NL7905802A

NL7905802A - Optische draad met een grote bandbreedte en een gegradueerde index, en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

Info

Publication number: NL7905802A
Application number: NL7905802A
Authority: NL
Original assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1978-07-31
Filing date: 1979-07-26
Publication date: 1980-02-04
Also published as: BE877900A; YU184579A; NO792482L; FI77945C; SE7906403L; CH641280A5; SE443242B; IL57899A; CA1116449A; NL191720B; DE2930398C2; IT7924685A0; BR7904787A; DK316579A; AU4928479A; GB2027224A; FI792352A7; AU512910B2; AT395271B; ES490381A0

Description

»»

J

VO 8125

Corning Glass Works

Corning, Hew York, Verenigde Staten van Amerika.

Optische draad met een grote handbreedte en een gegradueerde index, en werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op optische draden met een grote handbreedte en een gegradueerde index, welke draden kunnen worden gébruikt als voortplantingsmedia, en op de werkwijze voor het vervaardigen daarvan.

5 Optische draden, die in optische communicatiestelsels worden gebruikt, worden hierna aangeduid als optische golfpijpen, en zijn gewoonlijk gemaakt uit doorzichtig diëleetrisch materiaal, zoals glas of kunststof.

Optische golfpijpen met een gegradueerde index heb-10 ben een radiaal veranderlijke samenstelling, en derhalve een radiaal veranderlijke brekingsindex. De Amerikaanse octrooischriften 3.823.995 en 3.711.262 openbaren optische golfpijpen met een gegradueerde index, en werkwijzen voor het vormen daarvan door inwendige dampfase-oxyda-tie-werkwijzen. Wanneer in de beschrijving wordt verwezen naar in-15 vendige dampf ase-oxydatie-werkwijzen wordt het chemisch opdampen, de vlamhydrolyse en andere werkwijzen bedoeld, waarbij dampvormig materiaal in een verwarmde buis wordt geleid, daar kan reageren met zuurstof onder invloed van warmte, en wordt afgezet op het inwendige wandoppervlak van de buis. Het materiaal kan in de buis worden afge-20 zet volgens opeenvolgende lagen, waarna de buis wordt onttrokken aan de warmte voor het verschaffen van een versmolten grondvorm. Het is duidelijk, dat het middengat aan het einde van het afzetten kan worden samengeklapt of dat de grondvorm na het onttrekken daarvan aan de warmte vervolgens weer kan worden verwarmd, waarbij het gat kan worden 25 samengeklapt, en in ieder geval een massieve voorvorm. wordt gevormd of het gat kan gedurende het trekken worden samengeklapt. Wanneer een massieve voorvorm wordt gevormd, wordt deze vervolgens verwarmd en tot een langwerpige fijne streng getrokken. Aangezien de constructie van de getrokken streng of draad een afspiegeling is van de constructie 7905802 . - 2 van de voorvorm, is het van belang, dat de fysische eigenschappen van de voorvorm nauwkeurig worden geregeld.

Zoals voor deskundigen op dit gebied vertrouwd is, vertonen optische golfpijpen met een gegradueerde index gewoonlijk een 5 hogere brekingsindex in de kern bij het midden daarvan, en lagere brekingsindices op plaatsen radiaal naar buiten vanaf het kernmidden.

De gegradueerde brekingsindex kan zonder onderbrekingen veranderlijk zijn of met onderbrekingen, en kan een rechtlijnige, parabolische of een willekeurige andere gewenste karakteristiek vertonen.

10 Met betrekking tot de constructie en het gebruik van optische golfpijpen kan worden verwezen naar "Fiber Opties Principles and Applications" door II.S. Kapany, Academie Press, 1967; "Geometrial Opties of Parabolic Index Gradient Cylindrical Lenses" door F.P. Kapron, Journal of the Optical Society of America, Vol. 60, no. 11, blz. 1U33 -15 1^36, november 1970; en "Cylindrical Dielectric Waveguide Mode" door E. Snitzer, Journal of the Optical Society of America, Vol. 51 s no. 5»· blz. h-91 - ^98, mei 1961.

Voor het tot stand brengen van een dergelijke verandering van de brekingsindex van een voorvorm of grondvorm, gevormd 20 door een inwendige dampfase-oxydatie-werkwijze, kan de chemische samenstelling van de uitgangsmaterialen, die na het reageren het uiteindelijke materiaal uitmaken, dat is afgezet op het inwendige oppervlak van de buis, worden veranderd. Het dampmengsel wordt gehydroly-seerd of geoxydeerd en afgezet op het inwendige oppervlak van de buis, 25 en vervolgens versmolten voor het vormen van glas met een hoge kwaliteit en zuiverheid. Tegelijkertijd kunnen een of meer aanvullende dampen worden geleverd aan de buis, waarbij elke damp bestaat uit een chemisch middel, dat een "stimulator" wordt genoemd, waarvan de aanwezigheid de brekingsindex of andere eigenschappen van het glas, dat 30 wordt gevormd, beïnvloedt. '

