WO2001032572A1 - Method for producing a quartz glass blank for optical waveguides and quartz glass blank produced according to this method - Google Patents

Method for producing a quartz glass blank for optical waveguides and quartz glass blank produced according to this method Download PDF

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WO2001032572A1
WO2001032572A1 PCT/EP2000/010665 EP0010665W WO0132572A1 WO 2001032572 A1 WO2001032572 A1 WO 2001032572A1 EP 0010665 W EP0010665 W EP 0010665W WO 0132572 A1 WO0132572 A1 WO 0132572A1
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WO
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core
quartz glass
core rod
tube
preform
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/010665
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German (de)
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Inventor
Heinz Fabian
Original Assignee
Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg
Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd.
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Publication date
Application filed by Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg, Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd. filed Critical Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01211Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/07Impurity concentration specified
    • C03B2201/075Hydroxyl ion (OH)

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a quartz glass preform for optical fibers by providing a core rod which has a core made of quartz glass with a first refractive index and a cladding which radially delimits the core and which has at least one inner core adjoining the core
  • the present invention relates to a quartz glass preform produced by the method, comprising a core rod which has a core made of quartz glass with a first refractive index and a cladding radially surrounding the core, the at least one inner cladding layer made of quartz glass with a second Has refractive index, and with a second cladding layer enveloping the core rod.
  • optical fibers for data transmission has gained in economic importance in the past 20 years. After the optical fibers were initially improved in terms of their optical attenuation and fiber strength, cost reduction is now a central issue. Possible starting points for this are increasing the transmission capacity per optical fiber and reducing the manufacturing costs of the optical fibers.
  • Optical fiber preforms for commercial applications are essentially manufactured using the known OVD (Outside Vapor Deposition), MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition, PCVD (Plasma Induced Chemical Vapor Deposition) and VAD (Vapor Axial Deposition) process.
  • This process uses First a core rod is produced, which essentially forms the core and the cladding of the later optical fiber.
  • the cladding of the optical fiber is referred to below as "optical cladding”.
  • Typical diameter ratios of the core rod to core diameter are between 2 and 6. This diameter ratio is known as the so-called “d / d ⁇ ratio", where d M is the diameter of the core rod and d «the diameter of the core.
  • the quality of the jacket material is important for the mechanical strength of the optical fiber, while its influence on the optical properties has so far played only a minor role.
  • the core rod contributes just under 10% to the total fiber cross section. The remaining 90% is provided by the jacket material.
  • the costs for the production and application of the jacket material are of central importance.
  • a method and a preform of the type specified at the outset are known from DE-A 39 11 745. It is proposed for the production of a core rod to provide a core layer of quartz glass with a cover layer made of powder-ceramic material by forming a tube from the powder-ceramic material and applying this in a combined doping and sintering process in a gas phase containing a dopant Kemglas rod is shrunk. By repeatedly using this method, multilayered structures can be produced from glasses with different optical behavior.
  • the interface between the jacket tube and the core glass rod is not free of defects which may result during the subsequent fusion Defects. These defects have a particularly disadvantageous effect at the interface between the core and the jacket.
  • the production of the cover layer formed from powder-ceramic material has disadvantages with regard to the production costs for the quartz glass preform and has proven to be not very reproducible.
  • a core rod is produced in a first process step by enveloping and fusing a core glass rod made of quartz glass with a jacket tube.
  • the core glass rod consists of undoped, synthetic quartz glass, while the casing tube is in the form of a so-called “SiO 2 soot body”, which is obtained by flame hydrolysis of SiCI and layer-by-layer deposition of SiO 2 particles on a substrate.
  • the surface of the The core glass rod is polished and heated to reduce the OH content in a plasma flame.
  • the porous jacket tube is doped with fluorine to lower the refractive index and then sintered at a temperature of 1650 ° C. and thereby onto the core glass rod to form a core rod with a
  • the core rod is overlaid by a jacket tube made of undoped quartz glass by collapsing the jacket tube onto the core rod.
  • the combination of core rod and flashing tube forms a quartz glass preform, from which a monomode fiber is then drawn ,
  • the jacket material is provided in the form of a flash tube made of quartz glass.
  • the flash tube is usually produced by one Silicon compound, such as SiCl, is oxidized or hydrolyzed to form SiO 2 particles and the SiO 2 particles are deposited in layers on a carrier rod, this is then removed and the tube obtained from porous soot material is densely sintered.
  • the production of such flash pipes includes a large number of process steps.
  • the interface between the jacket tube and the core glass rod is not free of defects, even with great care, which can lead to defects during the subsequent fusion. These defects have a particularly disadvantageous effect at the interface between the core and the jacket.
  • the core glass rod and porous jacket tube are fused, there is a risk that the thin core glass rod will bend. This danger is exacerbated if the core glass additionally contains a dopant, such as germanium oxide, which lowers the viscosity of quartz glass. Bending of the core glass rod can result in bending of the preform or an eccentricity of the fiber core in the optical fiber.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an inexpensive and reproducible method for producing a quartz glass preform for optical fibers with low optical attenuation and to provide a corresponding preform.
  • this object is achieved, based on the method mentioned at the outset, in that the core and the inner cladding layer are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD method, and in that the core rod is produced by one by the OVD Process manufactured flashover pipe is overlaid.
  • a core rod is produced, which is overlaid in a second process step by a flash tube in the form of a porous SiO 2 cylinder.
  • the core rod supplies the quartz glass for the fiber core and at least part of the optical cladding of the later optical fiber.
  • a core rod is provided in which at least the core and the inner cladding layer which radially delimits the core are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD method. Because only when a core rod produced in this way is used can the problems associated with the core rod production in the generic method with regard to crystal formation at the interface between core and cladding and the deflection of the core glass rod be avoided. In order to achieve a reproducible result, it is also essential that an overlay tube manufactured according to the OVD process is used to overlay the core rod.
  • the core rod comprises the core, which is delimited radially by the inner cladding layer.
  • the core rod can have one or more further cladding layers which envelop the first cladding layer.
  • This jacket material can also be applied according to one of the methods mentioned above (OVD, MCVD, PCVD or VAD) or by means of the so-called rod-in-tube technique.
  • the flash tube is provided in the form of a porous SiO 2 cylinder with an axial opening.
  • the porous flash tube can be produced simply and inexpensively by oxidizing or hydrolyzing a silicon compound to form SiO 2 particles, and depositing the SiO 2 particles in layers on a carrier rod, and then removing the latter.
  • the flash tube thus produced is characterized by an exact inner bore, which is predetermined by the outer diameter of the support rod, and is therefore directly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the process steps additionally required in the known method for producing the “jacket tube” from quartz glass, which include, in particular, the reworking of the inner bore after collapsing and the division of the desired geometry, are therefore omitted.
  • the core rod is inserted into the axial opening of the porous flash tube, which is then sintered, shrunk onto the core rod and fuses with it.
  • any possible defects occur in the later optical fiber at the edge or outside the light-guiding area and therefore do not have any effect on the transmission of the optical fiber.
  • the method according to the invention thus enables the cost-effective production of a quartz glass preform that meets high demands on its optical properties.
  • a flash tube that has a density in the range between 0.4 and 0.7 g / cm 3 . Sintering onto the core rod is facilitated by a high density of the flash tube. In view of this, a density of the flash tube of at least 0.5 g / cm 3 has proven particularly useful.
  • the upper limit of the specified density range results from the requirement of sufficient reactivity and permeability of the porous flashing tube, which enables effective cleaning in a gas atmosphere after the deposition process.
  • the density is determined as the mean of several measurements using mercury porosimetry.
  • the difference between the first and second refractive index is set to at least 0.003.
  • the difference in refractive index influences the light guidance in the core. The greater the refractive index difference, the better the light is guided in the core and the less the influence of the cladding ("optical cladding") and in particular the interface between the core rod and the flashing tube.
  • Overflow tube close to the light-guiding area of the optical fiber and thus to reduce the volume fraction of the "optical cladding" in favor of the much cheaper “jacket material” of the overlay tube.
  • the wall thickness of the jacket is a maximum of twice the core diameter.
  • the core diameter of an optical fiber is generally predetermined by its intended use. In the case of a single-mode fiber, for example, it is approximately 8 ⁇ m.
  • the remaining radial fiber cross-section is formed by the "optical cladding" and the "jacket material".
  • a reduction in the dM / d «ratio thus also works in the sense that the volume fraction of the“ optical cladding ”is reduced in favor of the“ jacket material ”of the flashing tube, which according to the invention can be produced much more cheaply.
  • a flash tube with an inner diameter of at least 30 mm is preferably used.
  • the core rod is designed with a correspondingly adapted, large outer diameter, so that a large-volume and thus - in relation to the length of the optical fiber to be drawn - inexpensive preform can be produced.
  • the wall thickness of the covering tube which defines the outer diameter of the preform and the wall thickness of the “jacket material” of the optical fiber, is generally between 60 mm and 500 mm (with an average density (measured over the radial cross section) in the range of 0.4 g / cm 3 to 0.7 g / cm 3 ). With a wall thickness of at least 60 mm it is ensured that the porous quartz glass body has sufficient mechanical strength. Wall thicknesses above 500 mm make sintering more difficult due to possibly diffusing gases and extend the diffusion paths with a gas phase treatment of the flash tube.
  • the core rod is formed from the core and the inner jacket layer. Process steps for the formation of additional cladding layers between the core and the flashing tube are thus avoided.
  • the core rod is overlaid with a quartz glass cladding tube before overlaying.
  • the core rod comprises, in addition to the core and the inner cladding layer, at least one further cladding layer which is provided by the cladding tube.
  • the cladding tube consists of undoped quartz glass or of a dopant Quartz glass. It can contribute to the refractive index profile of the preform and in particular to the “optical cladding” of the optical fiber.
