Brevet FR2753444A1 — publié le 19980320

Arrière plan de l'invention La présente invention concerne un appareil de re- froidissement d'un tube de quartz pendant la fabrication d'une préforme de fibre optique par dépôt de vapeur chimique modifié (DVCM). Comme l'intensité d'un signal optique est généra- lement réduite lorsqu'il est transmis sur une longue distance ou divisé en plusieurs branches, il est nécessaire d'ampli- fier le signal optique en utilisant un semi-conducteur ou un amplificateur de lumière. L'amplificateur de lumière est lar- gement utilisé dans des réseaux de communications à très grande vitesse, en utilisant généralement une fibre optique dopée à l'erbium (Er) comme milieu d'amplification du signal optique. La fibre optique dopée à l'erbium est fabriquée en utilisant un dépôt de vapeur chimique modifié (DVCM). On décrira maintenant, en se référant à la figure 1, la fabrication d'une préforme de fibre optique pour un am- plificateur de lumière, en utilisant le dépôt de vapeur chi- mique modifié (DVCM). On fait passer un gaz brut 80 composé de SiC14 ou de GeC14 et d'une quantité convenable de produits chimiques supplémentaires, à travers un tube de quartz 50 fixé à un mandrin, tandis qu'on fait tourner le tube de quartz 50 en le chauffant par un brûleur 82 pour produire une zone chaude 78. Le gaz brut 80 subit une réaction chimique dans la zone chaude 78, en produisant des particules. La for- mule de la réaction est: SiC14 + 02 -+ SiO2 + 2C12, et GeC14 + 02 -> GeO2 + 2C12. Les particules sont déposées sur l'intérieur du tube de quartz 50 qui se trouve à une température plus basse dans la direction de l'écoulement, sous thermophorèse. Le brûleur 82 est entraîné à une vitesse donnée dans la direc- tion de l'écoulement du gaz, de façon que la réaction chimi- que destinée à produire les particules soit effectuée de façon continue en suivant le brûleur, de même que le dépôt des particules le long de l'intérieur du tube de quartz 50. Pendant ce temps, les particules déposées sont frittées par la chaleur du brûleur mobile 82, pour former un revêtement en phase de verre. On forme tout d'abord une couche de revêtement 72 sur l'intérieur du tube de quartz 50 pour empêcher la péné- tration de matières étrangères. Ensuite, on forme la couche de noyau 74 pour transmettre la lumière en faisant passer un gaz brut 80 de différentes compositions à travers le tube de quartz. Ce tube de quartz 50 est chauffé au-dessus de 2000 C, affaissé et fermé pour former une préforme de fibre otique finale. Pour obtenir une préforme de fibre optique desti- née à un amplificateur de lumière, en utilisant le DVCM, on utilise un processus tel qu'une pénétration de liquide, une addition à l'état gazeux ou un sol-gel. Le processus de péné- tration du liquide est utilisé avec une couche poreuse formée sur la couche de noyau. On fait pénétrer un liquide de compo- sition donnée à travers la couche poreuse pour modifier les propriétés de la préforme de fibre optique. Dans ce cas, l'uniformité, la densité, la taille de particules, l'épais- seur, le pouvoir adhérent, ou autres, de la couche poreuse, influencent considérablement les propriétés de la fibre opti- que finalement obtenue. En se référant à la figure 2, un appareil de re- froidissement est placé derrière le brûleur pour former la couche poreuse. Après formation de la couche de revêtement 72 et de la couche de noyau 74 comme représenté à la figure 1, le brûleur 82 est déplacé dans la direction opposée à la di- rection d'écoulement du gaz brut 80, tandis que l'appareil de refroidissement 70 éjecte un réfrigérant 48 vers la surface extérieure supérieure du tube de quartz 50, ce qui permet de former progressivement une couche poreuse 76 sur la couche de noyau 74, comme représenté à la figure 2. Cependant, un tel processus de refroidissement conduit à un refroidissement non uniforme de l'intérieur du tube de quartz 50 car le réfrigé- rant est éjecté dans une seule direction vers le tube de quartz, ce qui conduit donc à une couche poreuse non uniforme 76, de sorte que la fibre optique finalement obtenue présente une répartition non uniforme de l'indice de réfraction, en augmentant ainsi la perte par réflexion. Un autre appareil de refroidissement convention- nel pour réaliser la couche poreuse est