Brevet FR2749578A1 — publié le 19971212

Arrière plan de l'invention 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil et un procédé de fabrication d'une fibre optique. Plus précisément, la présente invention concerne un appareil et un procédé de tirage d'une fibre optique à partir d'une préforme de fibre optique. 2. Description de la technique concernée La fibre optique en quartz récemment utilisée pour un réseau de communications de données à très grande vi- tesse, est obtenue en utilisant le procédé de dépôt de vapeur extérieur (DVE) ou le procédé de dépôt de vapeur chimique mo- difié (DVCM). Le procédé DVE comprend les étapes consistant à hydrolyser un gaz chimique constitué de SiC14 gazeux et d'un dopant, par combustion avec fourniture simultanée d'oxygène, pour déposer de la suie de SiO2 sur l'extérieur, et à déshy- drater la suie déposée dans un four à haute température en utilisant C12 et He pour produire un frittage de manière à constituer une préforme de fibre optique. Le procédé DVCM consiste à former un dépôt de plusieurs couches à l'intérieur d'un tube de quartz en fournissant un gaz chimique constitué de SiC14 et d'un dopant, simultanément avec de l'oxygène. Lorsque les différentes couches sont déposées, on forme en premier lieu la partie de revêtement, puis en second lieu le noyau. Ensuite, le tube de quartz avec le dépôt est chauffé tandis qu'on fournit en même temps C12 et He de ma- nière à former une tige de quartz compacte. Cependant, le procédé DVCM souffre intrinsèquement d'un inconvénient le rendant incapable de fournir une préforme de diamètre supé- rieur à 25 mm. Par suite, pour surmonter cet inconvénient, on utilise ce qu'on appelle le procédé de surrevêtement pour ob- tenir une grande préforme, ce qui améliore la productivité. Dans la description du procédé de surrevêtement en se référant aux figures 1, 2 et 3, un tube de surrevête- ment 24 est muni d'un tube de support 14 à faible pureté, monté concentriquement sur l'une de ses extrémités. Le tube 14 a une plus faible pureté que le tube de surrevêtement 24. Un anneau de support 16 est introduit dans le tube de support 14 pour centrer la préforme de fibre optique primaire et le tube de surrevêtement 24. Pour cela, il est souhaitable de donner à l'anneau de support 16 une épaisseur d'au moins mm. La figure 2 représente la préforme de fibre optique primaire 22 montée dans le tube de surrevêtement 24. A l'extrémité inférieure de la préforme de fibre optique primaire 22 est attachée une tige de support 18 dont l'extrémité supérieure, positionnée à l'extrémité inférieure du tube de surrevêtement 24, est chauffée pour former une boule renflée 20 destinée à assurer l'étanchéité du tube de surrevêtement 24, comme représenté à la figure 1. Cette structure assemblée est chauffée longitudinalement tout en la faisant tourner pour fondre le tube de surrevêtement 24 et la préforme de fibre optique primaire 22 en une préforme de fi- bre optique secondaire, comme représenté à la figure 3. Dans la description du processus de tirage de la fibre optique à partir de la préforme de fibre optique secon- daire, en se référant à la figure 4, la préforme de fibre op- tique 26 est introduite lentement dans un four 28 sous la commande d'un mécanisme de commande de position de préforme 35. On fait fonctionner le four 28 à plusieurs milliers de degrés C, typiquement 2100 à 2200 C. La fibre optique non re- vêtue 36 est tirée à partir de la partie à section transver- sale réduite de la préforme de fibre optique secondaire 26. La force de tirage est générée par le cabestan 34. Un dispositif de mesure de diamètre 40 effectue une mesure du diamètre de la fibre optique non revêtue 36 pour générer un signal de mesure qui est transféré à un régu- lateur de diamètre 38 destiné à réguler le diamètre à une di- mension spécifiée de par exemple 125 micromètres. Le régulateur de diamètre commande la force de tirage du cabes- tan 34 en réponse au signal de mesure, de manière à maintenir à 125 micromètres le diamètre de la fibre optique non revêtue 36. La fibre optique non revêtue et refroidie 36 est recou- verte d'une résine acrylique ou silicone servant de revête- ment de protection, par un premier dispositif de revêtement et un second dispositif de revêtement 32. Enfin, la fibre optique revêtue est enroulée autour d'une bobine. Ainsi, le procédé DVCM nécessite les trois étapes