  • the cladding tube is produced using an inexpensive process and in some cases replaces the more expensive jacket material Way enlarged inexpensively
  • the cladding tube is preferably made of synthetic quartz glass.
  • a procedure in which the flash tube is subjected to a chlorine treatment by heating in a chlorine-containing atmosphere at a temperature above 700 ° C. has proven to be particularly favorable.
  • the chlorine treatment removes impurities and reduces the OH content of the SiO 2 cylinder.
  • Chlorine and chlorine compounds with a hygroscopic effect at the treatment temperature are suitable for chlorine treatment.
  • the outer diameter of the core rod and the inner diameter of the flashing tube are preferably selected such that an annular gap remains between the flashing tube and the core rod inserted therein during the chlorine treatment.
  • the chlorine treatment after inserting the core rod and before sintering the flash tube cleans both the surface of the core rod and the annular gap between the core rod and flash tube.
  • the annular gap ensures that the chlorine-containing
  • Atmosphere can affect the flash tube both from its inner wall and from the outer wall, so that the diffusion paths are halved and thus the treatment times are shortened.
  • the width of the ring span is at least 3 mm.
  • Fluorine doping reduces the refractive index of quartz glass. It has proven useful to dope the flash tube with fluorine before sintering and after the chlorine treatment. This simultaneously expels chlorine from the porous quartz glass.
  • a procedure is preferred in which a flash tube is used, the wall thickness of which is excessive in such a way that after shrink fitting of the flash tube, the quartz glass preform has a diameter that is larger than a target diameter specified for the preform.
  • the wall thickness of the flash tube is greater than the wall thickness that would be sufficient to produce the preform with its target diameter. This ensures that the preform diameter can be reworked to the target size in the event that unprocessed preform geometries should require this. If necessary, the post-processing is carried out inexpensively by mechanical processing, such as by grinding.
  • the above-mentioned object is achieved on the basis of the generic preform according to the invention in that the core and the inner cladding layer are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD process, and in that at least one part the second cladding layer is formed from a porous quartz glass sintered from porous quartz glass and shrunk onto the core rod during sintering and produced by the OVD process
  • the core rod provides the quartz glass for the fiber core and at least part of the optical cladding of the later optical fiber. It is essential that at least the core and the inner cladding layer are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD process.
  • the core rod is surrounded by a second cladding layer, at least part of which is made of a flash tube sintered from porous quartz glass and shrunk onto the core rod during sintering.
  • a second cladding layer at least part of which is made of a flash tube sintered from porous quartz glass and shrunk onto the core rod during sintering.
  • the quartz glass preform is preferred for the production of monomode fibers used.
  • FIG. 1 shows a radial cross section of a typical preform according to the invention in a schematic illustration
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment for carrying out the method according to the invention using a flow chart
  • Figure 3 shows a second embodiment for performing the method according to the invention using a flow chart.
  • reference numeral 6 denotes a preform
  • the preform 6 comprises a core 1, an inner cladding layer 2 surrounding the core 1, a cladding tube 3 (or a substrate tube 7 - see description of FIG. 3 below).
  • Core 1 and inner cladding layer 2 are either produced by the OVD process (see example 1) or by the MCVD process (see example 2).
  • the core-jacket rod 1, 2 forms, together with the cladding tube 3, a core rod 4.
  • An overlay tube 5 made of sintered, porous quartz glass is shrunk onto the core rod 4.
  • Sheath layer 2 and cladding tube 3 form the essential part of the "optical cladding" in an optical fiber to be drawn from the preform 6.
  • the outer diameter of the cladding tube 3 (or the substrate tube 7) is less than three times the diameter of the Core 1.
  • a core consisting of core 1 and cladding layer 2 is first Sheathed rod 1, 2 produced by external deposition using the OVD process.
  • the core 1 consists of quartz glass doped with germanium dioxide with a diameter of 12 mm, while the cladding layer 2, which directly adjoins the core 1, is formed from undoped quartz glass with an outer diameter of 18 mm. This results in a d ⁇ y d ⁇ ratio of 1.5 for the core-jacket rod 1, 2.
  • the refractive index of the core glass (quartz glass of the core) is 0.005 higher than the refractive index of the cladding glass surrounding it (quartz glass of the inner cladding layer).
  • the mean OH content in core 1 (measured over the radial cross section) is below 30 ppb by weight.
  • the core-jacket rod 1, 2 is then encased with a cladding tube 3 made of undoped, synthetic quartz glass to form a core rod 4 with an outer diameter of 30 mm. This results in ad M / d ⁇ ratio of 2.5 for core rod 4
  • a flash tube 5 in the form of an undoped, porous quartz glass body (“soot body”) is then produced using the OVD method by depositing SiO 2 particles on an Al 2 O 3 tube that has an outer diameter of 38 mm
  • the Al 2 O 3 tube is removed after the deposition process, and the flash tube 5 has an average density of approximately 0.5 g / cm 3 .
  • the core rod 4 is flame polished.
  • the core rod 4 is inserted into the bore of the flash tube 5 and centered therein by holding devices to form an annular gap with a width of approximately 4 mm.
  • the holding devices ensure that core rod 4 and flashing tube 5 melt together concentrically.
  • the arrangement of flash tube 5 and core rod 4 is heated to 1000 ° C. in an oven and held at this temperature for about 60 minutes.
  • the furnace atmosphere consists of a helium-chlorine mixture, whereby the flash tube 5 is dehydrated and in addition the surface of the core rod 4 is cleaned.
  • the flash tube 5 is sintered at approximately 1400 ° C. by supplying the flash tube 5 and core rod 4 arrangement to a heating zone and starting from the bottom is softened zone by zone, the flash tube 5 sintered tightly and melting onto the core rod 4.
  • the quartz glass preform 6 thus produced is given its predetermined final dimensions by grinding. Then their diameter is approx. 170 mm.
  • the interface between the core rod 4 and the flash tube 5 has no bubbles or other defects due to the chlorine treatment. Due to the high geometric precision of the core rod 4 and the flashing tube 5 and the central mounting during the sintering process, the optical fibers drawn from the preform 6 are characterized by a core eccentricity of less than 0.35 ⁇ m.
  • a so-called substrate tube 7 is provided.
  • the substrate tube 7 consists of fluorine-doped quartz glass, which is produced by the OVD method.
  • the substrate tube 7 has an inner diameter of 20 mm and a wall thickness of 3 mm.
  • the fluorine content of the quartz glass is 2500 ppm by weight.
  • an inner cladding layer 2 made of fluorine-doped quartz glass is produced by internal deposition using the MCVD method.
  • the fluorine content of the cladding layer 2 is adjusted to approximately 2500 ppm by weight.
  • a layer of germanium-containing quartz glass is deposited on the cladding layer 2.
  • the germanium content of this layer is 4.5% by weight.
  • the substrate tube 7 coated on the inside in this way is then collapsed to form a core rod 4.
  • the germanium-containing layer forms the core 1 with a diameter of 7 mm.
  • the wall thickness of the cladding layer 2 is 3 mm in the core rod 4 and the diameter of the substrate tube 7 is 19 mm.
  • the dw / d ⁇ ratio is thus 2.7.
  • the difference in the refractive indices of core 1 and cladding layer 2 is approximately 0.005.
  • the average OH content in the core rod 4 (measured over the radial cross section) is below 30 ppb by weight.
  • the surface of the core rod 4 is flame polished using oxyhydrogen burners.
  • a flash tube 5 in the form of an undoped, porous quartz glass body (“soot body”) is produced by the OVD method by depositing SiO 2 particles on an Al 2 O 3 tube that has an outer diameter of 38 mm After the deposition process, the Al 2 O 3 tube is removed and the flash tube 5 has an average density of about 0.5 g / cm 3 .
  • the core rod 4 is inserted into the bore of the flash tube 5 and centered therein by holding devices to form an annular gap with a width of 4 mm.
  • the holding devices ensure that core rod 4 and flashing tube 5 melt together concentrically.
  • the arrangement of flash tube 5 and core rod 4 is heated to 1000 ° C. in an oven and held at this temperature for about 60 minutes.
  • the furnace atmosphere consists of a helium-chlorine mixture, whereby the flash tube 5 is dehydrated and in addition the surface of the core rod 4 is cleaned.
  • Fluorine doping of the porous flash tube is used to replace the chlorine gas stream with a fluorine-containing gas stream for a further 60 min.
  • the flash tube 5 is then sintered at 1400 ° C. by supplying the flash tube 5 and core rod 4 arrangement to a heating zone and softening it zone by zone, starting from the bottom.
  • the quartz glass of the flash tube 5 sinters and shrinks to form the quartz glass preform 6 on the core rod 4.
  • the preform 6 thus produced is due to its radial refractive index profile
  • optical fibers of the "depressed-clad" type is suitable. It obtains its predetermined final dimensions by grinding off the surface of the cylinder. Then its diameter is approximately 100 mm. The interface between the
  • Precision of the core rod 4 and the flashing tube 5 and the central holder during the sintering process are characterized by the optical fibers drawn from the preform 6 and a core eccentricity of less than 0.35 ⁇ m.

