Brevet FR2741614A1 — publié le 19970530

La présente invention concerne le filage de fibres optiques au moyen d'un four de filage comportant une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie et notamment un procédé de liaison d'une préforme de fibre optique à une tige de quartz auxiliaire. La figure 1 est un schéma par blocs général d'un ap- pareil de filage de fibres optiques. En se référant à la figure 1, on décrira ci-après le processus de filage de fibres opti- ques. Une préforme de fibres optiques 100 est introduite et entraînée lentement dans un four 102 par le mécanisme de posi- tionnement d'un contrôleur de position 116. La température à l'intérieur du four est généralement de quelques milliers de degrés Celsius, et cette température est de 2100 C à 2300 C. Cette température permet à une fibre optique nue 118, provenant de la préforme 100, d'être tirée à travers une extrémité coni- que allant en s'amincissant. Un cabestan 110 fournit la force de traction qui est appliquée à la fibre optique nue 118. Un détecteur de diamètre extérieur 104 détermine si le diamètre extérieur de la fibre optique se conforme à une valeur prédé- terminée (typiquement de 125 um) et fournit le résultat à un contrôleur de diamètre 114. Le contrôleur de diamètre 114 com- mande le cabestan 110 pour maintenir le diamètre de la fibre optique nue à 125 gm. Le cabestan 110 tourne en réponse à des signaux de commande provenant du contrôleur de diamètre 114, de sorte que la tension de traction appliquée à la fibre optique est réglée. Un bloc de revêtement primaire 106 et un bloc de revêtement secondaire 108 recouvrent la fibre optique descen- dante d'une couche de résine acrylique de protection ou d'une couche de résine silicone de protection. Cette opération est effectuée sur des fibres optiques nues relativement froides. Après le processus ci-dessus, la fibre optique tirée vers l'ex- térieur par la tension de traction du cabestan 110, est enrou- lée sur une bobine 112. La figure 3 est une vue en coupe représentant la structure du four d'un appareil de filage de fibres optiques conventionnel. A l'intérieur du four 60, qui liquéfie une pré- forme 70 à haute température, de manière à filer une fibre op- tique 90, un élément de chauffage 78 est installé pour générer une grande quantité de chaleur au moyen d'une résistance élec- trique. Autour de l'élément de chauffage 78, un isolateur 80 est installé pour éviter que la chaleur générée par l'élément de chauffage 78 soit transférée à l'environnement. Un manchon de fond 84, réalisé en graphite, est installé autour de l'ex- trémité inférieure dans l'élément de chauffage 78. Au sommet de l'élément de chauffage 78, un diffuseur de gaz 76 est installé pour fournir des gaz inertes 92. Le diffuseur de gaz 76 com- porte un tube de quartz mince 74 installé à son extrémité supé- rieure pour l'extraction des gaz inertes 92. Dans le bas d'un bloc de prolongement 86 installé sur l'extrémité inférieure du four 60, un iris 88 est monté pour contrôler la taille du trou à travers lequel la fibre optique 90 est tirée. L'appareil de filage de fibres optiques décrit ci- dessus liquéfie la préforme 70 à des températures élevées, ha- bituellement au-dessus de 2000 C, dans le four 60, afin de fi- ler une fibre optique 90 de 125 gm de diamètre. Généralement, on utilise un four 60 à résistance de graphite. Cependant, le four 60 à résistance de graphite génère de la poudre de gra- phite à haute température et cela risquerait d'affecter défavo- rablement les propriétés mécaniques de la fibre optique 90. Pour cette raison, le four 60 à résistance de gra- phite est équipé du diffuseur de gaz 76, 77. Le diffuseur de gaz 76, 77 produit l'écoulement de gaz inertes 92, par exemple de l'argon ou de l'hélium, dans le four 60, de façon qu'on ob- tienne une fibre optique 90 de qualité uniforme. Ensuite, les gaz inertes sortent du four en passant à travers un premier in- tervalle 72 formé entre le tube de quartz mince 74 et la pré- forme 70 placée au sommet du four 60. Pour une pression exercée par les gaz inertes 92 fournis à l'intérieur du four 60, et pour un débit uniforme des gaz inertes 92, les conditions ré- gnant dans le four 60 doivent être constantes. Pour obtenir ces conditions, un tube de quartz mince 74 est installé au sommet du four 60, de façon que la préforme 70 soit introduite à tra- vers ce tube de quartz 74 et se déplace vers le centre du four , tandis que l'intervalle entre le tube de quartz 74 et la préforme 70 est maintenu à approximativement 1 mm. Dans le four 60 réalisé selon la structure décrite jusqu'ici, les conditions à l'intérieur du four 60 changent fortement lorsqu'une préforme 70 de diamètre légèrement varia- ble passe à travers la zone supérieure du four 60. Cela est dû au fait que les gaz inertes 92 sortent du four sans rencontrer la moindre restriction rigoureuse, et il en résulte une dégra- dation de la qualité des fibres