essentielles de préparation d'une préforme de fibre optique primaire par dépôt interne, de surrevêtement de la préforme de fibre optique primaire pour obtenir une préforme de fibre optique secondaire, et enfin de tirage d'une fibre optique à partir de la préforme de fibre otique secondaire. Ces trois étapes conventionnelles de fabrication de la fibre optique prennent nécessairement beaucoup de temps, ce qui diminue la productivité. De plus, l'étape de surrevêtement de la pré-10 forme de fibre optique primaire nécessite une grande quantité d'oxygène ou d'hydrogène. En outre, lorsqu'on augmente la taille de la préforme de fibre optique primaire, la quantité de chaleur appliquée à la préforme doit être augmentée, ce qui dégrade les caractéristiques de transmission d'une fibre optique finalement obtenue, cette dégradation se traduisant notamment par une caractéristique de perte de lumière. Résumé de l'invention La présente invention a pour but de créer un ap- pareil et un procédé de surrevêtement d'une préforme de fibre optique primaire tandis qu'on tire une fibre optique finale. A cet effet, sous un premier aspect, la présente invention concerne un appareil de fabrication d'une fibre optique, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: * un four pour faire fondre la préforme de fibre optique de manière à tirer une fibre optique non revêtue; * un dispositif de revêtement pour recouvrir d'un revêtement la fibre optique non revêtue; * un cabestan pour tirer la fibre optique à partir de la pré- forme de fibre optique, par application d'une force de ti- rage; * un dispositif d'adjonction pour maintenir une préforme de fibre optique primaire introduite au centre d'un tube de surrevêtement, avec un espace équidistant entre la périphé- rie de la préforme de fibre optique primaire et la surface intérieure du tube de surrevêtement; et * un dispositif de commande de position pour supporter le dispositif d'adjonction de manière à fournir la préforme de fibre optique primaire associée au tube de surrevêtement, dans un état commandé en position. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: e un tube de quartz est en outre utilisé pour connecter le dispositif d'adjonction au tube de surrevêtement, * le dispositif d'adjonction est muni d'une rainure annulaire connectée à un tube d'entrée et de sortie d'azote gazeux formé perpendiculairement à la longueur du dispositif d'ad- 1o jonction, et à un tube d'aspiration allant jusqu'à l'espace compris entre le tube de surrevêtement et la préforme de fibre optique primaire, parallèlement à la longueur, * le four comporte une zone chaude d'au moins 15 cm de lon- gueur. L'invention concerne également, sous un second aspect, un Procédé de fabrication d'une fibre optique en uti- lisant un appareil comprenant un dispositif d'adjonction pour maintenir une préforme de fibre optique primaire introduite au centre d'un tube de surrevêtement en quartz, avec un es- pace équidistant entre la périphérie de la préforme de fibre optique primaire et la surface intérieure du tube de surrevê- tement, le dispositif d'adjonction comportant un tube d'aspi- ration pour faire le vide dans l'espace équidistant, un dispositif de commande de position pour supporter le disposi- tif d'adjonction de manière à fournir la préforme de fibre optique primaire associée au tube de surrevêtement dans un état commandé en position, un four pour faire fondre la fibre optique primaire associée au tube de surrevêtement de manière à tirer une fibre optique non revêtue, un dispositif de revê- tement pour recouvrir d'un revêtement la fibre optique non revêtue, et un cabestan pour tirer la fibre optique en appli- quant une force de tirage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: * associer la préforme de fibre optique primaire à un tube de surrevêtement par le dispositif d'adjonction; * faire chauffer une extrémité du tube de surrevêtement con- tenant la préforme de fibre optique primaire pour préparer une préforme secondaire scellée constituée du tube de sur- revêtement et de la préforme de fibre optique primaire avec leurs extrémités adjacentes collées ensemble par fusion; et * faire fondre la préforme secondaire dans le four pour ef- fectuer ainsi simultanément le surrevêtement et le tirage de la fibre optique. Suivant d'autres caractéristiques du procédé: l'étape d'association comprend en outre les étapes