Het is bij het vormen van optische golfpijpgrond-vormen of -voorvormen door de inwendige dampfase-oxydatie-werkwijze bekend, een weringlaag aan te brengen op de binnenzijde van de draag-of onderlaagbuis, voorafgaande aan het afzetten van het kernglas, 35 welke onderlaagbuis de bekleding vormt van de voorvorm. De belangrijk- 7905802 - 3 ste werking van de weringlaag "bestaat uit het tot een minimum "beperken van verliezen door verstrooiing en absorptie in tussenvlakken, door het verwijderen van het kern-bekledingstussenvlak, dat bij afwezigheid van de weringlaag aanwezig zou zijn tussen de afgezette lagen 5 met de grote zuiverheid, het glas met de lage demping en het inwendige oppervlak van de onderlaagbuis. De weringlaag is gewoonlijk een borium-silicaatglassamenstelling, omdat stimulerend silicium-dioxyde, dat in het algemeen het grondglas uitmaakt, met borium de afzettings-temperatuur verlaagt en zodoende het krimpen van de onderlaagbuis tot 10 een rninimm beperkt. Andere voordelen van stimulerend silicium-dioxyde met borium zijn, dat het de brekingsindex van het glas verkleint en werkzaam is als een wering tegen de diffusie van hydroxy1-ionen, gewoonlijk aangeduid als waterstof of water, uit de onderlaagbuis naar het afgezette kemglas bij de verhoogde behandelings- en trektempe-15 raturen.

Het is algemeen bekend, dat de informatiebandbreedte van een optische golfpijpdraad aanzienlijk kan worden vergroot door het gradueren van het brekingsindexprofiel·. De bandbreedte van een optische golfpijp met een gegradueerde brekingindex kan tussen onge-3 20 veer 10 en 10 maal groter zijn dan de bandbreedte van een draad met een niet-gegradueerd indexprofiel. De vergroting van de bandbreedte is sterk afhankelijk van de gedaante van het brekingsindexprofiel.

De moeilijkheid is, dat bij het bekende vormen van optische golfpijpvoorvormen of -grondvormen met een gegradueerde in-25 dex door de inwendige dampfase-oxydatie-werkwijze, en in de daaruit gevormde glasdraden, de draden een samengesteld trap-gegradueerd brekingsindexprofiel vertonen, dat pulsspreiding van hogere-ordemadi veroorzaakt met een kleinare bandbreedte tot gevolg. Een dergelijk profiel is weergegeven in fig. 1, waarin het gegradueerde gedeelte is 30 aangegeven door de kromme 10, waarbij het getrapte gedeelte is aangegeven door het in hoofdzaak rechte vertikale gedeelte 12, dat een trap-vergroting in de brekingsindex weergeeft.

Een samengesteld trap-gegradueerd brekingsindexprofiel, dat eveneens wordt geacht impulsiespreiding te veroorzaken van 35 hogere ordesoorten, is weergegeven in fig. 2, waarin het gegradueerde 790 5 8 02 . h gedeelte is aangegeven door de kromme li+, waarbij het getrapte gedeelte is aangegeven door de trap 16. Het ongewenste samengestelde trap-gegradueerd brekingsindexprofiel, weergegeven in fig. 2, wordt alleen ter illustratie beschreven, omdat niet bekend is, dat dit in 5 de stand van de techniek zou zijn beschreven, maar nuttig wordt geacht voor het verschaffen van een beter begrip van de uitvinding.

Er bestaan ten minste twee oorzaken voor het samengestelde trap-gegradueerde profiel, weergegeven in de fig. 1 en 2. Cm de hiervoor besproken redenen is een hoog boriumgehalte in de wering-10 laag gewenst. Een laag gehalte borium is gewenst in de kern voor het vergroten van de numerieke opening van de daaruit verkregen optische golfpijp voor het tot een minimum beperken van de Rayleigh-verstrooi-ing en het opheffen van de infrarood absorptie van de B-O-vibratieban-den in het spectrale bereik tussen 1,2 en 1,5 micrometer (H. Osani 15 c..s., Electronic Letters 12, 5^-9» 1976). De tweede reden voor een dergelijk trap-gegradueerd profiel is, dat bij het weringlaag-kerntus-senvlak, een stimulator, zoals GeOg en/of PgOj en Vergelijke, met een bepaald gehalte moet worden ingevoerd, welk gehalte wordt bepaald door het vermogen van het stelsel voor dat leveren van de uitgangsma-20 teriaaldamp. Op te merken is, dat in.de figuren 1 en 2, de brekingsindex van de kern bij het weringlaag-kerntussenvlak met een waarde n groter is dan de brekingsindex van het onderlaagbuismateriaal of de bekleding. Gemeend wordt dat een dergelijke trapvergroting in de kern-brekingsindex van het weringlaagkerntussenvlak,de· pulsspreiding van 25 de hogere ordemodi veroorzaakt, die een kleinere bandbreedte tot gevolg hebben. In elk voorbeeld is silieiumdioxyde weergegeven als het onderlaagbuismateriaal met een brekingsindex van 1,^570, waarbij de brekingsindex bij de hartlijn 18 en 20 van de draden volgens de figuren 1 en 2, gelijk is aan 1,^766. Het is duidelijk, dat de brekingsindices 30 gelden voor een golflengte van ongeveer 630 nm voor een draad met een numerieke apertuur van ongeveer 0,2L.

De kranme U8 van fig. 13 toont de pulsverbreding, die is waargenomen bij een gebruikelijk samengesteld trap-gegradueerd profiel. Het hoge, smalle gedeelte van de impulsie wordt ver-35 schaft door het gegradueerde gedeelte van het brekingsindexprofiel, 7905802 5 waarbij de brede onderkant, die zich naar rechts uitstrekt, is veroorzaakt door het trapgedeelte van het profiel. De bandbreedte van de draad, weergegeven door de kroume U8 van fig. 13, is gemeten op 260 mHz. voor een lengte van 1 km.