optiques 90 produites. Lorsqu'on utilise une préforme 70 de grand diamètre pour filer une fibre optique 90, la préforme 70 doit nécessai- rement être montée dans un mandrin 62 d'un appareil de filage de fibres optiques. Au moins 200 mm de la préforme 70 ne sont pas utilisés pour filer les fibres optiques 90, du fait de la longueur nécessaire pour monter la préforme dans le mandrin 62 (approximativement 50 mm), et de la distance entre le tube de quartz 74 placé au sommet et la zone de fusion de préforme 26 (approximativement 150 mm). Par suite, pour obtenir une utili- sation complète d'une préforme chère, la technique convention- nelle fixe une tige de quartz auxiliaire, indiquée par les références 66a et 66b, à une extrémité d'une préforme, comme représenté aux figures 2A, 2B et 2C. Le meilleur raccordement pour l'opération de filage de fibres optiques est obtenu lorsque la tige de quartz 66a et la préforme 70 ont le même diamètre et sont reliées ensemble sans inégalités, comme en "68a". Cependant, pour des préformes25 70 de grand diamètre, c'est à dire des diamètres de 40 mm à mm, il est très difficile de relier une tige de quartz auxi- liaire 66a du même diamètre à la préforme 70, sans inégalités comme en "68a". Même s'il est possible d'effectuer cette liai- son, le processus de raccordement prend beaucoup de temps, et le diamètre du raccordement entre la préforme 70 et la tige de quartz auxiliaire devient facilement non uniforme comme en "68b"; de plus, le raccordement n'est pas réalisé de manière uniforme autour de la circonférence de la préforme 70, de sorte que la préforme se brise facilement dans la zone du raccorde- ment lorsque cette préforme se déplace. Ces problèmes apparais- sent plus fréquemment lorsque le diamètre de la préforme 70 augmente. Une autre technique basée sur l'art antérieur utilise une tige de quartz 66b dont le diamètre est plus petit que ce- lui de la préforme 70, comme représenté à la figure 2C. Cepen- dant, la brusque variation de diamètre, comme en "68c", a pour5 résultat que la pression et la vitesse de débit des gaz inertes 92 dans le four 60 changent dès que le raccordement pénètre dans le four 60, de sorte que la qualité de la fibre optique produite se dégrade du fait des variations de vitesse et de tension de filage de la fibre optique, ainsi que du diamètre de la fibre. Par suite, pour utiliser une préforme de grand diamè- tre 70 avec un four 60 à résistance de graphite, le raccorde- ment entre la préforme et les tiges de quartz auxiliaires 66a et 66b, ainsi que le diamètre de la préforme 70 sur toute sa longueur, doivent être uniformes et sans aucun changement brus- que. Cependant, comme il devient plus difficile de relier sans inégalités la préforme 70 aux tiges de quartz auxiliaires 66a et 66b lorsque le diamètre de la préforme 70 augmente, les fi- bres optiques 90 filées à partir de la préforme 70 dans les 200 mm à partir de son extrémité, ont des diamètres irrégu- liers, ce qui conduit à des fibres optiques 90 de moins bonne qualité. La présente invention a pour but de minimiser la va- riation de pression et les variations de vitesse de débit des gaz inertes dans le four même s'il apparaît une variation de diamètre localisée entre une préforme de fibres optiques et une tige de quartz auxiliaire. Un autre but de l'invention est de relier plus faci- lement une préforme de fibres optiques à une tige de quartz auxiliaire et d'améliorer la qualité d'une fibre optique. Le procédé de liaison d'une préforme de fibres opti- ques à une tige de quartz auxiliaire selon l'invention est ca- ractérisé en ce qu'on relie la préforme à une tige de quartz auxiliaire de plus petit diamètre, on monte un tube de quartz auxiliaire sur la tige de quartz auxiliaire de plus petit dia- mètre et on monte la préforme, la tige de quartz et le tube sur un mandrin d'un appareil de filage de fibres optiques. De préférence, le tube de quartz auxiliaire est monté sur la tige de quartz auxiliaire de diamètre plus petit, de fa- çon que le tube de quartz vienne buter contre la préforme. Un intervalle compris entre 0,5 mm et 4 mm est de préférence laissé entre le diamètre intérieur du tube de quartz auxiliaire et le diamètre extérieur de la tige de quartz auxi- liaire. Le diamètre extérieur du tube de quartz auxiliaire peut être exactement le même que celui de la préforme. De pré- férence, le diamètre extérieur du tube de quartz auxiliaire diffère de celui de la préforme d'au maximum 0,5 mm. La longueur du tube de quartz auxiliaire peut être supérieure à 50 mm. Au moins deux tubes de quartz de moins de mm peuvent être utilisés ensemble pour former un tube de quartz composé ayant une longueur nette de plus de 50 mm. La présente invention sera décrite ci-après de ma- nière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est un schéma par blocs général d'un appareil de filage de fibres optiques; - les figures 2A, 2B et 2C représentent schématique- ment