DE2518056A1 - Verfahren zur herstellung von optischen glasfasern - Google Patents

Description

NIPPON TELEGRAPH & TELEPHONE PUBLIC CORPOPATION

TOKYO / JAPAN

Verfahren zur Herstellung von optischen Glasfasern

Die vorliegende Erfindung bezieht sich

auf ein Verfahren zur Herstellung von otpischen Glasfasern entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein optischer Wellenleiter

bekannt, welcher einen aus gedoptem geschmolzenen Siliziumoxyd bestehenden Glaskern und eine aus reinem geschmolzenen Siliziumoxyd oder gedoptem geschmolzenen Siliziumoxyd bestehenderGlasurahüllung besitzt. Als Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen Wellenleiters kann beispielsv/eise Flammenhydrolyse verwendet werden (siehe US-PS 2.326.O59). Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von derartigen optischen Fasern wird ein gedopter geschmolzener Siliziumoxydkern - das Dopieren erfolgt im Hinblick auf eine Erhöhung des Brechungsindex - in eine reine geschmolzene Siliziumoxydröhre eingeschoben und diese Anordnung auf einen bestimmten Temperaturwert

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erwärmt, um auf diese Weise die Elastizität zu erhöhen. Die Kombination von Rohr und Stange wird dann gezogen, wodurch der Querschnitt in dem gewünschten Maße verringert wird. Dabei wird das Rohr um die Stange gespannt, wobei ein Verschmelzen mit dem Kern stattfindet. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird. 3in reines geschmolzenes Siliziumoxydrohr sowie Siliziumoxydpulver verwendet. Das Oxyd des Dopungsmittels wird an der Innenwandung des Rohres angebracht, worauf das Rohr bis auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und anschließend gezogen wird. Bei diesem Verfahren wird der Querschnitt des Rohres verringert, x^ährend gleichzeitig ein Sintern des an der Innenwandung vorhandenen Pulvers stattfindet, sodaß sich eine feste optische Faser ergibt.

Bei dem Flammen-Hydrolyseverfahren zur

Herstellung des Glaskernes und der Glasschicht ergibt es sich jedoch, daß Wasser bis zu einer Konzentration von 1ooo ppm innerhalb des Glases verbleibt, was bei der praktischen Verwendung zu Schwierigkeiten führt. Eine Oberflächenbearbeitung des Glaskernes kann zu einer Verunreinigung des Glases oder zu einer Veränderung der Zusammensetzung der Oberflächenschicht des Glases führen, was zu Zerstreuungsverlusten des optischen Wellenleiters führt.

Es ist demzufolge Ziel der vorliegenden

Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von optischen Glasfasern zu schaffen, bei welchem die hergestellten Glasfasern sehr geringe Zerstreuungs-, Absorptions- und Strahlungsx^erluste besitzen und wobei der Herstellungsvorgang im wesentlichen kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, indem die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale vorgesehen sind.

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Das neuartige erfindungsgemäße Verfahren

zur Herstellung von optischen Fasern arbeitet dabei mit einem Kohlendioxydgaslaser. Es zeigt sich dabei, daß die auf diese Weise hergestellten Glasfasern einen sehr gleichmäßigen Durchmesser, eine gleichbleibende Qualität und sehr geringe Verluste auf v/eisen. Das Herstellungsverfahren kann ferner im wesentlichen kontinuierlich durchgeführt werden.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung bezug genommen ist« Es zeigen?

Fig. 1

ein schematisches Diagramm einer Glaskernherstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2

ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur Beschichtung mit reinem Siliziumdioxyd und einer Mischung von Siliziumoxyd und Dopungsmitteloxyden,

Fig. 3

ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der kontinuierlichen Herstellung des Glaskernes und der Glasbeschichtung , und

Fig. 4

eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines mit einer GlasUmschichtung versehenen Glaskernes.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung des Glaskernes gemäß der Erfindung. Dabei ist eine Laserquelle 1 - beispielsweise ein Kohlendioxydgaslaser - vorgesehen, welcher einen Kohlendioxydgaslaserstrahl 2 mit einer