5 Een gewoonlijk gebruikte werkwijze voor het vervaar digen van bijvoorbeeld optische golfpijpen met een gegradueerde index en een GeOg-SiC^-BgO^- of SiC^-GeOg-B^O^-PgO^-kem, is weergegeven in de fig. 3 en l·, waarbij de gelijktijdige vermindering van het BgOs-gehalte en het invoeren van bepaalde gehalten van GeOg en/of PgOj. 10 een trapvergroting veroorzaakt in de brekingsindex bij de rand van de kern, en leidt tot het trap-gegradueerde profiel van fig. 1, zoals hiervoor beschreven. Daarentegen is de werkwijze, weergegeven in fig. 5, die de tweede soort ongewenst trap-gegradueerd profiel, weergegeven in fig. 2, vertoont, het gevolg wanneer bepaalde gehalten van 15 GeOg en/of PgO<_ worden gebruikt, in de weringlaag samen met BgO^» en de hoeveelheid B^O^ in de weringlaag onvoldoende is voor het vereffenen van de verhoging van de brekingsindex als gevolg van de aanwezige hoeveelheid GeOg en/of PgO,-. In een dergelijke omstandigheid wordt een trapvergroting veroorzaakt in de brekingsindex bij het bekleding-20 weringlaagtussenvlak, welke vergroting leidt tot het trap-gegradueerde indexprofiel van fig. 2.

Hoewel de figuren 3, U en 5 de uitgangsmaterialen weergeven als de chloriden en dergelijke van borium, silicium, germanium en fosfor, is het duidelijk, dat deze uitgangsmaterialen onder 25 invloed van zuurstof en warmte reageren en de betrokken oxyden leveren. De gebruikte uitdrukking "dampfase-oxydatie" omvat ook het chemisch opdampen en andere dampfase-oxydatiewerkwij zen. De uitdrukking "chemisch opdampen" betekent de vorming van afzettingen door chemische reacties, die plaats vinden op, bij of nabij het afzettingsoppervlak.

30 Deze definitie is uiteengezet op blz. 3 van het boek "Vapor Deposition", uitgegeven door C.F. Powell c.s., Hew York, John Wiley & Sons, Ine., 19ββ. Elke algemeen bekende wijziging van de werkwijze kan worden gebruikt voor het tot stand brengen van het afzetten van de passende glasbekieding door de chemische opdampwerkwijze, zoals bijvoorbeeld 35 beschreven op blz. 263 van het genoemde boek, waar is gesteld: "Een 7905802 6 ander middel voor het verkrijgen van een regelmatige "bekleding, welk middel tevens een grote afzettingsdoelmatigheid kan geven, en in het "bijzonder toepasbaar is voor het bekleden van de inwendige oppervlakken van buizen met een kleine boring, bestaat uit het verwarmen van 5 slechts een klein gedeelte van de buis tot de afzettingstemperatuur.... Het tot de afzettingstemperatuur verwarmde gedeelte wordt langzaam over de totale te bekleden lengte of het totale te bekleden gebied van de buis bewogen." In dit verband wordt tevens verwezen naar het Amerikaanse octrooischrift 3.031.338.

10 Een ander doeltreffend middel voor het aanbrengen van bekledingen door dampfase-oxydatie bestaat uit het sinteren van een roetlaag van het gewenste materiaal, aangebraeht door vlamhydrolyse, soortgelijk aan hetgeen is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 2.272.3^2 of 2.326.059.

15 De uitvinding is er op gericht de vorming van het trapgedeelte van het profiel te voorkomen en in plaats daarvan te voorzien in een zuiver gegradueerde index van brekingsindexprofielen zoals geïllustreerd in figuren 6 of 7. Zoals weergegeven in kromme 52 van figuur 12 heeft de draad van de uitvinding veel minder verbre-20 ding en een gemeten bandbreedte van 910 mHz bij een lengte van 1 km.

De verminderde pulsverbreding en de grotere bandbreedte worden bereikt door het opheffen van het trapgedeelte van het trap-gegradueer-de'profiel. Tevens wordt de numerieke apertuur vergroot, de Rayleigh verstrooiing verminderd en de infrarood-absorptie van B-0 vibratieban-25 den in het spectrale bereik tussen 1,2 ·εη 1,5 micrometer verminderd.

Meer in het bijzonder wordt volgens de uitvinding voorzien in een optische draad met grote bandbreedte en gegradueerde index, omvattende een buitenste bekledingslaag met een voorafbepaalde brekingsindex, een weringlaag op het binnenwand-oppervlak van de 30 bekledingslaag die een basisglas en ten minste een doteermiddel omvat, waarbij de hoeveelheid van het basisglas en het doteermiddel over de gehele dikte van de weringlaag vrijwel uniform zijn, alsmede een kern van zeer zuiver glas, voorzien van een gegradueerde brekingsindex, opgesteld in de weringlaag en daaraan vastgehecht ter vorming van een 35 grensvlak daartussen, welke kern in wezen bestaat uit een basisglas 7905802 7 en een of meer doteermiddelen, welke draad daardoor is gekenmerkt, dat een of meer doteermiddelen een ander doteermiddel dan om vatten en zijn opgenomen in een zodanige hoeveelheid dat over de dwarsdoorsnede van de kern een vrijwel ononderbroken variërende ge-5 gradueerde brekingsindex van het grensvlak naar de as van de kern wordt geleverd, welke kembrekingsindex bij het grensvlak vrijwel gelijk is aan of kleiner dan de brekingsindex van de weringlaag bij het grensvlak, waarbij op zijn beurt de brekingsindex van de weringlaag ten hoogste gelijk is aan die van de bekledingslaag, 10 De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:

Figuur 1 een grafische illustratie is van een trap-gegradueerd brekingsindexprofiel van een bekende golfpijp; figuur 2 een grafische illustratie is van een ander 15 trap-gegradueerd brekingsindex-profiel van een golfpijp met kleine bandbreedte; figuren 3 en ^ een grafische illustratie zijn van bekende werkwijzen voor het invoeren van uitgangs-damp-materialen bij de vorming van optische golfpijpen met een trap-gegradueerd bre-20 kings indexprofiel; figuur 5 een grafische illustratie is van de methode voor het inbrengen van uitgangsdampmaterialen bij de vorming van de golfpijp met het trap-gegradueerde brekingsindexprofiel van figuur 2; figuren 6 en 7 grafische voorstellingen zijn van de 25 optische draden volgens de uitvinding met grote bandbreedte en gegradueerde index; figuur 8 een ruimtelijk aanzicht is van een optische golfpijp van de uitvinding; figuren 9 en 10 grafische illustraties zijn van de 30 werkwijze volgens de uitvinding voor het inbrengen van uitgangsdampmaterialen bij de vorming van de optische draden met grote bandbreedte; figuur 11 een grafische voorstelling is van het hoofdmodusgetal versus vertragingstijd van een optische golfpijp gevormd volgens de uitvinding vergeleken met een bekende golfpijp, en 35 figuur 12 een grafische illustratie is van de band- 7905802 8 breedte weergegeven door tijd versus energie van een optische golfpijp gevormd volgens de uitvinding vergeleken met een bekende golfpijp.

Op te merken is dat de tekeningen illustratief en 5 symbolisch zijn voor de uitvinding en geen schaal of onderlinge verhoudingen van de weergegeven elementen aangeven.

Eenvoudigheidshalve wordt de uitvinding beschreven in samenhang met de vorming van optische golfpijp-voorvormen met grote bandbreedte en een gegradueerde index en de golfpijpen zelf, 10 waarbij het grondglas bestaat uit siliciumdioxyde, hoewel de uitvinding daartoe niet beperkt is.

Twee voorbeelden van optische draden met grote bandbreedte en een gegradueerde index gemaakt van voorvormen of grondvormen, volgens de uitvinding, warden geïllustreerd in figuren 6 en 15 7· Figuur 8 toont een gebruikelijke optische golfpijp 22 gevormd vol gens de uitvinding. In figuren 6 en 8 is de vrije gegradueerde brekings-indexkern 2k aangegeven door kromme 26 waarbij de weringlaag 28 is aangegeven door het vlakke gedeelte 30. Het uitgangsdeel of de onder-laagbuis 32, die uiteindelijk de golfpijpbekleding vormt, is weerge-20 geven door het vlakke gedeelte 3^ in figuur 6. Het is duidelijk dat de weringlaag het eerst afgezet materiaal op het inwendige oppervlak van de onderlaagbuis omvat, waarbij de weringlaag soms wordt aangeduid als de afgezette bekleding. Het onderlaagbuismateriaal toegepast in de uitvinding is siliciumdioxyde-basisglas dat 2 mol# GeO^ als 25 doteermiddel bevat, terwijl daarvan de brekingsindex van het bekle-dingsgedeelte weergegeven in de figuur 6 gelijk is aan 1,1*595, hetgeen 0,0025 groter is dan de brekingsindex van het siliciumdioxyde-basisglas. Dit geldt voor elk van de illustraties in figuren 6 en 7 voor een eenvoudige beschrijving van de uitvinding en een gemakkelijke 30 vergelijking. Voor het bevorderen van deze doeleinden is de brekingsindex bij elk van deze voorbeelden bij de hartlijnen 36 en 38 van de optische golfpijpen van figuren 6 en 7 resp. bij benadering 1,1*787, terwijl de weringlaag een dikte "b" van elk bij benadering 1 micrometer en van de kernstraal "a" bij benadering 31,25 cm is.

35 De werkwijze volgens de 'uitvinding voor het vormen 7905802 9 van een voorvorm of een grondvorm, alsmede de optische draad zelf kan een willekeurige werkwijze zijn, zoals b.v. beschreven in de Amerikaanse octroorschriften 3*923.995 en 3*Tl 1.262 als eerder genoemd. Elke andere werkwijze voor het vormen van optische golfpijpen met ge-5 gradueerde index is tevens voor de doeleinden van de uitvinding geschikt. Hoewel elke bekende methode ter vorming van de uitgangsorga-nen of de onderlaagbuis kan worden toegepast, beschrijven de hiervoor genoemde Amerikaanse octrooischriften werkwijzen voor het vormen van de buis die voor de uitvinding geschikt zijn.

