METHOD FOR PRODUCING A PREFORM FOR DRAWING OPTICAL FIBERS

Abstract: 1. Process for the manufacture of an optical fibre, in which first of all a tubular glass body is manufactured by doping the inner core cladding (2) with areas with varying index of refraction and this glass body is drawn out to form a glass fibre, characterized in that during the drawing of the tubular glass body a reduced pressured is present on the inside (5) of the tubular glass body which is selected in such a way that the finished glass fibre exhibits no impoverishment in doping material (dip).

Description: Verfahren zum Herstellen einer Vorform zum Ziehen von Lichtleitfasern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitfaser, bei dem zunächst ein rohrförmiger Glaskörper mit Bereichen mit unterschiedlichem Brechungsindex hergestellt und dieser Glaskörper zu einer Glasfaser ausgezogen 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 (SiOz) 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. Dabei wird der rohrförmige Körper, von einem Ende beginnend, fortlaufend über seine Länge hin bis zum Erweichungspunkt erhitzt, so dass er zu einem Voll körper zusammenf llt. Das Kollabieren kann als getrennter Ver fahrensschritt oder gemeinsam mit dem Faserziehen erfolgen. Insbesondere bei mit GeO2 dotiertem Kernglas wurde in dessen zentralem Bereich ein nachteiliger Einbruch (Dip) des Brechungs-indexes festgestellt. Dieser entsteht dadurch, dass bei der zur Kollabierung bzw. Faserziehen erforderlichen hohen Erhitzung bevorzugt GeOz aus der inneren Rohroberfläche verdampft. Infolgedessen entsteht ein zentraler Bereich des kollabierten Kern mit einer Verarning an 6eO2. 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 Multimode gradienten- und Monomodefasern nachteilige, physikalische Effekte: - Reduzierung der Einkoppeleffektivität, - Erhöhung der Mikrokrf-ungSempfindlicheit, - Beeinflussung der Cut-Off-Wellenlänge, - Reduzierung der Übertragungsbandbreite, - Fehlinterpretation der DMD-Messmethode, - negative Beeinflussung des &gamma; -Faktors bei grossen LWL-Strecken, - DBpfindlichkeit der Bandbreitenmessung bezüglich Einkopplung und Microbendings. Trotz zahlreicher Versuche ist es bisher nicht gelungen, den Dip vollständig zu vermeiden, man konnte ibnlediglich 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 einem möglichst kleinen verbleibenden Innendurchmesser durchgeführt, so dass beim abschliessenden endgültigen Kollabieren ein nur relativ geringer 6eO2-verarmter Flächenanteil auch nur eine schmale Dip-Zone ergeben konnte. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Reduzierung eines Dip besteht darin, dass während des Kollabierens germaniunhaltige Stoffe zugesetzt werden, um der GeO2-Veramung 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 beim Ziehen des rohrförmigen Glaskörpers ein Unterdruck im Inneren des rohrförmigen filaskörpers vorhanden ist, der derart gewählt wird, dass die fertige 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 die nachder Erfindung hergestellte Glasfaser einen möglichst kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dies erreicht man gemäss einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise dadurch, dass der rohrförmige Glaskörper durch Vorkollabieren mechanisch so stabil gemacht wird, dass beim weiteren Faserziehen mit Unterdruck keine Glasfaser mit elliptischem Querschnitt entsteht. Zu diesem Zweck muss der rohrförmige Glaskörper vor dem Faserziehen 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 annehmen, wobei jedoch in der Praxis der Druck nur soweit verringert wird, dass sich der Dip mit Sicherheit nicht ausbildet. Der erforderliche Mindestunterdruck hängt von der Art der für die Vorform verwendeten Materialien, insbesondere der Dotierstoffe ab. Für den jajeiligen Fall geeignete optimale Druckwerte können durch einfache Versuche festgestellt werden, indem beispielsweise eine Versuchsvorform Ober die Länge mit variablem Druck zur Faser ausgezogen wird, Durch Messung in verschiedenen Ebenen der Faser lässt sich feststellen, bei welchem Unterdruck der Dip verschwindet bzw. urnierbbar klein wird. Gemäss einer Ausfuhriirtgsform der Erfindung wird der rohrförmige Glaskörper vor dem Ziehen ohne Unterdruck vorkollabiert. Für den Fall, dass im Glasrohr vor dem Ziehen eine verarmte Dotierungsschicht vorhanden ist, wird diese verarmte Dotierungsschicht vorzugsweise entfernt. Vorzugsweise wird jedoch vor dem Kollabieren mit Unterdruck das Entstehen einer verarmte Dotierungsschicht im Glasrohr verhindert. Vorzugsweise besteht beim Faserziehen mit Unterdruck dieser Unterdruck gegenüber dem auf die Aussenwand des rohrförmigen Glaskörpers wirkenden Druck. le 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 Innenbeschichtung oder Aussenbeschichtung des Blasrohres besteht beispielsweise beim Verfahren nach der Erfindung aus dotiertem Silizium. Als Dotierstoffe werden beispielsweise Germaniumdioxid undZoder Phosphorpentoxid verwendet. Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert. Der in Fig. 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 GeOz dotiertem Si0-Glas. Der GeO2-Gehalt nimmt zur Mitte hin zu, so dass im Kern der zu ziehenden Glasfaser das gewünschte Gradientenprofil des Brechungsindex Bit exponentiellem Verlauf entsteht. Durch einen Brenner bzw. Ofen 3 wird gemäss der Fig. 2 der rohrförmige Glaskörper in einem bestimmten Bereich 4 bis zum Erweichungspunkt erhitzt. Der erweichte Bereich wird zu einer Glasfaser ausgezogen. Hierbei wird im noch nicht zur Glasfaser ausgezogenen und daher noch rohrförmigen Teil 5 ein Unterdruck erzeugt, der so bemessen ist, dass ein Dip in der Glasfaser verhindert wird. Der Unterdruck im Bereich 5 wird beispielsweise dadurch erzeugt, dass an der Öffnung 6 eine Vakuumpumpe angeschlossen wird. Damit der rohrförmige Körper sich nicht infolge des inneren Unterdrucks elliptisch zu einer Faser verformt, darf dessen Wandstärke relativ zum Innendurchmesser nicht zu klein sein. Deshalb wurde vor dem endgültigen Ziehen zur Glasfaser gemäss Figur 2 ein nach dem einen vertikalen CVD-Verfahren (VCVD) innenbeschichtetes Rohr, welches einen grösseren Aussendurchmesser und geringere Wandstärke aufwies, zunächst bei atmosphärischem Innendruck vorkolEabiert. Die dadurch entstandene GeO2-verarmte innere Schicht wurde durch Atzen entfernt. Da bei dem nachfolgenden endgültigen Ziehen zur Faser gemäss Fig. 2 ein innerer Unterdruck von beispielsweise 400 mbar aufrechterhalten wurde, konnte sich kein GeO2-verarmter innerer Bereich in der Faser mehr ausbilden. Während die nach bekannten Verfahren hergestellten Glasfasern gemäss der Figur 3 in der Mitte einen Dip 7 aufweist, ist bei den nach der Erfindung hergestellten Glasfasern gemäss der Figur 4 kein Dip festzustellen. Anstelle von nur einer Innenschicht werden bei der Herstellung von Glasfasern im allgemeinen sehr viele Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebracht, die in den Figuren 3 und 4 mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet sind. Der in der Figur 3 zu sehende, unerwünschte Dip ist ein aus Germaniumdioxid verarmter Bereich. 11 Patentansprüche 5 Seiten Beschreibung Zeichnung