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Intensität von 2oo Watt abgibt. Der ausgestrahlte Laserstrahl 2 wird durch einen Metallspiegel 3 reflektiert und mit Hilfe einer konvexen Germaniumlinse 5 zur Konvergenz gebracht, welche innerhalb des Bodens eines Siliziumoxydgiasgefäßes 4 angeordnet ist. Der fokussierte Laserstrahl 2 bestrahlt das Ende eines Kernes 6, welcher aus refraktorischein Siliziumoxyd oder refraktorischein Material für hohe Temperaturen besteht. Der Kern 6 ist dabei innerhalb des Siiisiuraoxydglasgefäßes 4 angeordnet und wird dabei auf eina Temperatur zwischen 16oo und 18oo C erwärmt* Um das Siliziumglasgefäß 4 herum kann ein Ofen 7 vorgesehen sein, welcher den Behälter auf etwa 1ooo C-y^rwärmt^ Der Metallspiegel 3 kann durch einen Strahlabtaster ersetzt werden. In diesem Fall kann auf das Vorsehen der konvexen Linse völlig versichtet weraen. Der Strahlabtaster lenkt den Laserstrahl 2 um einen Winkel θ mit einer Frequenz von 2c Hz ab, welche durch einen Funktionsgenerator gesteuert ist. Fernerhin sind Antriebsmittel vorgesehen, demzufolge das Ende des aus refraktorischem Material bestehenden Kernes 6 durch den homogen /erteilten Kohlendioxydgaslaserstrahl bestrahlt wird.

Der Kern 6 wird rrdt Hilfe eines Antriebsmechanismus 13 - beispielsweise mit 4o U/min. - in Drehung versetzt, während gleichzeitig eine nach aufwärts gerichtete langsame Bewegung von beispielsweise 15 mm pro Stunde vorgenommen wird, was der Wachstumsgeschwindigkeit von geschmolzenem Glas auf dem Kern 6 entspricht.

Eine aus Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf und reinem Äluminiumtrichloriddampf bestehende Gasmischung 1o wird durch in dem Siliziumoxydglasgefäß 4 angeordnete Düsen 8 und 9 auf den Kern ο gerichtet. Demzufolge treten im Endbereich des Kerns 5 die folgenden Reaktionen auf:

O₂+SiC £ . ~* 310,,+2C t „ 30,+4A./C Z, -*■ 2

5 0 9 δ U U I 1 1 0 1

Das Siliziumtetrachlorid und das

Aluminiumtrichlorid reagieren mit dem Sauerstoffgas, wobei entsprechende Oxyde auftreten. Das Siliziumoxyd und das Äluminiumoxyd schlagen sich auf dem Kern 6 nieder und bilden einen SiO .A^₃O₃ Klaskern 11«. Mit derselben Wachstumsgeschwindigkeit des SiO^.A^-O, Glaskernes 11 wird der Kern 6 nach aufwärts bzw. in entgegengesetzter Richtung zur Wachsturnsrichtung des Glaskernes 11 mit Hilfe des Antriebsmechanismus 13 bewegt, während gleichzeitig eine Drehung mit langsamer Geschwindigkeit vorgenommen wird. Anstelle des erwähnten Aluminium-TriChlorid kann ebenfalls Triisobutylaluminium verwendet werden. Bei der erwähnten Verfahren bildet der SiO₂-AiLo₃ Glaskern 11 einen Glasstab, v/elcher einenim wesentlichen gleichmäßigen Durchmesser und gleichmäßige Qualität besitzt.

Beispielsweise kann auf diese Weise eine

Stange mit einem Durchmesser von 1o mm und einer Länge von 45 mm innerhalb eines Zeitraums von 3 Stunden erhalten werden, wobei diese Stange ein Gewicht von 8 Gramm besitzt. Abweichungen des vorgegebenen Durchmessers betragen dabei nur ^. loo .u.

Als oxidierbare Verbindung von Silizium

kann Siliziumtetrachlorid verwendet werden. Als Dopiermittel des aus oxidierbarem Material bestehenden Glases kann Aluminiumtrichlorid, Triisobutylaluminium, Germaniumtetrachlorid, Titaniumtetrachlorid oder eine Verbindung aus der Gruppe von Galliumchlorid, Oxyphosphat und Trimethylgallium verwendet werden. Auf diese Weise kann in bekannter Weise der Brechungsindex des Glases verändert werden. Abgesehen von den oben erwähnten Verbindungen können die Chloride von Tantal, Zinn, Niobium, Zirkonium oder Gallium verwendet werden.