10 In figuren 9 en 10 zijn twee werkwijzen weergege ven voor het vormen van de optische golfpijp volgens figuren 6 en 7 met hoge bandbreedte, gegradueerde index en vrije kern. Op te merken is dat figuren 9 en 10 de uitgangsmaterialen illustreren, te weten de chloriden en dergelijke van borium, silicium, fosfor en ger-15 maniurn, welke materialen onder invloed van zuurstof en warmte reageren onder vorming van de betrokken oxyden. Het in figuren 9 en 10 geïllustreerde basisglas bestaat uit siliciumdioxyde waaraan selectief BgO^, Ge02 en is toegevoegd. Het uitgangsdeel of de onderlaag bestaat in elk voorbeeld uit siliciumdioxyde gedoteerd met GeO^. 20 De weringlaag wordt gevormd door het aanbrengen van een aantal materiaallagen op het inwendige oppervlak van de onderlaagbuis, waarbij de samenstelling van de weringlaag in hoofdzaak overal regelmatig is met een in hoofdzaak gelijkblijvend gehalte aan siliciumdioxyde, P20^, Ge02 en naar keuze BgO^· Zoals weergegeven in 25 figuur 9 worden de gehalten van PgO^ en Ge02 in de weringlaag op een peil gehouden waarbij de brekingsindex van de weringlaag kleiner is dan die van het siliciumdioxyde-basisglas gedoteerd met GeQg, zoals weergegeven door het vlakke gedeelte 30 van figuur 6. Meer in het bijzonder ligt de brekingsindex van de barrièrelaag in het in figuur 6 30 weergegeven voorbeeld, ongeveer 0,000¼ lager dan die van de gedoteerde siliciumdioxyde-bekleding. Voor het verkrijgen van de gegradueerde indexkem zoals weergegeven door kromme 26 van figuur 6 wordt de hoeveelheid Ge02 en ?2^5 keramateriaalsamenstelling afgezet over de weringlaag geleidelijk verhoogd wanneer elke opvolgende laag van 35 kernmateriaal wordt afgezet. Het is duidelijk dat de kern kan worden 7905802 10 gevormd door het aanbrengen van een aantal lagen kernmateriaal totdat de gewenste dikte van de kemlaag is bereikt.

Omdat de weringlaag en de kern in fig. 9 elk en GeO^ bevatten, en er geen plotselinge verandering plaatsvindt in 5 de hoeveelheden van deze doteermiddelen, noch het plotseling inbrengen van een nieuw doteermiddel wanneer de kern wordt gevormd over de weringlaag, heeft het daaruit ontstane golfpijpprofiel zoals geïllustreerd in figuur 6 niet het trap-gegradueerd- indexprofiel van de bekende golfpijpen. Het is duidelijk dat de verandering in de hoe-10 veelheid PgO^ en GeO^ in de kerndikte op een voorafbepaalde wijze is geprogrammeerd voor het zodoende verkrijgen van een voorafbepaald, gewenst dwarsdoorsnedeprofiel van de uiteindelijke optische golfpijp.

In figuur 10 wordt een werkwijze voor het vormen van de optische golfpijp met hoge bandbreedte en gegradueerde index 15 van figuur 7 geïllustreerd. Onder tevens verwijzen naar figuur 8 is de gegradueerde brekingsindex van de.BgO^ vrije kern 2k in figuur 7 aangegeven door kromme ho, waarbij de weringlaag 28 is aangegeven door het vlakke gedeelte b2. Het uitgangsdeel of de onderlaagbuis 32, die uiteindelijk de golfpijpbekleding vormt, is weergegeven door het 20 vlakke gedeelte Uk in fig. 7. Zoals weergegeven in figuur 10 worden de gehalten BgOgs ^2^5 en werinSÏaaS °P een peil gehouden waardoor de brekingsindex van. de weringlaag in hoofdzaak gelijk is aan die van het uitgangsdeel van het met GeO^ gedoteerde siliciumdi-oxyde als weergegeven door het vlakke gedeelte k2 van figuur 7. Voor 25 het verkrijgen van de kern met gegradueerde index als weergegeven door kromme U0 van figuur 7, wordt zoals blijkt uit figuur 10 de hoeveelheid in de kernmateriaalsamenstelling afgezet over de wering laag totaal verwijderd, terwijl de hoeveelheid Ge02 en P20^ in de kernsamenstelling aanvankelijk scherp wordt verlaagd en daarna geleide-30 lijk in elke opvolgende laag wordt verhoogd. Het is duidelijk dat de kern kan worden gevormd door het aanbrengen van een aantal lagen kernmateriaal totdat de gewenste dikte van de kernlaag is bereikt. Aangezien volledig uit het kernmateriaal wordt verwijderd en de hoeveelheden van elk GeOg en scherp worden verlaagd wanneer de eer- 35 ste laag kernmateriaal over de weringlaag wordt af gezet, is er een 7905802 11..

