Brevet FR2902419A1 — publié le 20071221

PROCEDE DE RECHARGE D'UNE PREFORME DE FIBRE OPTIQUE La présente invention concerne un procédé de recharge d'une préforme de fibre optique. Une fibre optique est en effet réalisée en étirant une préforme sur une tour de fibrage. Une préforme comprend généralement une préforme primaire constituée d'un tube de verre de très haute qualité qui forme une partie de la gaine et le coeur de la fibre. Cette préforme primaire est ensuite rechargée ou manchonnée pour augmenter son diamètre et former une préforme utilisable sur une tour de fibrage. L'opération de fibrage homothétique consiste à placer la préforme verticalement dans une tour et à tirer un brin de fibre d'un bout de la préforme. Pour cela, une haute température est appliquée localement à une extrémité de la préforme jusqu'à ce que la silice soit ramollie, la vitesse de fibrage et la température sont ensuite contrôlées en permanence pendant le fibrage car ils déterminent le diamètre de la fibre. La préforme primaire peut être fabriquée par dépôts successifs à l'intérieur du tube de couches de silice pure et/ou dopée pour constituer une gaine interne et un coeur central. Les dépôts dans le tube sont généralement du type dépôt chimique en phase vapeur, désigné par le sigle CVD pour Chemical Vapour Deposition en langue anglaise. Ce type de dépôt est effectué par injections de mélanges gazeux dans le tube et ionisations desdits mélanges. Le dépôt de type CVD englobe les dépôts MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition), FCVD (Furnace Chemical Vapour Deposition) et PCVD (Plasma enhanced Chemical Vapour Deposition). Le tube est ensuite refermé par une opération de rétreint pour former la préforme primaire. La préforme primaire est ensuite rechargée à partir de grain de silice, de préférence des grains de silice naturelle peu coûteuse, pour obtenir une préforme finale. La recharge de la préforme finale peut être effectuée par un dépôt plasma dans lequel les grains de silice naturelle sont projetés et fusionnés par une torche plasma sous une température de l'ordre de 2300 pour être vitrifiés sur la périphérie de la préforme primaire. L'opération de recharge s'effectue généralement dans une cabine close à atmosphère contrôlée pour assurer une protection contre les perturbations électromagnétiques et le dégagement d'ozone émis par la torche plasma. R`$revets`25500125520ù 060616-texte depot doc - 160606 - IO06 - 1/12 La géométrie de la préforme doit respecter parfaitement les rapports des indices de réfraction et des diamètres du coeur et de la gaine de la fibre afin que la fibre étirée présente le profil requis. Pour des fibres optiques, on qualifie généralement le profil d'indice en fonction de l'allure du graphe de la fonction qui associe au rayon de la fibre l'indice de réfraction. Un contrôle précis de l'opération de recharge est donc nécessaire pour garantir l'homothétie des rapports entre la géométrie de la préforme finale et la fibre étirée. Un diamètre cible de la préforme finale est calculée à partir du diamètre de la préforme primaire et du profil cible de la fibre. Ce diamètre cible détermine la quantité de recharge qui doit être appliquée à la préforme primaire. Le dépôt de la recharge se fait alors en une ou plusieurs passes, chaque passe correspondant à une translation de la torche plasma le long de la préforme primaire et au dépôt d'une quantité contrôlée de grains de silice. Ainsi, à chaque passe de recharge, une certaine épaisseur de gaine de silice est déposée sur la préforme primaire. En général, chaque passe de recharge présente une épaisseur donnée, par exemple 4 mm, correspondant à une vitesse de translation donnée et à un débit de grains de silice donné. Le problème est alors d'atteindre précisément le diamètre cible de la préforme lorsque l'avant dernière passe de recharge amène la préforme à un diamètre tel que moins d'une épaisseur de passe est nécessaire pour terminer la recharge. On cherche en effet à atteindre le diamètre cible de la préforme rechargée avec une précision de l'ordre de 0,3 mm pour une préforme de 90 mm à 100 mm de diamètre. Une solution à ce problème consiste à réduire le débit de grains de silice projetés sur la préforme lors de la dernière passe de recharge afin de déposer une couche de recharge plus mince et atteindre ainsi le diamètre cible de la préforme. Une telle solution est par exemple décrite dans le document EP-A-1 279 646. On connaît aussi du document EP-A-O 845 441, un équipement de recharge de préforme de fibre optique comprenant une première torche de dépôt de recharge le long de la préforme et une pluralité de secondes torches adaptées à effectuer chacune un petit va-et-vient sur une longueur donnée de la préforme. L'uniformité longitudinale de la recharge déposée le long de la préforme primaire est contrôlée et une ou plusieurs des secondes torches peuvent être actionnées pour corriger une non uniformité détectée dans la recharge sur une