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Die Mischung von Sauerstoff und reinem

Siliziumfcetrachloriddampf und Aluminiumtrichloriddampf, welche durch die Düsen 8 und 9 eingeleitet wird, kann wie folgt gewonnen werden:

Das Sauerstoffgas wird von einer Sauerstoff quelle 14 über eine Reinigungseinheit 15 mit Hilfe von Ventilen 2o und 21 entlang zv/eier Pfade geleitet. Der eine Teil des Sauerstoffgases wird dabei in eine Sättigungseinheit geleitet, welche stark gereinigtes Siliziumtetrachlorid 16 enthält. Der andere Teil des Sauerstoffgases wird hingegen einer Sättigungseinheit 19 zugeführt, in welcher stark gereinigtes Aluminiumtrichlorid 18 vorhanden ist. Die Strömungsgeschwindigkeiten des Sauerstoffgases können mit Hilfe der Ventile 2o und 21 so eingestellt werden, daß vorgesehene Strömungsmeßgeräte 22, 23 denselben Wert von beispielsweise 1 l/min, anzeigen. Um das Verhältnis zwischen SiO^ und Ai-O^ innerhalb des SiO-.A^ O₃ Kernes 11 auf den gewünschten Wert einstellen zu können, v/erden die Dampfdrücke des Siliziumtetrachlorid 16 und des Aluminiumtrichlorid 18 zuvor eingestellt. Um den zuvor eingestellten Dampfdruck zu erhalten, werden die Temperaturen mit Behexzbäder 24, 25 mit Hilfe von Temperatursteuergeräten 26 und 27 und die Temperaturen der entsprechenden Sättigungseinheiten 17 und 19 in gewünschter Xtfeise eingestellt. Das durch die Sättigungseinheiten 17 und 19 durgeleitete Sauerstoffgas nimmt den Dampf des Siliziumtetrachlorid 16 bzw. des Aluminiumtrichlorid 18 mit, wodurch sich aus einer aus Glas oder Tetrafloräthylen bestehenden Verbindungsstelle zusammen mit Rohren 28 die gewünschte Gasmischung gebildet wird. Diese Gasmischung wird den an dem Glasgefäß 4 vorgesehenen Düsen 8 und 9 zugeführt, von wo aus eine Beaufschlagung des Kernes 6 stattfindet, welcher beispielsweise aus Siliziumoxyd besteht. Auf diese Weise wird der SiO^.AiLOoGlaskern gebildet, wobei das Aufheizen mit Hilfe des Laserstrahls 2 erfolgt.

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Falls beispielsweise die Temperatur des

Siliziumtetrachlorids 16 auf 1o°C und die des Aluminiumtrichlorids 18 auf 13o C gewählt wird, entstehen Dampfdrücke von 12o und lomm-Quecksilbersäule. Wenn fernerhin dann die Strömungsgeschwindigkeiten des Sauerstoffs auf einen konstanten Wert eingestellt werden, eribt sich ein Molverhältnis des SiO₂.AZ₃O₃ Glases von 96%;4%. Der Brechungsindex des auf diese Weise erhaltenen Glases beträgt in diesem Fall 1,466. Dies bedeutet, daß das Glas einen Brechungsindex besitzt, welcher um den Betrag von 0,008 höher als der von reinem Siliziumoxyd ist.

Da die Temperatur der Sättigungseinheit

für das Aluminiumtrichlorid höher als Raumtemperatur gehalten wird, wird jener Teil des aus Tetrafloräthylen (Teflon) oder Glas bestehenden Rohres 28, durch welchen der Aluminiumtrichloriddampf den Düsen 8 und 9 zugeführt wird, mit Hilfe einer Heizeinheit 3o oberhalb von 3o°C gehalten, um eine Kondensation des Aluminiumtrichloriddampfes innerhalb des Rohres 28 zu vermeiden.

Die Wirksamkeit der Erzeugung des Glases

kann mit Hilfe des Glaslaserstrahls verbessert v/erden. Um eine möglichst gleichmäßige Leistungsverteilung zu erreichen, kann der Laserstrahl nach Teilung der Wellenfront erneut konzentriert werden. Der Strahl kann jedoch ebenfalls um einen Punkt rotiert werden, v/elcher in einer exzentrischen Position angeordnet ist. Irregularitäten des Durchmessers bzw. IJichtstabilitäten des Wachstum des Stabes hängen von Ungleichmäßigkeiten der Modusverteilung des Laserstrahls ab. Ungleichmäßigkeiten der Modusverteilung können demzufolge kompensiert v/erden, indem der Winkel zwischen dem einfallenden Laserstrahl und dem aus refrektorischem Material bestehenden Kern 6 eingestellt wird.