Claims: Patent an 5 prO c h e 1. Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitfaser, bei dem zu nachst ein rohrförmiger Glaskörper mit Bereichen mit unterschied lichem Brechungsindex hergestellt und dieser Glaskörper zu einer Glasfaser ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ziehen des rohrförmigen Glaskörpers ein Unterdruck im Inneren des rohrfÏrmigen Gl askörpers vorhanden ist, der derart gewahlt wird, dass die fertige Glasfaser möglichst keinen Dip aufweist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch getennzeichnet, dass derart verfahren wird, dass die Glasfaser einen möglichst kreisförmigen Querschnitt aufweist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper durch Vorkollabieren mechanisch so stabil gemacht wird, dass beim Ziehen des rohrförmigen Glas körpers mit Unterdruck keine Glasfaser mit elliptischem Quer- schnitt entsteht. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der rohrförmige Glaskörper vor dem Ziehen ohne Unterdruck vorkollabiert wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass für den FaIl, dass im Glasrohr vor dem Ziehen eine verarmte Dotierungschicht vorhanden ist, diese verarmte Dotierungsschicht entfernt wird 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass vor dem Kollabieren mit Unterdruck das Entstehen einer verarmten Dotierungsschiciit im Glasrohr verhindert wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck hergestellt wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass der Unterdruck im Inneren des Glasrohres gegen über dem auf die Aussenwand des rohrförmigen Glaskörpers wirkenden Druck hergestellt wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass der Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex durch Innen- oder Aussenbeschichtung hergestellt wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die Innenbeschichtung oder Aussenbeschichtung des Glasrohres aus dotiertem Silizium besteht. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Dotierstoff Germaniumdioxid 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: C03B37, G02B6