METHOD FOR PRODUCING A PREFORM FOR DRAWING OPTICAL FIBERS

Abstract: 1. Method of manufacturing a preform for drawing optical fibres, in which a tubular glass body is manufactured by doping of the inner core material with areas of varying refractive index, in which the tubular glass body is wholly or partially collapsed and the collapsing of the tubular glass body takes place with a reduced pressure inside the tubular glass body, characterised in that the tubular glass body manufactured by the inner coating method remains permanently connected to a vacuum pump during the collapsing, and that the reduced pressure is selected in such a way that the preform and the glass fibres arising out of the preform display the least possible depletion of doping material (dip).

Description: Verfahren zum Herstellen einer Vorform zum Ziehen von Lichtleitfasern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform zum Ziehen von Lichtleitfasern, bei dem ein rohrförmiger Glaskörper mit Bereichen mit unterschiedlichem Brechungsindex hergestellt wird. Optisch leitende Glasfasern werden aus Vorformen gezogen. Nach dem CVD-Verfahren wird ein aus Mantelglas bestehendes Rohr innenseitig mit Kernglas beschichtet. Das Kernglas besteht insbesondere aus mit Germaniumdioxyd (GeO2) dotiertem Siliciumdioxyd (SiO2) und weist einen höheren Brechungsindex auf als das Mantelglas. Man kann nach dem CVD-Verfahren auch einen stabförmigen Grundkörper zunächst mit dotiertem Kernglas und danach mit einem Mantelglas beschichten. Der Grundkörper wird schliesslich entfernt. In beiden Fällen erhält man, ggfs. nach einer Verglasung der aufgebrachten Schichten, einen rohrförmigen Körper, welcher vor dem Faserziehen kollabiert werden muss. Dabei wird der rohrförmige Körper, von einem Ende beginnend, fortlaufend über seine Länge hin bis zum Erweichungspunkt erhitzt, so dass er zu einem Vollkörper zusammenfällt. Das Kollabieren kann als getrennter Yerfahrensschritt oder geineinsam pit den Faserziehen erfolgen. Insbesondere bei init Ge0z dotiertem Kernglas wurde in dessen zentralem Bereich ein nachteiliger Einbruch (Dip) des Brechungsindexes festgestellt. Dieser entsteht dadurch, dass bei der zur Kollabierung erforderlichen hohen Erhitzung bevorzugt GeO2 aus der inneren Rohroberfläche verdampft. Infolgedessen entsteht ein zentraler Bereich des kollabierten Kern mit einer Verarmung an GeO2. Ein solcher in der Vorform entstandener Dip ergibt sich dann in geometrisch äquivalenter Form auch in der gezogenen optischen Faser. Dieser unerwünschte Dip verursacht, je nach Grösse, in Multimodegradienten- und Monomodefasern nachteilige, physikalische Effekte: - Reduzierung der Einkoppelfeffektivität, - Erhöhung der Mikrokrümmungsempfindlichkeit, - Beeinflussung der Cut-Off-Wellenlänge, - Reduzierung der Übertragungsbandbreite, - Fehlinterpretation der DMD-Messmethode, - negative Beeinflussung des &gamma;-Faktors bei grossen LWL-Strecken, - Empfindlichkeit der Bandbreitenmessung bezüglich Einkopplung und Microbendings. Trotz zahlreicher Versuche ist es bisher nicht gelungen, den Dip vollständig zu vermeiden, man konnte ihn lediglich reduzieren. Um solch kleine Dip-Werte zu erreichen, musste der zunächst grosse Innendurchmesser des beschichteten Rohres durch Vorkollabierung verkleinert werden. Nach der Verkleinerung wurde die GeO2-verarmte innere Hautschicht durch Ätzen entfernt. Dieses Vorverfahren wurde bis zu einen möglichst kleinen verbleibenden Innendurchmesser durchgeführt, so dass beim abschliessenden endgültigen Kollabieren ein nur relativ geringer 6eOt-verarmter Flächenanteil auch nur eine schmale Dip-Zone ergeben konnte. Ein weiteres bekanntes Ver fahren zur Reduzierung eines Dip besteht darin, dass während des Kollabierens germaniumhaltige Stoffe zugesetzt werden, um der GeO2-Verarmung entgegenzuwirken. Die bekannten Verfahren zur Verminderung des Dips sind aufwendig und nicht voll befriedigend, da ein Restdip nicht vermeidbar war. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass ein Dip möglichst vollständig vermieden wird. