DK169088B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af en optisk fiber samt apparat til brug ved fremgangsmåden - Google Patents

Description

i DK 169088 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den i indledningen til krav 1 angivne art til fremstilling af en optisk fiber. Opfindelsen angår endvidere et apparat af den i indledningen til krav 6 angivne art til brug ved 5 fremgangsmåden.

Den forøgede efterspørgsel efter optiske fibre har givet anledning til mange forsøg på at forøge produktiviteten af MCVD-processen (hvor MCVD står for Modified Chemical 10 Vapor Deposition). Hastigheden af MCVD-processen begræn ses imidlertid af vægtykkelsen i substratrøret. For at opnå en optisk fiber med optimale optiske og geometriske karakteristika er det nødvendigt, at præformen har et masseforhold imellem kerne og cladding, der ligger inden-15 for specificerede grænser. Hvis man vil forøge massen af substratet med henblik på at opnå en større præform, kræves det, at substratrørets væg bliver gjort tykkere. Hvis man imidlertid forøger substratrørets vægtykkelse, reducerer man også hastigheden af varmeoverføringen til de 20 reaktantholdige gasser, hvorved man forøger den tid, som kræves for tat afsætte hvert lag af glaspartikler. Hvis substratrørets væg er for tyk, kan der være tale om en utilstrækkelig varmeoverføring, som kan resultere i en dannelse af bobler eller en utilstrækkelig sintring.

25

En måde, hvorpå man kan forøge produktiviteten af MCVD-processen, består i, at man først frembringer en præform med undercladding, som har et masseforhold imellem kerne og cladding, der er større end det ønskede. Denne præform 30 indføres i et glasrør, som benævnes et overcladding-rør, og som derefter bringes til at kollabere på præformen. Denne teknik benævnes stav-og-rør-teknikken. Det er ønskeligt, at enhver tilført excentricitet af materialet rundt om præformens kerne, som skyldes overcladding, be-35 grænses mest muligt.

DK 169088 B1 2

En indføring af præformen i overcladding-røret har været foretaget manuelt. Det har vist sig, at præformens kontakt med rørets indre overflade ikke har nogen uheldig indvirkning på de testresultat-niveauer, som for øjeblik-5 ket har interesse. En manglende radial linearitet imellem overcladding-røret og undercladding-præformen bør imidlertid begrænses mest muligt, da den resulterende udtrukne fiberkerne ellers kan blive for excentrisk, hvilket vil hæmme en korrekt splidsning af den trukne fiber til 10 en anden fiber. Der kendes mere avancerede metoder og apparater til indføring af en glasstav i et glasrør.

US patentskrift nr. 4 505 729 beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af en optisk fiber-præform, hvori pro-15 cestrinene er en variation af den ovenfor omtalte stav-og-rør-teknik. Ved fremgangsmåden beskrevet i det nævnte US patentskrift afsætter man et lag af dopede glaspartikler på den indre overflade af et substratrør af kvarts. Substratrøret, hvori staven er indført koaksialt, kolla-20 beres derefter, mens rørets indre tryk reduceres let til opnåelse af en præform, hvori en cladding eller en kappe har et elliptisk tværsnit.

I US patentskrift nr. 4 325 869 er der på fig. 4 vist en 25 glasstav, som smelter og kollaberes til dannelse af en ny enkelt glasstav. Ved hjælp af en opvarmningsanordning bliver denne stav derefter smeltetrukket til en fiber. Ifølge en af udførelsesformerne indføres en glasstav i et glasrør, og røret og staven sammensmeltes i den ene ende.

30 Kombinationen af staven og røret opvarmes derefter ved hjælp af en opvarmningsanordning og trækkes til en fiber, medens mellemrummet mellem stav og rør evakueres.

I GB offentliggørelsesskrift nr. 2 148 874a bliver en 35 præform-stav understøttet af en klemme, som tillader staven at hænge vertikalt, og et omgivende rør støttes af en anden klemme, som tillader røret at dreje om staven. Et DK 169088 B1 3 feedback-signal fra en monitor, som overvåger koncentri-citeten i et plan over indgangen til en trækovn, benyttes til at dreje røret så meget, at koncentriciteten optimeres. Under trækningen føres præformen og røret mod ovnen 5 med samme hastighed.

Indenfor den kendte teknik gives der tilsyneladende ikke anvisninger på fremgangsmåder og apparater, hvormed man kan foretage en hurtig overcladding af en præform-stav 10 uden at forringe fiberstyrken eller kernens koncentrici-tet. De eftersøgte metoder og apparater, som kan få et glasrør, hvori der er indført en præform-stav af glas, til at kollabere ind i staven, bør kunne resultere i en præform med i det væsentlige koncentriske lag, hvori der 15 ikke findes nogen luftlommer i grænsefladen imellem staven og røret, sådanne metoder og apparater vil kunne forøge kapaciteten af eksisterende fabriksfaciliteter. For så vidt som et forøget fiber-output kan mere end opveje en nedgang i udbyttet, er det nødvendigt at sikre, at den 20 tilstræbte kollaberingsproces til stav-og-rør-fremstil-ling ikke resulterer i et nedsat udbytte.