consistant à: * connecter une extrémité de la préforme de fibre optique primaire à un tube de quartz de faible pureté; * faire chauffer la partie connectée pendant un temps donné pour former une partie renflée; * retirer le tube de quartz à faible pureté de la préforme de fibre optique primaire pour avoir une extrémité renflée; * disposer la préforme de fibre optique primaire dans le tube de surrevêtement avec une extrémité connectée au dispositif d'adjonction de façon que l'extrémité renflée soit montée sur l'autre extrémité du tube de surrevêtement; et * monter de façon fixe l'autre extrémité de la préforme de fibre optique primaire au centre du dispositif d'adjonc- tion, l'étape de préparation de la préforme secondaire comprend en outre les étapes consistant à: * faire fondre les extrémités adjacentes de la préforme de fibre optique primaire et du tube de surrevêtement avec l'autre extrémité attachée au dispositif d'adjonction, en chauffant pendant un temps donné, tout en faisant le vide dans l'espace compris entre la préforme de fibre optique primaire et le tube de surrevêtement, au moyen du tube d'aspiration formé dans le dispositif d'adjonction. Brève description des dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés sur les dessins annexés dans lesquels: * la figure 1 est une vue en coupe longitudinale illustrant une préforme de fibre optique primaire disposée concentri- quement dans un tube de surrevêtement conventionnel; * la figure 2 est une vue en coupe transversale de la figure 1; * la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 2, mais dans laquelle le tube de surrevêtement conventionnel est fondu avec la préforme de fibre optique primaire; * la figure 4 est un schéma par blocs illustrant un appareil conventionnel de fabrication de la fibre optique; * la figure 5 est un schéma par blocs illustrant un appareil de fabrication de la fibre optique selon la présente inven- tion; * les figures 6A, 6B et 6C illustrent la structure d'un dis- positif d'adjonction constitué selon la présente inven- tion; * la figure 7 illustre l'opération de formation d'une boule renflée sur une extrémité de la préforme de fibre optique primaire, par chauffage selon la présente invention; * la figure 8 illustre la préforme de fibre otique primaire disposée dans le tube de surrevêtement pour préparer une préforme de fibre optique secondaire au moyen du dispositif d'adjonction selon l'invention; et * la figure 9 illustre l'opération destinée à arrondir par fusion l'extrémité intérieure de la préforme de fibre opti- que secondaire. Description détaillée du mode de réalisation préférentiel A la figure 5, un équipement de fourniture de préforme 42 comprend un tube de surrevêtement 44, une pré- forme de fibre optique primaire 46, un dispositif d'adjonc- tion 47, un mécanisme de commande de position de préforme 35 et une alimentation d'azote gazeux 48. Le tube de surrevête-30 ment 44 présente l'indice de réfraction du revêtement finale- ment formé. Lorsque la préforme de fibre optique primaire 46 est étroitement combinée avec le tube de surrevêtement, d'une manière étanche, le rapport de la section transversale du noyau à la section transversale du revêtement est de 45: 5 125. Le dispositif d'adjonction 47 est destiné à maintenir la préforme de fibre optique 46 disposée dans le tube de surre- vêtement 44 de façon qu'un espace équidistant soit formé en- tre la surface latérale de la préforme 46 et la surface intérieure du tube de surrevêtement 44. Le mécanisme de com- mande de position de préforme 35 commande la position de la préforme de fibre optique primaire 46 associée au tube de surrevêtement fourni 44. L'alimentation d'azote gazeux 48 fait passer de force de l'azote gazeux à travers un canal formé à la manière d'un tuyau dans le dispositif d'adjonction 47, pour faire le vide dans l'espace compris entre la pré- forme primaire 46 et le tube de surrevêtement 44. L'équipement 50 de tirage de la fibre optique comprend un four 28, un régulateur de diamètre 38, un premier dispositif de revêtement 30, un second dispositif de revête- ment 32 et un cabestan 34, qui sont analogues à ceux décrits en se référant à la figure 1. La figure 6A est une vue en coupe longitudinale du dispositif d'adjonction, la figure 6B est une vue en coupe transversale de celui-ci suivant la ligne X-X de la figure 6A, et la figure 6C est une vue en