constitué, comme re- présenté à la figure 3, d'un réservoir d'alimentation en réfrigérant 60 pour fournir un réfrigérant 48, d'un tube an- nulaire de support de buses 64, d'un tube de raccordement 62 pour fournir au tube annulaire de support de buses 64 le ré- frigérant 48 provenant du réservoir d'alimentation en réfri- gérant 60, et d'un certain nombre de buses 66 montées radialement le long du périmètre intérieur du tube annulaire de support de buses 64 pour éjecter le réfrigérant vers le tube de quartz 50. Les buses 66 font saillie vers le centre du tube annulaire de support de buses 64. En cours de fonc- tionnement, le réfrigérant 48 est fourni, à partir du réser- voir d'alimentation en réfrigérant 60 et à travers les buses 66, vers l'extérieur du tube de quartz 50, pour former ainsi la couche poreuse 76 sur la couche de noyau 74 formée sur l'intérieur du tube de quartz 50. Cependant, cela présente également un inconvé- nient du fait qu'il est difficile de monter les buses radia- lement sur le périmètre intérieur du tube annulaire de support de buses 64, de sorte que le nombre des étapes de montage est augmenté, en réduisant ainsi la productivité. De plus, il est impossible d'attacher ou de détacher un tube de quartz d'un tour pendant le traitement, du fait que le tube annulaire de support de buses 64 est constitué d'un anneau continu d'une seule pièce. Résumé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus et concerne à cet effet un appareil de refroidissement d'un tube de quartz pendant la fabrication d'une préforme de fibre optique par dépôt de vapeur chimique modifié (DVCM), caractérisé en ce qu'il comprend une buse destinée à entourer le tube de quartz et comprenant un cer- tain nombre d'évents pour éjecter un réfrigérant vers l'inté- rieur en direction du tube de quartz, la buse étant formée d'au moins deux sections de buse séparables de façon qu'on puisse retirer le tube de quartz de la buse sans qu'il soit nécessaire de faire passer l'une ou l'autre extrémité du tube de quartz à travers la buse. De préférence, la buse est constituée d'une pre- mière section de buse et d'une seconde section de buse. Les évents peuvent être formés en au moins deux lignes le long de l'intérieur des sections de buses, et sont disposés de manière à fournir un refroidissement essentielle- ment uniforme au tube de quartz. De préférence, les évents sont formés radialement et symétriquement le long de l'intérieur des sections de bu- ses, à intervalles essentiellement constants. L'appareil peut être conçu pour être utilisé avec par exemple de l'eau ou de l'azote gazeux comme réfrigérant. L'appareil comprend de préférence en outre une console pour supporter la buse, et un collecteur de réfrigé- rant pour collecter le réfrigérant éjecté par les évents. Par exemple, lorsque la buse est constituée d'une première section de buse et d'une seconde section de buse, l'appareil peut en outre comprendre un premier bras de liai- son pour relier en pivotement la première section de buse à la console, et un second bras de liaison pour relier en pivo- tement la seconde section de buse à la console, de façon que la première section de buse et la seconde section de buse puissent être fermées par pivotement pour enfermer le tube de quartz, et être ouvertes par pivotement l'une par rapport à l'autre de manière à permettre l'enlèvement du tube de quartz. De préférence, le premier bras de liaison est re- lié, à son extrémité opposée à la première section de buse, par une première articulation, et le second bras de liaison est relié, à son extrémité opposée à la seconde section de buse, par une seconde articulation. Le premier bras de liaison et le second bras de liaison peuvent être fixés ensemble au moyen d'une vis, de manière à les empêcher de se déplacer lorsqu'ils sont fermés ensemble. Dans le cas o la console est reliée entre la buse et le collecteur de réfrigérant, l'appareil comprend de préférence une ligne d'alimentation en réfrigérant pour four- nir du réfrigérant aux sections de buse, un régulateur de ré- frigérant pour réguler le réfrigérant fourni à la ligne d'alimentation en réfrigérant, et un réservoir de réfrigérant pour stocker le réfrigérant provenant du collecteur de réfri- gérant. La présente invention concerne également un pro- cédé