DE60015227T2

DE60015227T2 - Vorform mit einer wasserstoffundurchlässigen Lage bei einer optischen Faser, die aus dieser Vorform hergestellt ist, und Herstellungsverfahren einer solchen Vorform

Info

Publication number: DE60015227T2
Application number: DE60015227T
Authority: DE
Inventors: Gerard Orcel; Sophie Dubois; Jean-Florent Campion
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: FR2792733A1; US6201917B1; ATE280740T1; DE60015227D1; EP1048623B1; DK1048623T3; JP4744670B2; FR2792733B1; JP2001002448A; EP1048623A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorform einer Lichtleitfaser aus Siliciumoxid, welche einen Kern vom Radius R sowie einen Mantel beinhaltet, wobei besagter Mantel einen mit dem Kern in direktem Kontakt stehenden Innenteil, der als optischer Mantel bezeichnet wird, sowie einen als äußeren Mantel bezeichneten Außenteil aus aluminiumoxid-dotiertem Siliciumoxid aufweist. Sie betrifft ferner das Verfahren zur Herstellung der besagten Vorform und die Lichtleitfaser, die durch Faserziehen aus dieser Vorform hergestellt ist.
Lichtwellenleiter kommen auf dem Gebiet der Telekommunikation verbreitet zur Anwendung. Dabei werden Informationen in Form von Licht im allgemeinen bei einer Wellenlänge von etwa 1300 oder 1550 Nanometern über Lichtleitfasern aus Siliciumoxid übertragen. Eine solche Lichtleitfaser setzt sich aus einem optisch wirksamen Teil in Form eines Faserkerns, der den größten Teil der Lichtwelle überträgt, und einem optischen Mantel, wobei Faserkern und Fasermantel unterschiedliche Brechungsindizes haben, sowie meistens auch einer äußeren Randzone zusammen, die als äußerer Mantel bezeichnet wird, optisch unwirksam ist und zusammen mit dem optischen Mantel den Mantel der Lichtleitfaser bildet. Da das Faserziehen einer Lichtleitfaser aus einer Vorform auf homothetische Weise erfolgt, verwendet man dieselben Termini für den Faserkern, den optischen Mantel und den äußeren Mantel auch für die Vorform, aus welcher die Lichtleitfaser hergestellt wird. Jede Faser ist durch Überzüge aus einem Polymermaterial geschützt, und die Schutzüberzüge sind meist mit einer weiteren Lage aus einem pigmentierten Polymer beschichtet. Eine Gruppe von Lichtleitfasern lässt sich zu einem Faserband anordnen. In diesem Fall ist das Material, das die Fasern des Bandes zusammenhält und als Matrix bezeichnet wird, ebenfalls ein Polymer. Bei Telekommunikationskabeln sind die Lichtleitfasern, ob einzeln oder als Faserband, allgemein in einem Metall- oder Kunststoffrohr untergebracht.
Bekannt ist, dass Lichtleitfasern nicht der Einwirkung von Wasserstoff ausgesetzt werden dürfen, da dieses Gas ihre Übertragungseigenschaften verändert. Diese Änderung ist um so größer, je höher der Wasserstoff-Partialdruck ist, dem die Faser ausgesetzt ist. Wasserstoff entsteht insbesondere beim Zerfall der Polymere, aus denen die Überzüge der Fasern oder der Faserband-Matrix bestehen. Er kann auch beim Zerfall des allgemein im Kabel vorgesehenen Füllmaterials entstehen, das einerseits die Fasern im Rohr halten soll, durch das die Lichtleitfasern verlaufen, und zum anderen das Vordringen von Feuchtigkeit im Fall eines Bruches oder einer sonstigen Schädigung des Rohres aufhalten soll. Zu den oben erwähnten Zerfallserscheinungen kommt es aufgrund der natürlichen Alterung.