De ovenfor beskrevne problemer løses ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen og apparatet til brug ved udøvelse af 25 fremgangsmåden, hvorved man opnår en overclad-præform.

Til at begynde med tilvejebringes en præform-stav og et rør, som har på forhånd bestemte optiske og geometriske karakteristika, og som i det væsentlige er retlinede. Præform-staven rettes ind efter røret, hvorefter der 30 frembringes en relativ bevægelse imellem de to dele, som bevirker, at en væsentlig del af staven placeres inde i røret. Den ydre diameter af præform-staven og den indre diameter af røret, som er anbragt rundt om røret, vælges på en sådan måde, at den indbyrdes forskel ikke oversti-35 ger en på forhånd fastlagt værdi. Successive dele af længden af røret og den i røret anbragte præform udsættes for en kontrolleret varmezone, mens der etableres en DK 169088 B1 4 trykgradient imellem ydersiden og indersiden af røret på en sådan måde, at trykket på ydersiden er betydeligt højere end trykket på indersiden.

5 I en foretrukken udførelsesform bringer man trykket inden i røret til at være betydeligt lavere end omgivelsestryk ket. I denne foretrukne udførelsesform er trykket inden i røret omkring 0,15-0,2 atmosfære, hvorimod der hersker atmosfæretryk på ydersiden.

10

Opfindelsen illustreres nærmer under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er et perspektivisk billede af et apparat, hvormed 15 man indfører en præform-stav i et rør og retter staven ind efter røret, og hvormed man bringer røret til at kollabere på præform-staven; fig. 2 er et endetværsnit af en overclad-præform, som er 20 opnået ved hjælp af fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen; fig. 3 er et forstørret tværsnit, som viser en præform-stav anbragt i et rør, idet forskellen imellem præform-25 stavens diameter og rørets indre diameter for tydelighedens skyld er overdrevet; fig. 4 er et endetværsnit af staven og røret vist på fig.

3; 30 fig. 5-7 er en sekvens af billeder, som viser, hvorledes en præform-stav rettes ind efter anbringelse inden i et rør; 35 fig. 8 er et forstørret, delvist i tværsnit, som viser en brænder blive bevæget langs et rør, hvori der er placeret en præform-stav, med det formål at bringe røret til at DK 169088 B1 5 kollabere på præform-staven; fig. 9 er et andet apparat, hvormed man kan bringe et rør til at kollabere på en præform-stav under trækningen af 5 en optisk fiber med det formål at frembringe en overclad-ding af staven, og fig. 10 er en alternativ udførelsesform af et arrangement, hvor et rør bringes til at kollabere på en præform-10 stav under trækningen af en optisk fiber.

På fig. 1 ses et apparat, som generelt er angivet ved tallet 20, og som benyttes til at' tilvejebringe en præform 21 (se fig. 2), som består af en præform-stav 22 og 15 en overcladding 24. Præform-staven 22 er af en type, som omfatter en kerne og en cladding, der hver især har på forhånd fastlagte optiske og geometriske egenskaber. Præform-staven 22 kan f.eks. være fremstillet ved den velkendte proces, som benævnes modificeret kemisk dampafsæt-20 ning [modified chemical vapor (MCVD)]. For en nærmere omtale af MCVD-processen kan der henvises til US patentskrift nr. 4 217 027.

Præform-staven 22 skal forsynes med en overcladding 24 25 for at forbedre produktionseffektiviteten. Dette gøres ved at tilvejebringe et rør 30 (se fig. 1 og 3-4), som er fremstillet af glas med på forhånd bestemte optiske og geometriske karakteristika, ved at anbringe præform-staven 22 inden i røret 30 og ved at bringe røret til at 30 kollabere på staven (se fig. 2). For at medvirke til at sikre koncentricitet imellem det kollaberede rør og kernen, som er indført i røret, er det nødvendigt, at røret 30 i det væsentlige er retlinet.

35 Som det kan ses på fig. 1, monteres røret 30 med en længdeakse 31, der udstrækker sig vertikalt. Desuden er røret 30 anbragt i en patron 32 af kardan-typen, som er anbragt DK 169088 B1 6 i en holder 33 støttet på den nederste arm 35 af en vertikal drejelig ramme 37, således at den er hængslet og kan bevæges svingbart i en hvilken som helst retning omkring sin basis. Det er en fordel, at den nedre patron 32 5 også tilvejebringer en tæt forsegling med den ydre overflade af røret 30. Præform-staven 22 hænger ned fra en øvre patron 41 og er rettet ind efter røret. Patronen 41 støttes fra en øvre arm 43, som er udhængende fra den drejelige ramme 37. Derefter frembringes en relativ be-10 vægelse imellem den nedre og den øvre drejelige arm, henholdsvis 35 og 43, hvorved der fremkommer en relativ bevægelse imellem røret og præform-staven, hvilket bevirker, at en betydelig del af præform-stavens længde bliver placeret inden i røret.

