Brevet FR2647778A1 — publié le 19901207

Procédé et dispositif de dépôt externe par plasma de silice exempte d'ions hydroxyles. L'invention concerne un procédé de dépôt externe par plasma sur un barreau de silice, éventuellement dopée en vue de modifier son indice de réfraction, sensiblement exempte d'ions hydroxyles, par réaction d'un composé de silicium, tel que SiC14 par exemple, et éventuellement de composés dopants, sur de l'oxygène en présence d'un plasma créé par induction à l'aide d'un générateur à haute fréquence. Elle s'étend en outre à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce procédé et ce dispositif servent notamment à la fabrication de préformes destinées à être par la suite transformées par étirage en fibres optiques pour câbles de télécommunications. On sait que le coefficient d'affaiblissement linéaire de telles fibres optiques dépend étroitement de la teneur de la silice qui les constitue en ions hydroxyles, ceux-ci entraînant une certaine absorption du rayonnement dans les domaines de longueurs d'onde du rayonnement habituellement transmis par les fibres, notamment a 1,4 micron. On peut éviter dans une très large mesure la présence d'ions hydroxyles dans une couche de silice déposée à l'intérieur d'un tube maintenu en rotation et chauffé à l'extérieur par un chalumeau en translation le long du tube, du fait que l'on peut contrôler le caractère parfaitement sec des réactifs gazeux introduits dans le tube pour amener le dépôt de silice sur sa paroi interne. Il n'en est plus de même lorsque l'on veut effectuer le dépôt de silice sur la surface externe d'un madrin, réchauffé par l'arrivée sur sa surface d'un plasma de gaz à très haute température en même temps que des gaz réactifs devant donner naissance à la silice à déposer. Ce dépôt peut s'effectuer soit sur toute la surface externe du mandrin, celui-ci étant en rotation autour de son axe et en translation vis-à-vis des arrivées de plasma et de gaz réactifs. Il peut s'effec- tuer également sur l'extrémité du mandrin, le plasma de gaz et l'injection réactifs étant alors dirigés sur cette extrémité du mandrin, en général pour obtenir un barreau de silice pure. Mais -2- dans les deux cas l'on ne peut éviter la présence d'humidité à proximité du mandrin, et par suite la présence d'ions hydroxyles dans la silice déposée sur le mandrin, les teneurs minimales en ions hydroxyles dans la silice obtenue ne descendant pas en pratique au-dessous de quelques dizaines de parties par million. La présente invention a pour but de fabriquer des barreaux comportant une couche externe de silice sensiblement exempte d'ions hydroxyles, ou des barreaux de silice sensiblement exempts de ces ions, susceptibles de permettre par la suite la fabrication de fibres optiques à très faible coefficient d'affaiblissement linéaire. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on maintient le barreau sur lequel est effectué le dépôt de silice dans une enceinte étanche séparée de l'atmosphère ambiante et alimentée en gaz desséché. De préférence, le gaz alimentant l'enceinte séparée de l'atmos- phère ambiante est de l'air atmosphérique que l'on soumet successi- vement à une filtration, à une compression et à une réfrigération, à une purge de l'eau condensée, puis à une dessiccation finale par adsorption. Le dispositif selon l'invention, comprenant un barreau de réception du dépôt de silice, un support assurant sa rotation et sa translation, une torche d'arrivée de gaz plasmagène, une bobine d'induction alimentée par un générateur à haute fréquence autour de l'extrémité de la torche, et une buse d'injection vers le barreau d'un mélange d'oxygène et d'un composé du silicium, et éventuellement de composés dopants, est caractérisé en ce que l'ensemble de ces organes est disposé à l'intérieur d'une enceinte étanche séparée de l'atmosphère ambiante et alimentée en gaz desséché. De préférence, l'alimentation en gaz desséché de l'enceinte comprend une arrivée d'air atmosphérique, au moins un filtre, un compresseur, un réfrigérant, un purgeur de l'eau condensée et un lit adsorbeur de l'humidité résiduelle. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures schématiques du dessin annexé, des installations de dépôt de silice sur un mandrin et une ligne de dessiccation d'air -3- selon le procédé de l'invention. La figure 1 représente une installation de dépôt de silice dopée sur tout le pourtour d'un mandrin de silice animé d'une rotation autour de son axe et d'une translation perpendiculairement aux arrivées du plasma et des gaz réactifs. La figure 2 représente une installation de dépôt de silice pure sur l'extrémité d'un mandrin de silice en rotation autour de son axe et animé d'une translation lente l'éloignant des arrivées du plasma et des gaz réactifs au fur et à mesure de la croissance du dépôt. La figure 3 représente une ligne de dessiccation d'air alimentant l'enceinte fermée entourant le mandrin, la torche à plasma et l'inJec- teur de gaz réactifs. Dans la figure 1, un conduit 1 sert à l'introduction de tétra- chlorure de silicium dans un évaporateur, maintenu à une température aussi constante que possible. Le tétrachlorure de silicium vaporisé passe dans un réchauffeur 3, puis dans un contrôleur de débit 4 et un conduit 4A. Simultanément, un gaz fluoré tel que du dichlorodi- fluorométhane, issu d'une bouteille 5, se rend par un contrôleur de pression 6 et un contrôleur de débit 7 à un conduit 10 rejoignant le conduit 4A d'arrivée de tétrachlorure de silicium gazeux, de même qu'un