Das Patent GB-B-2.145.240 erwähnt die Herstellung einer Lichtleitfaser durch Faserziehen aus einer optischen Vorform und beschreibt die besagte Faser, die einen optisch wirksamen Teil in Form eines Faserkerns sowie einen optischen Mantel beinhaltet, die unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, sowie einen äußeren Mantel, der neben Siliciumoxid auch Dotierungsstoffe beinhaltet, die zu einer Liste von Oxiden gehören. Aus dieser Liste von Oxiden wird Aluminiumoxid zitiert und als bevorzugte Substanz Boroxid genannt. Es wird weder auf das Verfahren zur Herstellung der Vorform noch auf die Struktur einer solchen Vorform näher eingegangen. Die Struktur der endgültigen Lichtleitfaser wird als Beispiel angeführt und durch eine Figur veranschaulicht. Besagte Lichtleitfaser beinhaltet einen Faserkern vom Radius R, bestehend aus dotiertem Siliciumoxid vom Durchmesser 50 μm, entsprechend 2R, und einer Ummantelung, die den Durchmesser der Lichtleitfaser auf 125 μm entsprechend 5R erhöht und einen optischen Mantel mit einem Durchmesser von 90 μm entsprechend 3,6 R sowie einen äußeren Mantel mit einer Dicke von 17,5 μm entsprechend 0,7 R beinhaltet. Die Oxidkonzentration in dem besagten äußeren Mantel liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 Gewichtsprozenten des Oxids, bezogen auf das Gewicht des Stoffgemischs des äußeren Mantels.
Das Vorhandensein einer großen Menge von Aluminiumoxid in dem so gebildeten äußeren Mantel führt zu einem Problem bei der Herstellung der Lichtleitfaser, die unter geeigneten Bedingungen aus der Vorform kommt, insbesondere im Hinblick auf die Stabilität des Durchmessers beim Faserziehen, was auf die zu geringe Viskosität des dotierten äußeren Mantels zurückzuführen ist. Mit nur 1 Gewichtsprozent von A12O3 im Siliciumoxid ist es nämlich schwierig, in der allgemein zulässigen Toleranzspanne von 125 ± 0,5 μm zu bleiben, und man bringt es nur auf eine Toleranzspanne von 125 ± 1,5 μm. Dies macht den Verbund der Lichtleitfasern untereinander problematisch.
Überdies ist es wichtig, dass der hergestellte äußere Mantel sehr leistungsfähig im Hinblick auf mechanische Eigenschaften ist, und ein zu dicker äußerer Mantel, wie er im Patent GB-B-2.145.240 beschrieben wird, kann insbesondere im Zugversuch zu einer Minderung der Leistungsfähigkeit führen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Möglichkeit zur industriellen Herstellung einer Lichtleitfaser, die praktisch undurchlässig für Wasserstoff ist und das richtige mechanische Verhalten aufweist.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorform für eine Lichtleitfaser aus Siliciumoxid entsprechend der Definition in Anspruch 1.
Das Aluminiumoxid-Gewichtsverhältnis in der Randzone ist vorzugsweise so bemessen, dass die äquivalente Aluminiumoxidkonzentration im gesamten äußeren Mantel zwischen 100 und 500 ppm Aluminiumgewicht liegt, bezogen auf das Siliciumoxidgewicht.
Die Dicke der Randzone liegt vorzugsweise zwischen 0,08 R und 1,5 R.
Die äquivalente Konzentration ist definiert als die in der Randzone enthaltene Aluminiumoxidmenge in Gewichts-%, bezogen auf das Volumen des gesamten äußeren Mantels (und nicht nur auf das Volumen der Randzone). Die interne Zone enthält kein Aluminiumoxid. Da das Faserziehen der Lichtleitfaser-Vorform im allgemeinen homothetisch erfolgt, ist die äquivalente Konzentration in der Vorform mit derjenigen in der Lichtleitfaser identisch. Als Beispiel führt die minimale Konzentration von 1% Aluminiumoxidgewicht, bezogen auf die Gesamtheit des Stoffgemischs des äußeren Mantels, im Fall des Patents GB-B-2.145.240 zu einer Konzentration von 1,01% Aluminiumoxidgewicht, bezogen auf das Siliciumoxid des äußeren Mantels. Dies ergibt also eine äquivalente Konzentration von 10100 ppm des prozentualen Aluminiumoxidgewichts, bezogen auf das im äußeren Mantel enthaltene Siliciumoxid. Somit ist das Verhältnis zwischen der molaren Masse des Aluminiumoxids und der molaren Masse des Aluminiums gleich 1,888, wobei die Berechnung etwa 5350 ppm äquivalente Konzentration des Aluminiumoxids in Aluminiumgewicht ergibt, bezogen auf das im äußeren Mantel enthaltene Siliciumoxid.