Es erscheint sehr wichtig, das Glas

zum Wachstum zu bringen, indem der Kern 6 durch den Laserstrahl in der richtigen Weise bestrahlt wird. Das optische System zur

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-fr-Leitung des Kohlendioxydgaslaserstrahls ist so ausgelegt, daß eine Genauigkeit der Einstellung auf 1o ,u möglich ist. Einzelheiten dieses Systems sind aus Einfachheitsgründen in Fig. 1 nicht angegeben. Nachdem ein.stabiles Wachstum des Glasstabes erreicht worden ist, wird die Leistung dasLaserstrahls, die Position des Laserstrahls, die Bev/egungsgeschwindigkeit des Kernes 6 sowie dessen Drehzahl, die Strömungsgeschwindigkeit deis Mischgases und die Temperatur desselben, sov/ie die relative Position der Düse sehr genau gesteuert, um einen stabilen Sustand aufrechtzuerhalten» Die oben erwähnten Faktoren können automatisch gesteuert v/erden, sodaß stabile Herstellungsbedingungen erreichtbar sind.

Fig„ 2 seigt eine Ausführungsform der

Herstellungsvorrichtung, mit welcher dar nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte SiCU.Άί,.Χ)- Glaskern 11 mit einer Glassicht 31 umzogen t/ird, welche aus reinem SiCU-Glas oder Siliziumoxyd, zusararian mit ainan Oxyd-Dopmittel besteht. Die genaue Funktionsweise der Vorrichtung soll dadurch erläutert v/erden/ indem auf verschiedene Beispiele bezug genommen wird.

Beispiel 1

Ein von dem Kohlendioxydgaslaser 1

abgegebener Laserstrahl 2 wird durch den Metallspiegel 3 reflektiert und mit Hilfe der konvexen Germaniumlinse 5 und einer auf der Seitenoberfläche des Siliziuruoxydglasgefäßes 4 angeordneten zylindrischen Germaniumlinse 32 zusammengefaßt. Auf diese Weise wird der SiO₀.Al₀ 0. Glaskern 11 innerhalb des Gefäßes 4 auf etwa 16oo bis 18oo C erwärmt, In das. Gefäß 4 mündet ein Rohr 38, durch welches Sauerstoffgas zugeführt wird, das zum Schutz der zylindrischen Linse 32 dient. Fernerhin ist ein Abgaberohr 39 vorgesehen, durch welches das Sauerstoffgas abgeleitet wird. Der Metallspiegel 3 und die

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zylindrische Linse 32 können durch einen Strahlabtaster ersetzt werden. Der Strahlabtaster kann mit Hilfe eines Funktionsgenerators und einer auf einer bestimmten Frequenz arbeitenden Antriebseinrichtung angetrieben v/erden. Dabei wird ein geeigneter Rotationswinkel verwendet, damit der Glaskern 11 mit einer gleichmäßigen Leistungsverteilung des Kohlendioxydgaslaserstrahls bestrahlt wird«

Die Erwärmung kann ebenfalls durchgeführt werden/ indem nur der Kohlendioxydgaslaser verwendet wird. Jedoch kann zusätzlich ein kreisförmiger Ofen 7 um das Glasgefäß 4 herum angeordnet sein, v/odurch der Stab auf etwa 1ooo°C vorgewärmt wird. Mit Hilfe des Kohlendioxydlaserstrahls wird dann der Stab auf etwa 16oo - 18oo°C weiter erhitzt. Gleichzeitig mit der Erhitzung wird durch in dem Gefäß 4 angeordnete Düsen 33 und 34 Siliziumtetrachloriddamof mit einem Träger von Sauerstoffgas 35 in Richtung des SiO₃.A^-O- Glasstabes 11 injiziert. Demzufolge reagiert das Siliziumtetrachlorid mit dem auf dem Glasstab 11 vorhandenen Sauerstoffgas, wobei folgende Reaktion auftritt:

Dieses Siliziumoxyd schlägt sich auf dem SiO₂-Ai₂O- Glasstab nieder, wodurch die SiO₃ Glassicht 31 gebildet wird. Um möglichst gleichförmig die SiO_-Glasschicht zu bilden, wird der SiO₃.A-ß-O.. Glasstab 11 zwischen einem Paar von Spannköpfen und 37 gelagert und mit einer gleichförmigen Drehgeschwindigkeit in Drehung versetzt. Während gleichzeitig eine Parallelbewegung gegenüber den Seitenoberflächen des Glasgefäßes 4 vorgenommen wird. Das Sauerstoffgas mit dem sehr reinen Siliziumtetrachloriddampf kann mit Hilfe einer Einrichtung gemäß Fig. 1 gebildet werden. In diesem Fall wird jedoch das Ventil 2o für die Zufuhr des Sauerstoffgases zu der Sättigungs-

einheit 19 mit dem Aluminiumtrichlorid 18 geschlossen, sodaß nur Sauerstoffgas durch das Ventil 21 der Sättigungseinheit mit dem Siliziumtetrachloriddampf zugeführt wird, von wo aus dann eine Weiterleitung zu den Düsen 33 und 34 erfolgt. Die das Mischgas erzeugende Einrichtung ist zur Vereinfachung in Fig. 2 nicht gezeigt.

Mit Hilfe des erwähnten Verfahrens

kann eine SiO_ Glasschicht 31 sehr gleichförmig auf den SiO_.AAo₃ Glasstab aufgebracht werden. Der beschichtete Glasstab wird innerhalb einer geeigneten Schutzeinrichtung auf eine Temperatur oberhalb des Weichmachungspunktes des Stabes beispielsweise 19oo C - erwärmt, worauf dann eine optische Faser durch Spinnen erzeugt wird.

Beispiel 2

Ähnlich wie bei der Ausführungsform

in Fig. 1 wird zuerst ein aus Siliziumoxyd bestehender Kern 6 innerhalb eines Siliziumoxydglasgefäßes 4 drehbar gelagert und mit Hilfe eines elektrischen Ofens 7 vorgewärmt. Anschließend daran wird dieser Stab mit Hilfe des von dem Kohlendioxydgaslasers 1 abgegebenen Laserstrahls 2 auf eine Temperatur von 16oo - 18oo°C erwärmt. In Richtung des Kernes 6 wird eine Gasmischung aus Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf und reinem Aluminiumtrichloriddamraf geleitet. Das Siliziumdioxyd und das Aluminiumoxyd werden auf dem rotierenden und sich bewegenden Kern 6 zum Niederschlag gebracht und geschmolzen. Demzufolge wird ein Siliziumoxydglasstab mit Aluminiumoxyd erzeugt. Das Molverhältnis zwischen SiO₂ und Ai₀O, beträgt 96%:4%. Der Brechungsindex des Glasstabes ist in diesem Fall 1,466.

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Der auf diese Weise erzeugte SiO-.A^CL·

Glasstab 11 wird dann in die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung eingesetzt, wobei eine Lagerung mit Hilfe der beiden Spannköpfe 36, 37 erfolgt. Es folgt dann eine Vorwärmung mit Hilfe des um das Gefäß 4 herum angeordneten elektrischen Ofens 7, Der Glasstab 11 wird dabei einer Parallelbewegung gegenüber der Seitenwandung des Siliziumglasgefäßes 4 aufgesetzt, während zusätzlich eine Drehbewegung durchgeführt wird« Durch die Düsen 33 und 34 wird eine Gasmischung von Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf und einem Aluminiumtrichloriddampf in Richtung des Glasstabes 11 injiziert. Die Gasmischung ist dabei die selbe wie in dem vorigen Beispiel. Zuerst erfolgt die Beschichtung in einer Gaszusammensetzung von Siliziumoxyd und Aluminiumoxyd,so wie dies bei der Herstellung des SiO₂-Ai₃O₃ Glasstabes 11 der Fall ist. Anschließend daran wird jedoch die Zusammensetzung des SiO₂ und &£_0_ Gases graduell verändert, indem der Dampfdruck des Siliziumtetrachlorid und des Aluminiumtrichlorid beeinflußt wird, wodurch der Aluminiumoxydgehalt verringert wird. Schließlich wird die Beschichtung mit einem Gas durchgeführt, bei welchem der Siliziumoxydgehalt I00 % beträgt. Demzufolge verändert sich die Zusammensetzung der Glasschicht 31 von dem Glasstab 11 in Richtung der ObeiFläche der Beschichtung von SiO„.A^„O, nach SiO₂, anschließend daran wird der auf diese Weise beschichtete Stab versponnen, indem eine Erhitzung bis oberhalb der Erweichungstemperatur vorgenommen wird.

