DE3149168C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser in einem Muffelofen durch Hydrolisieren eines gasförmigen, glasbildenden Materials, wobei mittels einer Druckdifferenz ein Gasstrom kontinuierlich durch den Muffelofen geleitet wird, der über eine Gasauslaßleitung austritt, sowie eine Vorrichtung nach diesem Verfahren.

Das Gebiet der Faseroptik hat in zunehmendem Maße die Aufmerksamkeit von Forschern und Entwicklern auf sich gezogen. Die Technologie ist inzwischen soweit fortgeschritten, daß kommerziell verwendbare optische Fasern für Kommunikationszwecke herstellbar sind. Weitere Untersuchungen sind auf die Verringerung der Übertragungsverluste solcher Fasern, insbesondere die Minimierung von Schwankungen der axialen Verteilung des Brechungsindex, gerichtet.

Eine herkömmliche Vorrichtung zur Herstellung von Vorformen für optische Fasern ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Dabei ist am Boden eines Muffelofens 1, d. h., eines zum Schutz dienenden Reaktions-Behälters (der üblicherweise ein inneres Volumen von ungefähr 2 l bis 200 l hat) ein Knallgas-Brenner 2 angeordnet. Der Brenner weist im allgemeinen mehrere Düsen auf, durch die ein glasbildendes Material und ein Dotierungsmittel für die Modifikation des Brechungsindex des Glases nach oben austreten, wobei sich eine vorgegebene Verteilung der Gase im Inneren des Muffelofens einstellt. Das glasbildende Material wird durch die Brennerflamme hydrolysiert, so daß sich Glasteilchen als Verbrennungsprodukt 4 ablagern, und zwar zu Beginn auf der Spitze einer dem Brenner zugewandten Tragstange 3 und dann auf der sich bildenden Vorform, wenn die Stange unter Drehung nach oben gezogen wird.

Als Ergebnis der Flammenhydrolyse werden jedoch in den Muffelofen Reaktionsgase eingebracht, wie beispielsweise Wasserdampf, Chlorwasserstoff und Chlor; diese Gase haben ungünstige Auswirkungen auf die Verteilung des Brechungsindex und andere Eigenschaften der Vorform. Um diesen Einfluß der Reaktionsgase auszuschalten, ist der Muffelofen 1 mit einer Öffnung 5, durch die Luft zugeführt wird, und mit einer Auslaßöffnung 6 versehen, durch die unerwünschte Gase nach außen abgegeben werden. Die Auslaßöffnung 6 ist mit einem Auslaßrohr 7 verbunden, das ein eine Behandlungseinrichtung 8 für das Abgas angeschlossen ist (üblicherweise mit einer Querschnittsfläche von ungefähr 2 cm² bis ungefähr 80 cm²). Diese Behandlungseinrichtung 8 ist wiederum mit einem Gebläse 9 verbunden, welches das Abgas aus der Vorrichtung absaugt. Die Behandlungseinrichtung 8 für das Abgas ist üblicherweise ein Waschturm, in dem das Abgas in Berührung mit Wasser oder einer wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung kommt, wobei der durch die Reaktion zwischen dem Siliziumchlorid und dem Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch erzeugte Chlorwasserstoff mit der wäßrigen Natriumhydroxyd-Lösung neutralisiert wird, um eine Verunreinigung der Umgebung zu vermeiden.

Bei diesem Aufbau wird das Gas durch die Öffnung 5 zugeführt; nach der Reaktion werden die Reaktionsgase durch die Einrichtung 8 behandelt und dann nach außen an die Atmosphäre abgegeben. Neben den Reaktionsgasen treten durch die Auslaßöffnung 6 auch feine, nicht im Muffelofen abgelagerte Glasteilchen aus. Durch Niederschlag eines Teils dieser Glasteilchen und teilweiser Kondensation der aus dem Muffelofen austretenden Reaktionsgase auf der Innenwand des Rohrs 7 kommt es infolge von Verringerung des Rohrquerschnitts zu einer Erhöhung des Strömungswiderstands für die durch das Rohr 7 strömenden Gase.