Die Aluminiumoxidkonzentration der Randzone ist im allgemeinen über die gesamte Dicke der besagten Randzone konstant, kann aber auch in radialer Richtung entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich variabel sein.
Kernstück der erfindungsgemäßen Lichtleitfaser-Vorform ist ein Konzentrations- und Dickenbereich des Aluminiumoxids innerhalb des äußeren Mantels, welcher die Nachteile des bisherigen Standes der Technik insofern behebt, als der hergestellte äußere Mantel gute mechanische Leistungen hat und eine Viskosität aufweist, bei der die Herstellung der Lichtleitfaser aus besagter Vorform in zweckmäßiger Weise und insbesondere mit einem innerhalb der allgemein zulässigen Toleranzspanne stabilen Durchmesser der Lichtleitfaser erfolgt.
Die erfindungsgemäße Vorform weist vorteilhafterweise eine Randzone aus aluminiumoxiddotiertem Siliciumoxid auf, die der aus dieser Vorform hergestellten Lichtleitfaser bei praktisch homothetischer Umwandlung durch das Faserziehen eine hohe mechanische Beständigkeit verleiht. Es sei angemerkt, dass eine solche Randzone im allgemeinen eine relativ geringe Rauhigkeit aufweist, da eine solche Zone beim Faserziehen geschmolzen wird.
Überdies gestattet die mäßige Dicke der Randzone als Vorläufer einer Randzone der aus besagter Vorform hergestellten Lichtleitfaser die Erzeugung einer Randzone unter Kompression, was die mechanischen Eigenschaften besagter Lichtleitfaser bedeutend verbessert. Eine Kompressionszone ist nämlich als Zone mit einer Längsspannung definiert, die eine Kompression der Zone bewirkt. Nun zeigt aber die Mechanik des Glasbruches, dass der vorhenschende Bruchmechanismus im Entstehen und Fortschreiten von Rissen in der Oberfläche besteht. Das Einwirken von Kompression auf die Faseroberfläche verhindert eine solche Rissausbreitung.
Schließlich gestattet es die Herstellung einer vom Faserkern der Vorform relativ weit entfernten Randzone vorteilhafterweise, Wasserstoff so weit wie möglich vom optisch wirksamen Teil fern zu halten und so die Gefahr einer Erhöhung der Dämpfung der Lichtleitfaser, die aus besagter Vorform hergestellt wurde, möglichst weit zu begrenzen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Herstellungsverfahren für die Vorform von Lichtleitfasern aus Siliciumoxid gemäß der weiter oben beschriebenen Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Randzone durch äußeres Aufbringen mindestens einer mit Aluminiumoxid dotierten Schicht aus Siliciumoxid hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass es eine sehr präzise räumliche Anordnung der mit Aluminiumoxid dotierten Randzone unter Anwendung von Dotierungstechniken gestattet, die dem Fachmann bestens bekannt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet überdies den Vorteil, dass es ein Aufbringen von binärem amorphem Aluminiumoxid-Siliciumoxid gestattet. Die amorphe Beschaffenheit des Binärsystems bewirkt eine gute Barriere gegen die Wasserstoffdiffusion. Dagegen lässt ein kristallines Binärsystem aus Aluminiumoxid und Siliciumoxid über Korngrenzen oder über Diffusionskanäle im Inneren des Kristalls, bei denen es sich um Zonen mit geringerer Elektronendichte handelt, Wasserstoff in Innere der aus der Vorform hergestellten Lichtleitfaser eindringen.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die äußere Schicht durch Plasmaauftrag hergestellt. Die Herstellung der Vorform mit einer Technik zum Aufbringen einer äußeren seitlichen Schicht, so etwa mit der Technik des Plasmaauftrags, ist bekannt und wird beispielsweise in der Patentanmeldung EP-A1-0.450.465 beschrieben. Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Aufbringen der äußeren Schicht nach dem OVD-Verfahren (mit OVD für "Outside Vapor Deposit") bewerkstelligt. Das Aufbringen der äußeren Schicht kann auch nach anderen Verfahren erfolgen, beispielsweise nach den Sol-Gel-Verfahren, durch Imprägnieren, durch Aufdampfen oder durch Verdampfen.
