Brevet FR2713349A1 — publié le 19950609

I " Procédé et dispositif pour déposer un revêtement supé- rieur sur une préforme primaire de fibre optique " CONTEXTE DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour fabriquer une préforme secondaire de fibre optique en rétractant progressivement un tube de revêtement supérieur sur une préforme primaire de fibre optique. 2. Description de l'art antérieur Une préforme primaire de fibre optique est fabri- quée par un procédé bien connu tel qu'un dépôt de vapeur chimique modifié. Un procédé de dépôt de vapeur chimique modifié est décrit par John B. MacChesney et Cie, dans le brevet U.S. No. 4 217 027 intitulé "Fabrication de fibre optique et produit obtenu". La préforme primaire de fibre optique doit avoir le rapport de volumes d'un noyau à un revêtement, à l'intérieur de limites données. Pour augmen- ter le rendement de production, le tube de revêtement supé- rieur se rétracte sur la préforme primaire de fibre optique, ce tube de revêtement supérieur étant réalisé en verre de caractéristiques optiques et géométriques spécia- lement prescrites. De plus, la préforme primaire de fibre optique est placée à l'intérieur du tube de revêtement su- périeur. Ensuite, la préforme secondaire de fibre optique est fabriquée en rétractant le tube de revêtement supérieur sur la préforme primaire de fibre optique. Un procédé conventionnel de fabrication d'une telle préforme secondaire de fibre optique, est décrit dans le brevet U.S. No. 4 668 263 de Hirosi Yokota et Cie, inti- tulé "Procédé de fabrication d'une préforme de verre pour fibre optique". La préforme secondaire de fibre optique est fabriquée en rétractant le tube de revêtement supérieur sur la préforme primaire de fibre optique. Le procédé conven- tionnel de fabrication d'une telle préforme secondaire de fibre optique, est représenté figure 1. Dans la construc- tion de la figure 1, le tube de revêtement supérieur 32 s'engage dans les mandrins 30 d'un tour pour verre, un con- necteur tournant 40 est relié à un côté du tube de revête- ment supérieur 32, et un trou d'aspiration de gaz 38 est monté dans le connecteur tournant 40. Une pompe à vide 46 est montée dans le trou d'aspiration de gaz 38 par une con- nexion à soupape 42. La préforme primaire de fibre optique 34 est montée à l'intérieur du tube de revêtement supérieur 32 par un dispositif de support 36. Dans cette structure, comme représenté figure 2, un côté d'extrémité du tube de revêtement supérieur 32 est scellé en utilisant un brûleur 44, de façon que la température produite par le brûleur 44 soit maintenue au-dessus de 1900 C. Le brûleur 44 est dé- placé le long d'une circonférence du tube de revêtement su- périeur 32, de manière à rétracter ce tube de revêtement supérieur 32 sur la préforme primaire de fibre optique 34. On fabrique ainsi la préforme secondaire de fibre optique. Dans ce procédé conventionnel de fabrication de la préforme secondaire de fibre optique, des problèmes con- tinuent de se poser. Comme la préforme primaire de fibre optique reçoit plus de chaleur que n'en reçoit le tube de revêtement supérieur, lorsque le temps de chauffage est long dans la procédure permettant de sceller une extrémité du tube de revêtement supérieur, il se pose le problème que l'erreur de concentricité devient grande du fait de la fu- sion. Il se pose en outre le problème que plus l'épaisseur du tube de revêtement supérieur est grande, plus ce tube est difficile à sceller. De plus, il existe une grande perte de matériau car la partie venant en contact avec les mandrins du tour pour verre, ou partie non rétractée, doit être coupée car ces parties sont inutilisables après la fa- brication de la préforme secondaire de fibre optique pro- duite par le rétrécissement du tube de revêtement supérieur sur la préforme primaire de fibre optique. Le "Procédé de fabrication d'une préforme de fi- bre monomode" décrit dans le brevet U.S. No. 4 596 589 de Gregory A. Perry, utilise des éléments de support diffé- rents de ceux de Yokota et Cie. Perry utilise une poignée à laquelle le noyau ou préforme primaire est collé symétri- quement à l'une de ses extrémités, et la poignée est enfon- cée à la manière d'un mandrin dans la pièce de queue d'un tour. Un tube de barrière ou de revêtement supérieur est