Brevet FR2690435A1 — publié le 19931029

La présente invention se rapporte à un procédé de formation de préformes de fibre de verre de fluorure pour communication optique. L'application des fibres de verre de fluorure est attendue dans le domaine de la communication optique, par exemple, pour l'amplificateur à fibre optique fonctionnant à une bande de 1,3 jm, le guide d'onde optique et le laser à fibre parce que leur région de transmittance de la lumière est large et que la transmittance de la région infrarouge y est particulièrement élevée en comparaison avec des fibres de verre d'oxyde et des fibres en plastique. Cependant, il y a certains inconvénients du verre de fluorure pour la préparation de préformes de fibre optique En effet, le verre de fluorure a tendance à réagir avec l'eau dans l'atmosphère et à se cristalliser. Il y a certains procédés usuels de formation de préformes de fibre de verre de fluorure Par exemple, le JP-A 57-191240 révèle une méthode de coulée incorporée Dans cette méthode, d'abord, un verre fondu de fluorure pour le placage est versé dans un moule qui comprend un certain nombre de portions allongées séparées Alors, une portion centrale non solidifiée du verre fondu de fluorure peut sortir Ensuite, un autre verre fondu de fluorure pour l'âme est versé dans la portion centrale du moule. Le JP-A-58-125630 révèle une méthode de coulée en rotation Dans cette méthode, d'abord, on verse un verre fondu de fluorure pour le placage dans un moule en rotation Alors, on laisse sortir une portion centrale non solidifiée du verre fondu de fluorure Ensuite, un autre verre fondu de fluorure pour l'âme est versé dans la portion centrale du moule en rotation Cependant, les deux méthodes ci-dessus mentionnées présentent les inconvénients suivants: Il est nécessaire de répéter la coulée en un temps relativement court Des bulles et des stries ont tendance à s'incorporer dans le verre parce qu'il est nécessaire de verser un verre fondu pour l'âme dans une ouverture centrale d'un tube en verre de placage Par ailleurs, le verre de placage est réchauffé et a ainsi tendance à se cristalliser lorsqu'on verse une grande quantité du verre fondu pour l'âme dans le tube en verre de placage qui a commencé à se solidifier. Le JP-3-183630 révèle un procédé d'extrusion dans lequel un corps en verre solidifié pour l'âme et un corps en verre solidifié pour le placage sont mis en correspondance l'un avec l'autre et leurs surfaces sont polies et le corps en verre mis en correspondance est extrudé. Le JP-A-63-190739 révèle une méthode à tige dans un tube Dans cette méthode, une tige de verre solidifié pour l'âme est insérée dans un tube en verre de placage solidifié afin de former une préforme Ensuite, la préforme est fondue et la préforme fondue est étirée. Le procédé d'extrusion ci-dessus mentionné et le procédé à tige dans le tube présentent les inconvénients suivants: Dans les procédés, d'abord, le verre de l'âme et le verre de placage sont préparés séparément Par conséquent, l'incorporation d'impuretés dans le verre a tendance à être supprimée Cependant, on ne peut obtenir un gain élevé du fait de l'interface irrégulière entre l'âme et le placage Par ailleurs, il est difficile de préparer une préforme pour une fibre optique à un seul mode et en particulier d'avoir un rapport de diamètre du placage à l'âme plus grand qu'environ 15:1. Le JP-A-63-11535 révèle un procédé d'aspiration o un verre fondu de placage est versé dans un moule qui présente à son extrémité inférieure une fosse pour le verre fondu de placage et ensuite un verre fondu pour l'âme est versé sur le verre fondu de placage Pendant le refroidissement du verre fondu de placage, un espace vide est produit au centre du corps du verre de placage du fait de la contraction du verre de placage dans la fosse En conséquence, l'espace vide est rempli du verre fondu pour l'âme, donc une préforme ayant une structure âme- placage est préparée Cependant, ce procédé présente les inconvénients suivants. Le diamètre de l'âme n'est pas constant parce que l'espace vide central pour l'âme n'est produit que par la contraction du verre de placage dans la fosse. Par ailleurs, il est difficile d'obtenir une longue préforme. Le JP-A-4-31333 révèle un procédé dans lequel une préforme produite par le procédé tige dans le tube ou le procédé d'aspiration est étirée afin d'obtenir une âme ayant un diamètre uniforme et ensuite la surface externe d'un placage est polie afin d'obtenir un placage d'un diamètre uniforme Cependant, dans ce procédé, une cristallisation à l'interface entre l'âme et le placage a tendance à se produire, ce qui diminue la résistance de la préforme. La présente invention a par conséquent pour objet de procurer un procédé perfectionné de