Brevet FR2774678A1 — publié le 19990813

L'invention se rapporte à un procédé pour recharger une préforme primaire en vue de l'étirer à chaud en une fibre optique, dans lequel on forme une couche de recharge en déposant des grains de silice sur un tube de silice formant la paroi latérale de la préforme primaire. D'une manière connue, on procède à la recharge de la préforme primaire pour grossir son diamètre et ainsi augmenter la longueur de fibre optique fibrée lors de l'étirage à chaud. Les grains de silice sont déposés sur le tube de silice formant la paroi latérale de la préforme primaire de sorte que la couche de recharge présente sensiblement le même indice de réfraction que le tube. La préforme primaire comprend, à l'intérieur du tube de silice, une gaine optique et un coeur qui présentent entre eux une différence d'indice de réfraction. Le problème à la base de l'invention est d'obtenir une fibre optique avec un indice de réfraction constant à l'intérieur des épaisseurs issues de façon homothétique de la couche de recharge et du tube de silice de la préforme primaire lors de l'étirage à chaud. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé pour recharger une préforme primaire en vue de l'étirer à chaud en une fibre optique, dans lequel on forme une couche de recharge en déposant des grains de silice sur un tube de silice formant la paroi latérale de la préforme primaire, caractérisé en ce que l'on dope les grains de silice par de l'aluminium pour que la couche de recharge et le tube de silice de la préforme primaire possèdent sensiblement une même viscosité lors de l'étirage à chaud. En dopant les grains de silice par de l'aluminium, on forme une couche de recharge qui possède une viscosité sensiblement égale à celle du tube de silice de la préforme primaire lors de l'étirage à chaud, ce qui conduit à un étirage uniforme dans un plan transversal à la préforme, le tube de silice ainsi que la couche de recharge étant sensiblement dans un même état de contrainte. D'o il résulte que les épaisseurs de la fibre optique issues de façon homothétique de la couche de recharge et du tube de silice conservent un même indice de réfraction. On utilise comme dopant l'aluminium parce que sa diffusion à travers le tube de silice dans la gaine optique et dans le coeur de la fibre optique n'est pas significative pour avoir un effet préjudiciable sur les propriétés d'atténuation optique. Toutefois il est prévu d'utiliser comme dopant du germanium, ou du titane, ou du phosphore. L'aluminium est de préférence apporté sous la forme de particules d'alumine dans une proportion par rapport aux grains de silice qui permettent un ajustement en viscosité de la couche de recharge et de la préforme primaire sans modifier sensiblement l'indice de réfraction de la couche de recharge par rapport à celui du tube de silice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode particulier de réalisation. La figure 1 montre un profil d'indice d'une fibre optique étirée à chaud à partir d'une préforme ayant une couche de recharge non dopée en aluminium. La figure 2 montre un profil d'indice d'une fibre optique étirée à chaud à partir d'une préforme ayant une couche de recharge dopée en aluminium. Un procédé pour recharger une préforme primaire est mis en oeuvre selon un mode particulier de l'invention, au moyen d'un banc de recharge qui comprend un tour maintenant une préforme primaire cylindrique en rotation sur elle même et une torche à plasma montée perpendiculairement à la préforme. La torche à plasma est mobile en translation et est déplacée parallèlement à la préforme pour la préchauffer. La préforme primaire est constituée d'un tube de silice entourant une gaine optique et un coeur. On utilise de préférence un tube de silice ultrapur pour augmenter les propriétés d'atténuation de la fibre optique fabriquée à partir de la préforme. La formation d'une couche de recharge commence lorsque des grains de silice sont déposés sur le tube de silice formant la paroi latérale de la préforme primaire. Les grains de silice sont simplement déposés par gravité à partir d'un conduit d'alimentation qui est déplacé en translation parallèlement à la préforme primaire. Les grains de silice sont fusionnés puis vitrifiés sous une température de l'ordre de 2300 degrés celsius ( C) par le plasma. L'opération de recharge s'effectue dans une cabine close pour assurer une protection contre des perturbations électromagnétiques et contre un dégagement d'ozone émis par la torche à plasma. Selon l'invention, on dépose simultanément des particules d'alumine en les mélangeant aux grains de silice dans le conduit d'alimentation. Comme indiqué précédemment, I'introduction des particules d'alumine dans la couche de recharge confère à cette dernière une viscosité sensiblement égale