15

Der tages skridt til at opretholde en væsentlig koncen-tricitet af røret 30 med hensyn til præform-staven 22. Præform-staven 22 skal i det væsentlige være retlinet.

Man kontrollerer desuden, at der er et frit rum 44 (se 20 fig. 4) i et hvilket som helt punkt imellem den ydre overflade af præform-staven 22 og den indre overflade af røret 30. Dette gør man ved at udvælge røret 30 og præform-staven 22 således, at forskellen imellem den indre diameter af overeladding-røret 30 og den ydre diameter af 25 præform-staven er af en sådan størrelse, at den åbne passage ved en ydre diameter på 17,5 mm og en indre rørdiameter på 19 mm ikke overstiger en på forhånd fastlagt værdi på 1,5 mm. Naturligvis skal staven være anbragt koncentrisk inden i røret (se fig. 4), hvilket giver et 30 ensartet frit rum 44, der fortrinsvis ikke overstiger ca. 0,75 mm.

Selvom det foretrækkes, at præform-staven 22 centreres i røret 30 allerede fra begyndelsen, er dette ikke altid 35 muligt at opnå, eftersom staven under indføringen undertiden kommer i kontakt med røret, inden dette kollaberes på staven, ligesom røret og staven ikke altid er indbyr- DK 169088 B1 7 des koncentriske (se fig. 5). Hvis der forekommer en berøring før kollaberingen eller en ikke-koncentrisk tilstand, vil den resulterende overclad-præform have et centrum, som er forskudt i forhold til centret af præform-5 staven 22, som opnås ved MCVD-processen. Afstanden fra centret af kernen af præform-staven 22 til centret af det samlede system bestående af præform-staven og cladding-røret 30 benævnes "excentriciteten".

10 Med henblik på at reducere excentriciteten før kollabe-ring af præform-staven 22 i røret 30 sørger man derfor for, at røret forsynes med en udligning. Denne bevægelse lettes af den kardan-lignende tilslutning af røret ved dettes basis, som tillader en svingbar bevægelse i en 15 hvilken som helst retning.

Inden man påbegynder kollaberingsproceduren, justerer man positionen af præform-staven 22 vertikalt i forhold til røret 30. Først placerer man en centrerende krave 51 20 rundt om den øvre ende af røret 30 (se fig. 6). Inden i centerkraven 51 er anbragt en ring 53, eksempelvis af et elastisk materiale. Det elastiske materiale sammenknytter præform-staven 22 og røret 30 og bevirker, at staven bliver centreret inden i røret 30 på det sted, hvor kraven 25 findes. Derefter bringer man en ringformet brænder 60, som har en konstruktion svarende til brænderen beskrevet i US patentskrift nr. 4 477 244, til at befinde sig i en lokalisering på omkring 10 cm under en af de frie ender 62 (se fig. 6) af præformstaven. Brænderen 60, som eksem-30 pelvis kan være en oxygen-hydrogen-brænder, omgiver hele periferien af røret 30. Naturligvis kan man også anvende en brænder, som kun omgiver en del af røret 30. Når røret 30 og staven 22 bringes til at rotere omkring deres længdeakser, vil brænderen 60 opvarme røret 30 tilstrækkeligt 35 til, at dette forskyder sig selv og danner et fremspring 63 (se fig. 7) på det sted, hvor brænderen har befundet sig, hvorved det bliver muligt for røret at blive centre DK 169088 B1 8 ret omkring præform-staven 22. Faktisk bliver røret 30 afspændt ved, at man opvarmer det på et bestemt sted, idet man samtidigt tillader røret at rette sig ind efter præform-staven 22.

5

Effekten af fremspringet 63 består i, at det bevirker, at en væsentlig del af præform-staven 22 bliver i det væsentlige koncentrisk rettet ind efter røret 30. Fremspringet bevirker en betydelig formindskelse af sandsyn-10 ligheden for, at spidsen af præform-staven 22 kommer i kontakt med væggen i røret 30.

Efter at fremspringet 63 er dannet, fjernes centreringsanordningen, hvorefter den ringformede brænder 60 bevæges 15 opefter fra bunden af røret 30 til den øvre ende 65 (se fig. 1). I en på forhånd fastlagt opholdstid forbliver brænderen 60 ved eller i nærheden af den øvre ende 65 af røret 30 med henblik på at sammensmelte røret med præform-staven 22 i dette punkt.

20 Når brænderen 60 påbegynder sin på forhånd fastlagte opholdstid ved eller i nærheden af den øvre ende af røret 30, indstilles en anordning 70 (se fig. 1), hvoraf en del 72 er ført igennem armen 35 og holderen 33 og forbundet 25 til den nedre del af røret, til at bringe trykket indeni røret væsentligt ned under det tryk, som hersker på ydersiden af røret. Som et resultat heraf foretages tilsmelt-ningen af den øvre del af røret 30 til præform-røret 22 under medvirken af et vacuum. I en foretrukken udførel-30 sesform ligger trykket inden i røret eksempelvis i området fra omkring 0,15 til omkring 0,2 atmosfære. Patronen 32, som er af kardan-typen, kan med fordel virke som va-cuumkobling og kan gennem sin tætte tilsmeltning til røret 30 tillade, at der opretholdes et vacuum imellem 35 røret og staven 22.