formation d'une préforme de fibre en verre de fluorure, qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus. Selon la présente invention, on prévoit un procédé de formation d'une préforme de fibre de verre comprenant les étapes de: (a) verser un verre de placage dans un moule; (b) verser un verre pour l'âme sur une surface supérieure horizontale plate dudit verre de placage afin de former un corps en verre uni ayant le verre pour l'âme et le verre de placage dans une condition telle que la viscosité du verre de placage et la viscosité du verre pour l'âme soient ajustées à certaines valeurs prédéterminées, respectivement, de manière que le verre pour l'âme soit séparé de et placé sur ledit verre de placage; c) refroidir ledit corps en verre uni pour le solidifier de manière que le verre de placage soit déformé par sa contraction afin de produire une dépression en sa portion médiane supérieure et que le verre pour l'âme soit déformé pour former une partie en protubérance pouvant remplir la dépression; d) séparer le corps en verre uni en une portion supérieure et une portion inférieure qui comprend la portion qui dépasse du verre pour l'âme; et e) extruder la portion inférieure du corps en verre uni afin de former la préforme en fibre de verre. Dans la présente invention, étant donné la combinaison de la coulée et de l'extrusion, il n'est pas nécessaire de répéter la coulée en un temps relativement court. L'incorporation de bulles et de stries dans le verre n'a pas tendance à se produire parce que le verre de l'âme est versé sur une surface supérieure plate et horizontale du verre fondu de placage. La quantité du verre pour l'âme peut être diminuée à la quantité correspondant au volume de contraction du verre de placage Par conséquent, une cristallisation du verre de placage du fait de son réchauffage n'a pas tendance à se produire. Une préforme ayant un rapport diamétral arbitraire du placage à l'âme peut être obtenue en contrôlant la forme de la dépression provoquée par la contraction du verre de placage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: les figures 1 à 6 sont des vues en coupe montrant un procédé séquentiel de formation d'une préforme de fibre de verre de fluorure selon la présente invention; la figure 7 est une vue similaire à la figure 3 mais montrant un autre mode de réalisation dans lequel on utilise une petite quantité d'un verre fondu de placage; les figures 8 et 9 sont des vues similaires aux figures 2 et 3 mais montrant un autre mode de réalisation o on utilise une plaque en forme de disque ayant un trou central; et les figures 10 à 13 sont des vues en coupe agrandie montrant des portions qui dépassent dun verre fondu pour l'âme et qui remplissent les dépressions du verre de placage. En se référant aux figures 1 à 6, on décrira dans ce qui suit un procédé de formation d'une préforme de fibre de verre de fluorure selon la présente invention. D'abord, un verre de placage fondu dans un moule est refroidi à une certaine température prédéterminée afin d'en supprimer l'écoulement Dans cette condition, comme on peut le voir à la figure 1, on verse doucement une certaine quantité prédéterminée d'un verre fondu 10 pour l'âme, à une certaine température prédéterminée, sur le verre fondu de placage 12, afin de former un corps en verre cylindrique uni et de ne pas perturber la surface supérieure du verre fondu de placage Avec cela, comme on peut le voir sur la figure 2, le corps cylindrique en verre a la phase 10 de verre fondu pour l'âme et la phase 12 de verre fondu pour le placage qui sont séparées l'une de l'autre Alors, le corps en verre cylindrique peut refroidir Après refroidissement, comme on peut le voir à la figure 3, le verre de placage 12 se déforme par contraction afin de produire une dépression 14 en sa portion médiane supérieure et le verre pour l'âme 10 se déforme également afin de remplir la dépression 14 avec une portion 16 qui dépasse du verre 10 pour l'âme Il faut noter que le corps cylindrique en verre ayant la forme montrée à la figure 3 n'est pas approprié à la préparation d'une préforme de fibre de verre Par conséquent, selon la présente invention, comme on peut le voir à la figure 4, une portion supérieure 18 du corps cylindrique en verre est enlevée afin de laisser la portion qui dépasse 16 du verre 10 pour l'âme dans une portion inférieure 19 Alors, comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, la portion inférieure 19 du corps en verre cylindrique est placée dans une extrudeuse et est extrudée par une méthode usuelle d'extrusion Avec cela, on obtient une préforme ayant un diamètre uniforme de l'âme (c'està-dire une préforme définie entre les lignes en pointillé) L'extrusion est entreprise à une température comprise entre la