Abstract

According to a known method for producing a quartz glass blank for optical waveguides, a core rod with a quartz glass core with a first refractive index and a jacket which radially delimits the core and which has at least one inner jacket layer consisting of a quartz glass with a second refractive index is produced, said inner jacket layer bordering the core. The core rod is coated with a coating tube consisting of porous quartz glass, said coating tube being sintered and hereby shrunk onto the core rod. The aim of the invention is to develop an economical and reproducible method for producing a quartz glass blank for optical waveguides with low optical damping, based on this known method, and to provide a corresponding blank. To this end, the invention provides that the core (1) and the inner jacket layer (2; 3; 7) are produced according to the OVD, MCVD, PCVD or VAD method and that the core rod (4) is coated with a coating tube (5) produced according to the OVD method.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas-Vorform für Lichtleitfasern sowie nach dem Verfahren hergestellte Quarzglas-Vorform Process for producing a quartz glass preform for optical fibers and quartz glass preform produced by the process
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas- Vorform für Lichtleitfasern durch Bereitstellen eines Kemstabs, der einen Kern aus Quarzglas mit einem ersten Brechungsindex und einen den Kern radial begrenzenden Mantel, der mindestens eine an den Kern angrenzende, innereThe present invention relates to a method for producing a quartz glass preform for optical fibers by providing a core rod which has a core made of quartz glass with a first refractive index and a cladding which radially delimits the core and which has at least one inner core adjoining the core
Mantelschicht aus Quarzglas mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, umfasst, und Überfangen des Kernstabs mit einem Überfangrohr.Has a cladding layer made of quartz glass with a second refractive index, and overlaying the core rod with an overlay tube.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine nach dem Verfahren hergestellte Quarzglas-Vorform, umfassend einen Kernstab, der einen Kern aus Quarzglas mit einem ersten Brechungsindex und einen den Kern radial umgebenden Mantel, der mindestens eine an den Kern angrenzende, innere Mantelschicht aus Quarzglas mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, und mit einer den Kernstab umhüllenden zweiten Mantelschicht.Furthermore, the present invention relates to a quartz glass preform produced by the method, comprising a core rod which has a core made of quartz glass with a first refractive index and a cladding radially surrounding the core, the at least one inner cladding layer made of quartz glass with a second Has refractive index, and with a second cladding layer enveloping the core rod.
Der Einsatz von Lichtleitfasern zur Datenübertragung hat in den letzten 20 Jahren an wirtschaftlicher Bedeutung gewonnen. Nachdem die Lichtleitfasern zunächst hinsichtlich ihrer optischen Dämpfung und der Faserfestigkeit verbessert wurden, ist nunmehr die Kostensenkung zentrales Thema. Mögliche Ansatzpunkte hierfür sind die Erhöhung der Übertragungskapazität pro Lichtleitfaser und die Senkung der Herstellkosten der Lichtleitfasern.The use of optical fibers for data transmission has gained in economic importance in the past 20 years. After the optical fibers were initially improved in terms of their optical attenuation and fiber strength, cost reduction is now a central issue. Possible starting points for this are increasing the transmission capacity per optical fiber and reducing the manufacturing costs of the optical fibers.
Die Herstellung von Lichtleitfaservorformen für kommerzielle Anwendungen erfolgt im wesentlichen nach den bekannten OVD- (Outside-Vapor-Deposition), MCVD- (Modified-Chemical-Vapor-Deposition, PCVD- (Plasma-Induced-Chemical-Vapor- Deposition) und VAD-(Vapor-Axial-Deposition) -Verfahren. Bei diesen Verfahren wird zunächst ein Kernstab hergestellt, der im wesentlichen den Kern und den Mantel der späteren Lichtleitfaser bildet. Der Mantel der Lichtleitfaser wird im folgenden als „optisches Cladding" bezeichnet. Typische Durchmesserverhältnisse von Kemstab- zu Kerndurchmesser liegen zwischen 2 und 6. Dieses Durchmesserverhältnis ist als sogenanntes „d /dκ-Verhältnis" bekannt, wobei dM der Durchmesser des Kernstabs ist und d« der Durchmesser des Kerns. Da kommerziell verwendete Monomode- Lichtleitfasem typische Kerndurchmesser von ca. 8 μm bis 9 μm und einen Faserdurchmesser von 125 μm aufweisen, muss weiteres Quarzglas auf den Kernstab aufgebracht werden, um diese geometrischen Verhältnisse zu erreichen. Dieses weitere Quarzglas, das den Kernstab ummantelt, wird auch alsOptical fiber preforms for commercial applications are essentially manufactured using the known OVD (Outside Vapor Deposition), MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition, PCVD (Plasma Induced Chemical Vapor Deposition) and VAD (Vapor Axial Deposition) process. This process uses First a core rod is produced, which essentially forms the core and the cladding of the later optical fiber. The cladding of the optical fiber is referred to below as "optical cladding". Typical diameter ratios of the core rod to core diameter are between 2 and 6. This diameter ratio is known as the so-called "d / dκ ratio", where d M is the diameter of the core rod and d «the diameter of the core. Since commercially used single-mode optical fibers have typical core diameters of approx. 8 μm to 9 μm and a fiber diameter of 125 μm, additional quartz glass must be applied to the core rod in order to achieve these geometrical relationships. This additional quartz glass, which encases the core rod, is also called
„Jacketmaterial" bezeichnet. Die Qualität des Jacketmaterials ist für die mechanische Festigkeit der Lichtleitfaser von Bedeutung, während sein Einfluss auf die optischen Eigenschaften bisher nur eine untergeordnete Rolle spielt.The quality of the jacket material is important for the mechanical strength of the optical fiber, while its influence on the optical properties has so far played only a minor role.
Bei einem typischen d /dκ-Verhältnis von 4 trägt der Kernstab lediglich knapp 10 % zum gesamten Faserquerschnitt bei. Die restlichen 90 % werden durch das Jacketmaterial bereitgestellt. Im Hinblick auf die Kostenoptimierung der Vorformherstellung sind daher die Kosten für die Herstellung und das Aufbringen des Jacketmaterials von zentraler Bedeutung.With a typical d / d κ ratio of 4, the core rod contributes just under 10% to the total fiber cross section. The remaining 90% is provided by the jacket material. With regard to the cost optimization of preform production, the costs for the production and application of the jacket material are of central importance.
Ein Verfahren und eine Vorform der eingangs angegebenen Gattung sind aus der DE-A 39 11 745 bekannt. Darin wird für die Herstellung eines Kernstabs vorgeschlagen, auf einen Kernglas-Stab aus Quarzglas mit einer Deckschicht aus pulverkeramischem Material zu versehen, indem ein Rohr aus dem pulverkeramischem Material geformt und dieses in einem kombinierten Dotier- und Sinterprozess in einer einen Dotierstoff enthaltenden Gasphase auf den Kemglas- Stab aufgeschrumpft wird. Durch wiederholtes Anwenden dieses Verfahrens können vielschichtige Strukturen aus Gläsern mit unterschiedlichem optischem Verhalten hergestellt werden.A method and a preform of the type specified at the outset are known from DE-A 39 11 745. It is proposed for the production of a core rod to provide a core layer of quartz glass with a cover layer made of powder-ceramic material by forming a tube from the powder-ceramic material and applying this in a combined doping and sintering process in a gas phase containing a dopant Kemglas rod is shrunk. By repeatedly using this method, multilayered structures can be produced from glasses with different optical behavior.
Im Zusammenhang mit der Herstellung des Kernstabes hat es sich gezeigt, dass die Grenzfläche zwischen dem Mantelrohr und dem Kernglas-Stab auch bei großer Sorgfalt nicht frei von Störstellen ist, die beim anschließenden Verschmelzen zu Defekten führen können. Gerade an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel wirken sich diese Defekte besonders nachteilig aus. Darüber hinaus besteht aufgrund der hohen Temperatur beim Verschmelzen von Kernglas-Stab und der pulverkeramischen Decksicht porösem Mantelrohr die Gefahr, dass sich der dünne Kernglas-Stab verbiegt. Darüber hinaus weist die Herstellung der aus pulverkeramischem Material geformten Deckschicht Nachteile hinsichtlich der Herstellungskosten für die Quarzglas-Vorfom auf und erweist sich als wenig reproduzierbar.In connection with the manufacture of the core rod, it has been shown that even with great care, the interface between the jacket tube and the core glass rod is not free of defects which may result during the subsequent fusion Defects. These defects have a particularly disadvantageous effect at the interface between the core and the jacket. In addition, due to the high temperature when the core glass rod is melted and the powder-ceramic top view of the porous jacket tube, there is a risk that the thin core glass rod will bend. In addition, the production of the cover layer formed from powder-ceramic material has disadvantages with regard to the production costs for the quartz glass preform and has proven to be not very reproducible.
Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der US-A 4,675,040 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas-Vorform für sogenannte Monomode-Fasem wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Kernstab hergestellt, indem ein Kernglas-Stab aus Quarzglas mit einem Mantelrohr umhüllt und verschmolzen wird. Der Kernglas-Stab besteht aus undotiertem, synthetischem Quarzglas, während das Mantelrohr als sogenannter „SiO2-Sootkörper" vorliegt, der durch Flammenhydrolyse von SiCI und schichtweisem Abscheiden von SiO2- Partikeln auf einem Substrat erhalten wird. Vor dem Verschmelzen wird die Oberfläche des Kernglas-Stabs poliert und zur Reduzierung des OH-Gehalts in einer Plasmaflamme erhitzt. Das poröse Mantelrohr wird zur Absenkung des Brechungsindex mit Fluor dotiert und anschließend bei einer Temperatur von 1650 °C gesintert und dabei auf den Kernglas-Stab unter Bildung eines Kernstabes mit einem Außendurchmesser von 64 mm aufschrumpft. Der Kern des so hergestellten Kernstabes weist einen Durchmesser von 8 mm auf, und ist von einem Mantel („optisches Cladding") mit kleinerem Brechungsindex umhüllt, wobei die Differenz der Brechungsindizes als Δ = 0,30 angegeben wird (Δ = (nι-n2)/nι x100, mit n-ι=1 ,4585). In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Kernstab von einem Überfangrohr („jacket") aus undotiertem Quarzglas überfangen, indem das Überfangrohr auf den Kernstab aufkollabiert wird. Der Verbund aus Kernstab und Überfangrohr bildet eine Quarzglas-Vorform, aus der anschließend eine Monomode-Faser gezogen wird.A similar process is also known from US-A 4,675,040. In the method described therein for producing a quartz glass preform for so-called monomode fibers, a core rod is produced in a first process step by enveloping and fusing a core glass rod made of quartz glass with a jacket tube. The core glass rod consists of undoped, synthetic quartz glass, while the casing tube is in the form of a so-called “SiO 2 soot body”, which is obtained by flame hydrolysis of SiCI and layer-by-layer deposition of SiO 2 particles on a substrate. The surface of the The core glass rod is polished and heated to reduce the OH content in a plasma flame. The porous jacket tube is doped with fluorine to lower the refractive index and then sintered at a temperature of 1650 ° C. and thereby onto the core glass rod to form a core rod with a The core of the core rod produced in this way has a diameter of 8 mm and is encased in a cladding (“optical cladding”) with a smaller refractive index, the difference in the refractive indices being indicated as Δ = 0.30 ( Δ = (nι-n 2 ) / nι x100, with n-ι = 1, 4585). In a second process step, the core rod is overlaid by a jacket tube made of undoped quartz glass by collapsing the jacket tube onto the core rod. The combination of core rod and flashing tube forms a quartz glass preform, from which a monomode fiber is then drawn ,
Das Jacketmaterial wird bei dem bekannten Verfahren in Form eines Überfangrohres aus Quarzglas bereitgestellt. Im Fall von synthetischem Quarzglas erfolgt die Herstellung des Überfangrohres üblicherweise dadurch, dass eine Siliziumverbindung, wie zum Beispiel SiCI , unter Bildung von SiO2-Partikeln oxidiert oder hydrolysiert wird und die SiO2-Partikel schichtweise auf einem Trägerstab abgeschieden werden, dieser anschließend entfernt und das so erhaltene Rohr aus porösem Sootmaterial dichtgesintert wird. Die Herstellung derartiger Überfangrohre umfasst eine Vielzahl von Verfahrensschritten.In the known method, the jacket material is provided in the form of a flash tube made of quartz glass. In the case of synthetic quartz glass, the flash tube is usually produced by one Silicon compound, such as SiCl, is oxidized or hydrolyzed to form SiO 2 particles and the SiO 2 particles are deposited in layers on a carrier rod, this is then removed and the tube obtained from porous soot material is densely sintered. The production of such flash pipes includes a large number of process steps.
Im Zusammenhang mit der Herstellung des Kernstabes hat es sich gezeigt, dass die Grenzfläche zwischen dem Mantelrohr und dem Kernglas-Stab auch bei großer Sorgfalt nicht frei von Störstellen ist, die beim anschließenden Verschmelzen zu Defekten führen können. Gerade an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel wirken sich diese Defekte besonders nachteilig aus. Darüber hinaus besteht aufgrund der hohen Temperatur beim Verschmelzen von Kernglas-Stab und porösem Mantelrohr die Gefahr, dass sich der dünne Kernglas-Stab verbiegt. Diese Gefahr wird noch verstärkt, wenn das Kernglas zusätzlich einen die Viskosität von Quarzglas senkenden Dotierstoff - wie Germaniumoxid - enthält. Aus einer Verbiegung des Kernglas-Stabs kann eine Durchbiegung der Vorform oder eine Exzentrizität des Faserkerns in der Lichtleitfaser resultieren.In connection with the production of the core rod, it has been shown that the interface between the jacket tube and the core glass rod is not free of defects, even with great care, which can lead to defects during the subsequent fusion. These defects have a particularly disadvantageous effect at the interface between the core and the jacket. In addition, due to the high temperature when the core glass rod and porous jacket tube are fused, there is a risk that the thin core glass rod will bend. This danger is exacerbated if the core glass additionally contains a dopant, such as germanium oxide, which lowers the viscosity of quartz glass. Bending of the core glass rod can result in bending of the preform or an eccentricity of the fiber core in the optical fiber.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und reproduzierbares Verfahren für die Herstellung einer Quarzglas-Vorform für Lichtleitfasern mit geringer optischer Dämpfung anzugeben und eine entsprechende Vorform bereitzustellen.The invention is therefore based on the object of specifying an inexpensive and reproducible method for producing a quartz glass preform for optical fibers with low optical attenuation and to provide a corresponding preform.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kern und die innere Mantelschicht nach dem OVD-, MCVD-, PCVD- oder VAD-Verfahren hergestellt werden, und dass der Kernstab von einem nach dem OVD-Verfahren hergestellten Überfangrohr überfangen wird.With regard to the method, this object is achieved, based on the method mentioned at the outset, in that the core and the inner cladding layer are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD method, and in that the core rod is produced by one by the OVD Process manufactured flashover pipe is overlaid.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Kernstab hergestellt, der in einem zweiten Verfahrensschritt von einem Überfangrohr in Form eines porösen SiO2-Zylinders überfangen wird. Der Kernstab liefert das Quarzglas für den Faserkern und mindestens eines Teils des optischen Claddings der späteren Lichtleitfaser. Dabei ist es wesentlich, dass ein Kernstab bereitgestellt wird, bei dem mindestens der Kern und die den Kern radial begrenzende, innere Mantelschicht nach dem OVD, MCVD-, PCVD- oder VAD-Verfahren hergestellt werden. Denn nur bei Einsatz eines so hergestellten Kernstabs lassen sich die beim gattungsgemäßen Verfahren mit der Kernstab-Herstellung einhergehenden Probleme hinsichtlich der Kristallbildung an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel und der Durchbiegung des Kernglas- Stabs vermeiden. Um ein reproduzierbares Ergebnis zu erzielen, ist es weiterhin wesentlich, dass ein nach dem OVD-Verfahren hergestelltes Überfangrohr eingesetzt wird, um den Kernstab zu überfangen.In a first process step, a core rod is produced, which is overlaid in a second process step by a flash tube in the form of a porous SiO 2 cylinder. The core rod supplies the quartz glass for the fiber core and at least part of the optical cladding of the later optical fiber. It is essential that a core rod is provided in which at least the core and the inner cladding layer which radially delimits the core are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD method. Because only when a core rod produced in this way is used can the problems associated with the core rod production in the generic method with regard to crystal formation at the interface between core and cladding and the deflection of the core glass rod be avoided. In order to achieve a reproducible result, it is also essential that an overlay tube manufactured according to the OVD process is used to overlay the core rod.
Der Kernstab umfasst den Kern, der radial von der inneren Mantelschicht begrenzt wird. Zusätzlich zu der inneren Manteischicht kann der Kernstab eine oder mehrere weitere Mantelschichten aufweisen, die die erste Mantelschicht umhüllen. Dieses Mantelmaterial kann ebenfalls nach einem der oben genannten Verfahren (OVD-, MCVD-, PCVD- oder VAD) oder mittels der sogenannten Stab-in-Rohr-Technik aufgebracht werden.The core rod comprises the core, which is delimited radially by the inner cladding layer. In addition to the inner jacket layer, the core rod can have one or more further cladding layers which envelop the first cladding layer. This jacket material can also be applied according to one of the methods mentioned above (OVD, MCVD, PCVD or VAD) or by means of the so-called rod-in-tube technique.
Erfindungsgemäß wird das Überfangrohr in Form eines porösen SiO2-Zylinders mit axialer Öffnung bereitgestellt. Das poröse Überfangrohr lässt sich einfach und kostengünstig dadurch erzeugen, dass eine Siliziumverbindung unter Bildung von SiO2-Partikeln oxidiert oder hydrolysiert wird, und die SiO2-Partikel schichtweise auf einem Trägerstab abgeschieden werden, und dieser anschließend entfernt wird. Das so erzeugte Überfangrohr zeichnet sich durch eine exakte, durch den Außendurchmesser des Trägerstabs vorgegebene Innenbohrung aus und ist daher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar geeignet. Es entfallen daher die beim bekannten Verfahren zur Herstellung des „Jacket-Rohres" aus Quarzglas zusätzlich erforderlichen Verfahrensschritte, die insbesondere die Nacharbeitung der Innenbohrung nach dem Kollabieren und die Einsteilung der Sollgeometrie umfassen. Dementsprechend sind beim erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellungskosten für das sogenannte „Jacket-Material" der Vorform im Vergleich zum bisherigen Verfahren geringer. Da das „Jacket-Material" den weitaus größten Teil des Vorform-Volumens ausmacht, wirken sich die Einsparungen deutlich auf die Herstellungskosten für die Vorform aus. ~ „, „„-, PCT/EP00/10665 O 01/32572According to the invention, the flash tube is provided in the form of a porous SiO 2 cylinder with an axial opening. The porous flash tube can be produced simply and inexpensively by oxidizing or hydrolyzing a silicon compound to form SiO 2 particles, and depositing the SiO 2 particles in layers on a carrier rod, and then removing the latter. The flash tube thus produced is characterized by an exact inner bore, which is predetermined by the outer diameter of the support rod, and is therefore directly suitable for carrying out the method according to the invention. The process steps additionally required in the known method for producing the “jacket tube” from quartz glass, which include, in particular, the reworking of the inner bore after collapsing and the division of the desired geometry, are therefore omitted. Accordingly, the manufacturing costs for the so-called “jacket Material "of the preform compared to the previous method less. Since the "jacket material" accounts for by far the largest part of the preform volume, the savings have a clear impact on the production costs for the preform. ~ ",""-, PCT / EP00 / 10665 O 01/32572
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Zur Herstellung der Vorform wird der Kernstab in die axiale Öffnung des porösen Überfangrohres eingeführt, das anschließend gesintert wird, dabei auf den Kernstab aufschrumpft und mit diesem verschmilzt. An der Grenzfläche zwischen Kernstab und Überfangrohr eventuell entstehende Störstellen liegen in der späteren Lichtleitfaser am Rande oder außerhalb des lichtführenden Bereiches und wirken sich daher nicht auf die Transmission der Lichtleitfaser aus.To produce the preform, the core rod is inserted into the axial opening of the porous flash tube, which is then sintered, shrunk onto the core rod and fuses with it. At the interface between the core rod and the flashing tube, any possible defects occur in the later optical fiber at the edge or outside the light-guiding area and therefore do not have any effect on the transmission of the optical fiber.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die kostengünstige Herstellung einer Quarzglas-Vorform, die hohen Anforderungen an ihre optischen Eigenschaften genügt.The method according to the invention thus enables the cost-effective production of a quartz glass preform that meets high demands on its optical properties.