DK 169088 B1 9

Efter udløbet af opholdstiden bevæges brænderen 60 nedefter langs hele rørets længde. Det vacuum, som opretholdes, når brænderen 60 bevæger sig langs røret 30, hvorved successivt stigende rørlængder udsættes for en varmezone, 5 bringer røret 30 til at kollabere med relativt høj hastighed på præform-staven 22 (se fig. 8), hvorved der dannes den på fig. 2 viste overclad-præform. Varmezonen kontrolleres på en sådan måde, at man undgår unødigt høje temperaturer. Ved at anvende lavere temperaturer etable-10 rer man en aksial temperaturgradient over en stigende rørlængde. Dette gør det muligt for røret 30 at blive holdt i linierettet arrangement omkring præform-staven 22 på grund af rørets stivhed henover varmezonen.

15 Samtidigt med, at brænderen 60 gennemkører længden af røret 30, bringes røret og præform-staven 22 til at rotere. Dette gøres, fordi opvarmningen af røret 30 og staven 22 generelt ikke er symmetrisk. Dertil kommer, at røret 30 og den deri anbragte præform-stav 22 ikke nødvendigvis 20 er nøjagtigt centreret indenfor rammerne af brænderen 60.

Det har vist sig, at det resulterende stav-og-rør-produkt bliver bedst ved langsomme rotationshastigheder. Når hastigheden forøges, sker der også en forøgelse af centrifugaleffekten, som i uheldig retning påvirker excentricite-25 ten. I en foretrukken udførelsesform er rotationshastigheden omkring 10 omdrejninger pr. minut.

Det skal bemærkes, at ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen reduceres trykket inden i røret 30 i 30 forhold til det ydre tryk på røret. Ved denne foretrukne udførelsesform gøres dette ved at forbinde røret 30 til vacuum-kilden 70 igennem vacuumkoblingen 32. Trykket uden på røret 30 kan imidlertid også forøges, således at det på denne måde bliver betydeligt højere end trykket inden 35 i røret, hvilket fører til samme resultat. Det vigtige er, at der hersker en betydelig trykgradient imellem ydersiden af røret 30, idet trykket på ydersiden skal væ- DK 169088 B1 10 re betydeligt højere end trykket på indersiden.

Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen resulterer i en væsentlig forøget hastighed med hensyn til kollabe-5 ring af røret 30 på præform-staven 22. Med fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen har man opnået kollabe-ringshastigheder på omkring 7 cm/minut. Disse hastigheder skal sammenlignes med en kollaberingshastighed på omkring 1 cm/minut i et horisontalt drejearrangement uden et 10 trykgradient udover den, der benyttes ved præform-frem-stilling ved MCVD-processen. Som det er velkendt ved denne proces, foretages rørets kollabering på præformen, mens trykket inden i røret er lidt højere end atmosfæretrykket .

15

Den ovenfor beskrevne trykgradient er nyttig til at accelerere hastigheden af rørets kollabering på staven. Man tager imidlertid yderligere skridt til at undgå ellipti-citeter i den endelige præform og til at bevirke en over-20 cladding af den endelige præform, som er koncentrisk med præform-stayens kerne. Disse yderligere trin består i, at man kontrollerer det frie rum imellem røret og staven, at man kontrollerer varmezonen, og at man kontrollerer den begyndende koncentricitet imellem røret 30 og den indfør-25 te stav. Ved at kontrollere bredden af varmezonen og den heri herskende temperatur såvel som gradientens karakteristika, og ved at kontrollere det frie rum imellem røret 30 og præform-staven 22 og den begyndende koncentricitet kan man anvende en vacuum-hjælp til at accelerere rørets 30 kollabering, uden at der opstår nogen resulterende elliptic! teter i den færdige præform.

I modsætning til, hvad man måtte forvente på baggrund af den kendte teknik, er kvaliteten af den resulterende 35 overclad-præform relativt høj, når man benytter fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen. Ud fra den kendte teknik fremgår det, at der muligvis kræves et tryk DK 169088 B1 11 i forbindelse med rørets kollabering, men at en anvendelse af vacuum vil resultere i ellipticitet i dele af præformen. F.eks. er det kendt, at man for at fremstille en polariseret optisk fiber fremstiller et optisk præform-5 rør, som derefter bringes til at kollabere under betingelser, hvor der opretholdes et vacuum inden i røret. Dette vacuum bevirker, at rørets ellipticiteter forøges, således at fiberen efter kollabering befinder sig i en mere elliptisk tilstand end den, som det oprindelige rør 10 befandt sig i ved begyndelsen af kollaberingsprocessen.

Der frembringes typisk en ellipticitet, der er forskellig fra 0, ved etablering af et vacuum i røret under den begyndende del af kollaberingsprocessen. Under kollabe-ringsprocessen påføres der derefter et indre tryk, som 15 stiger i takt med, at rørets radius aftager, således at man opretholder den fornødne grad af ellipticitet under rørets yderligere kollabering.