température de fléchissement et la température de cristallisation et, de préférence, à une température à laquelle la viscosité du verre est comprise entre 109 et 106 poises Si la température est plus faible que la température de fléchissement, il est difficile d'extruder le corps en verre Si la température est plus importante que la température de cristallisation, la préforme contient des cristaux Cela provoquer une perte par dispersion. Dans la présente invention, la grandeur et la forme de la portion 16 qui dépasse du verre 10 pour l'âme peuvent être contrôlées par la quantité du verre fondu de placage à verser dans le moule Par exemple, comme on peut le voir à la figure 7, quand la quantité du verre fondu de placage diminue, la grandeur de la portion 16 qui dépasse du verre 10 pour l'âme diminue du fait de la réduction du volume de contraction du verre 12 de placage La grandeur et la forme de la portion 16 qui dépasse du verre 10 de placage peuvent également être contrôlées en utilisant une plaque facultative en forme de disque ayant un trou central. Comme on peut le voir sur les figures 8 et 9, si le verre fondu 10 pour l'âme est versé sur la plaque 20 en forme de disque qui est placée sur le verre fondu de placage 12 et qu'ensuite le corps cylindrique en verre est refroidi, la dépression 14 du verre 12 de placage et la portion 16 qui dépasse du verre pour l'âme 10 sont formées de façon que la grandeur et la forme de la portion 16 qui dépasse soient contrôlées par la grandeur du trou central 20 a de la plaque 20 en forme de disque, comme cela est illustré Par exemple, si la quantité du verre fondu de placage est constante, la portion 16 qui dépasse devient plus allongée en diminuant la grandeur du trou central 20 a de la plaque 20 en forme de disque Il est souhaitable que la portion qui dépasse ait une forme allongée afin d'obtenir une longue préforme ayant un diamètre constant de l'âme Ainsi, la grandeur et la forme de la portion 16 qui dépasse du verre 10 pour l'âme sont arbitrairement contrôlées ou étudiées par la quantité du verre fondu de placage 12, la viscosité du verre fondu de placage 12, la vitesse de refroidissement du verre fondu de placage 12, la grandeur du trou central 20 a de la plaque 20 en forme de disque ou la combinaison de ces facteurs. Dans la présente invention, il est nécessaire que la phase 10 de verre fondu pour l'âme soit séparée de la phase 12 du verre fondu de placage, comme cela est illustré à la figure 2, quand le verre fondu pour l'âme 10 est versé sur le verre fondu de placage 12 Dans ce but, il est nécessaire que lorsque l'on verse, la viscosité du verre fondu de placage soit comprise entre 104 et 102 poises et que la viscosité du verre fondu pour l'âme soit comprise entre 102 et 1 poise Si la viscosité du verre fondu de placage est plus importante que 104 poises lorsque l'on verse, le verre de placage est réchauffé ce qui accélère la vitesse de croissance des cristaux Par conséquent il est possible qu'il y ait cristallisation du verre de placage Si la viscosité du verre fondu pour l'âme est plus importante que 102 poises, il devient trop difficile d'entreprendre la coulée Si la viscosité du verre fondu pour l'âme est inférieure à 1 poise, des bulles ont tendance à être incorporées dans le verre. La présente invention sera décrite dans ce qui suit en se référant à des exemples non limitatifs. Exemple 1. Pour préparer le verre pour l'âme (verre de fluorure), on a préparé un premier lot d'une composition de verre en mélangeant 53 % en moles de Zr F 4, % en moles de Ba F 2, 4 % en moles de La F 3, 3 % en mole de Al F 3 et 20 % en moles de Na F. Pour préparer le verre de placage (verre de fluorure), on a préparé un second lot d'une composition de verre en mélangeant 10 % en moles de Zr F 4, % en moles de Hf F 4, 19 % en moles de Ba F 2, 3 % en moles de La F 3, 2 % en moles de YF 3, 4 % en moles de Al F 3 et 22 % en moles de Na F. On a respectivement placé 50 g du premier lot et 160 g du second lot dans des premier et second creusets qui sont faits en carbone amorphe et ont un diamètre de 35 mm et une hauteur de 65 mm et on a fait fondre dans une atmosphère de gaz argon à une température de 8500 C pendant 2 heures puis à une température de 6500 C pendant 30 minutes. Ensuite, le second creuset contenant le second lot a été placé sur une plaque inoxydable chauffée à une température de 150 'C Pendant environ 7 minutes, le premier creuset contenant le premier lot a été placé sur la plaque inoxydable En environ 10 minutes, on a versé environ 10 g du verre fondu pour l'âme sur le verre fondu de placage afin de former un premier corps cylindrique en verre En 1 minute, le second creuset contenant le verre fondu de placage et le verre fondu pour l'âme a été