Es hat sich als günstig erwiesen, ein Überfangrohr einzusetzen, das eine Dichte im Bereich zwischen 0,4 und 0,7 g/cm3 aufweist. Durch eine hohe Dichte des Überfangrohres wird das Aufsintern auf den Kernstab erleichtert. Im Hinblick hierauf hat sich eine Dichte von des Überfangrohres von mindestens 0,5 g/cm3 besonders bewährt. Die Obergrenze des angegebenen Dichtebereichs ergibt sich durch das Erfordernis einer ausreichenden Reaktivität und Durchlässigkeit des porösen Überfangrohrs, die nach dem Abscheidevorgang eine effektive Reinigung in einer Gasatmosphäre ermöglicht. Die Dichte wird als Mittelwert mehrerer Messungen mittels Quecksilber-Porosimetrie ermittelt.It has proven to be advantageous to use a flash tube that has a density in the range between 0.4 and 0.7 g / cm 3 . Sintering onto the core rod is facilitated by a high density of the flash tube. In view of this, a density of the flash tube of at least 0.5 g / cm 3 has proven particularly useful. The upper limit of the specified density range results from the requirement of sufficient reactivity and permeability of the porous flashing tube, which enables effective cleaning in a gas atmosphere after the deposition process. The density is determined as the mean of several measurements using mercury porosimetry.
In einer bevorzugten Verfahrensweise wird die Differenz zwischen erstem und zweitem Brechungsindex auf mindestens 0,003 eingestellt. Die Brechzahldifferenz beeiπflusst die Lichtführung im Kern. Je größer die Brechzahldiffereπz ist, um so besser erfolgt die Lichtführung im Kern und um so geringer ist der Einfluss des Mantels („optisches Cladding") und insbesondere der Grenzfläche zwischen Kernstab und Überfangrohr. Eine große Brechzahldifferenz zwischen Kern und innerer Mantelschicht von 0,003 und mehr erlaubt es, diese Grenzfläche (Kernstab/In a preferred procedure, the difference between the first and second refractive index is set to at least 0.003. The difference in refractive index influences the light guidance in the core. The greater the refractive index difference, the better the light is guided in the core and the less the influence of the cladding ("optical cladding") and in particular the interface between the core rod and the flashing tube. A large refractive index difference between the core and the inner cladding layer of 0.003 and more allows this interface (core rod /
Überfangrohr) nahe an den lichtführenden Bereich der Lichtleitfaser zu bringen und damit den Volumenanteil des „optischen Claddings" zu Gunsten des wesentlich kostengünstigeren „Jacket-Materials" des Überfangrohres zu verringern.Overflow tube) close to the light-guiding area of the optical fiber and thus to reduce the volume fraction of the "optical cladding" in favor of the much cheaper "jacket material" of the overlay tube.
In dieser Hinsicht hat es sich auch als günstig erwiesen, einen Kernstab einzusetzen, bei dem das Verhältnis von Kernstab-Außendurchmesser und Kern-Durchmesser O 01/32572In this regard, it has also proven to be advantageous to use a core rod in which the ratio of the core rod outer diameter and core diameter O 01/32572
drei oder kleiner ist (dιvι/dκ-Verhältnis < 3). Erfindungsgemäß beträgt die Wandstärke des Mantels somit maximal das Doppelte des Kerndurchmessers. Der Kerndurchmesser einer Lichtleitfaser ist im allgemeinen durch deren Einsatzzweck fest vorgegeben. Bei einer Monomode-Faser beträgt er beispielsweise etwa 8 μm. Der restliche radiale Faserquerschnitt wird vom „optischen Cladding" und vom „Jacketmaterial" gebildet. Eine Verkleinerung des dM/d«-Verhältnisses wirkt somit ebenfalls in dem Sinne, dass der Volumenanteil des „optischen Claddings" zu Gunsten des erfindungsgemäß wesentlich kostengünstiger herstellbaren „Jacket- Materials" des Überfangrohres verringert wird.is three or less (dιvι / dκ ratio <3). According to the invention, the wall thickness of the jacket is a maximum of twice the core diameter. The core diameter of an optical fiber is generally predetermined by its intended use. In the case of a single-mode fiber, for example, it is approximately 8 μm. The remaining radial fiber cross-section is formed by the "optical cladding" and the "jacket material". A reduction in the dM / d «ratio thus also works in the sense that the volume fraction of the“ optical cladding ”is reduced in favor of the“ jacket material ”of the flashing tube, which according to the invention can be produced much more cheaply.
Im Hinblick auf eine Kostensenkung wird vorzugsweise ein Überfangrohr mit einem Innendurchmesser von mindestens 30 mm eingesetzt. Der Kernstab wird mit einem dementsprechend angepassten, großen Außendurchmesser ausgebildet, so dass eine großvolumige und damit - bezogen auf die Länge der daraus zu ziehenden Lichtleitfaser - kostengünstige Vorform hergestellt werden kann. Die Wandstärke des Überfangrohres, die den Außendurchmesser der Vorform und die Wandstärke des „Jacket-Materials" der Lichtleitfaser festlegt, liegt im allgemeinen zwischen 60 mm und 500 mm (bei einer mittleren Dichte (gemessen über den radialen Querschnitt) im Bereich von 0,4 g/cm3 bis 0,7 g/cm3). Mit einer Wandstärke von mindestens 60 mm wird sichergestellt, dass der poröse Quarzglaskörper eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist. Wandstärken oberhalb von 500 mm erschweren das Aufsintern durch eventuell ausdiffundierende Gase und verlängern die Diffusionswege bei einer Gasphasen-Behandlung des Überfangrohres.With a view to reducing costs, a flash tube with an inner diameter of at least 30 mm is preferably used. The core rod is designed with a correspondingly adapted, large outer diameter, so that a large-volume and thus - in relation to the length of the optical fiber to be drawn - inexpensive preform can be produced. The wall thickness of the covering tube, which defines the outer diameter of the preform and the wall thickness of the “jacket material” of the optical fiber, is generally between 60 mm and 500 mm (with an average density (measured over the radial cross section) in the range of 0.4 g / cm 3 to 0.7 g / cm 3 ). With a wall thickness of at least 60 mm it is ensured that the porous quartz glass body has sufficient mechanical strength. Wall thicknesses above 500 mm make sintering more difficult due to possibly diffusing gases and extend the diffusion paths with a gas phase treatment of the flash tube.
In einer ersten bevorzugten Verfahrensvariante wird der Kernstab aus dem Kern und der inneren Manteischicht gebildet. Verfahrensschritte zur Bildung von zusätzlichen Mantelschichten zwischen dem Kern und dem Überfangrohr werden so vermeiden.In a first preferred method variant, the core rod is formed from the core and the inner jacket layer. Process steps for the formation of additional cladding layers between the core and the flashing tube are thus avoided.
In einer alternativen, jedoch gleichermaßen geeigneten Verfahrensvariante wird der Kernstab vor dem Überfangen mit einem Hüllrohr aus Quarzglas überfangen. In diesem Fall umfasst der Kernstab außer dem Kern und der inneren Mantelschicht mindestens eine weitere Mantelschicht, die durch das Hüllrohr bereitgestellt wird. Das Hüllrohr besteht aus undotiertem Quarzglas oder aus einen Dotierstoff enthaltendem Quarzglas. Es kann zum Brechzahlprofil der Vorform und insbesondere zum „optischen Cladding" der Lichtleitfaser beitragen. Das Hüllrohr wird nach einem kostengünstigen Verfahren hergestellt und ersetzt teilweise das teurere Mantel- Material. Der Abstand zwischen dem Kern der Vorform und der Grenzfläche zum porösen Überfangrohr wird auf diese Weise kostengünstig vergrößert. UmIn an alternative, but equally suitable process variant, the core rod is overlaid with a quartz glass cladding tube before overlaying. In this case, the core rod comprises, in addition to the core and the inner cladding layer, at least one further cladding layer which is provided by the cladding tube. The cladding tube consists of undoped quartz glass or of a dopant Quartz glass. It can contribute to the refractive index profile of the preform and in particular to the “optical cladding” of the optical fiber. The cladding tube is produced using an inexpensive process and in some cases replaces the more expensive jacket material Way enlarged inexpensively
Verunreinigungen des Kernstabes zu vermeiden, besteht das Hüllrohr vorzugsweise aus synthetischen Quarzglas.To avoid contamination of the core rod, the cladding tube is preferably made of synthetic quartz glass.
