif des prin- cipes du procédé de déshydratation de la présente in- ventiorn, et montre la façon dont un plasma est produit par décharge luminescente dans un tube de réaction. A la fig. 2, 7 est un orifice d'entrée de gaz permettant l'arrivée d'un agent d'halogénation et d'un gaz inerte, 3 désigne le tube de réaction; 8 est un bobinage haute fréquence permettant de créer une décharge luminescente; et 9 représente la partie du tube de réaction dans lequel se produit la décharge lumines- cente. Par exemple, du fluor gazeux (F) amené par l'ori- fice d'entrée de gaz 7 est dissocié par la décharge luminescente quelle que soit la température ambiante, et un plasma est formé de manière sensiblement uniforme dans la partie 9 à l'intérieur du bobinage haute fré- quence 8, ce plasma contenant des atomes F à l'état naissant. Par ailleurs, la matière 5 à traiter est chauffée par le courant de Foucault à haute fréquence qui passe dans la bobine haute fréquence 8 et fournit l'énergie thermique nécessaire à la réaction chimique. De cette façon, les atomes F dissociés par la décharge luminescente et amenés à l'état naissant sont substi- tués par les radicaux OH de la matière chauffée en cours de traitement, et les radicaux OH réagissent de plus avec les atomes F pour donner des molécules d'acide fluo- rhydrique et d'H20, lesquelles sont évacuées par l'ori- fice de sortie 6 en même temps que le gaz inerte. De plus, en chauffant la matière 5, les molécules d'H20, qui constituent des impuretés, sont également mises à l'état de vapeurs et évacuées par l'orifice de sortie 6. Comme décrit plus haut, lorsqu'il est amené dans une atmosphère dans laquelle est produite une dé- charge luminescente, l'agent d'halogénation est disso- cié en atome à l'état naissant de forte concentration, et cela quelle que soit la température, et, en chauffant la matière à traiter à une température correspondante, c'est-à-dire une température à laquelle la matière solide à traiter est amenée à réagir chimiquement mais ne s'évapore pas à la chaleur, les radicaux OH de la matière à traiter sont substitués par les atomes dis- sociés et éliminés. Ce procédé est en conséquence également applicable à une matière optique présentant un faible point de fusion, tel qu'un verre fluoré ou une fibre d'oxyde de germanium pour laquelle il est impossible d'utiliser le procédé de la technique anté- rieure qui dissocie un halogène gazeux par décomposi- tion thermique en vue d'une réaction avec les radicaux OH. A ce propos, le tableau 1 montre les températures nécessaires à la réaction chimique avec la plupart des matières optiques. Tableau 1 Matières optiques Tenpératures C nécessaires à la réaction chimiaue Verre fluoré 400 - 500 Oxyde de germanium 700 - 800 Fibres de verre au chalcogénure Fibres de verre à système multi-composant Bromure de potassium Chlorure de potassium Fibres de verre au quartz 1200 - 1400 La fig. 3 représente un exemple particulier d'un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé de déshydratation de la présente invention. A la fig. 3, 10 est une tige formant support de récipient et réalisée en verre au quartz, en alumine ou en tout autre isolant semblable; 11 désigne un réci- pient réalisé en métal ou en graphite; 12 est un creu- set; 13 représente le verre fluoré à traiter et 14 une partie de couplage présentant une bride reliée par un joint. Tout d'abord, on règle la hauteur de la bobine haute fréquence 8 pour que le creuset 12 puisse être disposé à l'intérieur de cette bobine. L'air contenu dans le tube de réaction 3 est ensuite évacué afin d'ob- -3 tenir un vide de l'ordre de 10 millibars. Après les opérations préliminaires ci-dessus,du gaz inerte tel que l'argon (Ar) ou de l'hélium (He) est introduit par l'orifice d'entrée de gaz 7 en maintenant la pression dans le tube de réaction 3 entre 0,04 et 1,33 mbars. En- suite, en appliquant à la bobine haute fréquence 8 un courant haute fréquence, on produit une décharge lumi- nescente dans le tube de réaction 3, et, en même temps, le récipient 11 est chauffé par un courant de Foucault résultant du courant haute fréquence. En réglant l'in- tensité du courant haute fréquence, on obtient une tem- pérature qui est supérieure à la température du point de fusion du verre fluoré (environ 460 C), mais infé- rieure à la température à laquelle le verrou fluoré s'évapore (environ 900 C). Dans un tel état, un mélange gazeux contenant un agent d'halogénation dans le gaz inerte est envoyé au tube de réaction par l'ouverture d'entrée de gaz 7. L'agent d'halogénation ainsi intro- duit dans le tube de réaction est dissocié par la dé- charge luminescente, et les atomes d'halogène ionisés à l'état naissant et de forte concentration réagissent avec les radicaux OH du verre fluoré 13 en formant des molécules d'acide fluorhydrique et d'H20 dans le plas- ma. Les molécules d'acide fluorhydrique et d'H20 ainsi formées sont évacuées par l'orifice de sortie 6, en même temps que le gaz inerte, en déshydratant ainsi le verre fluoré. Alors que le mode de réalisation ci-dessus a été décrit en relation du traitement de verre fluoré et, en vue de sa déshydratation, il est inutile de dire que la présente invention peut s'appliquer à la deshy- dratation de fibres de quartz et de matières optiques analogues à points de fusion élevée, de même qu'à des matières optiques à bas points de fusion telles que des fibres d'oxyde de germanium, des fibres de verre ou chalcogénure, des fibres de verre à système à compo- sants multiples, des fibres de bromure de potassium et des fibres de chlorure de potassium. Comme décrit plus haut, conformément à la pré- sente invention, un agent d'halogénation est dissocié, par utilisation d'une décharge luminescente, en atome d'halogène à l'état naissant, et la matière à traiter est chauffée par des courants haute fréquence qui sont appliqués pour former la décharge luminescente. La dissociation de l'agent d'halogénation en atome d'halo- gène à l'état naissant est en conséquence indépendante de la température du traitement, et il est seulement nécessaire de chauffer la matière optique solide à la température nécessaire pour sa réaction chimique. La présente invention peut ainsi s'appliquer également aux matières optiques à bas point de fusion que la technique antérieure ne pouvait pas déshydrater; en outre l'inven- tion permet unedéshydratation sans laisser de quelcon- ques impuretés dans la matière traitée, et elle présente également une très grande utilité pour obtenir des ma- tières optiques à faible perte utilisables dans la région de l'infra-rouge proche. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour déshydrater une matière opti- que par décharge luminescente, caractérisé en ce que, dans une atmosphère d'atomes d'halogène dissociés par la décharge luminescente, une matière optique contenant des radicaux OH est chauffée par des courants haute fréquence jusqu'à la température désirée pour une réac- tion chimique de la matière par laquelle les radicaux OH sont substitués par les atomes d'halogène en deshy- dratant ainsi la matière optique. 2 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la température désirée est fixée à une température à laquelle la matière optique peut réagir chimiquement mais ne s'évapore pas du fait de la chaleur. 3 - Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la matière optique est du verre fluoré alors que la température désirée est de 400 à 500 C. 4 - Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la matière optique est prise parmi l'oxyde de germanium, les fibres de verre au chalcogé- nure, les fibres de verre à système à composants multi- ples, le bromure de potassium et le chlorure de potas- sium, alors que la température désirée est d'environ 700 à 800 C. 5 - Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la matière optique est de la fibre de verre au quartz, alors que la température désirée est d'environ 1200 à 1400 C.