glissé sur la préforme primaire jusqu'à ce qu'une extrémité du tube de revêtement supérieur soit alignée avec l'extré- mité collée de la préforme primaire. Un point de soudure destiné à souder le tube de revêtement supérieur à la pré- forme primaire, est formé au voisinage de l'extrémité de tête du tour, et les extrémités de la préforme primaire et du tube de revêtement supérieur au voisinage de l'extrémité de tête du tour, sont enfoncées à la manière d'un mandrin sur l'extrémité de tête de façon qu'on puisse faire tourner la pièce de travail tout en chauffant le tube de revêtement supérieur pour rétracter ce tube de revêtement supérieur sur la préforme primaire. Il se pose, dans le procédé de Perry, un problème selon lequel le chauffage risque de décentrer l'axe longi- tudinal du tube de revêtement supérieur par rapport à l'axe longitudinal de la préforme primaire, en conduisant ainsi à une grande erreur de concentricité sous l'effet de la fu- sion. RESUME DE L'INVENTION La présente invention a donc pour but de créer un procédé et un dispositif pour déposer un revêtement supé- rieur sur une préforme primaire de fibre optique, qui ré- duit l'erreur de concentricité du noyau lorsqu'on rétracte un tube de revêtement supérieur sur une préforme primaire de fibre optique. Un autre but de la présente invention est de créer un procédé et un dispositif pour déposer un revête- ment supérieur sur la préforme primaire de fibre optique, qui permette de réduire la perte de matière première. Un autre but encore de la présente invention est de créer un procédé et un dispositif pour déposer un revê- tement supérieur sur la préforme primaire de fibre optique, qui soit facilement scellé sur un côté d'extrémité du tube de revêtement supérieur. Selon la présente invention, pour atteindre les buts ci-dessus, un côté d'extrémité de la préforme primaire de fibre optique est collé à un barreau à main dans la di- rection longitudinale pour supporter la préforme primaire de fibre optique. Le barreau à main comporte une partie de scellement étanche sur une partie périphérique de ce bar- reau à main, pour sceller de manière étanche un côté d'ex- trémité du tube de revêtement supérieur. La pureté du barreau à main est différente de celle du tube de revête- ment supérieur. Un tube de poignée de support destiné à supporter l'autre côté d'extrémité du tube de revêtement supérieur, est collé à l'autre côté d'extrémité du tube de revêtement supérieur dans la direction longitudinale. Un anneau de quartz est introduit dans le diamètre intérieur du tube de poignée de support à faible pureté, de manière à fixer le centre ou axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique, concentriquement par rapport à l'axe lon- gitudinal du tube de revêtement supérieur. La préforme pri- maire de fibre optique est introduite dans le diamètre intérieur de l'anneau et une partie d'un support de pré- forme primaire de fibre optique, c'est à dire la partie du barreau à main, est scellée de manière étanche dans le dia- mètre intérieur du tube de revêtement supérieur. Dans des conditions de retrait prédéterminées, le tube de revêtement supérieur est rétracté sur la préforme primaire de fibre optique, par application de chaleur pendant une rotation. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - le tube de revêtement supérieur et la partie annulaire de scellement étanche du tube de revêtement supé- rieur sont chauffés pour sceller de manière étanche le tube de revêtement supérieur. - le barreau à main et la préforme primaire de fibre optique sont chauffés de manière à adhérer l'un à l'autre. - un dispositif muni de moyens d'entraînement en rotation pour faire tourner une préforme primaire de fibre optique et un tube de revêtement supérieur, et de moyens de chauffage pour chauffer le tube de revêtement supérieur de manière à le rétracter sur la préforme primaire de fibre optique, comprend: - un barreau à main comportant une partie annu- laire de scellement étanche pour sceller de manière étanche une extrémité du tube de revêtement supérieur, ce barreau à main étant collé à une extrémité de la préforme primaire de fibre optique pour supporter en rotation cette préforme primaire de fibre optique dans les moyens d'entraînement en rotation; - un tube de poignée de support