Beispiel 3

Fig. 3 zeigt das Prinzip einer anderen

Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Glaskern und die Beschichtung kontinuierlich hergestellt werden. Die Einrichtung zur Erzeugung der Gasmischung aus Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf und Aluminiumtrichloriddampf ist dieselbe wie in Fig. 1. Diese Einrichtung ist demzufolge in Fig. 3 nicht gezeigt. Ein von einem Kohlendioxydlaser 41

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abgegebener Laserstrahl 42 wird mit Hilfe einer konvexen Germaniumlinse 43 gesammelt und der Stirnfläche eines Kernes 44 zugeführt, welcher beispielsweise aus Siliziumoxyd besteht. Demzufolge wird diese Stirnfläche auf etwa 16oo - 18oo C erwärmt. In der selben Zeit wird eine Gasmischung 47 aus Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf und Aluminiumtrichloriddampf durch Düsen 45 und 46 dem Endbereich des Kernes 44 zugeführt. Demzufolge treten die folgenden Reaktionen im Bereich des Kernes 44 auf:

Das Siliziumtetrachlorid und das Aluminiumtrichlorid reagieren mit dem Sauerstoffgas, wodurch Siliziumoxyd und Aluminiumoxyd gebildet werden. Diese Bestandteile werden auf dem Kern 44 zum Niederschlag gebracht, wodurch ein SiO₃. AZ₃O₃ Glaskern 48 gebildet wird. Der Glaskern 48 wird mit Hilfe des Kernes 44 in Richtung des Laserstrahls 42 bewegt, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Wachstumsgeschwindigkeit des SiO₃.AZ₃O₃ Glaskernes 48 entspricht. Der Glaskern 48 wird dabei durch eine Bohrung geschoben, welche innerhalb einer aus refraktorischem Material bestehende Abschirmplatte 49 vorgesehen ist. Die Bewegung erfolgt dabei mit Hilfe des aus refraktorischem Material bestehenden Kernes 44. Parallel mit dem oben beschriebenen Verfahren wird ein von einen Kohlendioxydgaslaser 5o abegegebener Laserstrahl 51 über eine konvexe Linse 52 der Oberfläche des SiO₃.A£ O₃ Glaskernes 48 zugeführt, wodurch ein Erwärmung auf I600 bis 18oo°C erfolgt. Gleichzeitig wird eine Gasmischung 54 von Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf durch eine weitere Düse 53 dem SiO₃-A₁^ O₃ Glaskern 48 zugeführt. Auf diese Weise wird um den SiO₃.AX₃O₃ Glaskern eine aus SiO₃ bestehende Glasschicht 55 aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform besitzt der Glaskern 48 ein Molverhältnis von SiO_.A^r₃O₃ von 96%:4%, während der Brechungsindex 1,466 beträgt.

Beispiel 4

Fig. 4 zeigt eine v/eitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Glaskernes und einer Glasschicht. Der von einem Kohlendioxydlaser 61 abgegebene Laserstrahl 62 wird mit Hilfe eines Spiegels 43 reflektiert und mit Hilfe einer rotierenden Linse 64 erweitert, wodurch eine gleichförmige Leistungsverteilung erreicht wird. Dieser Laserstrahl wird zur Bestrahlung des Endes eines aus Siliziumoxyd bestehenden Kernes 66 verwendet, der innerhalb eines Siliziumoxydglasgefäßes 65 angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Ende des Kernes 66 auf eine Temperatur zv/ischen 16oo und 18oo c erwärmt.. Zur gleichen Zeit wird eine Gasmischung 6 8 von Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf und Aluminiumtrichloriddampf durch eine Düse 67 auf den Kern 66 geleitet. Dabei treten an dem Kern 66 die folgenden Reaktionen auf:

Das Siliziumtetrachlorid und das

Aluminiumtrichlorid reagieren mit dem Sauerstoff, sodaß Siliziunoxyd und Aluminiumoxyd gegildet werden, welche auf der Oberfläche des Kernes 66 zum Niederschlag gebracht werden Dadurch wird ein SiO₂-A^₃O₃ Glaskern 69 gebildet. Dieser Kern 69 wird mit Hilfe des Kernes 66 und eines Spannkopfes 7o in Drehung versetzt, während gleichzeitig in Richtung des Laserstrahles eine Bewegung vorgenommen wird, deren Geschwindigkeit der Wachstumsgaschwindigkeit des SiO₃₁A^₃O₃ Glases entspricht. Zur gleichen Zeit wird ein von einem Kohlendioxyd laser 71 abegegebener Laserstrahl 72 mit Hilfe eines Strahl-

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abtasters 73 reflektiert und über ein Germaniumfenster 74 dem SiO-.A ^₂°3 ^Gl^askern 69 zugeführt. Der Diversionswinkel wier dabei so gewählt, daß die Oberfläche auf etwa 16oo - 18oo°C erwärmt wird. Zur selben Zeit wird eine Gasmischung von Sauerstoff und reinem Siliziumtetrachloriddampf und Aluminiumtrichloriddampf durch Düsen 75, 76, 77 und 78 der Oberfläche des Stabes zugeführt. Das Mischungsverhältnis des Mischgases wird von den Düsen 75 bis 78 graduell verändert, indem die Menge des Aluminiumtrichloriddampfes verringert wird. Beispielsweise wird von den Düsen die folgenden Gasmischungen abgegeben:

Düse 75 ... SiC/₄:A £C £-₃=95 Gew.%:5 Gew. % Düse 76 ... SiCi ₄:A£ C-6₃=97 Gew.%:3 Gew. % Düse 77 ... SiC^ ₄:Ai C ^₃=98 Gew.%:2 Gew. %

Düse 78 ... Sici₄:A/c/₃==1oo Gew.%:0 Gew. %

Durch Steuerung des Mischgases wird

das Mischungsverhältnis von SiO„ und A / O_ verändert. Die äußerste Beschichtung erfolgt dann mit ganz reinem SiO₃. Auf diese Weise wird dann eine äußere Schicht gebildet, bei v/elcher die Zusammensetzung zwischen SiO₃ und A Z₂ ⁰ 3 in Richtung der Dicke der Beschichtung auf dem SiO-. A X- O₃ Glaskern graduell verändert wird.

Die durch die Düsen 67, 75, 76, 77 und

abgegebene Mischung von Sauerstoff und Siliziumtetrachloriddampf und Aluminiumtrichloriddampf kann mit Hilfe eines Ofens 80 auf eine Temperatur von etwa I000 C erwärmt werden, wodurch aufgrund einer Reaktion mit dem Sauerstoff Körnchen (SOOTS) gebildet v/erden. Diese auf dem Kern 66 zum Niederschlag gebrachten Körnchen v/erden mit Hilfe der Laserstrahlen 62 und

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erwärmt, wodurch Glas gebildet wird. Dies ist ein sehr wirksames Verfahren zur Herstellung derartiger Glasschichten«

Um eine Verunreinigung des aus Germanium

bestehenden Fensters 74 und der rotierenden Linse 64 zu vermeiden, kann ein Sauerstoffgas über Rohrleitungen 81 und in das Gefäß 65 eingeleitet werden. Das Ableiten des Sauerstoff gases erfolgt dann über ein Ableitungsrohr 83. Der auf diese Weise erzeugte Glaskern 69 sowie die erzielte Glasbeschichtung 79 werden dann bis oberhalb der Erweichungstemperatur erhitzt, worauf dann ein Verspinnen zu einer optischen Faser vorgenommen v/erden kann. Die auf diese Weise erzeugte Glasfaser besitzt wesentlich weniger Verunreinigungen und Wassereinschlüsse, die zu Absorptionsverlusten und Zerstreuungsverlusten führen. Fernerhin besitzt die Glasfaser einen sehr gleichmäßigen Durchmesser und eine sehr gleichmäßige Qualität, was eine erhebliche Verbesserung darstellt.