perspective de celui-ci. Un tube de quartz à faible pureté est en outre utilisé pour relier le tube de surrevêtement 44 au dispositif d'adjonction 47 dans le sens de la longueur. La préforme de fibre optique primaire 46 est montée de façon fixe suivant l'axe central du dispositif d'adjonction. Le dispositif d'adjonction 47 est muni d'une rainure annulaire 56 reliée à une entrée d'azote gazeux et à un tube de sortie "A" et "B" formé perpendiculai-25 rement à la longueur du dispositif d'adjonction, ainsi qu'à un tube d'aspiration "C" allant jusqu'à l'espace compris en- tre le tube de surrevêtement 44 et la préforme de fibre opti- que primaire 46, parallèlement à la longueur. L'azote gazeux est forcé de s'écouler dans le tube d'entrée "A" et de sortir30 par le tube de sortie "B", de sorte que l'espace compris en- tre le tube de surrevêtement 44 et la préforme de fibre opti- que primaire 46 est évacué par le tube d'aspiration "C" selon le théorème de Bernoulli. Dans la description du processus de tirage de la fibre optique en se référant aux figures 5 à 9, une extrémité de la préforme de fibre optique primaire 46 préparée par dé- pôt interne, est tout d'abord connectée à un tube de quartz de faible pureté, et la partie connectée est fondue à 1400 C pour former une partie renflée à la manière d'une boule. En- suite, le tube de quartz de faible pureté est retiré de la préforme de fibre optique primaire pour se terminer par la boule renflée. La préforme de fibre optique primaire est dis- posée dans le tube de surrevêtement 44 de façon que la boule renflée soit reçue par l'extrémité inférieure du tube de sur- revêtement, comme représenté à la figure 8, et que son autre extrémité soit montée de façon fixe au centre du dispositif d'adjonction, comme représenté à la figure 6A. Le tube de surrevêtement comprenant la préforme de fibre optique pri- maire est entraîné en rotation à 15 tours/minute tout en chauffant à 14000C pendant 3 à 4 minutes l'extrémité renflée reçue par l'extrémité inférieure du tube de surrevêtement, tandis qu'on fait le vide dans l'espace compris entre la pré- forme de fibre optique primaire et le tube de surrevêtement en faisant passer de l'azote gazeux à travers la rainure an- nulaire 56. Ensuite, l'extrémité renflée de la préforme de fibre optique primaire et l'extrémité adjacente du tube de surrevêtement sont collées ensemble par fusion pour obtenir une préforme scellée secondaire constituée du tube de surre- vêtement et de la préforme de fibre optique primaire. La préforme secondaire ainsi obtenue est amenée au four 28 sous la commande du mécanisme de commande de posi- tion de préforme 35. Lorsque le four 28 est chauffé à une température de 2350 C, et au bout de 15 minutes, on fait de nouveau le vide dans l'espace compris entre la préforme de fibre optique primaire et le tube de surrevêtement, en fai- sant passer de l'azote gazeux à travers la rainure annulaire 56. Ensuite, au bout de 25 minutes, on ouvre le fond du four 3o pour laisser tomber la partie en fusion de la préforme secon- daire. Cette partie en fusion est tirée tout en maintenant son diamètre de façon qu'il ne dépasse pas 125 micromètres. Ensuite, cette partie en fusion est revêtue par passage à travers le premier dispositif de revêtement 30 et le second dispositif de revêtement 32, puis reliée au cabestan 34 dont la vitesse de tirage est réglée automatiquement dans une plage de 300 m à 700 m par minute. Ainsi, la présente invention fournit un appareil et un procédé de surrevêtement d'une préforme de fibre opti- que primaire, tout en tirant une fibre optique finale, qui réduit considérablement le temps de fabrication et par consé- quent le coût. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Appareil de fabrication d'une fibre optique, caractérisé en ce qu' il comprend: a un four (28) pour faire fondre la préforme de fibre optique (46) de manière à tirer une fibre optique non revêtue (36); * un dispositif de revêtement (30, 32) pour recouvrir d'un revêtement la fibre optique non revêtue (36); e un cabestan (34) pour tirer la fibre optique à partir de la préforme de fibre optique (46), par application d'une force de tirage; * un dispositif d'adjonction (47) pour maintenir une préforme de fibre optique primaire (46) introduite au centre d'un tube de surrevêtement (44), avec un espace équidistant en- tre la périphérie de la préforme de fibre optique primaire (46) et la surface intérieure du tube de surrevêtement (44); et * un dispositif de commande de position (35) pour supporter le dispositif d'adjonction (47) de manière à fournir la préforme de fibre optique primaire (46) associée au tube de surrevêtement (44), dans un état commandé en position. ) Appareil de fabrication d'une fibre optique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que un tube de quartz est en outre utilisé pour connecter le dis- positif d'adjonction (47) au tube de surrevêtement (44). 