collé à l'autre extrémité du tube de revêtement supérieur pour supporter celui-ci dans les moyens d'entraînement en rotation, ce tube de poignée de support présentant une pureté inférieure à celle du tube de revêtement supérieur; et - un moyen d'anneau disposé dans le diamètre in- térieur du tube de poignée de support, ce moyen d'anneau présentant un diamètre intérieur par lequel on introduit l'autre extrémité de la préforme primaire de fibre optique pour placer à la même distance l'axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique sur l'axe longitudinal du tube de revêtement supérieur; - le tube de poignée de support présente un dia- mètre intérieur plus grand que celui du tube de revêtement supérieur, et présente également un diamètre extérieur plus petit que celui du tube de revêtement supérieur; - le moyen d'anneau dépasse 10 millimètres de longueur pour placer à la même distance l'axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique sur l'axe longitu- dinal du tube de revêtement supérieur; - le dispositif comprend en outre: des moyens de vide pour sceller le tube de revêtement supérieur et pour retirer le gaz de l'espace compris entre le tube de revête- ment supérieur et la préforme primaire de fibre optique pendant le chauffage du tube de revêtement supérieur par les moyens de chauffage; et - le moyen d'anneau présente un diamètre exté- rieur légèrement plus petit que le diamètre intérieur du tube de poignée de support pour faciliter l'extraction du gaz de l'espace compris entre le tube de revêtement supé- rieur et la préforme primaire de fibre optique. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les buts ci-dessus ainsi que d'autres avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée d'une forme préférée de réalisation de la présente invention qui se réfère aux des- sins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe représentant une préforme primaire de fibre optique montée pour présen- ter le même axe que celui d'un tube de revêtement supérieur conventionnel; - la figure 2 est une vue en coupe représentant un tube de revêtement supérieur rétracté sur la préforme primaire de fibre optique par un brûleur déplacé le long du tube de revêtement supérieur représenté figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe représentant une préforme primaire de fibre optique montée pour présen- ter le même axe que celui d'un tube de revêtement supérieur selon la présente invention; - la figure 4 est une vue de côté, en élévation, d'un barreau à main représenté figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une préforme primaire de fibre optique et d'un tube de revêtement supérieur, tels que représentés figure 3; - la figure 6 est un dessin représentant un bar- reau à main collé à une préforme primaire de fibre optique par un brûleur, comme représenté figure 3; - la figure 7 est une vue de côté agrandie, en élévation, d'un anneau de quartz représenté figure 3; - la figure 8 est une vue en coupe représentant un tube de revêtement supérieur rétracté sur une préforme primaire de fibre optique par un brûleur déplacé le long du tube de revêtement supérieur représenté figure 3; et - la figure 9 est une vue en coupe transversale d'une préforme secondaire de fibre optique réalisée par le procédé et le dispositif de la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE LA FORME PREFEREE DE REALISATION Dans la description qui suit, de nombreux détails spécifiques sont donnés pour permettre une meilleure com- préhension de la présente invention. Il apparaîtra cepen- dant à un spécialiste de la question que la présente invention peut être mise en oeuvre sans ces détails spéci- fiques. Dans d'autres cas, des dessins bien connus n'ont pas été décrits pour ne pas obscurcir la présente inven- tion. La forme de réalisation qui suit est une forme préférée de réalisation selon la présente invention, comme représenté figures 3 à 9. Figure 3, on utilise un tube de revêtement supérieur 24 présentant des caractéristiques op- tiques et géométriques spécifiques données, sous une forme linéaire, et une préforme primaire de fibre optique 22. La préforme primaire de fibre optique 22 doit avoir le rapport de volumes d'un noyau à un revêtement, dans des limites données. Un tube de poignée de support 14 