longueur donnée. Le dépôt de la RABrevets\25500,25520-060616-teste depot doc - 16/06/06 - 1006 - 2/12 recharge avec la première torche est effectué à vitesse constante et avec un débit de grains variable pour atteindre le diamètre cible de la préforme. La solution d'une réduction du débit de grains de silice projetés en fin de recharge présente cependant l'inconvénient de réduire le rendement du procédé de recharge et induit une perte de productivité. En effet, l'efficacité de la projection des grains de silice augmente avec le diamètre de la préforme en cours de recharge. De fait, au début du processus de recharge, une grande quantité de grains passe à côté de la préforme primaire, du fait de son faible diamètre ; ensuite, plus le diamètre de la préforme augmente avec la recharge, plus le grain projeté atteint la préforme pour être vitrifié. L'efficacité de la recharge, en terme de rendement par rapport à la quantité de grain utilisée, augmente donc avec le diamètre de la préforme. Réduire le débit de grain lors de la dernière passe annule donc cette augmentation du rendement et réduit la productivité globale du procédé de recharge de la préforme. On connaît par ailleurs du document EP-A-O 482 348, un équipement de recharge de préforme de fibre optique dans lequel la quantité de recharge déposée est contrôlée en continu par un calcul de la masse de la préforme. Lorsque la préforme a atteint une masse cible, la recharge est arrêtée. Ce document n'indique cependant pas comment la fin de la recharge est contrôlée. Il existe donc un besoin pour un procédé de recharge de fibre optique qui 20 permette d'atteindre précisément le diamètre cible de la préforme sans perte de productivité et qui soit simple à mettre en oeuvre. L'invention propose en conséquence d'anticiper le diamètre cible de la préforme avant que le diamètre de la préforme soit tel que moins d'une épaisseur de passe est nécessaire pour terminer la recharge ; et de réduire la vitesse de translation 25 de la torche le long de la préforme pour augmenter l'épaisseur d'une dernière passe, plutôt que de réduire le débit de grains de silice projeté pour diminuer l'épaisseur de la dernière passe comme dans l'art antérieur. L'invention propose plus particulièrement un procédé de recharge d'une préforme de fibre optique ayant un diamètre cible de préforme finale donné, le 30 procédé comprenant les étapes de : fourniture d'une préforme primaire à recharger; - dépôts successifs de premières couches de recharge par projection et vitrification de grains de silice sur la préforme primaire en translation R. VBrexetr25500A25520ù060616-texte depotdoc - 16/06/06 - 10.06 - 3!12 relative avec une torche plasma, chaque première couche de recharge ayant une épaisseur donnée sensiblement constante et étant déposée avec un débit de grains de silice donné sensiblement constant et avec une vitesse de translation donnée sensiblement constante; - détection d'un diamètre de préforme supérieur à un seuil donné et inférieur au diamètre cible de la préforme moins une épaisseur de première couche de recharge ; - dépôt d'une dernière couche de recharge ayant l'épaisseur manquante avec un débit de grains de silice maintenu sensiblement constant et avec une vitesse de translation réduite. Selon un mode de réalisation, le seuil donné pour réaliser le dépôt de la dernière couche de recharge est égal au diamètre cible de la préforme moins l'épaisseur de trois premières couches de recharge. Selon un autre mode de réalisation, le seuil donné pour réaliser le dépôt de la 15 dernière couche de recharge est égal au diamètre cible de la préforme moins I'épaisseur de deux premières couches de recharge. Selon une caractéristique, le dépôt de la dernière couche de recharge est réalisé avec une vitesse de translation réduite par rapport à la vitesse de translation constante de dépôt des couches de recharge précédentes d'un facteur égal au rapport de 20 l'épaisseur constante d'une couche précédente sur l'épaisseur manquante, selon la relation suivante : V'= V d Do û D, avec V', la vitesse de translation réduite de dépôt de la dernière couche ; V, vitesse de translation constante de dépôt des couches précédentes ; 25 Do û DI, épaisseur de recharge manquante, d, épaisseur constante de couches de recharge précédentes. Selon un mode de réalisation, les premières couches de recharge ont une épaisseur sensiblement constante comprise entre 3 mm et 6 mm. L'invention concerne aussi un équipement pour la recharge d'une préforme 30 primaire de fibre optique avec un diamètre cible de préforme finale donné, l'équipement comprenant : - un support de réception d'une préforme primaire ; R VBrevets\25500\25520--060616-texte depot.doc - 16/0b/06 - 10.06 - 4112 au moins une torche plasma ; - des moyens de translation de la préforme primaire et/ou de la torche plasma pour permettre une translation relative de la torche le long de la préforme primaire avec une vitesse contrôlée ; - des moyens de projection de grains de silice avec un débit de grains contrôlé ; - des moyens de mesure du diamètre de la préforme en cours de recharge ; - une unité de contrôle adaptée à recevoir la mesure du diamètre de la préforme et adaptée à imposer un débit de grains de silice donné sensiblement constant et une vitesse de translation donnée sensiblement constante tant que le diamètre de préforme mesuré est inférieur à une valeur seuil, l'unité électronique étant adaptée à commander le dépôt d'une dernière couche de recharge ayant l'épaisseur manquante avec un débit de grains de silice maintenu sensiblement constant et avec une vitesse de translation réduite. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple et en référence au dessin de la figure 1 qui montre un graphe schématique de la recharge d'une préforme de fibre optique avec la longueur de la préforme en abscisse et le diamètre de la préforme en ordonnée. L'invention propose un procédé de recharge d'une préforme de fibre optique. La préforme finale de fibre optique a un diamètre cible donné Do, qui peut être de l'ordre de 80 mm à 150 mm pour le fibrage d'une fibre monomode ou de l'ordre de 30 mm à 45 mm pour le fibrage d'une fibre multimode. La préforme primaire, constituée d'un tube de silice dans lequel un coeur optique et une gaine ont été déposés par une quelconque technique de CVD, présente un diamètre de l'ordre de 20 mm à 35 mm selon les applications. Sur la figure 1, on a reporté le diamètre de la préforme primaire Dtube , qui correspond au diamètre extérieur du tube utilisé pour le dépôt CVD, et le diamètre cible de la préforme finale Do. L'épaisseur manquante entre le diamètre final Do et le diamètre de la préforme primaire Dtube est comblée par la recharge de la préforme. R. ABrevets \25500',25520--060616-tette depot.doc - 16'06/06 - 10.06 - 5'12 La préforme primaire est rechargée par dépôt de couches successives de recharge jusqu'à atteindre le diamètre cible Do de la préforme finale. Chaque couche de recharge est déposée par projection et vitrification de grains de silice sur la préforme primaire en translation relative avec une torche plasma. On utilise de préférence du grain de silice naturelle pour des raisons de coût, mais du grain de silice synthétique et/ou dopé peut également être utilisé dans le cadre du procédé de l'invention. Le procédé de l'invention propose de réaliser le dépôt des premières couches de recharge avec un débit de grains de silice Fx donné constant et avec une vitesse de translation V donnée constante ; chaque couche de recharge ainsi déposée présente donc une épaisseur donnée constante d, par exemple entre 3 mm et 6 mm. Le procédé selon l'invention propose de détecter un diamètre de préforme Dl en cours de recharge atteignant un seuil donné S, qui correspond à un diamètre de préforme tel que plus d'une passe mais moins de deux ou trois passes d'épaisseur constante d seraient nécessaires pour terminer la recharge. Le procédé selon l'invention propose alors de réaliser le dépôt d'une dernière couche de recharge ayant l'épaisseur manquante (Do-DI) avec un débit de grains de silice maintenu constant Fx mais avec une vitesse de translation réduite V' A cet effet, le procédé de l'invention propose de réduire la vitesse de translation V' de la dernière passe par rapport à la vitesse de translation V des autres passes, tout en maintenant constant le débit de grains Fx projetés sur la préforme. En particulier, la vitesse de translation V' de la dernière passe du procédé selon l'invention sera réduite par rapport à la vitesse constante V de dépôt des couches précédentes d'un facteur égal au rapport de l'épaisseur constante d'une couche précédente (d) sur l'épaisseur manquante (Do-DI). On peut donc exprimer la vitesse réduite de la dernière passe en fonction de la vitesse constante des autres passes selon la relation suivante : V'= V d Do ûD, L'épaisseur de la dernière couche déposée est ainsi augmentée par la réduction de vitesse de translation V' de la torche. Bien entendu, la durée de la dernière passe, plus épaisse, est plus longue que les passes précédentes, mais la durée globale du procédé de recharge n'est pas affectée puisque la dernière passe du procédé selon l'invention remplace les deux ou trois dernières passes des procédés de l'art antérieur. Il a aussi été constaté par la demanderesse que la qualité de la silice déposée lors de la dernière passe en couche épaisse est aussi bonne que la silice des couches précédentes plus fines. En outre, le rendement de la vitrification du grain sur la préforme n'est plus affecté en fin de procédé puisque le débit de grain est maintenu constant. L'invention propose ainsi un équipement pour la recharge d'une préforme primaire de fibre optique avec un diamètre cible de préforme final donné Do qui comprend un support de réception de la préforme primaire, au moins une torche plasma et un projecteur de grains de silice û qui peut être intégré à la torche plasma. Le grain de silice est