plotselinge verlaging in de brekingsindex bij het weringlaag-kern-grensvlak als geïllustreerd door het profiel in figuur 7· Men ziet derhalve dat het verkregen golfpijpprofiel zoals geïllustreerd in figuur 7 rzü het trap-gegradueerd indexprofiel heeft met een trapver-5 groting in de kernbrekingindex van de bekende golfpijpen. Men zal begrijpen dat de verandering in de hoeveelheid en GeOg binnen de kerndikte op voor afbepaalde wijze wordt geprogrammeerd teneinde een voorafbepaald gewenst dwars door snede-profiel van de uiteindelijke optische golfpijp te verkrijgen. Het is tevens duidelijk dat hoewel de 10 werkwijzen geïllustreerd in figuren 9 en 10 ter vorming van optische golfpijpen van figuren 6 en 7 beschreven zijn in samenhang met B^O^, en GeOg als doteermiddelen andere doteermiddelen of combinaties daarvan kunnen worden toegepast met uitzondering dat de kern vrij is van Wanneer andere doteermiddelen of combinaties daarvan worden 15 toegepast dienen de hoeveelheden daarvan op de juiste wijze te worden geprogrammeerd, zoals duidelijk is, teneinde een voorafbepaald gewenst dwarsdoorsnedeprofiel te verkrijgen. Voor een beter begrip van de voordelen van de uitvinding wordt verwezen naar figuren 11 en 12. Kromme k6 in figuur 11 en kromme U8 in figuur 12 zijn verkregen 20 onder gebruikmaking van een bekende optische golfpijp van b.v. de in figuur 1 weergegeven soort, waarbij de krommen 50 van figuur. A1 en 52 van figuur 12 werden verkregen onder gebruikmaking van een optische golfpijp volgens de uitvinding zoals b.v. weergegeven door figuur 6. Het zal duidelijk zijn dat kromme 50 van figuur 11 en kronme 52 van 25 figuur 12 slechts illustraties zijn van de lijn van de gegevens van de golfpijpen van de uitvinding en geen gemeten gegevens voorstellen. In figuur 11 wordt de vertragingstijd in nanosec. per km weergegeven als functie van het hoofdmodusgetal (m) voor optische golf geleiders, waarvan de gemeten en geïllustreerde gegevens worden voorgesteld door 30 resp. krommen k6 en 50. Met betrekking tot figuur 11 wordt ook verwezen naar een artikel getiteld "Differential Mode Attenuation in Graded-Index Optical Waveguides" door Sobert Olshansky, gepubliceerd op blz. k23 van de Technical Digest van de 1977 International Conference on Integrated Opties and Optical Fiber Communications, Tokio, Japan. Het 35 hoofdmodusgetal "m" staat in verband met de Lanseerplaats "r" van een 79058 02 12 laservlak bij het ingangseinde van een vezel volgens de vergelijking: m = M (r/a)^ waarin 'V de kernstraal en nM" de maximumwaarde van het hoofdmodusgetal is gegeven door 5 M * 1/2 n^ka waarin "n^" de brekingsindex van de hartlijn is, "k" gelijk is aan 2 r / a , λ de golflengte is in de vrije ruimte (799 nm voor de in figuur 11 weergegeven gegevens) en A gelijk is aan (n1 - n2)/(n.j), waarin de brekingsindex van de bekleding is. Als gevolg van de 10 trap-toename in het brekingindexprofiel bij het kernweringlaaggrens-vlak van de in figuur 1 weergegeven golfpijp ontstaat een grote ver-tragingstijdverschuiving voor hogere ordemodi, voortgeplant door een dergelijke golfpijp, als gevolg waarvan een grote rms pulsbreedte van 0,69 ns wordt geproduceerd zoals te zien is aan krcmme k6 van 15 figuur 11. Wanneer de gedaante van het brekingsindexprofiel overeenkomstig de uitvinding wordt gecorrigeerd, zoals weergegeven in figuur 6, is de vertragingsverschuiving zoals weergegeven door kromme h6 in figuur 11, opgeheven, zoals aangetoond door de illustratieve en representatieve kromme 50. Te zien is dat de rms pulsverbreding weer-20 gegeven door kromme 50 van figuur 11 is verminderd tot ongeveer 0,21 ns.

Onder het aanvullend verwijzen naar figuur 12, waarin de kromme U8 gegevens vertegenwoordigt van de in figuur 1 weergegeven bekende optische golfpijp, wordt de pulsbreedte " <3* " van 0,69 ns mathematisch vertaald in een bandbreedte van 0,28 GHz. De gemeten 25 bandbreedte was 2é0 mHz, Daarentegen wordt de optische golfpijp van de uitvinding van figuur 6 weergegeven door kromme 50 van figuur 11 en kromme 52 van figuur 12 met een pulsbreedte ” <J " van 0,21 ns mathematisch vertaald in een bandbreedte van ongeveer 0,95GHz.

Voor vergelijkings- en informatiedoeleinden zijn de 30 gegevens met betrekking tot de chemische opdampwerkwijze weergegeven door figuren 3 en 1», met welke werkwijze de bekende optische golfpijpen weergegeven door figuur 1 zijn gevormd, en de berekende werk-wijzegegevens voorgesteld door figuur 5, welke werkwijze wordt geacht de door figuur 2 weergegeven optische golfpijp te leveren, ver-35 meld in de tabel A. De gegevens van het voorbeeld van figuren 1 en k 7905802 13 zijn weergegeven door kromme 46 van figuur 11 en kromme 48 van figuur 12.

TABEL· A

Vb. Reactiebestand- Weringlaag Kern delen stroming reactie- stroming reactie- 5___bestanddeel_bestanddeel figuren SiC1^ 0,6 g/min 0,6 g/min 1 en 3 GeC1^ - 0,05 tot 0,465 g/min q q BC1^ 20 cm/min 5 cmJ/min figuren SiC1^ 0,6 g/min 0,6 g/min 10 1 en 4 GeC1^ - 0,05 tot 0,465 g/min P 0C1, - 0,04-9 g/min 3 3 3 BC1^ 20 cm /min 5 cm /min figuren SiCI^ 0,6 g/min 0,6 g/min 15 2 en 5 GeC1^ 0,2 g/Eia 0,2 tot 0»465 g/min q q BC1^ 20 cm /min 20 tot 5 cm /min

Voor elk van de voorbeelden van tabel A is de over-3 0 maat zuurstof gelijk aan 1000 cm /min, de temperatuur 1750 C en de 20 dwars snelheid voor het aanbrengen van de lagen 15 cm/min voor zowel de weringlaag als de kern; waarbij de weringlaag wordt gevormd door drie doorgangen of lagen en de kern wordt gevormd door 60 doorgangen of lagen. De resulterende optische golfpijp heeft een uitwendige diameter van ongeveer 125 micrometer, een kerndiameter van 62,5 micro-25 meter en een weringlaagdikte van ongeveer 1 micrometer, hoewel de weringlaag desgewenst tussen ongeveer 1 en 10 micrometer kan liggen.