destiné à sup- porter le tube de revêtement supérieur 24 est collé à un côté d'extrémité du tube de revêtement supérieur 24 de pu- reté élevée, avec le même axe longitudinal. La pureté du tube de poignée de support 14 est inférieure à celle du tube de revêtement supérieur 24. Un anneau de quartz 16 est introduit dans le diamètre intérieur du tube de poignée de support 14 de manière à réduire au minimum la distance de décentrage de l'axe longitudinal du tube de revêtement su- périeur 24 par rapport à l'axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique 22. L'anneau 16 représenté à la figure 7 dépasse 10 millimètres de longueur, de sorte que l'axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique 22 et l'axe longitudinal du tube de revêtement supérieur 24 peuvent coincider mutuellement. L'axe longitudinal de l'an- neau 16 est concentrique avec l'axe longitudinal du tube de revêtement supérieur 24. De plus, la préforme primaire de fibre optique 22 est supportée par un barreau à main 18, et ce barreau à main 18 est également utilisé pour sceller de manière étanche le diamètre intérieur du tube de revêtement supérieur 24. On fait tourner le barreau à main 18 pour permettre au brûleur 26 d'appliquer de la chaleur uniformé- ment à la circonférence du tube de revêtement supérieur 24, et une pompe à vide 12 sert à diminuer la pression inté- rieure pendant le processus de chauffage. En se référant à la figure 6, le barreau à main 18 destiné à supporter la préforme primaire de fibre opti- que 22 adhère, sous l'effet de la chaleur provenant du brû- leur 26, à un côté d'extrémité de la préforme primaire de fibre optique 22, de sorte que le barreau à main 18 et la préforme primaire de fibre optique sont reliés le long du même axe longitudinal. En se référant à la figure 4, une partie de scel- lement étanche annulaire 20 du tube de revêtement supé- rieur, destinée à sceller de manière étanche le tube de revêtement supérieur 24, est chauffée et formée de manière arrondie pour faire saillie sur une partie du diamètre ex- térieur du barreau à main 18 le long d'un côté périphérique de la partie de scellement étanche 20 du tube de revêtement supérieur. La partie de scellement étanche 20 du tube de revêtement supérieur sert à sceller de manière étanche le diamètre intérieur du tube de revêtement supérieur 24. Pour que le tube de poignée de support 14, figure 3, adhère convenablement au tube de revêtement supérieur 24, le tube de poignée de support 14 présente un plus grand diamètre intérieur que celui du tube de revêtement supé- rieur 24, et présente également un plus petit diamètre ex- térieur que celui du tube de revêtement supérieur 24. Le tube de poignée de support 14 dépasse 300 millimètres de longueur pour comporter un espace de travail lorsque le tube de poignée de support 14 s'engage dans un mandrin la- téral 10 d'un tour pour verre. Des exemples de tailles de diamètres pour les divers éléments décrits cidessus, sont donnés ci-après. Le tube de poignée de support 14 présente un diamètre inté- rieur de 26 millimètres, et un diamètre extérieur de 32 millimètres. L'anneau 16 présente un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur du tube de poignée de support 14, le diamètre extérieur de cet anneau étant de 25 millimètres, et son diamètre intérieur de 19 millimètres. Le tube de revêtement supérieur 24 présente un diamètre ex- térieur de 41 millimètres, et un diamètre intérieur de 21 millimètres. La préforme primaire de fibre optique présente un diamètre extérieur d'environ 19 millimètres, de sorte que le diamètre extérieur de la préforme primaire de fibre optique doit venir buter contre le diamètre intérieur de l'anneau 16. Comme indiqué ci-dessus, le procédé et le dispo- sitif selon la présente invention sont représentés figure 3. Ainsi, une partie de la préforme primaire de fibre opti- que 22 est emboîtée dans le diamètre intérieur de l'anneau 16 de façon que l'axe longitudinal du tube de revêtement supérieur 24 puisse coincider avec l'axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique 22. De plus, la partie de scellement étanche annulaire 20 du tube de revêtement supérieur, formée sur le barreau à main 18, est montée pour venir en contact avec le diamètre intérieur du tube de re- vêtement supérieur 24 pour