courant d'oxygène arrivant par un conduit 8 et un contrôleur de débit 9. Les gaz réactifs sont réchauffés dans un réchauffeur 11, puis se rendent par le conduit 12 à l'injecteur 12A d'amenée des gaz réactifs au contact du plasma et du mandrin à recouvrir d'une couche de silice dopée au fluor. Par ailleurs, un gaz plasmagène tel que de l'oxygène, de l'azote ou de l'argon, est introduit dans une torche 13, dont l'extré- mité est entouré par un bobinage 14 alimenté en courant à haute fréquence par le générateur 15. Le plasma de gaz ionisé à haute température forme un dard 16 débouchant sur le pourtour du mandrin 17. Ce dernier tourne autour de son axe et est entrainé par un support 18 dans une translation régulière dans une direction perpendiculaire aux arrivées de plasma et gaz réactifs. Le mandrin, la torche et l'injecteur de gaz réactifs sont disposés dans une enceinte fermée 19 reliée d'une part à une tubulure d'arrivée d'air sec 20, d'autre part à un conduit 21 d'évacuation de gaz résiduaires, relié à une installation d'épuration des gaz évacués. L'installation de dépôt de silice pure sur l'extrémité d'un mandrin de la figure 2 est analogue dans une large mesure à celle de la figure 1. L'alimentation en tétrachlorure de silicium à partir de l'évaporateur 2 est similaire. Le dépôt devant être de la silice pure, le seul autre gaz réactif est de l'oxygène arrivant par le conduit 8, le contrôleur de débit 9 et le conduit 10. Les gaz réactifs réchauffés dans le réchauffeur 11, se rendent par le conduit 12 à l'injecteur 12A. Par ailleurs, un gaz plasmagène est introduit dans la torche à plasma 13 entourée par le bobinage 14 alimenté en courant à haute fréquence par le générateur 15. Il se forme à la sortie de la torche 13 un dard de plasma à très haute température 16 débouchant sur l'extrémité du mandrin 12, ce dernier, tournant autour de son axe et étant entraîné par son support 23 dans une translation lente l'éloignant progressivement de la torche et de l'injecteur de gaz réactifs au fur et à mesure du dépôt de silice sur l'extrémité du mandrin. Comme précédemment, le mandrin, la torche à plasma et l'injecteur sont à l'intérieur d'une enceinte fermée 19, alimentée en air desséché par la tubulure 20 et rejetant le gaz résiduaire vers une installation de traitement par un conduit 21. Dans la ligne de dessiccation d'air représentée en figure 3, l'air atmosphérique subit une première épuration, destinée à en éliminer les poussières, les vapeurs organiques (huiles) et chlorhydriques/sur un filtre à charbon actif 31. Il passe dans un compresseur 32, puis dans un réfrigérant à eau 33, o il est refroidi par contact indirect avec un serpentin de circulation d'eau froide 34. Il se rend dans un purgeur 35 d'élimination de l'eau condensée, puis dans un adsorbeur 36 d'élimination de l'humidité, constitué par exemple d'une zéolithe. Il est relié en aval de cet adsorbeur à un réservoir tampon 37, puis passe dans un adsorbeur final 38 et un filtre final 39 à un réservoir 40 d'alimentation - 5 - du conduit 20 d'amenée de l'air desséché à la tubulure d'introduction dans l'enceinte fermée entourant le mandrin, la torche à plasma et l'injecteur de réactifs. Une telle ligne de traitement permet d'obtenir de l'air de teneur résiduaire en vapeur d'eau ne dépassant pas une partie par million en volume. On peut réaliser de ce fait des dépôts de silice, dopée ou non, de teneur en ions hydroxyles inférieure à une partie par million, et typiquement de l'ordre de 0,1 partie par million, utilisables pour la fabrication de fibres optiques de coefficients d'affaiblissement linéaire très faibles. 6- REVENDICATIONS 1/ Procédé de dépôt externe par plasma sur un barreau (17, 22) de silice sensiblement exempte d'ions hydroxyles, éventuellement dopée en.vue de modifier son indice de réfraction, par réaction sur de l'oxygène d'un composé du silicium, et éventuellement de composés dopants, en présence d'un plasma de gaz porté a très haute température (16) par induction à l'aide d'un générateur à haute fréquence (15), caractérisé en ce que l'on maintient le barreau sur lequel est effectué le dépôt de silice dans une enceinte étanche (19) séparée de l'atmosphère ambiante, et alimentée (20) en gaz desséché. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz alimentant l'enceinte séparée de l'atmosphère ambiante est de l'air atmosphérique que l'on soumet successivement à une filtration (31), à une compression (32) et à une réfrigération (33), à une purge de l'eau condensée (35), puis à une dessiccation finale par adsorp- tion (36, 38). 3/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendica- tions 1 ou 2, comprenant un barreau de réception du dépôt de silice (17, 22) un support (18, 23) assurant sa rotation et sa translation, une torche (13) d'arrivée de gaz plasmagène, une bobine d'induction (14) alimentée par un générateur à haute fréquence (15) autour de l'extrémité de la torche, et une buse d'injection vers le barreau d'un mélange d'oxygène et d'un composé du silicium, et éventuellement de composés dopants, caractérisé en ce que l'ensemble de ces organes est disposé à l'intérieur d'une enceinte étanche (19) séparée de l'atmosphère et alimentée en gaz desséché. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alimen- tation en gaz desséché de l'enceinte comprend une arrivée d'air atmosphérique, au moins un filtre (31, 39), un compresseur (32), un réfrigérant (33), un purgeur de l'eau condensé (35) et au moins un lit adsorbeur de l'humidité résiduelle (36, 38).