Hu volgt een gebruikelijk voorbeeld van het vervaardigen van een optische golfpijp voorzien van een profiel zoals weergegeven in figuur 6 en gevormd door de werkwijze als geïllustreerd 30 in figuur 9 van de uitvinding. Een onderlaagbuis van siliciumdioxyde met 2 mol$ GeO^ met een uitwendige diameter van 25 mm. en een wand- 7905802 14.

dikte van 1,275 nam werd gemonteerd in een tekende afzetlade, De samenstellende reactiebestanddelen SiCl^, GeCl^ en POCl^ werden aan de onderlaagbuis afgeleverd volgens bekende chemische op dampsystemen. Illustratieve parameters van werkwijze van dit voorbeeld zijn mathe-5 matisch berekend en geschat in de nu volgende tabel B.

TABEL B

Vb. Reactiebestand- Weringlaag Kern delen stroming stroming reactie- react'iebe- bestanddeel _standdeel 10 figuren SiCl^ 0,6 g/min 0,6 g/min 6 en 9 GeCl^ 0,04 g/min 0,04 - 0,46 g/min P0C13 0,0059 g/min 0,0059 - 0,20 g/min

Voor het voorbeeld van tabel B was de geleverde over-maat zuurstof ongeveer 1000 cm!/min, de vormtemperatuur ongeveer 1750°C 15 en de dwarssnelheid voor het aanbrengen van de laag ongeveer 15 cm/min voor zowel dé weringlaag als de kern; waarbij de weringlaag werd gevormd door drie doorgangen of lagen en de kern door 60 doorgangen of lagen.

De aldus gevormde grondvorm of voorvorm werd vervol-20 gens verhit tot een temperatuur van ongeveer 2200°C, gedraaid met een snelheid van 60 - 90 omw/min, waarna het middengat samenklapte en een massieve voarvorm werd gevormd. De massieve voorvorm werd vervolgens gemonteerd in een bekende trekinrichting, waarbij het einde daarvan werd verhit tot een temperatuur van ongeveer 2000°C en getrokken tot 25 optische golfpijpdraad, voorzien van een dwarsdoorsnedeprofiel als weergegeven in figuur 6, en de eigenschappen als weergegeven door kromme 50 van figuur 11 en kromme 52 van figuur 12. De verkregen optische golfpijp had een uitwendige diameter van ongeveer 125 micrometer, een kerndiameter van ongeveer 62,5 micrometer en een wering-30 laagdikte van ongeveer 1 micrometer. De silicabekleding met 2 mol5»

GeOg had een brekingsindex van ongeveer 1,4595, de weringlaag die 1 mol% van elk GeOg en PgO^ bevatte met als rest siliciumdioxyde had een brekingsindex van ongeveer 1,4591 en de kern bij de centrale hart- 7905802 15 lijn 36 die ongeveer 15 mol# GeO^ en ongeveer U mol# PgO,- “bevatte met als rest de siliciumdioxyde had een brekingsindex van ongeveer 1,^787 · In een ander voorbeeld van de uitvinding -wordt gebruik gemaakt van hetzelfde afgiftesysteem en de chemische opdamp-5 lade als beschreven in het vorige voorbeeld. Een siliciumdioxyde-buis die 2 mol# GeOg bevatte met een buitendiameter van 25 mm en een wanddikte van 1,275 mm werd gemonteerd in een afzettingslade. De werkwijze-parameters ter vorming van een optische golfpijp met een brekingsindexprofiel als geïllustreerd in figuur 7 volgens de werk- e 10 wijze geïllustreerd door figuur 10 zijn mathematisch berekend en geschat zoals vermeld in tabel C.

TABEL· C

Vb. Reaetiebestand- Weringlaag Kern delen stroming stroming reactie- reactiebe- bestanddeel 15 _standdeel___

SiCl^ 0,6 g/min 0,6 g/min figuren GeCl^ 0,23 g/min 0,02 - 0,½ g/min 7 en 10 P0C1, 0,05 g/min 0,0½ - 0,20 g/min 5 3 BCl^ 30 cm /min geen 20 Voor het voorbeeld van tabel C is de geleverde over- 3 maat zuurstof ongeveer 1000 cm /min, de vormtemperatuur ongeveer 1750 cm en de dwarssnelheid voor het aanbrengen van de lagen ongeveer 15 cm/min, voor zowel de weringlaag als de kern; waarbij de wering" laag wordt gevormd door drie doorgangen of lagen en de kern door 60 25 doorgangen of lagen.

Kadat de voorvorm of grondvorm als beschreven is vervaardigd, wordt deze verhit tot een temperatuur van ongeveer 2200°C, gedraaid met een snelheid van 60 - 90 omv/min, waarna het middengat samenklapt en een massieve vorm wordt verkregen. Het aldus gevormde 30 voorwerp wordt aansluitend gebracht in een bekende trekinrichting, het einde daarvan verhit en een draad met een butendiameter van ongeveer 125 micrometer, een keradiameter van ongeveer 62,5 micrometer en een weringlaag van ongeveer 1 micrometer wordt op op zichzelf bekende 7905802 16 wijze getrokken. De aldus gevormde golfpijp dient een brekingsindex-profiel als geïllustreerd door figuur 7 te "bezitten. De silicium-dioxydebekleding die 2 mol# GeO2 bevatte had een brekingsindex van ongeveer 1,1+595» de veringlaag die 5,7 mol# GeO^, 1 mol# ^2^5 en 5 10 mol# BgO^ met als rest silieiumdioxyde bevatte had. tevens een bre kingsindex die niet groter was dan ongeveer 1,1+595, de eerste kern-doorgang of laag die 1 mol# van zowel GeOg als met als rest sili-ciumdioxyde bevatte had een brekingsindex van 1,1+591 en de kern bij de centrale as 38 die ongeveer 15 mol# GeO^ en 1+ mol# PgO^ met als 10· rest silieiumdioxyde bevatte had een brekingsindex van ongeveer 1,1+787*

Men zal begrijpen dat het centrale gat van elk van de golfpijpvoorvormen of grondvormen uit de voorafgaande voorbeelden bij het eind van de bekledingsmethode zal inklappen of inzakken zoals beschreven of de voorvorm kan aansluitend opnieuw worden verhit waar-15 "bij het gat samenklapt of het gat kan desgewenst gedurende het rekken worden samengeklapt.