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   {
   1„ Verfahren zur Herstellung von optischen

   Glasfasern, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

   a) Herstellung eines geschmolzenen und

   gedopten Siliziumoxydglaskernes durch Heizen eines drehbaren und beweglichen, aus refraktorischem Material bestehenden Kernes, unter gleichzeitiger Bestrahlung mit einem Kohlendioxydgaslaserstrahl bei einer hohen Temperatur und gleichzeitigem Injizieren einer Gasmischung von Sauerstoff und einem oxidierbaren Dampf einer Siliziumverbindung und einem Dampf einer oxidierbaren Verbindung als Dopungsmittel, wobei eine Drehung und Bewegung des Kernes vorgenommen wird, demzufolge ein Niederschlag von Siliziumoxyd und einsm Oxyd des Dopungsmittels stattindet mit anschließender Verschmelzung der aufgebrachten Oxyde,

   b) Herstellung einer geschmolzenen

   Siliziumglasschicht auf dem Glaskern durch Heizen des Glaskernes unter Bestrahlung eines Kohlendioxydgaslaserstrahles bei hoher Temperatur und Injizierung einer Gasmischung von Sauerstoff und einer oxidierbaren Siliziumverbindung auf die Oberfläche des Glaskernes, während gleichzeitig eine Rotation und Bewegung des Glaskernes stattfindet, demzufolge eine Siliziumoxydschicht auf der Oberfläche des Glaskernes aufgebracht wird mit anschließender Verschmelzung des aufgebrachten Siliziumoxyds,und

   c) Herstellung einer optischen Faser

   durch Heizen des Glaskernes mit der aufgebrachten Glasschicht auf eine oberhalb des Erweichungspunktes liegende Temperatur mit anschließender Verspinnung.

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beim Injizieren der Gasmischung auf den bereits hergestellten Glaskern die Konzentration des Dopungsmittels des Mischgases graduell verringert wird/ demzufolge auf dem Glaskern eine Siliziumoxyd- und Oxidiermittelschicht aufgebracht wird, bei welcher die Konzentration des Dopungsmittels graduell verringert wird, bis am Schluß reines Siliziumoxyd aufgebracht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der aus refraktorischem Material bestehende Kern mit einer Geschwindigkeit bewegt wird/ welcher der Wachstumsgeschwindigkeit des auf dem refraktorischen Kern aufgebrachten Oxydglaskern entspricht.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß der aus refraktorischem Material bestehende Kern innerhalb eines Siliziumoxydglasgefäßes angeordnet wird, und daß das Siliziumoxydglasgefäß mit Hilfe eines damm angeordneten elektrischen Ofens auf eine Temperatur von ungefähr 1ooo C erwärmt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des aus refraktorischem Material bestehenden Kerns und des Glasstabes durch Bestrahlung mit einem Kohlendioxydlaserstrahls auf eine Temperatur von 16oo - 18oo C erwärmt wird.

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6. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der aus refraktorischem Material bestehende Kern aus geschmolzenem Siliziumoxyd besteht.
7. 7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die oxidierbare Siliziumverbindung Siliziumtetrachlorid ist.
8. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die das Dopungsmittel darstellende oxidierbare Verbindung eine Verbindung ist, welche aus der Gruppe von Stoffen - wie Aluminiumtrichlorid, Triisobutylaluminium, Germaniumtetrachlorid, Titaniumtetrachlorid, Galliumchlorid, Oxyphosphat und Trimethylgallium gewählt ist.
9. 9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Molverhältnis der Zusammensetzung des aus SiO„ und AX _O bestehenden Glasstabes 96%:4% beträgt, demzufolge ein Brechungsindex von 1,466 bei einer Wellenlänge von o,5893 ,u auftritt.
10. 10. " Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die aufgebrachte Siliziumglasschicht aus reinem Aluminiumoxyd besteht, bei welchem ein Brechungsindex von 1,458 bei einer Wellenlänge von o,5893 ,u erzielbar ist.
11. 11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Herstellung der geschmolzenen Siliziumoxydglasschicht gleichzeitig mit der Herstellung des aus SiO„.AX₃O₃ Glaskernes

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    erfolgt, indem gleichzeitig zv/ei Kohlendioxydlaserstrahlen verwendet werden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch

    gekennzeichnet , daß bei der Herstellung der Glasschicht das ilolverhältnis des Siliziumtatrachlorid und des Aluminiumtrichlorid innerhalb der Gasmischung so gesteuert v/ird, daß am Ende loo % reines Siliziumoxyd aufgebracht wird, demzufolge eine aufgebrachte Siliziumoxyd- und eine Aluminiumoxydschicht hergestellt v/ird, bei v/elcher die Konzentration des Aluminiumoxyds in Richtung der Dicke der Schicht sich verändert*

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