de refroidissement d'un tube de quartz pendant la fabri- cation d'une préforme de fibre optique par dépôt de vapeur chimique modifié (DVCM), caractérisé en ce qu'il consiste à entourer le tube de quartz par une buse constituée d'au moins deux sections de buse séparables et comprenant un certain nombre d'évents, à éjecter un réfrigérant vers l'intérieur en direction du tube de quartz, via les évents, et à séparer les sections de buse pour pouvoir retirer le tube de quartz de la buse sans qu'il soit nécessaire de faire passer l'une ou l'autre extrémité du tube de quartz à travers la buse. De préférence, une couche poreuse est formée à l'intérieur de la préforme de fibre optique. Le procédé peut être mis en oeuvre pendant la fa- brication d'une préforme de fibre optique pour un amplifica- teur de lumière. Une telle préforme peut être une préforme de fi- bre optique dopée à l'erbium. 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 illustre la fabrication conventionnelle d'une préforme de fibre optique en utilisant le DVCM; - la figure 2 illustre l'étape de formation d'une couche po- reuse pendant la fabrication d'une préforme de fibre opti- que pour un amplificateur de lumière, en utilisant un appareil de refroidissement conventionnel; - la figure 3 illustre l'étape de formation d'une couche po- reuse pendant la fabrication d'une préforme de fibre opti- que pour un amplificateur de lumière, en utilisant un autre appareil de refroidissement conventionnel; - la figure 4 est une vue en perspective d'un appareil de re- froidissement pour former une telle couche poreuse, selon la présente invention; et - la figure 5 illustre l'étape de formation d'une couche po- reuse pendant la fabrication d'une préforme de fibre opti- que pour un amplificateur de lumière, en utilisant l'appareil de refroidissement de la figure 4. Description détaillée du mode de réalisation préférentiel A la figure 4, un appareil de refroidissement 10 comprend une buse 78 constituée d'une première section de buse 12 et d'une seconde section de buse 14 alimentées par un réfrigérant 48 tel que de l'eau ou de l'azote gazeux, par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation en réfrigérant 38. La première section de buse 12 et la seconde section de buse 14 sont conçues pour être séparées de manière à permet- tre à un tube de quartz 50 d'être détaché d'un tour sur le- quel il est monté. Un certain nombre d'évents 16 sont formés à in- tervalles circonférentiels constants et sont disposés radia- lement et symétriquement le long de l'intérieur des sections de buse 12 et 14, pour l'éjection du réfrigérant. Les évents 16 sont disposés en au moins une ligne le long du périmètre intérieur de la buse constituée de la première section de buse et de la seconde section de buse, pour fournir un re- froidissement uniforme au tube de quartz 50 de manière à ob- tenir une couche poreuse uniforme 76 pour une préforme de fibre optique destinée à un amplificateur de lumière.30 La première section de buse 12 comporte, d'un cô- té, un premier trou de branchement 18 relié à un premier tube d'alimentation en réfrigérant 38a, pour guider le réfrigérant vers la première section de buse 12. De la même manière, la seconde section de buse 14 comporte, d'un côté, un second trou de branchement 20 relié à un second tube d'alimentation en réfrigérant 38b, pour guider le réfrigérant vers la se- conde section de buse 14. Le premier tube de réfrigérant 38a et le second tube de réfrigérant 38b se ramifient à partir de la conduite d'alimentation en réfrigérant 38. Bien évidem- ment, le premier tube et le second tube d'alimentation en ré- frigérant peuvent être disposés séparément. Un collecteur de réfrigérant 40 est disposé au- dessous de la buse 78 pour collecter le réfrigérant éjecté par les évents 16. Le collecteur de réfrigérant 40 est relié à un réservoir de réfrigérant 46 par un tube de décharge 44. Une console 32 est prévue pour supporter la buse 78 et la re- lier au collecteur de réfrigérant 40. La console 32 est dis- posée pour déplacer la buse 78 le long du tube de quartz 50 à refroidir. Si le réfrigérant 48 est un gaz, le collecteur de réfrigérant 40, le réservoir de réfrigérant 46 et le tube de décharge 44 sont séparés de l'appareil de refroidissement 10. Un premier bras de