Als besonders günstig hat sich eine Verfahrensweise erwiesen, bei der das Überfangrohr einer Chlorbehandlung durch Erhitzen in chlorhaltiger Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb von 700 °C unterzogen wird. Durch die Chlorbehandlung werden Verunreinigungen entfernt und der OH-Gehalt des SiO2-Zyiinders gesenkt. Für die Chlorbehandlung sind Chlor und bei der Behandlungstemperatur hygroskopisch wirkende Chlorverbindungen geeignet.A procedure in which the flash tube is subjected to a chlorine treatment by heating in a chlorine-containing atmosphere at a temperature above 700 ° C. has proven to be particularly favorable. The chlorine treatment removes impurities and reduces the OH content of the SiO 2 cylinder. Chlorine and chlorine compounds with a hygroscopic effect at the treatment temperature are suitable for chlorine treatment.
Vorzugsweise werden für die Chlorbehandlung der Außendurchmesser des Kernstabes und der Innendurchmesser des Überfangrohres so gewählt, dass während der Chlorbehandlung zwischen dem Überfangrohr und dem darin eingesetzten Kernstab ein Ringspalt verbleibt. Durch die Chlorbehandlung nach dem Einführen des Kernstabs und vor dem Sintern des Überfangrohres wird sowohl die Oberfläche des Kernstabs und der Ringspalt zwischen Kernstab und Überfangrohr gereinigt. Darüber hinaus gewährleistet der Ringspalt, dass die chlorhaltigeFor the chlorine treatment, the outer diameter of the core rod and the inner diameter of the flashing tube are preferably selected such that an annular gap remains between the flashing tube and the core rod inserted therein during the chlorine treatment. The chlorine treatment after inserting the core rod and before sintering the flash tube cleans both the surface of the core rod and the annular gap between the core rod and flash tube. In addition, the annular gap ensures that the chlorine-containing
Atmosphäre auf das Überfangrohr sowohl von dessen Innenwandung aus, als auch von der Außenwandung aus einwirken kann, so dass die Diffusionswege halbiert und damit die Behandlungsdauern verkürzt werden. Die Weite des Ringspaites beträgt mindestens 3 mm.Atmosphere can affect the flash tube both from its inner wall and from the outer wall, so that the diffusion paths are halved and thus the treatment times are shortened. The width of the ring span is at least 3 mm.
Durch eine Fluordotierung wird eine Brechzahlabsenkung von Quarzglas bewirkt. Es hat sich bewährt, das Überfangrohr vor dem Sintern und nach der Chlorbehandlung mit Fluor zu dotieren. Dadurch wird gleichzeitig Chlor aus dem porösen Quarzglas ausgetrieben.Fluorine doping reduces the refractive index of quartz glass. It has proven useful to dope the flash tube with fluorine before sintering and after the chlorine treatment. This simultaneously expels chlorine from the porous quartz glass.
Es wird eine Verfahrensweise bevorzugt, bei der ein Überfangrohr eingesetzt wird, dessen Wandstärke ein Übermaß aufweist derart, dass nach dem Aufschrumpfen des Überfangrohres die Quarzglas-Vorform einen Durchmesser aufweist, der größer ist als ein für die Vorform vorgegebener Soll-Durchmesser. Die Wandstärke des Überfangrohres ist größer als diejenige Wandstärke, die zur Herstellung der Vorform mit ihrem Soll-Durchmesser ausreichen würde. Dadurch wird gewährleistet, dass der Vorformdurchmesser bis auf das Sollmaß nachbearbeitet werden kann, für den Fall, dass unbearbeitete Vorformgeometrien dies erfordern sollten. Gegebenenfalls erfolgt die Nachbearbeitung kostengünstig durch mechanische Bearbeitung, wie durch Schleifen.A procedure is preferred in which a flash tube is used, the wall thickness of which is excessive in such a way that after shrink fitting of the flash tube, the quartz glass preform has a diameter that is larger than a target diameter specified for the preform. The wall thickness of the flash tube is greater than the wall thickness that would be sufficient to produce the preform with its target diameter. This ensures that the preform diameter can be reworked to the target size in the event that unprocessed preform geometries should require this. If necessary, the post-processing is carried out inexpensively by mechanical processing, such as by grinding.
Hinsichtlich der Quarzglas-Vorform für Lichtleitfasern wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von der gattungsgemäßen Vorform erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kern und die innere Mantelschicht nach dem OVD-, MCVD-, PCVD- oder VAD-Verfahren hergestellt sind, und dass mindestens ein Teil der zweiten Mantelschicht aus einem aus porösem Quarzglas gesinterten und beim Sintern auf den Kernstab aufgeschrumpften und nach dem OVD-Verfahren hergestellten Überfangrohr aus porösem Quarzglas gebildet istWith regard to the quartz glass preform for optical fibers, the above-mentioned object is achieved on the basis of the generic preform according to the invention in that the core and the inner cladding layer are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD process, and in that at least one part the second cladding layer is formed from a porous quartz glass sintered from porous quartz glass and shrunk onto the core rod during sintering and produced by the OVD process
Bei der erfindungsgemäßen Vorform liefert der Kernstab das Quarzglas für den Faserkem und mindestens einen Teil des optischen Claddings der späteren Lichtleitfaser. Wesentlich ist, dass mindestens der Kern und die innere Mantelschicht nach dem OVD-, MCVD-, PCVD- oder VAD-Verfahren hergestellt sind.In the preform according to the invention, the core rod provides the quartz glass for the fiber core and at least part of the optical cladding of the later optical fiber. It is essential that at least the core and the inner cladding layer are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD process.
Der Kernstab ist von einer zweiten Mantelschicht umgeben, von der mindestens ein Teil aus einem aus porösem Quarzglas gesinterten und beim Sintern auf den Kemstab aufgeschrumpften Überfangrohr hergestellt ist. Um ein reproduzierbares Ergebnis zu erzielen, ist es wesentlich, dass mindestens ein Teil der zweiten Mantelschicht von einem nach dem OVD-Verfahren hergestellten Überfangrohr gebildet wird.The core rod is surrounded by a second cladding layer, at least part of which is made of a flash tube sintered from porous quartz glass and shrunk onto the core rod during sintering. In order to achieve a reproducible result, it is essential that at least a part of the second cladding layer is formed by an overlay tube manufactured according to the OVD process.
Hinsichtlich der Herstellung des porösen Überfangrohres und der Vorform und der Vorteile dieser Verfahrensweise im Hinblick auf die Herstellungskosten der Vorform wird auf die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.With regard to the production of the porous covering tube and the preform and the advantages of this procedure with regard to the manufacturing costs of the preform, reference is made to the above explanations regarding the method according to the invention.
Bevorzugt wird die Quarzglas-Vorform zur Herstellung von Monomode-Fasern eingesetzt.The quartz glass preform is preferred for the production of monomode fibers used.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnenThe invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment and a drawing. In the drawing show in detail
Figur 1 einen radialen Querschnitt einer typischen Vorform gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,FIG. 1 shows a radial cross section of a typical preform according to the invention in a schematic illustration,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms, undFIG. 2 shows a first exemplary embodiment for carrying out the method according to the invention using a flow chart, and
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.Figure 3 shows a second embodiment for performing the method according to the invention using a flow chart.
In der Darstellung gemäß Figur 1 bezeichnet Bezugsziffer 6 eine Vorform ausIn the illustration according to FIG. 1, reference numeral 6 denotes a preform
Quarzglas. Die Vorform 6 umfasst einen Kern 1 , eine den Kern 1 umgebende innere Mantelschicht 2, ein Hüllrohr 3 (bzw. ein Substratrohr 7 - siehe Beschreibung der Figur 3 nachfolgend). Kern 1 und innere Mantelschicht 2 sind entweder nach dem OVD-Verfahren hergestellt (siehe Beispiel 1) oder nach dem MCVD-Verfahren (siehe Beispiel 2). Der Kern-Mantelstab 1 ,2 bildet zusammen mit dem Hüllrohr 3 einen Kernstab 4. Auf den Kernstab 4 ist ein Überfangrohr 5 aus gesintertem, porösem Quarzglas aufgeschrumpft.Quartz glass. The preform 6 comprises a core 1, an inner cladding layer 2 surrounding the core 1, a cladding tube 3 (or a substrate tube 7 - see description of FIG. 3 below). Core 1 and inner cladding layer 2 are either produced by the OVD process (see example 1) or by the MCVD process (see example 2). The core-jacket rod 1, 2 forms, together with the cladding tube 3, a core rod 4. An overlay tube 5 made of sintered, porous quartz glass is shrunk onto the core rod 4.
Mantelschicht 2 und Hüllrohr 3 (bzw. Substratrohr 7) bilden bei einer aus der Vorform 6 zu ziehenden Lichtleitfaser den wesentlichen Teil des „optischen Claddings". Der Außendurchmesser des Hüllrohres 3 (bzw. des Substratrohres 7) beträgt weniger als das Dreifache des Durchmesser des Kerns 1.Sheath layer 2 and cladding tube 3 (or substrate tube 7) form the essential part of the "optical cladding" in an optical fiber to be drawn from the preform 6. The outer diameter of the cladding tube 3 (or the substrate tube 7) is less than three times the diameter of the Core 1.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. Soweit im folgenden Bezugsziffern genannt werden, bezeichnen diese Bestandteile der Vorform, wie sie in Figur 1 dargestellt sind.Exemplary embodiments of the method according to the invention are explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3. Insofar as reference numbers are mentioned in the following, these designate components of the preform, as shown in FIG. 1.