3) 3 ) Appareil de fabrication d'une fibre optique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'adjonction (47) est muni d'une rainure annu- laire (56) connectée à un tube d'entrée et de sortie d'azote gazeux ("A", "B") formé perpendiculairement à la longueur du dispositif d'adjonction (47), et à un tube d'aspiration ("C") allant jusqu'à l'espace compris entre le tube de surrevête- il ment (44) et la préforme de fibre optique primaire (46), pa- rallèlement à la longueur. 4 ) Appareil de fabrication d'une fibre optique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le four (28) comporte une zone chaude d'au moins 15 cm de longueur. 5 ) Procédé de fabrication d'une fibre optique en utilisant un appareil comprenant un dispositif d'adjonction (47) pour maintenir une préforme de fibre optique primaire (46) introduite au centre d'un tube de surrevêtement en quartz (44), avec un espace équidistant entre la périphérie de la préforme15 de fibre optique primaire (46) et la surface intérieure du tube de surrevêtement (44), le dispositif d'adjonction (47) comportant un tube d'aspiration ("C") pour faire le vide dans l'espace équidistant, un dispositif de commande de position (35) pour supporter le dispositif d'adjonction (47) de ma- nière à fournir la préforme de fibre optique primaire (46) associée au tube de surrevêtement (44) dans un état commandé en position, un four (28) pour faire fondre la fibre optique primaire associée au tube de surrevêtement (44) de manière à tirer une fibre optique non revêtue (36), un dispositif de revêtement (30, 32) pour recouvrir d'un revêtement la fibre optique non revêtue (36), et un cabestan (34) pour tirer la fibre optique en appliquant une force de tirage, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes consistant à: * associer la préforme de fibre optique primaire (46) à un tube de surrevêtement (44) par le dispositif d'adjonction (47); * faire chauffer une extrémité du tube de surrevêtement (44) contenant la préforme de fibre optique primaire (46) pour préparer une préforme secondaire scellée constituée du tube de surrevêtement (44) et de la préforme de fibre optique primaire (46) avec leurs extrémités adjacentes collées en- semble par fusion; et * faire fondre la préforme secondaire dans le four (28) pour effectuer ainsi simultanément le surrevêtement et le tirage de la fibre optique. 6 ) Procédé de fabrication d'une fibre optique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'association comprend en outre les étapes consistant a: * connecter une extrémité de la préforme de fibre optique primaire (46) à un tube de quartz de faible pureté; * faire chauffer la partie connectée pendant un temps donné pour former une partie renflée (58); * retirer le tube de quartz à faible pureté de la préforme de fibre optique primaire pour avoir une extrémité renflée; * disposer la préforme de fibre optique primaire (46) dans le tube de surrevêtement (44) avec une extrémité connectée au dispositif d'adjonction (47) de façon que l'extrémité ren- flée soit montée sur l'autre extrémité du tube de surrevê- tement (44); et * monter de façon fixe l'autre extrémité de la préforme de fibre optique primaire (46) au centre du dispositif d'ad- jonction (47). 7 ) Procédé de fabrication d'une fibre optique selon la re- vendication 5, caractérisé en ce que l'étape de préparation de la préforme secondaire comprend en outre les étapes consistant à: faire fondre les extrémités adjacentes de la préforme de fi- bre optique primaire (46) et du tube de surrevêtement (44) avec l'autre extrémité attachée au dispositif d'adjonction (47), en chauffant pendant un temps donné, tout en faisant le vide dans l'espace compris entre la préforme de fibre optique primaire (46) et le tube de surrevêtement (44), au moyen du tube d'aspiration ("C") formé dans le dispositif d'adjonction (47).