Det har vist sig, at det er relativt simpelt at få et rør 20 til at falde sammen, når staven i røret er af en relativt ringe størrelse i forhold til røret. Den kendte teknik hviler på dette princip med det formål at opnå ellipticiteter i den endelige konfiguration af et overclad-rør.

Når der imidlertid er tale om størrelser af staven, som 25 tilnærmer sig til rørets indre diameter, har røret ikke tilstrækkelig plads til at flade ud. Med fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen kontrolleres det frie rum imellem den indre væg af røret 30 og den ydre overflade af præform-staven 22, og man sikrer sig, at dette frie 30 rum er tilstrækkeligt lille til, at ellipticiteten kan begrænses til et minimum.

I modsætning af den kendte teknik opererer man ifølge opfindelsen med en relativt lille forskel mellem rørets 35 indre diameter og stavens ydre diameter. Staven holdes i den ene ende og røret, hvori staven indføres, holdes i den modsatte ende. Såvel staven som røret understøttes DK 169088 B1 12 med henblik på at kunne rotere individuelt omkring deres længdeakser, og successivt stigende rørlængder med indført stav udsættes for en relativt snæver varmezone med kontrolleret temperaturgradient. Der etableres en tryk-5 gradient mellem rørets inder- og yderside med et væsentligt højere tryk på ydersiden end på indersiden. Samspillet mellem trykgradienten, den relativt snævre varmezone og det relativt lille frie rum mellem staven og rørets inderside er effektivt til at bringe røret til at kolla-10 bere ind i staven uden at bukke.

Endvidere er der ikke nogen relativ bevægelse mellem staven og røret langs disses længdeakser, men der er heller ikke nogen relativ bevægelse i andre retninger i forhold 15 til længdeakserne, når først kollaberingsprocessen begynder. Ifølge GB offentliggørelsesskrift nr. 2148874A må man foretage en kontinuerlig justering i et forsøg på at opretholde koncentriciteten, hvilket man således undgår ifølge den foreliggende opfindelse.

20 .

GB offentliggørelsesskriftet beskriver desuden, som nævnt ovenfor, at kollaberingen overvåges af en monitor, når staven og røret føres ind i en trækovn, hvilket antagelig er nødvendigt i bestræbelserne for at opretholde koncen-25 triciteten. Sådanne bestræbelser kan imidlertid være forgæves, eftersom kollaberingen ifølge GB offentliggørelsesskriftet sker i trækovnen, hvor temperaturen sandsynligvis er over 2200 °C. Ved sådanne temperaturer bliver glasagtige materialer let flydende, fordi deres 30 viskositeter ikke kan kontrolleres, og derfor kan excentriciteterne næppe heller kontrolleres.

US patentskrift nr. 4 326 869 beskriver ikke det ifølge opfindelsen nødvendige snævre frie rum mellem staven og 35 røret, og der nævnes ikke nogen trykforskel i forbindelse med rotationsarrangementet vist på fig. 4(a). På fig. 3 sker der ganske vist en evakuering af mellemrummet 33, DK 169088 B1 13 men der angives ingen parametre, og røret kollaberes i den samme ovn, som benyttes ved trækningen. Som følge heraf kan glassets viskositet ikke kontrolleres, hvilket går ud over koncentriciteten. US patent skriftet nævner 5 ikke muligheden af at støtte staven og røret individuelt med henblik på uafhængig rotation, og de to dele støttes i samme ende i modsætning til den foreliggende opfindelse, hvor staven og røret støttes i hver sin ende.

10 I modsætning til den kendte teknik gør fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen det således muligt på effektiv måde at løse det problem, der består i at kollabere et glasrør omkring en glasstav under opretholdelse af koncentriciteten.

15

Ifølge den kendte teknik kan man endvidere bevare cirku-lariteten under kollabering, når man benytter sig af et positivt internt tryk, se US patentskrift nr. 4 154 591.

Det har imidlertid vist sig, at en anvendelse af et tryk, 20 som ligger lidt over atmosfæretryk, såsom trykket under præform-kollabering i MCVD-processen, ikke har ført til acceptable resultater med hensyn til opnåelse af et over-clad-rør. Den kollabering, som opnås ved positivt-tryk-teknikken ved MCVD-processen, har vist sig at være ikke-25 symmetrisk, hvilket resulterer i en dannelse af luftlommer. Modsætningsvis har det vist sig, at der ikke optræder luftlommer i grænsefladen imellem præformstaven og røret, når man anvender fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen.