Beispiel 1 :Example 1 :
Gemäß Figur 2 wird zunächst ein aus Kern 1 und Mantelschicht 2 bestehender Kern- Mantelstab 1 , 2 durch Außenabscheidung nach dem OVD-Verfahren hergestellt. Der Kern 1 besteht aus mit Germaniumdioxid dotiertem Quarzglas mit einem Durchmesser von 12 mm, während die Mantelschicht 2, die an den Kern 1 unmittelbar angrenzt, aus undotiertem Quarzglas mit einem Außendurchmesser von 18 mm gebildet ist. Hieraus ergibt sich für den Kern-Mantelstab 1 ,2 ein dιy dκ- Verhältnis von 1,5. Der Brechungsindex des Kernglases (Quarzglas des Kerns) ist um 0,005 höher als der Brechungsindex des ihn umgebenden Mantelglases (Quarzglas der inneren Mantelschicht). Der mittlere OH-Gehalt im Kern 1 (über den radialen Querschnitt gemessen) liegt unterhalb von 30 Gew.-ppb.According to FIG. 2, a core consisting of core 1 and cladding layer 2 is first Sheathed rod 1, 2 produced by external deposition using the OVD process. The core 1 consists of quartz glass doped with germanium dioxide with a diameter of 12 mm, while the cladding layer 2, which directly adjoins the core 1, is formed from undoped quartz glass with an outer diameter of 18 mm. This results in a dιy dκ ratio of 1.5 for the core-jacket rod 1, 2. The refractive index of the core glass (quartz glass of the core) is 0.005 higher than the refractive index of the cladding glass surrounding it (quartz glass of the inner cladding layer). The mean OH content in core 1 (measured over the radial cross section) is below 30 ppb by weight.
Der Kern-Mantelstab 1 ,2 wird anschließend mit einem Hüllrohr 3 aus undotiertem, synthetischem Quarzglas unter Bildung eines Kernstabs 4 mit einem Außendurchmesser von 30 mm umhüllt. Hieraus ergibt sich für den Kernstab 4 ein dM/dκ-Verhältnis von 2,5The core-jacket rod 1, 2 is then encased with a cladding tube 3 made of undoped, synthetic quartz glass to form a core rod 4 with an outer diameter of 30 mm. This results in ad M / dκ ratio of 2.5 for core rod 4
Anschließend wird ein Überfangrohr 5 in Form eines undotierten, porösen Quarzglaskörpers („Sootkörper") nach dem OVD-Verfahren erzeugt, indem SiO2- Partikel auf einem AI2O3-Rohr, das einen Außendurchmesser von 38 mm hat, abgeschieden werden. Im Anschluss an den Abscheideprozess wird das AI2O3-Rohr entfernt. Das Überfangrohr 5 weist eine mittlere Dichte von etwa 0,5 g/cm3 auf.A flash tube 5 in the form of an undoped, porous quartz glass body (“soot body”) is then produced using the OVD method by depositing SiO 2 particles on an Al 2 O 3 tube that has an outer diameter of 38 mm The Al 2 O 3 tube is removed after the deposition process, and the flash tube 5 has an average density of approximately 0.5 g / cm 3 .
Um die Anzahl an Störstellen an der Grenzfläche zwischen Überfangrohr 5 und Kernstab 4 möglichst gering zu halten, wird der Kernstab 4 flammenpoliert.In order to keep the number of defects at the interface between the flash tube 5 and the core rod 4 as low as possible, the core rod 4 is flame polished.
Anschließend wird der Kernstab 4 in die Bohrung des Überfangrohres 5 eingeführt und durch Haltevorrichtungen darin unter Bildung eines Ringspaltes mit einer Weite von etwa 4 mm zentriert. Die Haltevorrichtungen gewährleisten, dass Kernstab 4 und Überfangrohr 5 konzentrisch zusammenschmelzen. Im Anschluss wird die Anordnung aus Überfangrohr 5 und Kernstab 4 in einem Ofen auf 1000°C aufgeheizt und ca. 60 min auf dieser Temperatur gehalten. Die Ofenatmosphäre besteht dabei aus einem Helium-Chlor-Gemisch, wodurch das Überfangrohr 5 dehydratisiert und zusätzlich die Oberfläche des Kernstabes 4 gereinigt wird. Abschließend wird das Überfangrohr 5 bei ca. 1400°C gesintert, indem die Anordnung aus Überfangrohr 5 und Kernstab 4 einer Heizzone zugeführt und von der Unterseite beginnend zonenweise erweicht wird, wobei das Überfangrohr 5 dichtsintert und auf den Kernstab 4 aufschmilzt.Subsequently, the core rod 4 is inserted into the bore of the flash tube 5 and centered therein by holding devices to form an annular gap with a width of approximately 4 mm. The holding devices ensure that core rod 4 and flashing tube 5 melt together concentrically. Subsequently, the arrangement of flash tube 5 and core rod 4 is heated to 1000 ° C. in an oven and held at this temperature for about 60 minutes. The furnace atmosphere consists of a helium-chlorine mixture, whereby the flash tube 5 is dehydrated and in addition the surface of the core rod 4 is cleaned. Finally, the flash tube 5 is sintered at approximately 1400 ° C. by supplying the flash tube 5 and core rod 4 arrangement to a heating zone and starting from the bottom is softened zone by zone, the flash tube 5 sintered tightly and melting onto the core rod 4.
Die so hergestellte Quarzglas-Vorform 6 erhält ihre vorgegebenen Endabmessungen durch Abschleifen. Danach beträgt ihr Durchmesser ca. 170 mm. Die Grenzfläche zwischen dem Kernstab 4 und dem Überfangrohr 5 weist aufgrund der Chlorbehandlung keine Blasen oder andere Fehler auf. Aufgrund der hohen geometrischen Präzision von Kernstab 4 und Überfangrohr 5 und der zentrischen Halterung beim Sinterprozess zeichnen sich die aus der Vorform 6 gezogenen Lichtleitfasern durch eine Kemexzentrizität von weniger als 0,35 μm aus.The quartz glass preform 6 thus produced is given its predetermined final dimensions by grinding. Then their diameter is approx. 170 mm. The interface between the core rod 4 and the flash tube 5 has no bubbles or other defects due to the chlorine treatment. Due to the high geometric precision of the core rod 4 and the flashing tube 5 and the central mounting during the sintering process, the optical fibers drawn from the preform 6 are characterized by a core eccentricity of less than 0.35 μm.
Beispiel 2:Example 2:
Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren anhand Figur 3 beschrieben. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein sogenanntes Substratrohr 7 bereitgestellt. Das Substratrohr 7 besteht aus mit Fluor dotiertem Quarzglas, das nach dem OVD-Verfahren hergestellt wird. Das Substratrohr 7 hat einen Innendurchmesser von 20 mm und eine Wandstärke von 3 mm. Der Fluorgehalt des Quarzglases liegt bei 2500 Gew.-ppm.Another exemplary embodiment of the method according to the invention is described below with reference to FIG. 3. In a first method step, a so-called substrate tube 7 is provided. The substrate tube 7 consists of fluorine-doped quartz glass, which is produced by the OVD method. The substrate tube 7 has an inner diameter of 20 mm and a wall thickness of 3 mm. The fluorine content of the quartz glass is 2500 ppm by weight.
Auf der innenwandung der Bohrung des Substratrohres 7 wird nach dem MCVD- Verfahren durch Innenabscheidung eine innere Mantelschicht 2 aus fluordotiertem Quarzglas erzeugt. Der Fluorgehalt der Mantelschicht 2 wird auf etwa 2500 Gew.- ppm eingestellt. Auf die Mantelschicht 2 wird eine Schicht aus germaniumhaltigen Quarzglas abgeschieden. Der Germaniumgehalt dieser Schicht beträgt 4,5 Gew.-%. Das so innenbeschichtete Substratrohr 7 wird anschließend unter Bildung eines Kernstabes 4 kollabiert. Die germaniumhaltige Schicht bildet dabei den Kern 1 mit einem Durchmesser von 7 mm. Die Wandstärke der Mantelschicht 2 beträgt 3 mm im Kernstab 4 und der Durchmesser des Substratrohres 7 beträgt 19 mm. Das dw/dκ- Verhältnis liegt somit bei 2,7.On the inner wall of the bore of the substrate tube 7, an inner cladding layer 2 made of fluorine-doped quartz glass is produced by internal deposition using the MCVD method. The fluorine content of the cladding layer 2 is adjusted to approximately 2500 ppm by weight. A layer of germanium-containing quartz glass is deposited on the cladding layer 2. The germanium content of this layer is 4.5% by weight. The substrate tube 7 coated on the inside in this way is then collapsed to form a core rod 4. The germanium-containing layer forms the core 1 with a diameter of 7 mm. The wall thickness of the cladding layer 2 is 3 mm in the core rod 4 and the diameter of the substrate tube 7 is 19 mm. The dw / dκ ratio is thus 2.7.
Der Unterschied der Brechungsindices von Kern 1 und Mantelschicht 2 beträgt ca. 0,005. Der mittlere OH-Gehalt im Kernstab 4 (über den radialen Querschnitt gemessen) liegt unterhalb von 30 Gew.-ppb. Die Oberfläche des Kernstabes 4 wird mittels Knallgasbrenner flammenpoliert.The difference in the refractive indices of core 1 and cladding layer 2 is approximately 0.005. The average OH content in the core rod 4 (measured over the radial cross section) is below 30 ppb by weight. The surface of the core rod 4 is flame polished using oxyhydrogen burners.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Überfangrohr 5 in Form eines undotierten, porösen Quarzglaskörpers („Sootkörper") nach dem OVD-Verfahren erzeugt, indem SiO2-Partikel auf einem AI2O3-Rohr, das einen Außendurchmesser von 38 mm hat, abgeschieden werden. Im Anschluss an den Abscheideprozess wird das AI2O3-Rohr entfernt. Das Überfangrohr 5 weist eine mittlere Dichte von etwa 0,5 g/cm3 auf.In a further process step, a flash tube 5 in the form of an undoped, porous quartz glass body (“soot body”) is produced by the OVD method by depositing SiO 2 particles on an Al 2 O 3 tube that has an outer diameter of 38 mm After the deposition process, the Al 2 O 3 tube is removed and the flash tube 5 has an average density of about 0.5 g / cm 3 .