à celle de la préforme primaire lors de l'étirage à chaud conduisant à la fabrication d'une fibre optique. Les particules d'alumine sont introduites dans une proportion relative par rapport aux grains de silice qui est fonction de la pureté en silice des grains et du tube de la préforme primaire. De préférence, cette proportion est comprise entre 0,1% et 1% en poids. A titre d'exemple, on utilise une proportion en poids de 0,1% de particules d'alumine par rapport à des grains de silice naturelle pour recharger une préforme primaire qui comprend un tube de silice ultrapur. Dans ces conditions, on obtient une viscosité de la couche rechargée sensiblement égale à celle de la préforme primaire lors de l'étirage à chaud. Il est prévu d'utiliser des particules d'alumine de qualité ultrapur dont la taille maximale est typiquement de quelques dizaines de microns. De préférence, on utilise des particules d'alumine pyrogénées dont la taille est inférieure à 0,1 micron pour favoriser une distribution homogène des particules dans la couche de recharge. Une variation de l'indice de réfraction le long d'un diamètre d'une fibre optique est représentée dans les figures 1 et 2, o dans les cas, une fibre optique a été étirée à chaud à partir d'une préforme primaire rechargée. Le tube de silice de la préforme primaire contient 1200 parties par million (ppm) de chlore, et la couche de recharge est constituée de grains de silice naturelle. Dans le premier cas, figure 1, la couche de recharge n'est pas dopée en aluminium. On observe un profil d'indice avec un saut à environ 20 micron du centre de la fibre optique, qui correspond à l'interface entre les deux épaisseurs issues de façon homothétique de la couche de recharge et du tube de silice. Dans le deuxième cas, figure 2; les grains de silice naturelle de la couche de recharge sont dopés à hauteur de 0,1% par de l'aluminium apporté sous forme d'alumine pyrogénées. On observe un profil d'indice plat à environ 20 microns du centre de la fibre optique, avec une disparition du saut d'indice observé sur la figure 1. Ce résultat illustre l'influence de l'aluminium apporté dans la couche de recharge sur la conservation d'un même indice de réfraction entre les épaisseurs de la fibre optique issues de façon homothétique de cette couche de recharge et du tube de silice de la préforme primaire lors de l'étirage à chaud. Il est également prévu d'introduire les particules d'alumine sous la forme de grains de silice synthétique fortement dopés en alumine, de l'ordre de 30% en poids, ce qui permet d'incorporer l'alumine dans un réseau de silice préalablement au dépôt, et ainsi d'améliorer l'homogénéité de la couche recharge. Avantageusement, I'introduction des particules d'alumine dans la couche de recharge réduit les pertes d'atténuation engendrées par la présence de l'hydrogène dans la fibre optique. A titre d'exemple, une fibre optique fabriquée à partir d'une préforme rechargée en l'absence de particules d'alumine, et testée dans des conditions normalisées de pression extérieure d'hydrogène, présente une augmentation d'atténuation à 1,55 micron en variant de 0,1 décibel par kilomètre (dB/km) à 0,5 dB/km. En présence de particules d'alumine dans la couche de recharge de la préforme, la fibre optique présente à la même longueur d'onde une augmentation moindre d'atténuation due à l'hydrogène, en variant de 0,05 dB/km à 0,1 dB/km. Il faut noter que l'introduction des particules d'alumine est compatible avec un traitement par fluoration de grains de silice naturelle. REVENDICATIONS 1. Un procédé pour recharger une préforme primaire en vue de l'étirer à chaud en une fibre optique, dans lequel on forme une couche de recharge en déposant des grains de silice sur un tube de silice formant la paroi latérale de la préforme primaire, caractérisé en ce que l'on dope les grains de silice par de l'aluminium pour que la couche de recharge et le tube de silice de la préforme primaire possèdent sensiblement une même viscosité lors de l'étirage à chaud. 2. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel l'aluminium est apporté sous forme de particules d'alumine. 3. Un procédé selon la revendication 2, dans lequel on introduit une proportion de particules d'alumine comprise entre 0,1% et 1% en poids par rapport aux grains de silice. 4. Un procédé selon la revendication 3, dans lequel les particules d'alumine sont micrométriques et ultrapures. 5. Un procédé selon la revendication 3, dans lequel les particules d'alumine sont pyrogénées. 6. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel l'aluminium est apporté sous forme de grains de silice synthétique fortement dopée par de l'alumine. 7. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel l'aluminium est remplacé par du germanium, ou du titane, ou du phosphore.