30

Som det fremgår af det ovenstående, har man været omhyggelig med at begrænse excentriciteten af det endelige præform-produkt til et minimum. Hvis processen foretages på et svingbart arrangement (også selvom det er verti-35 kalt), vil størstedelen af varmen blive overført til røret 30, hvilket medfører, at kun røret bliver deformeret. Hvis røret 30 er ude af centrering, kan det røre DK 169088 B1 14 overfladen af staven i et enkelt punkt først, hvorved materialet, som klæber til staven, bliver immobiliseret. Rørets vægtykkelse i det punkt, hvor der først forekommer sammenklæbning, fastfryses. Resten af røret 30 fortsætter 5 med at kollabere, og når dette sker, forøges rørets vægtykkelse. Det betyder, at den del af overclad-præformen, hvor røret er længst tid om at berøre præform-staven, har den største vægtykkelse, mens den del, som først berører præf orm-s taven, har den mindste vægtykkelse. Disse to 10 steder ligger generelt diametralt modsat af hinanden, hvilket på uønsket måde resulterer i excentricitet.

I modsætning til visse dele af den kendte teknik, hvor man har benyttet evakuering til at opnå bestemte former i 15 det endelige stav-og-rør-tværsnit, bevirker fremgangsmåden ifølge opfindelsen en relativt hurtig kollabering af røret, samtidig med, at der opretholdes en væsentlig kon-centricitet af staven og røret. F.eks. har det vist sig, at excentriciteten af en fiber udtrukket fra overclad-20 præform-stave, der er frembragt ved hjælp af fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen, er mindre end 1 fim.

Varmezonen kontrolleres på en sådan måde, at temperatur-25 gradienten bliver relativt stejl. Som det er velkendt, er varmezonen den zone, som udstrækker sig fra det område, hvor temperaturen kommer op på omkring 1600 °C, som er blødgøringspunktet for det anvendte glas, til det område, hvor temperaturen falder under denne værdi. Med hensyn 30 til den brænder, som anvendes i det vertikale svingbare arrangement vist på fig. 1, er den afstand, over hvilken temperaturen stiger fra 1600 °C til sin maksimale værdi, relativt lille og typisk af størrelsesordenen omkring 10 mm. Man undgår problemer ved at kontrollere varmezonen på 35 en sådan måde, at den er relativt snæver og relativt stej1.

DK 169088 B1 15

Desuden kontrolleres varmezonen på den måde, at der som resultat af en kollaps vil være tale om, at praktisk talt hele den indre overflade af røret 30 er i kontakt med præform-staven. Dette forhold hjælper med til at undgå en 5 dannelse af luftlommer imellem røret og staven, som ellers kunne resultere i en nedbrydning af den optiske fibers styrke. Endvidere er det kollaberede rør koncentrisk i forhold til staven som følge af de begyndende forholdsregler med hensyn til linieindstilling, som man har fore-10 taget, og som følge af, at bredden af den varme zone ikke er så stor, at der herved kan opstå instabilitet.

Man kan anvende andre variationer af det arrangement, som er vist på fig. 1. F.eks. er det blevet eftervist, at 15 staven 22 i stedet for røret 30 kan monteres i patronen 32, og at røret 30 i stedet for staven kan monteres i den overhængende patron 41. Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen kan også anvendes til at kollabere røret 30 på præform-staven 22 samtidigt med, at præform-staven 20 · og røret føres ind i en trækovn 80 (se fig. 9). I det vertikale svingbare arrangement opvarmes røret 30, hvorefter varmeenergien føres tilbage i staven. I trækovnen føres der varmeenergi direkte til både røret 30 og præ-form-staven 22. Desuden er den maksimale temperatur af 25 varmezonen i ovnen større end i det svingbare arrangement. Det betyder, at såvel præform-staven 22 som røret 30 udsættes for en højere temperatur, som resulterer i en lavere viskositet og en større fluiditet i ovnen under kollaberingen af røret 30 på præform-staven 22 i sammen-30 ligning med den ovennævnte drejebænk-kollaberingsteknik.

Der indvirker imidlertid en aksial symmetrisk trækkraft på såvel præform-staven 22 som røret 30 under den samtidige trækning af disse. Kombinationen af den større fluiditet og den aksialsymmetriske trækkraft, som virker 35 på præform-staven 22 og røret 30 i denne trækningsteknik til overcladding, tilvejebringer en selvcentrerende mekanisme for stav-og-rør-samlingen, som har en tendens til 16 DK 169088 B1 at modvirke excentricitet af præform-staven 22 i røret 30 som beskrevet tidligere.

Som det fremgår af fig. 9, hænger præf orm-staven 22, som 5 er forsynet med et håndtag 82, ned fra en patron 84. Når præform-staven 22 trænger ind i røret 30, anvendes der en vacuum-kobling 86 til at tillukke indgangen og gøre det muligt for volumenet imellem den indre væg af røret og den ydre overflade af staven at blive holdt ved et på 10 forhånd fastlagt tryk. Præform-staven 22 og røret 30 strækker sig ind i ovnen 80, som eksempelvis kan være en zirconia-induktionsovn.