Schließlich betrifft die Erfindung die durch Faserziehen aus einer erfindungsgemäßen Vorform hergestellte Lichtleitfaser.
Die erfindungsgemäße Vorform ist so beschaffen, dass die Herstellung der Lichtleitfaser aus besagter Vorform vorteilhafterweise mit den Faserziehgeschwindigkeiten kompatibel ist, die bei der Herstellung von Lichtleitfasern auf einer Faserziehmaschine verwendet werden und im allgemeinen in der Größenordnung von mehreren hundert Metern pro Minute liegen. Darüber hinaus gestattet ein derartiger Schichtauftrag die Weiterverwendung einer vorhandenen Faserziehmaschine, da sie ja für die Vorform eingesetzt wird. Überdies ist ein derartiger Schichtauftrag kompatibel mit den Faserziehbedingungen in einer typischen Industrieumgebung und insbesondere mit der Toleranz für den Durchmesser der Lichtleitfaser zur Regulierung des Faserziehverfahrens.
Die Erfindung wird verständlicher und weitere Eigenschaften und Vorzüge werden beim Lesen der folgenden Beschreibung klarer, die ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit anhand der 1 bis 3 dargelegt wird.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Lichtleitfaser-Vorform, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer im MCVD-Verfahren realisierten primären Vorform hergestellt ist.
2 zeigt in stark vereinfachter Form eine Plasmaauftragvorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Lichtleitfaser, die aus der in 2 dargestellten Vorform 3 hergestellt ist.
Eine primäre Vorform 24, die in 1 dargestellt ist, wird beispielsweise nach dem MCVD-Verfahren durch das Aufbringen von inneren Schichten aus gegebenenfalls dotiertem Siliciumoxid hergestellt, welche einen Faserkern 20 und einen optischen Mantel 21 in einem Rohr 22 bilden, gefolgt von einer Schrumpfumwandlung des so beschichteten Rohres mit einem Stab, der die primäre Vorform 24 bildet, woraufhin eine (endgültige) Vorform 3 durch Aufbringen einer äußeren Schicht aus außen aufgebrachten Siliciumoxidschichten hergestellt wird, die eine Auftragzone 23 auf der primären Vorform 24 bildet. Man verwendet vorzugsweise ein Rohr 22 aus ultrareinem Siliciumoxid. Ein solches Aufbringen einer äußeren Schicht ist in 2 für den Fall eines Plasmaauftrags verdeutlicht.