les structures d'une préforme de fibres optiques reliée à une tige de quartz auxiliaire selon l'art antérieur; - la figure 3 est une vue en coupe représentant la structure du four d'un appareil de filage de fibres optiques conventionnel réalisé selon l'art antérieur; - la figure 4 représente la structure de la base de fibres optiques lorsqu'une préforme est reliée à une tige de quartz auxiliaire et à un tube selon la présente invention; et - les figures 5A et 5B représentent la structure uti- lisée dans la présente invention pour maintenir égaux les dia- mètres d'un tube de quartz auxiliaire et d'une préforme de fibres optiques. Un mode de réalisation préférentiel de la présente invention sera décrit en détails en se référant aux dessins an- nexés. Les figures 4, 5A et 5B sont des vues en coupe repré- sentant un procédé et un moyen de liaison ou de raccordement d'une préforme de fibres optiques à une tige de quartz auxi- liaire et à un tube. Le procédé de liaison de la préforme 12 à une tige de quartz auxiliaire 44 sera décrit ci-après en se référant à la figure 4. La première étape consiste à relier la préforme à une tige de quartz auxiliaire 44 de plus petit diamètre que celui de la préforme 12, laquelle est préformée facilement du fait du plus petit diamètre de la tige de quartz 44. o La seconde étape consiste à positionner un tube de quartz auxiliaire 48, réalisé dans le même matériau que la pré- forme 12, autour de la tige de quartz de plus petit diamètre, puis à appuyer le tube de quartz auxiliaire 48 sur le dessus de la préforme 12 pour éviter les problèmes de filage de la fibre optique 40 du fait de grandes variations de diamètre entre la tige de quarté auxiliaire 44 et la préforme 12 des fibres opti- ques. Le diamètre extérieur du tube de quartz 48 est le même que celui de la préforme 12. Le diamètre intérieur de la struc- ture de tube de quartz est telle qu'un second intervalle 46 de taille prédéterminée est formé lorsque le tube de quartz 48 en- ferme la tige de quartz auxiliaire 44. Ce second intervalle est supérieur à 0,5 mm et inférieur à 4 mm, le diamètre extérieur du tube de quartz 48 peut être différent du diamètre extérieur de la préforme, d'une valeur de 0,5 mm. La longueur du tube de quartz 48 est supérieure à 50 mm; on peut utiliser deux tubes de quartz plus courts de façon qu'ils présentent ensemble une longueur nette de plus de 50 mm. La troisième étape consiste à monter la préforme 12, reliée à la tige de quartz 44 et au tube de quartz 48, sur un mandrin 62 d'un appareil de filage de fibres optiques, puis à filer les fibres optiques 40. Lorsqu'une préforme 12 est réalisée comme indiqué ci- dessus, la liaison entre le tube de quartz 48 et la préforme 12 est un peu creusée vers l'intérieur. Cela est dû au fait que, lorsqu'une préforme 12 et une tige de quartz auxiliaire 44 sont chauffées avant leur liaison, la flamme du brûleur arrondit les bords coupants de la préforme. Le procédé décrit ci-dessus présente les avantages ci-après. Il est facile à utiliser du fait que le tube de quartz est facilement attaché et détaché d'une préforme de fi- bres optiques et d'une tige de quartz auxiliaire. Il réduit les coûts de production du fait de la plus grande possibilité de recyclage. La liaison est rendue très simple lorsque la pré- forme de grand diamètre est reliée à une tige de quartz auxi- liaire. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de liaison d'une préforme de fibres optiques à une tige de quartz auxiliaire, caractérisé en ce qu' on relie la préforme (12) à une tige de quartz auxiliaire (44) de plus petit diamètre; on monte un tube de quartz auxiliaire (48) sur la tige de quartz auxiliaire (44) de plus petit diamètre; et on monte la préforme (12), la tige de quartz (44) et le tube (48) sur un mandrin (62) d'un appareil de filage de fibres op- tiques. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de quartz auxiliaire (48) est introduit sur la tige de quartz auxiliaire (44) de plus petit diamètre, de façon que le tube de quartz vienne buter contre la préforme. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un intervalle (46) compris entre 0,5 mm et 4 mm est formé entre le diamètre intérieur du tube de quartz auxiliaire (48) et le diamètre extérieur de la tige de quartz auxiliaire (44). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du tube de quartz auxiliaire (44) est exactement le même que celui de la préforme (12). 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du tube de quartz auxiliaire (44) est différent de celui de la préforme (12), d'une valeur d'au maxi- mum 0,5 mm. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur du tube de quartz auxiliaire (44) est supérieure à mm. 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' au moins deux tube de quartz (44) de moins de 50 mm sont utili- sés ensemble pour former un tube de quartz composé, présentant une longueur nette de plus de 50 mm.