projeté sur la préforme avec un débit donné constant Fx. La préforme primaire est mise en rotation et la torche plasma se déplace en translation le long de la préforme û ou la préforme primaire est animée d'un double mouvement de R.',Brevets\25500A25520--060616-texte depot.doc - 16'06/06 - 1006 - 712 rotation sur elle-même et de translation devant la torche plasma. La vitesse de translation de la torche le long de la préforme est contrôlée par une unité de contrôle. L'équipement comprend aussi des moyens de mesure du diamètre de la préforme en cours de recharge, par exemple avec un system de vision industriel composé d'un instrument de mesure, tel qu'une camera ou un micromètre laser, et d'une unité de traitement du signal du type ordinateur PC ou afficheur commercial. L'équipement selon l'invention comprend en outre une unité de contrôle adaptée à recevoir la mesure du diamètre de la préforme et adaptée à maintenir un débit de grains de silice constant Fx et une vitesse de translation donnée constante V tant que le diamètre de préforme mesuré DI est inférieur à une valeur seuil S. Lorsque l'unité électronique détecte que le diamètre de la préforme Dl a atteint ou dépassé cette valeur seuil S telle que moins de deux ou trois passes d'épaisseur constante sont nécessaires pour atteindre le diamètre cible Do, elle commande le dépôt d'une dernière couche de recharge ayant l'épaisseur manquante (Do-DI) avec un débit de grains de silice maintenu constant Fx et avec une vitesse de translation réduite V' selon la relation établit précédemment. Le procédé et l'équipement de l'invention permettent de recharger une préforme de fibre optique avec un diamètre cible précis et un gain de productivité. RABrecets125500A25520ù 060616-teste depot doc - 16/06/06 - 1006 - 8/12 REVENDICATIONS 1. Procédé de recharge d'une préforme de fibre optique ayant un diamètre cible de préforme finale donné (Do), le procédé comprenant les étapes de : - fourniture d'une préforme primaire à recharger; - dépôts successifs de premières couches de recharge par projection et vitrification de grains de silice sur la préforme primaire en translation relative avec une torche plasma, chaque première couche de recharge ayant une épaisseur donnée sensiblement constante (d) et étant déposée avec un débit de grains de silice donné sensiblement constant (Fx) et avec une vitesse de translation donnée sensiblement constante (V); - détection d'un diamètre de préforme (DI) supérieur à un seuil donné (S) et inférieur au diamètre cible de la préforme moins une épaisseur de première couche de recharge (DI 2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel le seuil donné (S) pour réaliser le dépôt de la dernière couche de recharge est égal au diamètre cible de la préforme moins l'épaisseur de trois premières couches de recharge déposées à débit de grains et vitesse constants (Do-3d). 3. Le procédé de la revendication 1, dans lequel le seuil donné (S) pour réaliser le dépôt de la dernière couche de recharge est égal au diamètre cible de la préforme moins l'épaisseur de deux premières couches de recharge déposées à débit de grains et vitesse constants (Do-2d). 4. Le procédé de la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel le dépôt de la dernière couche de recharge est réalisé avec une vitesse de translation réduite (V') par rapport à la vitesse de translation constante (V) de dépôt des couches de recharge précédentes d'un facteur égal au rapport de l'épaisseur constante d'une couche précédente (d) sur l'épaisseur manquante (Do-DI), selon la R 'Brecet5Q5500',25520--060616-texte depot doc - 16/06/06 - 10.06 - 9/12 10relation suivante : V'-= V. d Do û D, 5. Le procédé de l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les premières couches de recharge ont une épaisseur sensiblement constante (d) comprise entre 3 mm et 6 mm. 6. Equipement pour la recharge d'une préforme primaire de fibre optique avec un diamètre cible de préforme finale donné (Do), l'équipement comprenant : - un support de réception d'une préforme primaire ; - au moins une torche plasma ; - des moyens de translation de la préforme primaire et/ou de la torche plasma pour permettre une translation relative de la torche le long de la préforme primaire avec une vitesse contrôlée ; - des moyens de projection de grains de silice avec un débit de grains contrôlé ; - des moyens de mesure du diamètre de la préforme en cours de recharge ; - une unité de contrôle adaptée à recevoir la mesure du diamètre de la préforme et adaptée à imposer un débit de grains de silice donné sensiblement constant (Fx) et une vitesse de translation donnée sensiblement constante (V) tant que le diamètre de préforme mesuré (DI) est inférieur à une valeur seuil donnée, l'unité électronique étant adaptée à commander le dépôt d'une dernière couche de recharge ayant l'épaisseur manquante (Do-D,) avec un débit de grains de silice maintenu sensiblement constant (Fx) et avec une vitesse de translation réduite (V'