Die Bildung einer in 1 dargestellten Auftragzone 23 beginnt, wenn das Siliciumoxid in Form von Körnern auf die primäre Vorform 24 aufgebracht wird. Unter Einwirkung des Plasmas werden die Siliciumoxidkörner einfach durch die Schwerkraft aus einer Zufuhrleitung aufgebracht, die als Düse 5 ausgeführt ist und parallel zur primären Vorform 24 verschoben wird. Die Siliciumoxidkörner werden aufgeschmolzen und anschließend bei einer Temperatur in der Größenordnung von 2300°C vom Plasma in Glas umgewandelt. Der Materialauftrag findet in einer geschlossenen Kammer statt, damit ein wirksamer Schutz gegen elektromagnetische Störungen und gegen eine Freisetzung von Ozon durch den Plasmabrenner 4 gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß werden zunächst mit der Düse 5 Siliciumoxidpartikel aufgebracht, die einen Bereich 26 der Auftragzone 23 bilden, die praktisch ebenso wie die das Rohr 22 zusammengesetzt ist, d.h. aus ultrareinem Siliciumoxid besteht. Die aus dem Bereich 26 und dem Rohr 22 bestehende Einheit bildet eine innere Zone 27 eines äußeren Mantels 28. Anschließend werden Aluminiumoxidpartikel, die in der Düse 5 mit Siliciumoxidkörnern gemischt werden, in einer Randzone 25 der Auftragzone 23 aufgebracht, die alle abschließenden Schichten der äußeren Schicht der Auftragzone 23 beinhaltet. Es besteht auch die Möglichkeit, das Siliciumoxid durch eine erste Zuleitung und die Aluminiumoxidpartikel über eine zweite Zuleitung zuzuführen, wobei diese Zuleitungen in der Nähe des Plasmastrahls 4 nahe der ersten Siliciumoxid-Zuleitung 5 einmünden. Wie bereits weiter oben angemerkt, gestattet der Einbau der Aluminiumpartikeln in die Randzone 25 der Auftragzone 23 die industrielle Herstellung einer Lichtleitfaser 15 durch Glasfaserziehen, wobei diese Lichtleitfaser eine bessere Beständigkeit gegen Wasserstoff aufweist als Lichtleitfasern nach dem bisherigen Stand der Technik. Man erreicht somit eine erfindungsgemäß beschichtete Vorform 3, die eine Auftragzone 23 mit einem Bereich 26 und einer Randzone 25 beinhaltet. Der äußere Mantel 28 der besagten Vorform 3 wird gebildet durch das Rohr 22 und die Auftragzone 23, die den Bereich 26 und die Randzone 25 beinhaltet. Gemäß einer Realisierungsform des Erfindung ist es möglich, den Bereich 26 der Auftragzone 23 mit einem Aluminiumoxidanteil zu dotieren, der geringer ist als derjenige in der Zone 25, dem Bereich 26 der Auftragzone 23. Die Aluminiumoxidpartikel werden relativ zu den Siliciumoxidkörnern in einem Verhältnis eingebaut, das von der Reinheit der Siliciumoxidkörner und des Rohres 22 der primären Vorform 24 abhängig ist.
2 zeigt in stark vereinfachter Form eine Vorrichtung zum Plasmaauftrag, beinhaltend einen mit einem transparenten Fenster 2 versehenen Behälter 1, eine Vorform 3 (vom Ende aus gesehen) mit der Längsachse X, auf welche der Plasmabrenner 4 und die Düse 5 für die Zuführung der Körner in die Auftragzone gerichtet sind. Außerhalb des Behälters 1 befindet sich hinter dem Fenster 2 eine CCD-Kamera 6, die auf die Vorform 3 gerichtet ist. Sie liefert eine Größe für den Durchmesser der Vorform an dem Punkt, auf welchen sie gerichtet ist, in Form eines Messwertes, der über eine Verbindung 7 an eine Steuervorrichtung 8 des Prozessors für den Materialauftrag übermittelt wird. Die Vorrichtung 8 empfängt über eine Verbindung 9 weitere Informationen über die Bedingungen während des Auftragprozesses. Mit Hilfe eines internen Programms zur Steuerung des Auftragvorgangs liefert die Vorrichtung 8 bei konstanter Menge der zugeführten Körner über eine Verbindung 10, die eine Steuervorrichtung 11 versorgt, einen Wert zum Steuern der Positionierung der Düse 5 durch Verschieben besagter Düse 5 entlang einer Achse, die parallel zur Achse X verläuft. Die Vorrichtung 8 liefert außerdem über eine Mehrfachverbindung am Ausgang 12 weitere Steuerwerte, die andere Parameter des Steuerprozesses bestimmen.