Wenn das Abgas kontinuierlich unter der Wirkung des Gebläses 9 aus der Behandlungseinrichtung 8 nach außen abgegeben wird, bewirkt der sich ständig erhöhende Strömungswiderstand des Rohrs 7 eine Änderung der Abgasmenge, die durch die Auslaßöffnung 6 abgegeben wird, wodurch sich wiederum die Gasmenge ändert, die durch die Öffnung 5 zugeführt wird. Als Folge hiervon wird die Form der Flamme von dem Brenner 2 oder die Lage der Flamme relativ zu der Ablagerungsfläche auf der Tragstange 3 bzw. der sich bildenden Vorform geändert. Außerdem ändert sich die Temperatur in dem Muffelofen und insbesondere die Oberflächentemperatur des Abscheidungsproduktes 4 im Bereich der Ablagerungsfläche, wodurch schließlich eine Variation in der Verteilung der feinen Glasteilchen in dem Abscheidungsprodukt und/oder in der Verteilung des Brechungsindex der schließlich erhaltenen optischen Faser bewirkt wird. Aus diesen Gründen ist es extrem schwierig, mit dem herkömmlichen Verfahren eine qualitativ wertvolle Vorform herzustellen.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform nach diesem Verfahren zu schaffen, wobei sich aus der Vorform eine Glasfaser mit minimaler Änderung der axialen Verteilung des Brechungsindex erzeugen läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von einer Änderung der Gasströmung durch den Muffelofen ein Steuergas in die Gasauslaßleitung eingeleitet wird.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach diesem Verfahren mit einem Muffelofen, einem Knall-Gasbrenner, und einer Einrichtung zum Durchleiten von Gas durch den Muffelofen über einen Einlaß und eine Auslaßleitung an dem Muffelofen, ist dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Messung der Strömung des Gases durch den Muffelofen sowie Einrichtungen zum Einlaß eines Steuergases in die Auslaßleitung des Gases in Abhängigkeit von der Strömung des Gases durch den Muffelofen vorgesehen sind.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, daß die Strömung innerhalb des Muffelofens konstant ist, was zu einer gleichmäßigen Ablagerung der Abscheidungsprodukte und damit zu minimalen Schwankungen des Brechungsindex einer aus der Vorform hergestellten optischen Faser in axialer Richtung führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zur Erzeugung einer Vorform für eine optische Faser,

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform für den inneren Aufbau der Steuerung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, wobei die gleichen Komponenten, die bereits in Fig. 1 dargestellt wurden, die gleichen Bezugszeichen haben. Zusätzlich ist in der Nähe der Öffnung 5 ein Luftmeßgerät 10 vorgesehen; dieses Gerät ermittelt die Gasmenge (also das Gasvolumen), die dem Muffelofen 1 zugeführt wird; die festgestellte Menge wird als zu regelnde Variable benutzt.

Um eine konstante Gasmenge zuzuführen, ist an einem Zwischenbereich des Auslaßrohrs 7 eine Rohrverzweigung angeschlossen und mit einer Einstellklappe 12 versehen, deren Öffnungsgrad durch einen Impulsmotor 11 eingestellt wird. Die der Einstellklappe 12 gegenüberliegende Seite ist mit einer Öffnung 13 versehen, durch die das Steuergas zugeführt wird; bei der dargestellten Ausführungsform ist diese Seite zur Atmosphäre hin offen, so daß Luft als Steuergas eingesetzt wird. Dem Impulsmotor 11 wird ein Steuersignal von dem Luftmeßgerät 10 über eine Steuereinheit 14 zugeführt, beispielsweise einer Rückkopplungsregelung (also einer Regelung mit geschlossener Schleife) mit einer primären Verzögerungsschaltung, wobei, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, eine PI-Regelung verwendet wird. Die Menge des dem Muffelofen zuzuführenden Gases wird eingestellt, indem die Geschwindigkeit des Gebläsewindes konstant gehalten wird; die Geschwindigkeit des Gebläsewindes wird geregelt, indem das Ausmaß der Öffnung der Einstellklappe 12 eingestellt wird; wenn die Einstellklappe 12 geschlossen ist, nimmt der Druckunterschied in dem Muffelofen 1 zu, so daß der Öffnung 5 mehr Gas zugeführt wird, während bei geöffneter Einstellklappe der Druck in dem Muffelofen ansteigt, so daß weniger Gas durch die Öffnung 5 zugeführt wird; dadurch nimmt wiederum das Volumen des Steuergases zu, das durch die Öffnung 13 zugeführt wird. Auf diese Weise kann das Volumen des Gases, das durch die Öffnung 5 zugeführt wird, konstant gehalten werden, indem der Impulsmotor 11 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Luftmeßgerätes 10 gesteuert wird.

Das Innere des gesamten Systems wird gewöhnlich durch die Wirkung des Gebläses 9 auf das Gas, z. B. Luft aus den Öffnungen 5 und 13 unter einem etwas geringeren Druck als Atmosphärendruck gehalten. Die Öffnungen 5 und 13 sind gewöhnlich zur Atmosphäre hin offen. Durch Zuführung einer konstanten Gasmenge (bei der dargestellten Ausführungsform Luft) zu dem Muffelofen 1 flackert die Brennerflamme 2 nicht, sondern nimmt eine konstante Form ein; die Lage der Flamme wird in bezug auf die Ablagerungsfläche des Abscheidungsproduktes konstant gehalten. Als Folge hiervon kann eine Vorform für eine optische Faser mit gleichmäßiger axialer Verteilung des Brechungsindex sowie mit guter Grundbandbreite erhalten werden.

