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DE2328930A1 - Innenbeschichtetes glasrohr und verfahren zur herstellung der beschichtung - Google Patents

Innenbeschichtetes glasrohr und verfahren zur herstellung der beschichtung

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DE2328930A1
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International Standard Electric Corp
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Description

Patentanwalt
7 Stuttgart 30
Kurze Straße 8
R.W.J.Uffen-2
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
Innenbeschichtetes Glasrohr und Verfahren zur Herstellung der Beschichtung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein innenbeschichtetes Glasrohr zur Herstellung von Glasfaserlichtleitern und auf ein Verfahren zur Herstellung der Beschichtung.
Die U.S.-P.S. 3 659 915 beschreibt Glasfaserlichtleiter, die aus einem gutleitenden Kern und einem stark absorbierenden Mantel bestehen. Als Materialen für den Kern werden mit Oxyden von Titan, Tantal, Zinn, Niob, Zirkonium, Ytterbium, Lanthanium oder Aluminium dotierte Quarzgläser, als Material für den Mantel Quarzglas angegeben. Ausgegangen wird hierbei von einem Quarzglasrohr, dessen Innenwand mit einem stärker brechenden, dabei mit einem der aufgeführten Oxyde dotierten Quarzglas beschichtet ist. Dieses Rohr wird dann zu einem Glasfaserlichtleiter gewünschter Stärke ausgezogen.
Nach der DT-OS 16 40 559.7 soll nun der Mantel eines aus Mantel und Kern bestehenden Glasfaserlichtleiters aus zwei Schichten bestehen, und zwar einer dünnen auf dem Kern aufliegenden hoher Transparenz und darüber einer weiteren, die dabei ruhig eine geringe Transparenz aufweisen darf, wenn nur die Brechungskoeffizienten der beiden Schichten gleich sind. Angaben über Aus-
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ORJGINAL INSPECTED
R.W.J.Uffen-2
gangsmaterialen bei der Herstellung und über die Herstellung dieses Lichtleiters selbst werden nicht gemacht.
Die vorliegende Erfindung setzt sich einmal zur Aufgabe besonders vorteilhaft beschichtete Glasrohre für die Herstellung von Glasfaserlichtleitern ebenso anzugeben wie auch das zur Herstellung einer solchen Beschichtung benötigte Herstellungsverfahren .
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei den Ansprüchen zu entnehmen. Vorteil der erfindungsgemäßen innenbeschichteten Glasrohre ist, daß das Glasrohr selbst nur einen gewissen Brechungsindex aber keine besonders hohe Durchlässigkeit, also keine besonders kleinen Verluste aufweisen muß, da zwischen Kernschicht und Rohrmantel noch eine Quarzschicht mit kleinen Verlusten niedergeschlagen wird.
Die Erfindung soll nun anhand der Figuren eingehend beschrieben werden. Es zeigen dabei:
Pig.l ein mit einer Schicht beschichtetes Rohr nach dem Stand der Technik;
Fig.2 ein erfindungsgemäß beschichtetes Glasrohr;
Fig. 3 eine Anordnung zum Beschichten der Innenwand eines Glasrohres;
Fig.4 eine Anordnung zum gleichzeitigen Beschichten der Innenwand und zum Ausziehen eines Glasrohres zur Faser.
Fig.l zeigt nun ein Rohr 11, auf dessen Innenwandun? nur eine Beschichtung 10 aufgebracht ist, wie sie aus der US-PS 3 659
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bekannt ist. Der Kern der fertigen Lichtleiterfaser besteht dann aus dem Material der Beschichtung 10 und der Mantel aus dem Material des Rohres 11.
Bei einer Lichtleiterfaser für einen Modus wird ein gewisser Anteil der optischen Signalenergie auch im Mantel weitergeleitet. Die Durchlässigkeit des Mantelmaterials bestimmt also die optischen Verluste der Faser mit. Nun wird üblicherweise die Stärke des Mantels aus mechanischen Gründen erheblich größer als die Eindringtiefe der optischen Energie in den Mantel gemacht. Es muß also eigentlich nur die an den Kern unmittelbar anliegende Mantelschicht eine hohe Durchlässigkeit haben.