sceller de manière étanche le diamètre intérieur de ce tube de revêtement supérieur 24. Le tube de poignée de support 14 s'engage dans un mandrin latéral 10 du tour pour verre, et le barreau à main 18 s'engage dans un autre mandrin latéral 10 du tour pour verre. Ainsi, le barreau à main tourne. Une pompe à vide 12 est reliée à l'autre côté d'extrémité du tube de poignée de support 14 et assure l'étanchéité du diamètre intérieur du tube de poignée de support 14. On actionne la pompe à vide pour retirer des gaz ou de l'air, du fait de la différence entre le diamètre intérieur du tube de poignée de support 14 et le diamètre extérieur de l'anneau 16, de la zone com- prise entre la préforme primaire de fibre optique 22 et le tube de revêtement supérieur 24 pendant le chauffage, la pompe fonctionnant ainsi pour réduire la pression à l'inté- rieur de cette zone. La réduction de la pression interne doit permettre au tube de revêtement supérieur 24 de se ré- tracter sur la préforme primaire de fibre optique 22. On monte un brûleur 26 pour chauffer le tube de revêtement su- périeur 24, en maintenant une distance constante par rap- port au côté circonférence du tube de revêtement supérieur 24. Dans le procédé et le dispositif selon la pré- sente invention, comme représenté figure 8, la partie de scellement étanche 20 du tube de revêtement supérieur et le tube de revêtement supérieur 24 sont scellés de manière étanche par le brûleur 26. La pression à l'intérieur du tube de revêtement supérieur 24 est commandée par la pompe à vide 12 pour produire une condition prédéterminée de ro- tation du tube de revêtement supérieur 24. De plus, le côté circonférence du tube de revêtement supérieur 24 est chauf- fé par le brûleur 26, de sorte que le tube de revêtement supérieur 24 se rétracte sur la préforme primaire de fibre optique 22. On produit ainsi la préforme secondaire de fi- bre optique. Dès que le tube de revêtement supérieur 24 a fini de se rétracter sur la préforme primaire de fibre op- tique, la préforme secondaire de fibre optique produite par le procédé décrit ci-dessus, devient une préforme de fibre optique finale à partir de laquelle on peut tirer une fibre optique. Selon la présente invention telle que décrite ci- dessus, on obtient comme résultats que l'erreur de concen- tricité longitudinale est réduite, la productivité produite en réduisant le temps de fermeture étanche du tube de revê- tement supérieur est augmentée, et les pertes de matériau de la préforme primaire de fibre optique et du tube de re- vêtement supérieur à haute pureté, sont réduites. La description ci-dessus de la forme préférée de réalisation de l'invention est donnée à titre d'exemple et le cadre de l'invention n'est pas limité aux détails exacts de la construction décrite et représentée. Par exemple, le diamètre extérieur de l'anneau 16 peut venir buter contre le diamètre intérieur du tube de poignée de support 14, tandis que l'anneau 16 peut être muni de trous d'évent, ou le diamètre intérieur de l'anneau 16 doit être légèrement plus grand que le diamètre extérieur de la préforme pri- maire de fibre optique 22, afin de faciliter l'extraction du gaz de l'espace compris entre le tube de revêtement su- périeur 24 et la préforme primaire de fibre optique 22 pen- dant le chauffage du tube de revêtement supérieur 24 pour rétracter ce tube de revêtement supérieur 24 sur la pré- forme primaire de fibre optique 22. On remarquera que cette modification ainsi que d'autres modifications apportées aux principes de l'invention, peuvent apparaître clairement à un spécialiste de la question sans sortir de l'esprit et du cadre de l'invention. R E V E ND I C A T I ON S 1. Procédé pour former une préforme secondaire de fibre optique en rétractant un tube de revêtement supérieur sur une préforme primaire de fibre optique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - coller un barreau à main (18), muni d'une par- tie annulaire de scellement étanche d'un premier côté d'ex- trémité du tube de revêtement supérieur (24) sur une partie de diamètre extérieur de celui-ci, à un premier côté d'ex- trémité de la préforme primaire de fibre optique (22), dans une direction longitudinale, pour supporter cette préforme primaire de fibre optique (22); - coller un tube de poignée de support (14) des- tiné à supporter le second côté d'extrémité du tube de re- vêtement supérieur (24) dans la direction longitudinale, la pureté de ce tube de poignée de support (14) étant infé- rieure à celle du tube de revêtement supérieur (24); - introduire un anneau (16) dans le diamètre in- térieur du tube de poignée de support (14), l'axe longitu- dinal de cet anneau (16) étant concentrique avec l'axe longitudinal du tube de revêtement supérieur (24); - introduire le second côté d'extrémité de la préforme primaire de fibre optique (22) dans le diamètre intérieur de l'anneau (16); - sceller de manière étanche le diamètre inté- rieur du tube de revêtement supérieur (24) à la partie an- nulaire de scellement étanche; et - produire la préforme secondaire de fibre opti- que en rétractant le tube de revêtement supérieur (24) sur la préforme primaire de fibre optique (22) par application de chaleur au tube de revêtement supérieur (24) lorsque ce tube de revêtement supérieur (24) tourne sous une condition de retrait prédéterminé, des moyens de vide retirant le gaz compris entre le tube de revêtement supérieur (24) et la préforme primaire de fibre optique (22). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de revêtement supérieur (24) et la partie annulaire de scellement étanche du tube de revêtement supé- rieur (24) sont chauffés pour sceller de manière étanche le tube de revêtement supérieur (24). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau à main (18) et la préforme primaire de fibre optique (22) sont chauffés de manière à adhérer l'un à l'autre. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, muni de moyens d'entraînement en rotation pour faire tourner une préforme primaire de fibre optique et un tube de revêtement supérieur, et de moyens de chauffage pour chauffer le tube de revêtement supérieur de manière à le rétracter sur la préforme primaire de fibre optique, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend: - un barreau à main (18) comportant une partie annulaire de scellement étanche pour sceller de manière étanche une extrémité du tube de revêtement supérieur (24), ce barreau à main (18) étant collé à une extrémité de la préforme primaire de fibre optique (22) pour supporter en rotation cette préforme primaire de fibre optique (22) dans les moyens d'entraînement en rotation; - un tube de poignée de support (14) collé à l'autre extrémité du tube de revêtement supérieur (24) pour supporter celui-ci (24) dans les moyens d'entraînement en rotation, ce tube de poignée de support (14) présentant une pureté inférieure à celle du tube de revêtement supérieur (24); et - un moyen d'anneau (16) disposé dans le diamètre intérieur du tube de poignée de support (14), ce moyen d'anneau (16) présentant un diamètre intérieur par lequel on introduit l'autre extrémité de la préforme primaire de fibre optique (22) pour placer à la même distance l'axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique (22) sur l'axe longitudinal du tube de revêtement supérieur (24). 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le tube de poignée de support (14) présente un diamètre intérieur plus grand que celui du tube de revê- tement supérieur (24), et présente également un diamètre extérieur plus petit que celui du tube de revêtement supé- rieur (24). 6. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le moyen d'anneau (16) dépasse 10 millimè- tres de longueur pour placer à la même distance l'axe longitudinal de la préforme primaire de fibre optique (22) sur l'axe longitudinal du tube de revêtement supérieur *(24). 7. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comprend en outre des moyens de vide (12) pour sceller le tube de revêtement supérieur (24) et pour retirer le gaz de l'espace compris entre le tube de revête- ment supérieur (24) et la préforme primaire de fibre opti- que (22) pendant le chauffage du tube de revêtement supérieur (24) par les moyens de chauffage (26). 8. Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le moyen d'anneau (16) présente un diamètre extérieurlégèrement plus petit que le diamètre intérieur du tube de poignée de support (14) pour faciliter l'extrac- tion du gaz de l'espace compris entre le tube de revêtement supérieur (24) et la préforme primaire de fibre optique (22).