Alle Elemente der in 2 gezeigten Vorrichtung sind dem Fachmann bestens bekannt. Ebenfalls gut bekannt sind auch andere Elemente, die hier nicht dargestellt sind. So werden Trägervorrichtungen für die Vorform 3 mit rotatorischen und translatorischen Antrieben, ein Trägerschlitten für den Plasmabrenner 4 und die Düse 5 mit translatorischem Antrieb parallel zur Achse X sowie Vorrichtungen zur Auswertung der Winkelposition der Vorform 3 und der Längsposition des Schlittens beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP-A1-0.440.130 beschrieben. Alle diese Vorrichtungen gestatten in bekannter Weise das Entfernen der Vorform 3 vom Brenner 4 in Abhängigkeit vom Größenzuwachs der Vorform 3. Vorrichtungen, welche es gestatten, die Kamera 6 in einem Messdurchgang auf aufeinanderfolgende Positionen der Vorform 3 zu richten, und die Form eines zweiten Schlittens haben könnten, dessen Verschiebung mit der des ersten Schlittens gekoppelt sind, sind ebenfalls Bestandteil des bekannten Standes der Technik.
Der Plasmaauftrag erfolgt in Durchgängen von rechts nach links und dann von links nach rechts, in deren Verlauf der Plasmabrenner 4 und die Düse 5 über die Länge der Vorform 3 verschoben werden.
Der gesamte Steuerungsprozess ist so optimiert, dass sich eine hohe Mengenausbeute des Siliciumoxides bei vorgegebener Translationsgeschwindigkeit ergibt und ein vorgegebenes Brechungsindexprofil der aufgetragenen Schicht einstellt. Gleichzeitig führt die Kamera 6 einen Messdurchgang aus, welcher aufeinanderfolgende Messwerte für den Durchmesser der Vorform 3 über deren gesamte Länge liefert.
3 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Lichtleitfaser 15, die aus der Vorform 3 auf praktisch homothetische Weise hergestellt wurde.
Die Lichtleitfaser 15 wird durch Faserziehen aus der erfindungsgemäß beschichteten primären Vorform 3 hergestellt. Man unterscheidet hier einen Faserkern 30 und einen optischen Mantel 31, die beide zusammen den optisch wirksamen Teil aus Siliciumoxid bilden, ferner eine Zone 32 und eine Auftragzone 33, bestehend aus einem Bereich 36 sowie einer Randzone 35 aus aluminiumoxiddotiertem Siliciumoxid. Im Verhältnis zu 1 entsprechen die Zone 32 dem Rohr 22, eine Zone 34 der primären Vorform 24, eine Zone 37 der inneren Zone 27 und eine Zone 38 dem äußeren Mantel 28. Sofern der Bereich 36 nicht absichtlich dotiert ist, kann er je nach Herkunft Aluminiumoxid enthalten, dessen Gehalt geringer ist als derjenige in der Randzone 35.
Die folgenden Beispiele sollen zur Veranschaulichung der Erfindung dienen, ohne jedoch deren Geltungsbereich einzuschränken.
Beispiele
Beispiel 1: Verwendung von Aluminiumoxid in einer äquivalenten Konzentration von etwa 381 ppm
Die primäre Vorform ist ein Stab vom Durchmesser 9R, also vom Radius 4,5R, auf welchem der Plasmaauftrag erfolgt, wobei sich das Rohr 22 zwischen dem Radius 2,9R und dem Radius 4,5R verteilt. Zunächst wird eine Schicht von reinem Siliciumoxid über eine Dicke von 7,7R aufgebracht, wodurch die Vorform zu einem stabförmigen Körper vom Radius 12,2R umgewandelt wird. Anschließend wird eine Randzone der Dicke 1,3R hergestellt, die aus Aluminiumoxid besteht und der Vorform 3 einen Durchmesser von 13,5R verleiht. Dabei wird eine Konzentration von Aluminiumoxidpartikeln (Al2O3) von 2000 ppm im Gewichtsverhältnis von Aluminium zu natürlichem Siliziumdioxid für das Beschichten der primären Vorform 24 über eine Dicke 25 der Auftragzone 23 verwendet. Die äquivalente Konzentration einer solchen Schicht der Randzone 25 ist etwa gleich 381 ppm im Gewichtsverhältnis von Aluminium zu natürlichem Siliziumdioxid über die gesamte Auftragzone 23.