Unter Ausnutzung dieses Faktors ergibt sich das in Fig.2 dargestellte erfindungsgemäße innenbeschichtete Glasrohr zur Herstellung einer Lichtleiterfaser. Auf die Innenwandung des Glasrohres (20) wird eine Glasschicht (21) "und darauf eine weitere zweite Schicht (22) aufgebracht. Nach dem Ziehvorgang wird der Kern der Lichtleiterfaser aus dem Material der zweiten Schicht (22) gebildet, wogegen der Mantel zwei Schichten aufweist, die aus dem Material der zuerst aufgebrachten Glasschicht (21) bzw. aus dem Material des Glasrohres (20) bestehen. Hierbei kann nun die äußere Mantelschicht größere Verluste als die innere aufweisen, da in sie keine optische Energie vom Kern her mehr eindringt. Der Realteil des Brechungsindexes der äußeren Mantelschicht wird dabei vorzugsweise gleich dem der inneren Mantelschicht, jedoch keinesfalls größer als dieser gewählt, wobei der Realteil des Brechungsidexes des Kernes größer ist als der beider Mantelschichten.
Wenn man nach dieser Art auf die Innenwandung des Glasrohres eine Anzahl verschiedener Schichten aufbringt, deren Zusammensetzung so gewählt wird, daß eine nach einem quadratischen Gesetz erfolgende Abstufung des Brechungsindexes erfolgt, erhält
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man nach dem Zidien eine selbstfocussierende Vielmoden-Lichtleiterfaser.
Für die Herstellung einer Einmoden-Lichtleiterfaser wählt man die Stärke der Innenwandbeschichtung nur zu 0,5 y· Bei den herkömmlichen Arten der Oxydbeschichtung liegt dieser Wert in dem Bereich, in dem noch keine Maßnahmen für den Ausgleich der Ausdehnungskoeffizienten von Kern und Mantel getroffen werden müssen. Wenn größere Schichtdicken etwa im Bereich von 5···10 μ gewählt werden müssen, so müssen die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien berücksichtigt werden. Geeignete Zusammenstellungen können aus einer großen Anzahl bekannter Glasrohren ausgewählt werden. Im Einzelnen ist dabei bekannt, daß eine Reihe von Gläsern mit hohem Quarzanteil mit reinem Quarzglas verbunden werden kann.
Ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren für eine solche Lichtleiterfaser, die für die Übertragung der Strahlung eines GaI-liumarsenidlasers dient,geht aus von einem Quarzglasrohr (30) mit ungefähr 7 mm Außendurchmesser und 1 mm Wandstärke. Die Innenwandung dieses Rohres ist flammpoliert und darauf im Vakuum getrocknet, um Feuchtigkeitsreste zu beseitigen. Feuchtigkeit bewirkt im Fertigprodukt das Vorkommen von OH-Gruppen, die eine unerwünschte Absorption bei Wellenlängen um 0,9 μ hervorrufen. Nach dem Trocknen wird das Rohr durch die Mittenöffnung einer Hochfrequenzspule (3D hindurchgeführt und seine Enden in Dichtungen (32) gehalten.
Die Schicht mit dem hohen Brechungsindex auf der Innenwand des Rohres entsteht bei einer Reaktion in der Dampfphase während einer Hochfrequenzerhitzung durch Niederschlagen eines Quarzglasbelages mit einem Titangehalt von ein paar Prozenten. Die chemischen Reagenzien für diesen Prozess sind
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Siliziumtetrachlorid, Titantetrachlorid und Sauerstoff. Beide Chloride sind bei Raumtemperatur flüssig, sie werden aber an den Reaktionsort in Dampfform durch Versprühen mittels trockenen Stickstoffgasen gebracht. Die beiden flüssigen Reagenzien werden voneinander getrennt gehalten und deshalb werden auch zwei voneinander unabhängige Gasströme für ihr Heranführen verwendet. Hierdurch kann das Mischungsverhältnis der beiden Dämpfe in der Reaktionszone leicht durch Ändern der Gaszufuhr eingeregelt werden. Im Inneren des Rohres (30) werden die beiden Dämpfe vermischt mit trockenem Sauerstoffgas. Die Reaktion erfolgt bei Raumtemperatur nicht spontan, sie wird aber in der durch Hochfrequenzerregung begrenzten Glühzone beschleunigt.
Eine gleichmäßige Beschichtung der Rohrinnenwand entlang des Rohrverlaufes wird dadurch erreicht, daß entweder das Rohr gleichförmig durch die Spule hindurchbewegt wird oder die Spule am Rohr entlang. Die gleichmäßige Verteilung des Niederschlages wird noch dadurch unterstützt, daß das Rohr während des Beschichtungsprozesses gedreht wird. Zusätzlich kann dabei auch das Rohr bzw. die Spule in der Portbewegungsrichtung etwas hin und her bewegt werden.