Når præform-staven 22 og røret 30 føres ind i ovnen, for-15 bindes en vacuumkilde (ikke vist) ved en foretrukken udførelsesform gennem vacuum-koblingen 86 med rummet imellem røret og præform-staven. Successive dele af længden af røret 30 inden i ovnen 80 bringes til at kollabere på præform-staven 22, hvorefter den optiske fiber 88 trækkes 20 fra overclad-præformen. I den nedtrukne del af ovnen, hvor røret,30 og staven 22 bliver flydende på samme tid, formodes det, at trækkraften fra fiberen bevirker en selvcentrerende mekanisme for røret og staven. En aksial-symmetrisk trækspænding på både præform-staven 22 og 25 røret 30 hjælper med til at rette disse ind på linie.

Diameteren af den udtrukne optiske fiber 88 måles med en anordning 91 i et punkt umiddelbart efter fiberens udgang fra ovnen, og denne målte værdi bliver et input til et 30 kontrolsystem. I kontrolsystemet sammenlignes den målte diameter med den ønskede værdi, og der genereres et output-signal, som kan justere trækhastigheden på en sådan måde, at diameteren af den optiske fiber nærmer sig den ønskede værdi.

Efter at diameteren af den optiske fiber 88 er blevet målt, forsynes fiberen med en beskyttende belægning ved 35 DK 169088 B1 17 hjælp af et apparat 93. Når den belagte fiber 88 har passeret igennem et centrerende måleinstrument 95, en anordning 96 til behandling af belægningen og en anordning 97 til måling af den ydre diameter af den overtrukne fiber, 5 bevæges denne igennem en capstan 99 og opspoles med hen blik på afprøvning og opbevaring, inden den udsættes for efterfølgende kabeloperationer. Det er vigtigt at bevare den høje styrke, som kendetegner optiske fibre, under fremstillingen af kabler indeholdende fibrene og under 10 fibrenes levetid.

Når man anvender en trækovn til at kollabere røret 30, er viskositeten af glasset lavere, fordi temperaturen er højere. Dette tillader glasset at strømme, men den aksial-15 symmetriske trækkraft letter en koncentrisk trækning af præform-staven 22 og røret 30, som er kollaberet rundt om staven. I ovnen vil stigningen til den maksimale temperatur typisk være mere stejl end tilfældet er, når man anvender en ringformet brænder, men stavens passage igennem 20 varmezonen kan være langsommere end i drejebænk-arrange mentet. I og med at rørets kollabering er tid-temperatur-afhængig, ligesom ovnens temperatur i nogen grad er fik-seret, kan man opnå en kontrol af varmezonen ved at kontrollere dennes længde langs røret 30. Temperaturgradien-25 ten er relativt stejl i det område, hvor røret kollaberer på staven.

På fig. 10 er der vist en alternativ udførelsesform af e" arrangement, hvori et rør kollaberes på en præf orm-stav 30 under trækningen af en optisk fiber. En præform-stav 100 kan f.eks. tilvejebringes ved en MCVD-proces. Et rør 104, som har en indre diameter, der kun er en smule større end den ydre diameter af præform-staven, og som er forsynet med et håndtag 102, anbringes rundt om præform-staven.

35 Røret 104 sammensmeltes med staven i enden 108. Derefter fastgøres en anden del af røret til staven i et antal punkter 110 omkring periferien af rørets indre overflade.

DK 169088 B1 18

Der tilvejebringes en åbning 111 igennem den ende 102, der er forsynet med håndtag, og en forbindelse igennem en støtte 112 til eksempelvis en vacuumkilde for at muliggøre en kontrol af trykket i røret under trækningen af fi-5 beren. Dette arrangement muliggør en maksimal udnyttelse af den relativt kostbare præform, eftersom intet af præ formen benyttes til at understøtte staven og røret fra den overhængende patron.

10 Rørets skaft eller håndtag 102 understøttes for at bevirke, at præform-staven med det tilhørende fastsmeltede rør kan hænge ned over en ovn 113. Som i udførelsesformen vist på fig. 9 føres præform-staven og røret derefter ind i ovnen for at lette udtrækningen af en optisk fiber 114 15 derfra. Når længden af røret 104 aftager, indstilles trykket inden i røret på en sådan måde, at der opretholdes en gradient imellem trykket i røret og trykket udenfor røret, som befinder sig indenfor et kontrolleret område.

20

Man har produceret en overclad-præform med relativt lav excentricitet ved at optimere temperaturen af varmezonen og den bredde af zonen, som kontrollerer glassets viskositet, størrelse af det frie rum imellem præf orm-staven 25 og overcladding-røret, trykket i røret og koncentriciteten af præform-staven inden i overcladding-røret. Alle disse parametre har indflydelse på proceshastigheden og den resulterende fibergeometri, hvorimod fiberstyrken påvirkes af varmezonens karakteristika. En optimering af 30 disse parametre har resulteret i en meget hurtig over-cladding-proces, som fører til optiske fibre med en styrke og kernekoncentricitet, der kan imødekomme de specifikationer, som kræves i nutidens kommercielle optiske fibersystemer. Den i det foregående beskrevne overcladding-35 proces bevirker en signifikant forøgelse af produktionskapaciteten, samtidigt med, at man i alt væsentligt undgår et forringet fiberudbytte.