Um die Vorteile des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem Fall zu demonstrieren, bei dem die Gaszuführung nicht gesteuert wird, wurden Untersuchungen durchgeführt. Bei diesem Test wurde eine zylindrischer Muffelofen mit einem Innenvolumen von 40 l und mit einem Auslaßrohr mit einer Querschnittsfläche der Öffnung von 12 cm² eingesetzt. Die Ergebnisse sind im folgenden zusammengestellt.

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wurde die Steuerluft dem Muffelofen durch die Einstellklappe mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15 l/min zugeführt.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird die Gasmenge, die dem Muffelofen zugeführt werden soll, bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eingestellt, indem ein Steuergas von einer Verzweigung zugeführt wird, die sich an einem Zwischenbereich des Ablaßrohres befindet.

Deshalb kommt die Einstellklappe nicht mit dem Abgas in Berührung und wird keinen ungünstigen Einwirkungen ausgesetzt, wie beispielsweise Korrosion und Rohrverstopfung. Auch das Luftmeßgerät wird nicht durch die unerwünschten Wirkungen des Abgases beeinflußt. Als Folge hiervon gewährleistet das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung die Herstellung einer Vorform für optische Fasern mit gleichbleibender Qualität, mit gleichmäßiger Verteilung des Brechungsindex und mit verbesserter Grundbandbreite.

Wenn die Form der Öffnung 5 in dem Muffelofen oder der Widerstand des Rohrs für das Durchströmen des Abgases konstant ist, so ist das Konstanthalten des Drucks in dem Muffelofen äquivalent zu der Zuführung einer konstanten Gasmenge durch die Öffnung 5. Sogar dann, wenn der Muffelofen keine Öffnung 5 aufweist, kann das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung effektiv eingesetzt werden, um die Strömung eines konstanten Gasvolumens (üblicherweise Luft) durch Spalten in dem Muffelofen zu gewährleisten, wie beispielsweise zwischen dem oberen Loch in dem Muffelofen und der Tragstange 3. Um jedoch einen Stau des Gases in dem Muffelofen zu vermeiden, sind die Öffnung 5 und die Auslaßöffnung nach einer bevorzugten Ausführungsform an Stellen in dem Muffelofen angeordnet, die soweit wie möglich voneinander entfernt sind. Bei dem zylindrischen Muffelofen, der vertikal installiert wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, sollte sich die Öffnung an einer höheren Stelle und die Auslaßöffnung an einer niedrigeren Stelle befinden, jedoch etwas höher als das obere Ende des Brenners 2, um so eine turbulente Strömung der nach oben gerichteten, von dem Brenner abgegebenen Gase zu vermeiden. Die Öffnung 5 und die Auslaßöffnung 6 können jedoch im wesentlichen auf gleicher Höhe auf den gegenüberliegenden Seiten des Muffelofens angeordnet werden.

Anstelle der Einstellklappe 12 und des Impulsmotors 11 kann auch ein Strömungsregler, z. B. ein Mengenströmungsregler, mit der Öffnung 13 verbunden werden. Ein solcher Strömungsregler wird durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 14 derart gesteuert, daß Gas, z. B. Luft, an der Öffnung 13 unter einem Druck von 100 bis 200 kPa zugeführt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine optische Faser in einem Muffelofen durch Hydrolysieren eines gasförmigen, glasbildenden Materials, wobei mittels einer Druckdifferenz ein Gasstrom kontinuierlich durch den Muffelofen geleitet wird, der über eine Gasauslaßleitung austritt, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einer Änderung der Gasströmung durch den Muffelofen ein Steuergas in die Gasauslaßleitung eingeleitet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Muffelofen, einem Knall-Gasbrenner, und einer Einrichtung zum Durchleiten von Gas durch den Muffelofen über einen Einlaß und eine Auslaßleitung an dem Muffelofen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (10, 14) zur Messung der Strömung des Gases durch den Muffelofen (1) sowie Einrichtungen (11, 12, 13) zum Einlaß eines Steuergases in die Auslaßleitung des Gases in Abhängigkeit von der Strömung des Gases durch den Muffelofen vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung (6) an einer über dem oberen Ende des Brenners (2) liegenden Stelle angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (5) auf der gleichen Höhe wie oder höher als die Auslaßleitung (6) angeordnet ist.