Das Ziehen des beschichteten Rohres zu einer Faser derart, daß die Rohröffnung dabei entfällt, ist ein besonderer Herstellungsschritt. Das Rohrende wird dabei in eine heiße Zone eingeführt, in der das Rohr soweit erwärmt wird, daß es weich für das Ausziehen zu einer Faser wird. Durch die Oberflächenspannung allein würde dabei das Hohlrohr zu einer massiven Rundform überführt werden, jedoch kann dieses noch dadurch unterstützt werden, daß das Innere des Rohres auf Unterdruck gehalten wird.
Wenn die Güte des Ausgangsquarzrohres nicht ausreicht und zunächst eine Beschichtung mit reinem Quarzglas erfolgen soll,
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R.W.J.Üffen-2
wird die Zufuhr von Titantetrachloriddampf unterbrochen. Darauf wird der Beschichtungsprozes^s mit beiden Dämpfen wiederholt und so eine Schicht mit höherem Brechungsindex aufgebracht.
Das Aufbringen des Kernmaterials auf die Innenwand des Rohres kann vereinigt werden mit dem Ausziehen zu einer Paser, wovon in Fig.4 ein Beispiel dargestellt ist. Ein Quarzglasrohr (40), es möge z.B. einen äußeren Durchmesser von 15·.·25 mm und eine Wandstärke von 1...3 mm haben, laufe hängend durch einen Ringbrenner (41), durch den der Rohranfang so erwärmt wird, daß er zu einer Faser (42) zusammenschrumpft. Die gleichen Reagenzien, die beim Beispiel nach Fig.3 verwendet wurden, werden jetzt auch hier verwendet. Diese Reagenzien werden in das Rohr (1IO) mittels eines Zuführungsrohres (43) als Dampf eingebracht. Die Temperatur, die zum Erweichen des Glases benötigt wird, reicht aus um auch die chemische Reaktion dieser Reagenzien genügend zu beschleunigen. Hierdurch wird eine Glassicht(44) auf die Innenwand des Rohres (40) aufgebracht, die später den Kern (15) bildet.
6 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnungen mit 4 Figuren
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Claims (1)

  1. R.W.J.Uffen-2
    Patentansprüche
    1. Innenbeschichtetes Glasrohr zum Ziehen von Glasfaser- Lichtleitern, die aus einem Kern mit hohem Brechungsindex und einem Mantel mit niederem Brechungsindex bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rohrmantel (20) und der später den Kern bildenden Schicht (22) mindestens eine weitere Schicht (21) angeordnet ist.
    2. Innenbeschichtetes Glasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Rohrmantel (20) und der später den Kern bildenden Schicht (22) eine einzige weitere Schicht (21) angebracht ist, daß diese Schicht (21) den gleichen Brechungsindex wie der Rohrmantel (20) jedoch,eine höhere Durchlässigkeit aufweist.
    3· Innenbeschichtetes Glasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohrmantel (20) und der später den Kern bildenden Schicht (21,...) weitere Schichten angeordnet sind, daß die Brechungsindices der weiteren Schichten vom Rohrmantel (20) zu der Schicht (22) hin nach einem quadratischen Gesetz ansteigen.
    ** · Verfahren zum Beschichten der Innenwand eines Glasrohres mit einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisenden Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß als Rohrmaterial Quarzglas gewählt wird, daß in das Rohrinnere Siliziumtetrachlorid in der Dampfphase und Sauerstoff bzw. Siliziumtetrachlorid, Titantetrachlorid und Sauerstoff eingeleitet wird, daß durch Erwärmen mittels Hochfrequenz-Erhitzung die Reaktion beschleunigt wird und daß
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    — ο—
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    als Reaktionsprodukt eine Glasschicht niedergeschlagen wird.
    5. Verfahren nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen einer gleichmäßigen Beschichtung das Rohr (30) während des Reaktionsvorganges um seine Achse gedreht wird und daß zwischen Rohr und Hochfrequenzspule^in Achsrichtung eine gleichmäßige Relativbewegung erfolgt, daß ferner dieser Relativbewegung eine hin und hergehende Bewegung überlagert wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschichten und Ausziehen des Rohres in einem Arbeitsgang erfolgt.
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    Leerseite
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