Claims (9)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en optisk fiber, 5 hvorved man tilvejebringer en i det væsentlige retlinet optisk præf orm-stav (32), som har en ydre diameter og en længdeakse, tilvejebringer et overcladding-rør (30), som har en længdeakse (31), og som er fremstillet af et optisk materiale, der har egnede optiske og geometriske ka-10 rakteristika, anbringer præform-staven inden i røret, individuelt understøtter præform-staven og røret i positioner, der i det væsentlige er faste i forhold til hinanden i retninger langs længdeakserne, udsætter successivt stigende længder af røret med indført stav for indvirkning 15 af en varmezone, som bringer røret til at kollabere på præform-staven, og trækker den optiske fiber fra præformen, kendetegnet ved, at røret har en sådan indre diameter, at det frie rum mellem røret og staven ikke overstiger ca. 0,75 mm, at bredden af varmezonen 20 kontrolleres til opnåelse af en kontrolleret temperaturgradient, og at der etableres og opretholdes en trykgradient mellem ydersiden og indersiden af røret ved hjælp af en kilde (70) for reduceret tryk, således at trykket på ydersiden er større end trykket på indersiden, idet 25 trykgradienten samvirker med bredden af varmezonen og med det frie rum mellem stavens ydre diameter og rørets indre diameter, således at røret kollabere i tæt kontakt med præformen til opnåelse af en overclad-præform, hvori overcladding-røret er anbragt koncentrisk omkring præ-30 form-staven med et frit rum mellem rørets indre diameter og stavens ydre diameter, der effektivt kan forhindre, at røret bukkes, når det bringes til at kollabere på staven.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 35 ved, at de relative positioner af præform-staven og over- cladding-røret under kollaberingen opretholdes uden justering . DK 169088 B1 20

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forinden successivt stigende længder af røret udsættes for varmezonens indvirkning, fastsmelter en åben ende (65) af røret til præform-staven, som strækker sig 5 ind i røret, og at man etablerer en trykgradient ved at forbinde røret til en vakuumkilde (70), inden man smelter enden af røret fast til præform-staven.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 10 ved, at man, efter at have anbragt præform-staven i røret, bringer den del af præform-staven, som ligger nærmest dens indføring i røret, i tilnærmelsesvis koncentrisk placering i forhold til røret.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at præform-staven og røret hver især har en længdeakse, og at staven og røret understøttes på en sådan måde, at disse længdeakser i det væsentlige er vertikale.

6. Apparat (20) til brug ved fremstilling af en optisk fiber ved fremgangsmåden ifølge krav 1, hvilket apparat omfatter en første understøttelsesanordning (43) til at holde den ene ende af en præf orm-stav (22), som er i det væsentlige retlinet langs en længdeakse deraf, en anden 25 understøttelsesanordning (33) til at holde et rør (30), der er fremstillet af en optisk materiale med på forhånd fastlagte karakteristika og den en længdeakse, idet den første og den anden understøttelsesanordning tillader præform-staven at blive fastholdt med en væsentlig del af 30 sin længde indført i røret, og idet den anden understøttelsesanordning holder den ende af røret, som er modsat den ende af røret, som holdes af den første understøttelsesanordning, samt en opvarmningsanordning (60), hvormed successivt stigende længder af røret med indført præform-35 stav kan udsættes for indvirkning af en varmezone, medens røret og staven drejes, kendetegnet ved, at den første og den anden understøttelsesanordning er såle- DK 169088 B1 21 des udformet, at præformen og røret hver især kan drejes individuelt omkring sin længdeakse ved hjælp af anordninger (41, 32), medens opvarmningsanordningen udsætter successivt stigende længder af røret for indvirkning af en 5 varmezone, som tilvejebringer en kontrolleret temperaturgradient, idet røret har en indre diameter, der er større end stavens ydre diameter til dannelse af et frit rum (44) derimellem, hvilket rum ikke overstiger 0,75 mm, og at apparatet endvidere omfatter en anordning (70), der 10 aktiveres af opvarmningsanordningen, til etablering og opretholdelse af en trykgradient mellem rørets inderside og yderside, således at trykket uden på røret er højere end trykket inden i røret, idet samspillet mellem trykgradienten, varmezonen og det frie rum mellem røret og 15 staven er effektivt til at bringe røret til at kollabere på staven, og idet det frie rum mellem røret og staven er tilstrækkeligt snævert til at forhindre, at røret, når det bringes til at kollabere på staven.

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at opvarmningsanordningen bibringer røret en overfladetemperatur, der er lavere end den temperatur, ved hvilken den optiske fiber trækkes fra staven med overcladding-rør kollaberet derpå. 25

8. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det endvidere omfatter en anordning (51), som kan anbringes rundt om røret på det sted, hvor staven er ført ind i røret, med henblik på at anbringe staven og røret koncen- 30 trisk i forhold til hinanden på det pågældende sted.

9. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den første og den anden understøttelsesanordning støtter præform-staven og røret på en sådan måde, at deres læng- 35 deakser i det væsentlige er vertikale, og at den anden understøttelsesanordning tillader røret at blive bevæget drejeligt omkring sin nedre ende.