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der rohrförmige Glaskörper ganz oder teilweise kollabiert wird und dass das Kollabieren des rohrförmigen Glaskörpers mit einem Unterdruck im Inneren des rohrTc; förmigen Glaskörpers erfolgt, wobei der Unterdruck derart gewählt wird, dass die Vorform bzw. die aus der Vorform entstehende Glasfaser möglichst keinen Dip aufweist. Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass durch einen entsprechenden Unterdruck ein Dip vermieden werden kann. Beim Verfahren nach der Erfindung wird vorzugsweise darauf geachtet, dass der zu einem Stab kollabierte Glaskörper einen möglichst kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dies erreicht man gemäss einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise dadurch, dass der rohrförmige Glaskörper durchVOr',sollabieren mechanisch so stabil gemacht wird, dass beim weiteren Kollabieren mit Unterdruck kein Glaskörper mit elliptischem Querschnitt entsteht. Zu diesem Zweck muss der rohrförmige Glaskörper vor dem Kollabieren zu einem Vollstab eine entsprechende Geometrie aufweisen, indem er beispielsweise einen entsprechend kleinen Innendurchmesser oder ein entsprechend kleines Verhältnis von Innen- zu Aussendurchmesser aufweist. Das Verfahren nach der Erfindung führt zu dem überraschenden Ergebnis, dass die Entstehung eines Dips bzw. ein Dip vollständig bzw. nahezu vollständig vermeidbar ist und somit das Ergebnis wesentlich besser ist als bei bekannten Verfahren. Der Unterdruck kann beliebig niedrige Werte annehinen, wobei jedoch in der Praxis der Druck nur soweit verringert wird, dass sich der Dip mit Sicherheit nicht ausbildet. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass das Glasrohr bei Anwendung der Erfindung (Unterdruck) schneller kollabiert als bei bekannten Verfahren. Dieses schnellere Kallabieren hat seinerseits wiederum den Vorteil, dass der beim Kollabieren erforderliche Wrareeprozess, der für den Dip mit verantwortlich ist, abgek(irzt werden kann. Der erforderliche ?ündestunterdruck hangt von der Art der für die Vorform verwundeten Materialien, insbesondere der Dotierstoffe ab. Für den jeweiligen Fall geeignete optiiale Druckwerte können durch einfache Versuche festgestellt werden, indem beispielsweise eine Versuchsw > rform über die Länge Mit variablem Druck kollabiert wird. Durch Messung in verschiedenen Ebenen lässt sich feststellen, bei welchem Unterdruck der Dip verschwindet bzw. unmerkbar klein wird. Der rohrförmige Glaskörper wird beim Verfahren nach der Erfindung über seine gesamte Länge oder nur über einen Teil seiner Länge kollabiert Das Kollabieren erfolgt derart, dass der rohrförmige Glaskörper zu einem Vollstab oder zu einem rohrförmigen Glaskorper mit kleinerem Durchmesser kollabiert. Der rohrförmlge Glaskörper wird beispielsweise an seiner einen Ende verschlossen und damit an diesem Ende vollständig kollabiert. In dem einseitig abgeschlossenen rohrförmigen Glaskörner wird dann der Unterdruck hergestellt und das noch offene Ende des rohrförmigen Glaskörpers verschlossen. Das beidseitig verschlossene Glasrohr wird entweder zu einer Glasfaser ausgezogen oder vor dem Ziehen zu einem Stab kollabiert. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird der rohrförmige Glaskörper vor dem Kollabieren mit Unterdruck ohne Unterdruck vorkollabiert. Für den Fall, dass im Glasrohr vor dem Kollabieren mit Unterdruck eine verarmte Dotierungsschicht vorhanden ist, wird diese verarmte Dotierungsschicht entfernt. Vorzugsweise wird jedoch vor dem Kollabieren mit Unterdruck das Entstehen einer verarmten Dotierungsschicht im Glasrohr verhindert. Beim Verfahren nach der Erfindung wird der Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck hergestellt. Vorzugsweise besteht beim Kollabieren mit Unterdruck dieser Unterdruck gegenüber dem auf die Aussenwand des rohrförmigen Glaskörpers wirkenden Druck. Die Erfindung ist ganz allgemein anwendbar, so dass es beispielsweise nicht darauf ankommt, ob der Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex durch Innen- oder Aussenbeschichtung hergestellt wird. Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert. Der in Figur 1 vorhandene rohrförmige Glaskörper besteht aus einer äusseren Mantelschicht 1 aus im wesentlichen reinem SiO2-Glas und einer inneren Kernschicht 2 aus im wesentlichen mit GeO2 dotiertem SiO2-Glas. Der GeO2-Gehalt nimmt zur Mitte hin zu, so dass im Kern der zu ziehenden Glasfaser das gewünschte Gradientenprofil des Brechungsindex mit exponentiellem Verlauf entsteht. Durch einen Brenner 3 wird gemäss der Figur 2 der rohrförmige Körper bis zum Erweichungspunkt erhitzt und kollabiert an der Erhitzungszone. Der Brenner 3 wandert in Achsrichtung langsam weiter, so dass schliesslich gemäss der Figur 3 eine Vorform ohne Innenbohrung (Vollstab) entsteht. Durch eine Absaugpumpe wird im Innenraum 4 des rohrförmigen Körpers der Figur 2 ein absoluter Druck von 400 mbar aufrechterhalten. Da in unseren Breitengraden im allgemeinen ein Atmosphärendruck von 1 bar herrscht, beträgt in diesem Fall der Unterdruck bzw. Differenzdruck 600 mbar. Durch einen solchen Druck im Innenraum des rohrförmigen Körpers beim Kollabieren wird die Entstehung eines Dips verhindert. Bei einem anderen AusfAhrungsbeispiel der Erfindung wird gemäss der Figur 4 ein rohrförmiger Glaskörper mit einer Kernschicht 2 und einer Mantelschicht 1 an einem Ende 5 durch Verschmelzen verschlossen. Danach wird in seinem Innenraum 4 ein Unterdurck eingestellt. Anschliessend wird auch das andere Ende 6 des Glasrohres verschlossen. Der beidseitig verschlossene Glaskörper kann nun entweder gemäss der Figur 5 direkt zu einer Glasfaser 7 gezogen werden oder gemäss der Figur 6 vor dem Faserziehen vollständig kollabiert werden. Dabei verbleibt allerdings gemäss der Figur 6 ein kleiner Hohlraum 8, der auf restgas zurückzuführen ist. Der Stab der Figur 6 wird gemäss der Figur 7 zu einer Faser 7 ausgezogen. Da beim Kollabieren stets ein Unterdruck verwendet wurde, weisen die Vorform der Figur 6 sowie auch die Glasfasern 7 der Figuren 5 und 7 keinen Dip auf. Damit der rohrförmige Körper sich nicht infolge des inneren Unterdrucks elliptisch verformt, darf dessen Wandstärke relativ zum Innendurchmesser nicht zu klein sein. Deshalb wurde vor dem endgültigen Kollabieren geMäss Figur 2 ein nach dem einen vertikalen CVD-Verfahren (VCnU) Innenbeschichtetes Rohr, welches einen groberen Aussendurcluuesser und geringere Wandstärke aufwies, zu nacht bei atmosphärischem Innendruck vorkollabiert. Die dadurch entstandene GeO2-Schicht wurde durch Ätzen entfernt. Da bei dem nachfolgenden endgültigen Kollabieren gemäss Fig. 2 ein innerer Unterdruck von beispielsweise 400 mbar aufrechterhalten wurde, konnte sich kein 6eQ,-veranmter innerer Bereich mehr ausbilden. Bei Herstellung der Form mit atmospährischem Innendruck im Innenraus 4 wurde über den Querschnitt des kollabierten Kerns 2 ein Verlauf des Brechungsindex nach Fig. 7 gemessen. Über dem Radius r des Kerns mit einer Dicke b = 5,5 mm wurde die Differenz & des Brechungsindex gegenüber der Mantelschicht 1 aufgetragen. Man erkennt den für eine Gradientenfaser typischen Verlauf welcher im Idealfall exponential und glatt sowie symmetrisch zur Mittelachse verlaufen soIlte, wobei das Maximum des Brechungsindex im Zentrum gemessen wird. Während die im Verlauf der Kennlinie erkennbaren kleinen Schwankungen 9, welche durch die Schichtenbildung beim CVD-Verfahren entstehen, wenig stören und in einer gezogenen Faser praktisch nicht mehr erkennbar sind, verursacht der tiefe Dip 10 eine erhebliche Reduzierung der Ubertragungsbandbreiteeiner aus einer solchen Vorform gezogenen Lichtleitfaser. Bei einer erfindungsgemäss mit einem inneren Unterdruck von etwa 400 mbar kollabierten Vorform ergab sich ein Verlauf des Brechungsindex nach Fig. 8. Ein Dip ist nicht mehr feststellbar, obgleich mit einem relativ zur Kerndicke b = 5,5 mm kleinen Schrittabstand von nur 5 pm gemessen wurde. An der gleichen Vorform wurde eine Röntgen-Mikroanalyse (RMA) bezüglich des GeO2-Gehalts durchgeführt. Bei einem Auflösungsvermögen der Messeinrichtung von 1 liii wurde kein Einbruch des GeO2-Gehalts festgestellt. Eine aus einer solchen Vorform gezogenen Lichtleitfaser hat einen idealen Verlauf des Brechungsindexes. Diese vorteilhafte Wirkung wird mit überraschend einfachen Mitteln erreicht. Der erforderliche Unterdruck ist nicht aussergewöhnlich hoch und kann mit einfachen Mitteln bewerkstelligt werden. 18 Patentansprüche 7 Seiten Beschreibung 7 Zeichnungen