Es ist vorgesehen, Aluminiumoxidpartikel von hochreiner Qualität zu verwenden, deren maximale Größe typisch einige zehn Mikrometer (μm) beträgt. Vorzugsweise verwendet man pyrogene Aluminiumoxidpartikel mit einer Größe von weniger als 0,1 μm, um eine homogene Verteilung der Partikel im Bereich 25 der Auftragzone 23 zu begünstigen.
Die Lichtleitfaser 15 wird durch Faserziehen unter einer Ziehspannung von 85 g aus der erfindungsgemäß beschichteten Vorform 3 hergestellt. Im allgemeinen liegt die Ziehspannung zwischen 10 und 250 g und vorzugsweise zwischen 30 und 150 g.
Die Eigenschaften der besagten Lichtleitfaser 15 werden anschließend für 400 Stunden bei 70 °C unter Atmosphärendruck (1 atm = 1,01325 × 105 Pa) auf Durchlässigkeit für Wasserstoff getestet. Die mit der getesteten Lichtleitfaser 15 bei 1550 nm erzielte Dämpfung beträgt 0,048 dB/km. Gegenüber einer Standard-Lichtleitfaser, die unter identischen Bedingungen hergestellt wurde, jedoch kein Aluminiumoxid in einer Randzone 34 der Beschichtung aufweist und nach dem Wasserstofftest eine Dämpfung von 0,07 dB/km hat, beträgt der Dämpfungsgewinn ungefähr 31 %.
Überdies werden die Leistungsparameter der besagten Faser 15 in einem Zugfestigkeitstest getestet. Dabei handelt es sich um einen standardisierten Test, der darin besteht, die Faser zu strecken und die Kraft zu messen, die zu ihrem Bruch nötig ist. Der Test wird an 50 Fasern durchgeführt und liefert eine statistische Verteilung der Ergebnisse. In dieser Verteilung liegt der Medianwert für die Faser 15 bei 60 Newton, verglichen mit 57 Newton bei der oben definierten Standard-Lichtleitfaser, also 5 bis 10 % höher als bei der Standard-Lichtleitfaser.
Schließlich wird das Spannungsprofil der besagten Faser 15 ermittelt, indem die Oberfläche einer Kompression ausgesetzt wird, wobei eine Methode angewandt wird, die den Effekt der Doppelbrechung ausnutzt. Die Doppelbrechung wird über den Gangunterschied zwischen den Polarisationen gemessen, die sich entlang der schnellen und der langsamen Achse der Faser ausbreiten, wobei ein optisches Verfahren angewandt wird, das aus der Methode abgeleitet ist, die als Viertelwellenlängenplättchen-Methode bezeichnet wird. Die Oberfläche wird mit einer Kompression von 40 MPa auf 5 μm beaufschlagt, verglichen mit dem Kompressionswert, dem die weiter oben definierte Standard-Lichtleitfaser ausgesetzt wird, und der 5 MPa auf 5 um beträgt, wobei die Messgenauigkeit mit ±10% abgeschätzt wird.
Beispiel 2: Verwendung von Aluminiumoxid in einer äquivalenten Konzentration von etwa 762 ppm
Die primäre Vorform 24 ist ein Stab vom Durchmesser 9R, also vom Radius 4,5R, auf welchem der Plasmaauftrag erfolgt, wobei sich das Rohr 22 zwischen dem Radius 2,9R und dem Radius 4,5R verteilt. Zunächst wird eine Schicht von reinem Siliciumoxid über eine Dicke von 7,7R aufgebracht, wodurch die Vorform zu einem stabförmigen Körper vom Radius 12,2R umgewandelt wird. Anschließend wird eine Randzone der Dicke 1,3R hergestellt, die aus Aluminiumoxid besteht und der Vorform 3 einen Durchmesser von 13,5R verleiht. Dabei wird eine Konzentration von Aluminiumoxidpartikeln (Al2O3) von 4000 ppm im Gewichtsverhältnis von Aluminium zu natürlichem Siliziumdioxid für das Beschichten der primären Vorform 24 über eine Randzone 25 der Auftragzone 23 verwendet. Die äquivalente Konzentration einer solchen Schicht der Randzone 25 ist etwa gleich 762 ppm im Gewichtsverhältnis von Aluminium zu natürlichem Siliziumdioxid über die gesamte Auftragzone 23.