Anschließend wird der Kernstab 4 in die Bohrung des Überfangrohres 5 eingeführt und durch Haltevorrichtungen darin unter Bildung eines Ringspaltes mit einer Weite von 4 mm zentriert. Die Haltevorrichtungen gewährleisten, dass Kernstab 4 und Überfangrohr 5 konzentrisch zusammenschmelzen. Im Anschluss wird die Anordnung aus Überfangrohr 5 und Kernstab 4 in einem Ofen auf 1000°C aufgeheizt und ca. 60 min auf dieser Temperatur gehalten. Die Ofenatmosphäre besteht dabei aus einem Helium-Chlor-Gemisch, wodurch das Überfangrohr 5 dehydratisiert und zusätzlich die Oberfläche des Kernstabes 4 gereinigt wird. Zum Zweck einerSubsequently, the core rod 4 is inserted into the bore of the flash tube 5 and centered therein by holding devices to form an annular gap with a width of 4 mm. The holding devices ensure that core rod 4 and flashing tube 5 melt together concentrically. Subsequently, the arrangement of flash tube 5 and core rod 4 is heated to 1000 ° C. in an oven and held at this temperature for about 60 minutes. The furnace atmosphere consists of a helium-chlorine mixture, whereby the flash tube 5 is dehydrated and in addition the surface of the core rod 4 is cleaned. For the purpose of one
Fluordotierung des porösen Überfangrohres wird der Chlorgasstrom für eine Dauer von weiteren 60 min durch einen fluorhaltigen Gasstrom ersetzt.Fluorine doping of the porous flash tube is used to replace the chlorine gas stream with a fluorine-containing gas stream for a further 60 min.
Anschließend wird das Überfangrohr 5 bei 1400°C gesintert, indem die Anordnung aus Überfangrohr 5 und Kernstab 4 einer Heizzone zugeführt und von der Unterseite beginnend zonenweise erweicht wird. Das Quarzglas des Überfangrohres 5 sintert dabei und schrumpft unter Bildung der Quarzglas-Vorform 6 auf den Kernstab 4 auf.The flash tube 5 is then sintered at 1400 ° C. by supplying the flash tube 5 and core rod 4 arrangement to a heating zone and softening it zone by zone, starting from the bottom. The quartz glass of the flash tube 5 sinters and shrinks to form the quartz glass preform 6 on the core rod 4.
Die so hergestellte Vorform 6 ist aufgrund ihres radialen Brechzahlprofils zurThe preform 6 thus produced is due to its radial refractive index profile
Herstellung von Lichtleitfasern des Typs „depressed-clad" geeignet. Sie erhält ihre vorgegebenen Endabmessungen durch Abschleifen der Zylindermantelfläche. Danach beträgt ihr Durchmesser ca. 100 mm. Die Grenzfläche zwischen demProduction of optical fibers of the "depressed-clad" type is suitable. It obtains its predetermined final dimensions by grinding off the surface of the cylinder. Then its diameter is approximately 100 mm. The interface between the
Kernstab 4 und dem Überfangrohr 5 weist aufgrund der Chlorbehandlung keineCore rod 4 and the flash tube 5 have none due to the chlorine treatment
Blasen oder andere optische Fehler auf. Aufgrund der hohen geometrischenBubbles or other optical defects. Because of the high geometric
Präzision des Kernstabes 4 und des Überfangrohres 5 und der zentrischen Halterung beim Sinterprozess zeichnen sich die aus der Vorform 6 gezogenen Lichtleitfasern eine Kernexzentrizität von weniger als 0,35 μm aus. Precision of the core rod 4 and the flashing tube 5 and the central holder during the sintering process are characterized by the optical fibers drawn from the preform 6 and a core eccentricity of less than 0.35 μm.

Claims

1/32572- 14 -Patentansprüche 1 / 32572- 14 -patent claims
1. Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas-Vorform für Lichtleitfasern durch Bereitstellen eines Kernstabs, der einen Kern aus Quarzglas mit einem ersten Brechungsindex und einen den Kern radial begrenzenden Mantel, der mindestens eine an den Kern angrenzende, innere Mantelschicht aus1. A method for producing a quartz glass preform for optical fibers by providing a core rod which comprises a core made of quartz glass with a first refractive index and a cladding which radially delimits the core and which comprises at least one inner cladding layer adjacent to the core
Quarzglas mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, umfasst, und Überfangen des Kernstabs mit einem Überfangrohr aus porösem Quarzglas, indem das Überfangrohr gesintert wird und dabei auf den Kernstab aufschrumpft, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) und die innere Mantelschicht (2; 3; 7) nach dem OVD-, MCVD-, PCVD- oder VAD-Verfahren hergestellt werden, und dass der Kernstab (4) von einem nach dem OVD- Verfahren hergestellten Überfangrohr (5) überfangen wird.Has quartz glass with a second refractive index, and overlaying the core rod with an overlay tube made of porous quartz glass by sintering the overlay tube and thereby shrinking onto the core rod, characterized in that the core (1) and the inner cladding layer (2; 3; 7) are produced by the OVD, MCVD, PCVD or VAD process, and that the core rod (4) is overlaid by an overflow pipe (5) produced by the OVD process.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Überfangrohr (5) eine Dichte im Bereich zwischen 0,4 und 0,7 g/cm3 aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the flash tube (5) has a density in the range between 0.4 and 0.7 g / cm 3 .
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Überfangrohrs (5) mindestens 0,5 g/cm3 beträgt.3. The method according to claim 2, characterized in that the density of the flash tube (5) is at least 0.5 g / cm 3 .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen erstem und zweitem Brechungsindex mindestens 0,003 beträgt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the difference between the first and second refractive index is at least 0.003.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernstab (4) eingesetzt wird, bei dem das Verhältnis von Kernstab-Außendurchmesser und Kern-Durchmesser drei oder kleiner ist.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a core rod (4) is used in which the ratio of the core rod outer diameter and core diameter is three or less.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überfangrohr (5) mit einem Innendurchmesser von mindestens 30 mm eingesetzt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a flash tube (5) with an inner diameter of at least 30 mm is used.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernstab (4) aus dem Kern und der inneren Mantelschicht (2; 3; 7) gebildet wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the core rod (4) from the core and the inner cladding layer (2; 3; 7) is formed.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernstab vor dem Überfangen mit einem Hüllrohr aus Quarzglas umhüllt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the core rod is coated with a quartz glass cladding tube before overlaying.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überfangrohr (5) einer Chlorbehandlung durch9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flash tube (5) by a chlorine treatment
Erhitzen in chlorhaltiger Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb von 700 °C unterzogen wird.Heating in a chlorine-containing atmosphere at a temperature above 700 ° C is subjected.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Kernstabes (4) und der Innendurchmesser des Überfangrohres (5) so gewählt sind, dass während der Chlorbehandlung zwischen dem Überfangrohr (5) und dem darin eingesetzten Kernstab (4) ein Ringspalt verbleibt.10. The method according to claim 9, characterized in that the outer diameter of the core rod (4) and the inner diameter of the flash tube (5) are selected such that an annular gap between the flash tube (5) and the core rod (4) inserted therein during the chlorine treatment remains.
11.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überfangrohr (5) mit Fluor zu dotiert wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flash tube (5) is doped with fluorine.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fluordotierung vor dem Sintern und nach der Chlorbehandlung erfolgt.12. The method according to claim 9 or 10 and 11, characterized in that the fluorine doping takes place before the sintering and after the chlorine treatment.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überfangrohr (5) eingesetzt wird, dessen Wandstärke ein Übermaß aufweist derart, dass nach dem Aufschrumpfen des Überfangrohres (5) eine Quarzglas-Vorform erhalten wird, die einen13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an overlay tube (5) is used, the wall thickness of which is excessive such that a quartz glass preform is obtained after the shrink-fit of the overlay tube (5)
Durchmesser aufweist, der größer ist als ein für die Vorform (6) vorgegebener Soll-Durchmesser.Has a diameter that is larger than a predetermined diameter specified for the preform (6).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll- Durchmesser der Vorform (6) durch mechanische Bearbeitung eingestellt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the target diameter of the preform (6) is adjusted by mechanical processing.
15. Quarzglas-Vorform für Lichtleitfasern, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend einen Kernstab, der einen Kern aus Quarzglas mit einem ersten Brechungsindex und einen den Kern radial umgebenden Mantel, der mindestens eine an den Kern angrenzende, innere Mantelschicht aus Quarzglas mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, und mit einer den Kernstab umhüllenden zweiten Mantelschicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) und die innere Mantelschicht (2; 3; 7) nach dem OVD-, MCVD-, PCVD- oder VAD-Verfahren hergestellt sind, und dass mindestens ein Teil der zweiten Mantelschicht aus einem aus porösem Quarzglas gesinterten und beim Sintern auf den Kernstab (4) aufgeschrumpften und nach dem OVD-Verfahren hergestellten Überfangrohr (5) aus porösem Quarzglas gebildet ist. 15. quartz glass preform for optical fibers, produced according to one of claims 1 to 14, comprising a core rod, the core made of quartz glass with a first refractive index and a radially surrounding sheath, the at least one inner cladding layer adjacent to the core Has quartz glass with a second refractive index, and with a second cladding layer enveloping the core rod, characterized in that the core (1) and the inner cladding layer (2; 3; 7) according to the OVD, MCVD, PCVD or VAD method are produced, and that at least part of the second cladding layer is formed from a flash tube (5) sintered from porous quartz glass and shrunk onto the core rod (4) during sintering and produced by the OVD method from porous quartz glass.
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