placé dans un four à recuit chauffé à une température de 2700 C afin d'entreprendre le recuit à température ambiante. Alors, comme on peut le voir à la figure 4, on a enlevé une portion supérieure 18 du premier corps en verre cylindrique Ainsi, on a obtenu une portion inférieure 19 du premier corps en verre cylindrique ou bien un second corps en verre cylindrique ayant un diamètre de 33 mm et une hauteur de 35 mm et la portion qui dépasse 16 du verre de l'âme que l'on peut voir à la figure 10. Comme on peut le voir sur la figure 5, le second corps en verre cylindrique a été placé dans une extrudeuse ayant un diamètre du trou de filière de 10 mm puis on a extrudé avec une certaine pression à une température de 285 C Avec cela, comme on peut le voir à la figure 6, on a obtenu une tige cylindrique dun diamètre de 11 mm et d'une longueur de 300 mm A partir de cette tige, on a prélevé une préforme ayant un diamètre constant de verre pour l'âme de 1 mm, un diamètre du verre de placage de 11 mm et une longueur de 150 mm. Exemple 2. On a répété le procédé selon l'exemple 1, à l'exception que le premier lot de la composition de verre pour le verre de fluorure pour l'âme a été préparé en mélangeant 49 % en moles de Zr F 4, 25 % de Ba F 2, 4 % en moles de La F 3, 2 % en moles de YF 3, 2 % en moles de AIF 3 et 18 % en moles de Li F afin d'obtenir un second corps en verre cylindrique d'un diamètre de 33 mm, d'une hauteur de mm avec une portion qui dépasse du verre pour l'âme que l'on peut voir à la figure 10. Alors, le second corps cylindrique en verre a été extrudé avec une extrudeuse ayant un diamètre du trou de filière de 5 mm Avec cela, on a obtenu une préforme ayant un diamètre du placage de 5,5 mnm, un diamètre de l'âme de 0,5 mm et une longueur de 330 mm. Exemple 3. On a répété le procédé selon l'exemple 1, à l'exception que l'on a placé une plaque en forme de disque ayant un trou central sur le second lot dans le second creuset et ensuite les premier et second lots ont été fondus séparément dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 1 Alors, le second creuset a été placé sur une plaque inoxydable chauffé à 150 'C En environ 6 minutes, le premier creuset a été placé sur la plaque inoxydable En environ 9 minutes, on a versé environ 10 g du verre fondu pour l'âme sur le verre fondu de placage afin de former un premier corps en verre cylindrique En 1 minute, le second creuset contenant le verre fondu pour l'âme et le verre fondu de placage a été recuit selon l'exemple 1 Alors, comme on peut le voir de la figure 4, une portion supérieure 18 du corps en verre cylindrique a été enlevée On a ainsi obtenue une portion inférieure du premier corps en verre cylindrique, ou bien un second corps en verre cylindrique ayant un diamètre de 33 mm, une hauteur de 35 mm et la portion qui dépasse 16 du verre pour l'âme que l'on peut voir à la figure 11. Le second corps en verre cylindrique a été extrudé selon le même procédé qu'à l'exemple 1 Avec cela, on a obtenu une préforme ayant un diamètre du placage de 1 imrn, un diamètre de l'âme de 1,2 mm et une longueur de 150 mm. Exemple 4. On a répété le procédé selon l'exemple 3 afin de préparer un second corps en verre cylindrique ayant un diamètre de 33 mm et une hauteur de mm Alors, on a meulé le côté supérieur du second corps en verre cylindrique sur une épaisseur de 3 mm Le corps en verre cylindrique ainsi obtenu avait un diamètre de 33 mm et une hauteur de 32 mm et la portion qui dépasse 16 du verre pour l'âme que l'on peut voir à la figure 12 Ce corps en verre cylindrique a été extrudé selon le procédé de l'exemple 1 Avec cela, la préforme obtenue avait un diamètre du placage de 11 mm, un diamètre de l'âme de 0,2 mm et une longueur de 150 mm. Exemple 5. Pour préparer le verre pour l'âme (verre de fluorure), on a préparé un premier lot de composition de verre en mélangeant 50 % en moles de Zr F 4, 20 % en moles de Ba F 2, 5 % en moles de Pb F 2, 4 % en moles de La F 3, 2 % en moles de YF 3, 2 % en moles de Al F 3 et 17 % en moles de Li F. Pour préparer le verre de placage (verre de fluorure), on a préparé un second lot d'une composition de verre selon l'exemple 1. On a respectivement placé 50 g du premier lot et 160 g du second lot dans des premier et second creusets et on a fait fondre selon l'exemple 1. Ensuite, le second creuset contenant le second lot a été placé sur une plaque inoxydable chauffée à 150 'C Alors, on a uniformément appliqué du gaz argon à une paroi latérale du second creuset afin de refroidir de force le verre de placage En environ 4 minutes, le premier creuset contenant le premier lot a été placé sur la plaque inoxydable En environ 7 minutes, on a versé environ 15 g du verre fondu pour l'âme sur le verre fondu de placage afin de