Die Aluminiumoxidquelle ähnelt derjenigen in Beispiel 1. Die Lichtleitfaser 15 wird durch Faserziehen unter einer Ziehspannung von 85 g aus der erfindungsgemäß beschichteten Vorform 3 auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Die Eigenschaften der besagten Lichtleitfaser 15 werden anschließend für 400 Stunden bei 70 °C unter Atmosphärendruck (1 atm) auf Durchlässigkeit für Wasserstoff getestet. Die mit der getesteten Lichtleitfaser 15 bei 1550 nm erzielte Dämpfung beträgt 0,049 dB/km. Gegenüber einer Standard-Lichtleitfaser, die unter identischen Bedingungen hergestellt wurde, jedoch kein Aluminiumoxid in einer Randzone 34 der Beschichtung aufweist und nach dem Wasserstofftest eine Dämpfung von 0,07 dB/km hat, beträgt der Dämpfungsgewinn ungefähr 30 %.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die oben beschriebenen Darstellungen beschränkt. Es ist insbesondere für Plasmabeschichtungsverfahren verwendbar, aber auch für andere Verfahren wie z.B. das OVD-Verfahren, die Sol-Gel-Verfahren, zum Imprägnieren, zum Aufdampfen oder zum Verdampfen.

Claims

Vorform (3) einer Lichtleitfaser aus Siliciumoxid, welche einen Kern (20) vom Radius R sowie einen Mantel beinhaltet, wobei besagter Mantel einen mit dem Kern in direktem Kontakt stehenden Innenteil, der als optischer Mantel (21) bezeichnet wird, sowie einen als äußeren Mantel bezeichneten Außenteil aufweist, welcher aus aluminiumoxid-dotiertem Siliciumoxid besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Mantel seinerseits einen mit dem optischen Mantel in direktem Kontakt stehenden Innenteil, der als innere Zone (27) bezeichnet wird und kein Aluminiumoxid beinhaltet, sowie einen mit der als Randzone (25) bezeichneten inneren Zone in direktem Kontakt stehenden Außenteil beinhaltet, wobei besagte Randzone (25) in erster Linie mit Aluminiumoxid dotiertes Siliciumoxid aufweist, ferner dadurch, dass die Dicke der besagten Randzone (25) zwischen 0,08R und 2,2R liegt, und dadurch, dass das Gewichtsverhältnis an Aluminiumoxid in der Randzone (25) so bemessen ist, dass die äquivalente Konzentration von Aluminiumoxid im gesamten äußeren Mantel zwischen 100 und 1000 ppm Aluminiumgewicht gegenüber dem Siliciumoxid liegt, wobei die äquivalente Konzentration die in der Randzone enthaltene und in Gewichtsprozenten gegenüber dem Volumen des gesamten äußeren Mantels angegebene Aluminiumoxidmenge ist.
Vorform (3) gemäß Anspruch 1, bei welcher das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid in der Randzone (25) so bemessen ist, dass die äquivalente Konzentration von Aluminiumoxid im gesamten äußeren Mantel (28) zwischen 100 und 500 ppm Aluminiumgewicht gegenüber dem Siliciumoxid liegt.
Vorform (3) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die Dicke der Randzone (25) zwischen 0,08R und 1,5R liegt.
Verfahren zur Herstellung der Randzone einer Vorform (3) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Randzone (25) durch äußeres Aufbringen mindestens einer Schicht von aluminiumoxiddotiertem Siliciumoxid hergestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei welchem zum Aufbringen der äußeren Schicht das Plasmaauftragverfahren angewandt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei welchem zum Aufbringen der äußeren Schicht das OVD-Verfahren angewandt wird.
Lichtleitfaser (15), hergestellt durch Faserziehen aus einer Vorform (3) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 oder hergestellt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6.