liaison 22 est prévu pour re- lier en pivotement la première section de buse 12 à la con- sole 32 au moyen d'une première articulation 34. De la même manière, un second bras de liaison 24 est prévu pour relier en pivotement la seconde section de buse 14 à la console 32 au moyen d'une seconde articulation 36. Le premier bras de liaison 22 et le second bras de liaison 24 sont fixés ensem- ble au moyen d'une vis 30 pour empêcher la première section de buse 12 et la seconde section de buse 14 de se déplacer lorsqu'elles ont été fermées ensemble. La vis 30 est intro- duite à travers un premier trou de vis 26 et un second trou de vis 38 formés respectivement dans le premier bras de liai- son et le second bras de liaison. Un régulateur de réfrigé- rant 42 est relié à la conduite d'alimentation en réfrigérant 38 pour réguler l'alimentation du réfrigérant 48. L'appareil de refroidissement peut être utilisé dans tous les processus nécessitant un tube de quartz à par- tir duquel on fabrique des préformes de fibres optiques en utilisant le DVCM, de manière à refroidir ce tube de quartz et en particulier à former la couche poreuse dans ce tube de quartz afin de le fabriquer sous la forme d'une préforme de fibre optique pour un amplificateur de lumière, ou d'une pré- forme de fibre optique dopée à l'erbium. Dans un tube de quartz à fabriquer sous la forme d'une préforme de fibre optique pour un amplificateur de lu- mière, on forme séquentiellement une couche de revêtement 72 pour empêcher la pénétration de matières étrangères, et une couche de noyau 74 pour transmettre la lumière à l'intérieur d'un tube de quartz 50 fixé à un tour. Ensuite, on place le tube de quartz 50 entre la première section de buse 12 et la seconde section de buse 14, en faisant pivoter l'un vers l'autre le premier bras de liaison 22 et le second bras de liaison 24 respectivement sur la première charnière 34 et la seconde charnière 36. La première section de buse 12 et la seconde section de buse 14 sont solidement fixées au moyen de la vis 30 pour terminer la buse 78. Bien évidemment, on peut facilement détacher le tube de quartz 50 si on le désire, en dévissant la vis 30 pour séparer la première section de buse 12 de la seconde section de buse 14. Ensuite, le réfrigérant 48 est régulé par le ré- gulateur de réfrigérant 42 et fourni à la conduite d'alimen- tation en réfrigérant 38. La première section de buse 12 et la seconde section de buse 14 sont alimentées respectivement en réfrigérant 48 par le premier tube d'alimentation en ré- frigérant 38a et le second tube d'alimentation en réfrigérant 38b. Le réfrigérant est finalement éjecté à travers les évents 16 vers l'extérieur du tube de quartz 50 pour le re- froidir uniformément de manière à former une couche poreuse sur la couche de noyau 74. Le réfrigérant éjecté 48 est col- lecté par le collecteur de réfrigérant 40, et s'écoule par le tube de décharge 44 dans le réservoir de réfrigérant 46. Comme décrit ci-dessus, la présente invention fournit des moyens pour former uniformément une couche po- reuse dans un tube de quartz. Au lieu d'utiliser un certain nombre de buses spécialement préparées, l'appareil de refroi- dissement est constitué d'un certain nombre d'évents directe- ment formés dans la buse annulaire, de sorte que le processus de montage est considérablement simplifié en conduisant ainsi à une réduction considérable des coûts. De plus, la buse est divisée en la première section de buse et la seconde section de buse de façon qu'on puisse facilement monter et démonter un tube de quartz sur un tour. En outre, la première section de buse et la seconde section de buse sont structurées sépa- rément, ce qui rend possible de ne fournir le réfrigérant qu'à une partie seulement du tube de quartz si on le désire. Enfin, la console peut déplacer la buse le long du tube de quartz de manière à régler la position de l'appareil de re- froidissement. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Appareil de refroidissement (10) d'un tube de quartz (50) pendant la fabrication d'une préforme de fibre optique par dépôt de vapeur chimique modifié (DVCM), caractérisé en ce qu' il comprend une buse (78) destinée à entourer le tube de quartz (50) et comprenant un certain nombre d'évents (16) pour éjecter un réfrigérant (48) vers l'intérieur en direc- tion du tube de quartz (50), la buse (78) étant formée d'au moins deux sections de buse séparables (12, 14) de façon qu'on puisse retirer le tube de quartz (50) de la buse (78) sans qu'il soit nécessaire de faire passer l'une ou l'autre extrémité du tube de quartz (50) à travers la buse (78). 