7905802

Claims

1T

1. Optische draad met grote bandbreedte en een gegra dueerde index welke draad een uitwendige bekledingslaag omvat met een voorafbepaalde brekingsindex, verder een weringlaag op het inwendige wandoppervlak van de bekledingslaag, welke weringlaag een grond-5 glas en tenminste een doteermiddel omvat, waarbij de hoeveelheid van het grondglas en het doteermiddel door de gehele dikte van de weringlaag in hoofdzaak regelmatig is, en een kern uit zeer zuiver glas, met een gegradueerde brekingsindex, welke kern zich in de weringlaag bevindt en daaraan is gehecht onder vorming van een grensvlak 10 daartussen, waarbij de kern in hoofdzaak bestaat uit een grondglas en een of meer doteermiddelen, met het kenmerk, dat een of meer van de doteermiddelen een ander doteermiddel omvatten dan dat is opgenomen in een hoeveelheid waardoor over de dwarsdoorsnede van de kern een nagenoeg gelijkmatig variërende gegradueerde brekingsindex 15 van genoemd grensvlak tot de hartlijn van de kern wordt geleverd, waarbij de kernbrekingsindex bij genoemd"grensvlak nagenoeg gelijk is aan of kleiner dan de brekingsindex van de weringlaag bij het grensvlak, en de brekingsindex van de weringlaag op zijn beurt ten hoogste gelijk is aan die van de bekledingslaag.

2. Draad volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bekledingslaag is samengesteld uit siliciumdioxyde dat GeO^ bevat.

3- Draad volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de doteermiddelen in de weringlaag en de kern GeO^ en/of P^O^ omvatten. 25 h. Draad volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat een van de doteermiddelen, uitsluitend in de weringlaag, omvat.

5. Werkwijze voor het voimen van een voorvorm van een optische draad met grote bandbreedte, waarbij wordt uitgegaan van een cilindrisch buisvormig uitgangsorgaan gevormd van een grondglas 30 en ten minste ëén doteermiddel voor het vergroten van de brekingsindex van het buisvormige uitgangsorgaan boven die van het grondglas, een weringlaag wordt gevormd omvattende een grondglas en ten minste één extra doteermiddel aan het binnenwandoppervlak van het buisvor- 7905802 uiige uitgangsorgaan, de hoeveelheid van het grondglas en het doteer-middel binnen de weringlaag vrijwel regelmatig door de dikte van de weringlaag wordt gehandhaafd en een keralaag wordt gevormd door het aanbrengen van een veelvoud van lagen van een kernmateriaal dat in 5 wezen bestaat uit een grondglas van hoge zuiverheid en een of meer doteermiddelen over de genoemde weringlaag waardoor een grensvlak tussen de weringlaag en de keralaag wordt gevormd, welke keralaag een gegradueerde brekingsindex van genoemd grensvlak tot de centrale hartlijn van de voorvorm heeft, met het kenmerk, dat de genoemde een of 10 meer doteermiddelen in het kernmateriaal aangebracht bij het vormen van de keralaag een doteermiddel anders dan omvatten, waarbij de hoeveelheid van het doteermiddel in het kernmateriaal in een eerste van de veelvoud van lagen aangebracht op de weringlaag zodanig is dat bij het grensvlak een brekingsindex wordt geleverd die nagenoeg 15 gelijk is aan of kleiner dan die van de weringlaag, waarbij de hoeveelheid van het doteermiddel in achtereenvolgende lagen van kernmateriaal aangebracht over de weringlaag geleidelijk varieert van het grensvlak naar de centrale hartlijn van de voorvorm op een voorafbepaalde wijze zodat een gewenste gegradueerde brekingsindex over de 20 dwarsdoorsnede van de keralaag wordt verkregen, waarbij een zodanige hoeveelheid van ten minste een extra doteermiddel in de weringlaag aanwezig is dat aan de weringlaag een brekingsindex wordt verleend die ten hoogste gelijk is aan de brekingsindex van het buisvormige uitgangsorgaan»

6. Werkwijze volgens conclusie 5* met het kenmerk, dat een cilindrisch buisvormig uitgangsmateriaal van siliciumdioxyde dat GeOg bevat wordt geleverd. J. Werkwijze volgens conclusies 5 of 6, met het kenmerk, dat de doteermiddelen in de wering en kernlagen GeO^ en/of om- 30 vatten.

8. Werkwijze volgens conclusies 5-7, met het kenmerk, dat een van de doteermiddelen uitsluitend in de weringlaag aan wezig is.

9· Werkwijze volgens conclusies 5-8, met het kenmerk, 35 dat het centrale gat van de voorvorm wordt samengeklapt ter vorming 7905802 van een massief voorwerp.

10. Werkwijze volgens conclusie 9» met tiet kenmerk, dat het centrale gat wordt samengeklapt door de voorvorm te verhitten onder vorming van een massief voorwerp, de aldus gevormde structuur 5 wordt verhit tot de strektemperatuur van het materiaal ervan, en de verhitte structuur wordt gestrekt onder vermindering van de dwarsdoorsnede ervan ter vorming van een optische draad met voor afbepaalde gewenste eigenschappen. 790 5 8 02