Claims: Pate n t an s prO c h e 1. Verfahren zu. Herstellen einer Vorform zur Ziehen von Lichtleit faser, bei dem ein rohrföriiger Glaskörper mit Bereichen mit unterschiedlichem Brechtingsindex hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper ganz oder teil weise kollabiert wird und dass das Kollabieren des rohrförmigen Glaskörpers mit einem Unterdruck im Inneren des rohrförmigen Glaskörpers erfolgt, wobei der Unterdruck derart gewählt wird, dass die Vorform bzw. die aus der Vorform entstehende Glasfaser möglichst keinen Dip aufweist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derart verfahren wird, dass der zu einem Stab kollabierte Glaskörper einen möglichst kreisförmigen Querschnitt aufweist. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper durch Vorkollabieren mechanisch so stabil gemacht wird, dass bei. weiteren Kollabieren mit Unterdruck kein Glaskörper Mit elliptischem Querschnitt entsteht. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper über seine gesamte Länge kollabiert wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper nur über einen Teil seiner Lange kollabiert wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper zu einem Vollstab kollabiert wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper an seinem einen Ende verschlossen und damit an diesem Ende vollständig kollabiert wird, dass in dem einseitig abgeschlossenen rohrförmigen Glas körper der Unterdruck hergestellt wird, und dass das noch offene Ende des rohrförmigen Glaskörpers verschlossen wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das beidseitig verschlossene Glasrohr zu einer Glasfaser ausgezogen wird. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das beidseitig verschlossene Glasrohr vor dem Ziehen zu einem Stab kollabiert wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass derart verfahren wird, dass das teilweise kollabierte Glasrohr zu einer Faser mit möglichst kreisförmigem Querschnitt ausgezogen werden kann. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper vor dem Kollabieren mit Unterdruck ohne Unterdruck vorkollabiert wird. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass für den Fall, dass im Glasrohr vor dem Kollabieren mit Unterdruck eine verarmte Dotierungsschicht vorhanden ist, diese verarmte Dotierungsschicht entfernt wird. 13. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass vor dem Kollabieren mit Unterdruck das Entstehen einer verarmten Dotierungsschicht im Glasrohr verhindert wird. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck hergestellt wird 15. Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, dass bein Kollabieren mit Unterdruck dieser Unterdruck gegenüber dem auf die Aussenwand des rohrförmigen Glaskörpers wirkenden Druck hergestellt wird. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass der Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex durch Innen- oder Aussenbeschichtung hergestellt wird. 17. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen- oder Aussenbeschichtung des Glasrohres aus dotierten 5iliziur besteht. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Dotierstoff 6ermaniticIioxid und/oder Phosphorpentoxid ver wendet wird.

Inventors: GLESSNER, BERTRAM, DIPL.-PHYS., HEINEN, PETER, PEGLOW, HARTMUT, PITSCH, PAUL, DIPL.-PHYS.
Applicants: AEG KABEL AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: C03B37
IPC codes: C03B20, G02B6, C03B37