2 ) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse (78) est constituée d'une première section de buse (12) et d'une seconde section de buse (14). 3 ) Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les évents (16) sont formés en au moins deux lignes le long de l'intérieur des sections de buse (12, 14), et sont dispo- sés de manière à fournir un refroidissement essentiellement uniforme au tube de quartz (50). 4 ) Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les évents (16) sont formés radialement et symétriquement le long de l'intérieur des sections de buse (12, 14) à interval- les essentiellement constants. ) Appareil selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu' il est conçu pour être utilisé avec de l'eau ou de l'azote gazeux comme réfrigérant (48). 1i 6 ) Appareil selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu' il comprend en outre une console (32) pour supporter la buse (78), et un collecteur de réfrigérant (40) pour collecter le réfrigérant (48) éjecté par les évents (16). 7 ) Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la buse (78) est constituée d'une première section de buse (12) et d'une seconde section de buse (14), en comprenant en outre un premier bras de liaison (22) pour relier en pivote- ment la première section de buse (12) à la console (32), ain- si qu'un second bras de liaison (24) pour relier en pivotement la seconde section de buse (14) à la console (32), de façon que la première section de buse (12) et la seconde section de buse (14) puissent être fermées par pivotement pour enfermer le tube de quartz (50), et puissent être ouver- tes en pivotant l'une par rapport à l'autre de façon qu'on puisse retirer le tube de quartz (50) 8 ) Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier bras de liaison (22) est relié, à son extrémité opposée à la première section de buse (12), par une première articulation (34), et le second bras de liaison (24) est re- lié, à son extrémité opposée à la seconde section de buse (14), par une seconde articulation (36). 9 ) Appareil selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le premier bras de liaison (22) et le second bras de liaison (24) sont fixés ensemble au moyen d'une vis (30), de manière à les empêcher de se déplacer lorsqu'ils sont fermés ensem- ble. ) Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la console (32) est montée entre la buse (78) et le collec- teur de réfrigérant (40), en comprenant en outre une conduite d'alimentation en réfrigérant (38) pour fournir du réfrigé- rant aux sections de buse (12, 14), un régulateur de réfrigé- rant (42) pour réguler le réfrigérant (48) fourni à la conduite d'alimentation en réfrigérant (38), et un réservoir de réfrigérant (46) pour stocker le réfrigérant (48) prove- nant du collecteur de réfrigérant (40). 11 ) Procédé de refroidissement d'un tube de quartz (50) pen- dant la fabrication d'une préforme de fibre optique par dépôt de vapeur chimique modifié (DVCM), caractérisé en ce qu' il consiste à entourer le tube de quartz (50) par une buse (78) constituée d'au moins deux sections de buse séparables (12, 14) et comprenant un certain nombre d'évents (16), à éjecter un réfrigérant (28) vers l'intérieur en direction du tube de quartz (50), via les évents (16), et à séparer les sections de buse (12, 14) pour pouvoir retirer le tube de quartz (50) de la buse (78) sans qu'il soit nécessaire de faire passer l'une ou l'autre extrémité du tube de quartz (50) à travers la buse (78). 12 ) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu' une couche poreuse est formée à l'intérieur de la préforme de fibre optique. 13 ) Procédé selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérise en ce qu' il est utilisé pendant la fabrication d'une préforme de fibre optique pour un amplificateur de lumière. 14 ) Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu' il est utilisé pendant la fabrication d'une préforme de fibre optique dopée à l'erbium.