former un premier corps en verre cylindrique Alors, on a appliqué du gaz argon sur la paroi latérale du second creuset pendant 30 secondes Alors, le second creuset a été recuit selon l'exemple 1 Alors, comme on peut le voir sur la figure 4, une portion supérieure du premier corps en verre cylindrique a été enlevée Ainsi, une portion inférieure du premier corps en verre cylindrique ou un second corps en verre avait la portion qui dépasse du verre pour l'âme comme on peut le voir à la figure 13 Le second corps en verre cylindrique a été extrudé selon l'exemple 1 Avec cela, une tige cylindrique d'un diamètre de 11 mm et d'une longueur de 300 mm a été obtenue A partir de cette tige, on a prélevé une préforme ayant un diamètre constant de l'âme de 0,7 mm, un diamètre du verre de placage de 11 mm et une longueur de 180 mm. TEST D'EVALUATION Dans chacun des exemples 1-5, la préforme obtenue a été observée au microscope optique Avec cela, l'on n'a pas trouvé d'impuretés comme des cristaux et des bulles Dans chacun des exemples 1-5, on a appliqué un faisceau de laser He-Ne au verre de l'âme Avec cela, la lumière dispersée à l'interface entre le verre de l'âme et le verre de placage n'a pas été observée à l'oeil nu. REVENDICATIONS 1 Procédé de formation d'une préforme de fibre de verre caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: a) verser un verre de placage dans un moule; (b) verser un verre pour l'âme sur une surface supérieure horizontale plate dudit verre de placage afin de former un corps en verre uni ayant ledit verre pour l'âme et ledit verre de placage dans une condition telle que la viscosité dudit verre de placage et la viscosité dudit verre pour l'âme soient ajustées à certaines valeurs prédéterminées, respectivement, de manière que ledit verre pour l'âme soit séparé de et placé sur ledit verre de placage; c) refroidir ledit corps en verre uni pour le solidifier de manière que ledit verre de placage soit déformé par sa contraction afin de produire une dépression en une portion médiane supérieure et que ledit verre pour l'âme soit déformé afin de former une portion qui dépasse pour remplir ladite dépression; d) séparer ledit corps en verre uni en une portion supérieure et une portion inférieure qui comprend ladit portion qui dépasse dudit verre pour l'âme; et e) extruder ladit portion inférieure dudit corps en verre uni afin de former la préforme en fibre de verre. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape b) la viscosité du verre de placage et la viscosité du verre pour l'âme sont ajustées respectivement entre 104 et 102 poises et 102 et 1 poise. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion qui dépasse du verre pour l'âme est contrôlée en volume et en grandeur en ajustant la quantité dudit verre de placage, la viscosité dudit verre de placage à l'étape b) et la vitesse de refroidissement du corps en verre uni à l'étape c). 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape e), la portion inférieure dudit corps en verre uni est extrudée à une température comprise entre la température de fléchissement et la température de cristallisation. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le verre de placage est un verre de fluorure et le verre pour l'âme est un autre verre de fluorure. 6 Procédé de formation d'une préforme de fibre de verre caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: a) verser un verre de placage dans un moule; b) placer un disque ayant un trou central sur une surface supérieure horizontale plate dudit verre de placage; c) verser un verre pour l'âme sur ledit disque afin de former un corps en verre uni ayant ledit verre pour l'âme et ledit verre de placage avec interposition dudit disque dans une condition telle que la viscosité dudit verre de placage et la viscosité dudit verre pour l'âme soient ajustées à certaines valeurs prédéterminées, respectivement, pour que ledit verre pour l'âme soit séparé de et placé sur ledit verre de placage; d) refroidir ledit corps en verre uni pour le solidifier de manière que ledit verre de placage soit déformé par sa contraction afin de produire une dépression en une portion médiane supérieure et que ledit verre pour l'âme soit déformé afin de former une portion qui dépasse devant remplir ladite dépression, e) séparer ledit corps en verre uni en une portion supérieure comprenant ledit disque et une portion inférieure comprenant ladite portion qui dépasse dudit verre pour l'âme; et f) extrader ladite portion inférieure dudit corps en verre uni afin de former la préforme de fibre de verre. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la portion dudit verre pour l'âme qui dépasse est contrôlée en volume et en grandeur en ajustant la grandeur du trou central dudit disque.