NL1033763C2

NL1033763C2 - Inrichting en werkwijze voor het vervaardigen van een optische voorvorm.

Info

Publication number: NL1033763C2
Application number: NL1033763A
Authority: NL
Inventors: Eric Aloysius Kuijpers; Marco Korsten; Marc Jansen
Original assignee: Draka Comteq Bv
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-10-28
Also published as: DE602008002466D1; CN101293733A; EP1988062B1; CN101293733B; EP1988062A1; BRPI0801377A2; JP5448361B2; JP2008280237A; BRPI0801377B1; US8192808B2; US20080268174A1; ATE481363T1

Description

f

Korte aanduiding: Inrichting en werkwijze voor het vervaardigen van een optische voorvorm.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en 5 werkwijze voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm, omvattende een energiebron en een holle, uit quartz vervaardigde substraatbuis, welke holle substraatbuis een toevoerzijde, waar glasvormende precursors aan het inwendige van de holle substraatbuis worden toegevoerd en een afvoerzijde, waar bestanddelen die niet op het inwendige 10 van de substraatbuis zijn afgezet worden afgevoerd, omvat, waarbij de energiebron tussen een omkeerpunt aan de toevoerzijde en een omkeerpunt aan de afvoerzijde verplaatsbaar is over de lengte van de substraatbuis.

Een dergelijke inrichting is op zich bekend uit de Koreaanse octrooiaanvrage 2003-774952. Volgens de daaruit bekende inrichting wordt een 15 optische voorvorm vervaardigd door middel van een MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) proces, waarbij een afvoerbuis en een insteekbuis worden toegepast, welke afvoerbuis aan de substraatbuis is bevestigd. De insteekbuis is in de afvoerbuis geplaatst en bezit een, over de lengte daarvan, constante diameter die geringer is dan die van de afvoerbuis. In de insteekbuis is een orgaan voor het 20 wegschrapen van soot geplaatst, omvattende een staaf die in het inwendige van de insteekbuis roteert en in contact staat met de inwendige diameter daarvan. Tussen de insteekbuis en de afvoerbuis is sprake van een annulaire ruimte waardoor gassen worden geleid.

Uit de internationale aanvrage WO 89/02419 is een inrichting voor 25 het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm bekend, waarbij voor het verwijderen van vaste, niet-afgezette deeltjes een buisvormig deel aan de pompzijde van een substraatbuis is gemonteerd. In het bijzonder omvat een dergelijke inrichting een schroefconstructie die het inwendig oppervlak van het buisvormig deel volgt, welke schroefconstructie 30 een open gasleiding omvat, uitgevoerd in een spiraalvorm en roteerbaar is.

Tijdens het inwendig in een holle substraatbuis afzetten van al of niet gedoteerde glaslagen, in het bijzonder door middel van het PCVD-proces

I 03 37 63J

t 2 (Plasma Chemical Vapor Deposition), kunnen iagen van geringe kwaliteit quartz worden afgezet, in het bijzonder in het gebied dat zich buiten het pendeltraject van de over de lengte van de substraatbuis verplaatsende energiebron, te weten de resonator, bevindt. Als voorbeelden van dergelijke lage kwaliteit quartzslagen moet 5 aan zogenaamde sootringen, maar ook aan quartz met hoge interne spanning, ten gevolge van een hoog gehalte doteringsmiddel, worden gedacht. Ook moet aan situaties worden gedacht waarbij het in de resonator ontwikkelde plasma zich enigszins buiten de resonator zal begeven, waardoor, met name aan de afvoerzijde van de holle substraatbuis, het plasmagebied niet scherp begrensd is. Dergelijke 10 plasmagebieden zorgen aan beide omkeerpunten, met name aan de afvoerzijde, voor een inferieure depositie van glaslagen, waardoor problemen kunnen ontstaan, zoals breuk van de voorvorm zelf. De onderhavige uitvinders hebben ondervonden dat dergelijk lage kwaliteit quartz de substraatbuis negatief kan beïnvloeden, in het bijzonder door vorming van gasbellen in de afgezette glaslagen wanneer de holle 15 substraatbuis tot een massieve vorm wordt gecontraheerd. Daarnaast hebben de onderhavige uitvinders gevonden dat tijdens het contractieproces dergelijk lage kwaliteit quartz kan loskomen van het inwendige van de holle substraatbuis waardoor vervuiling of bellenvorming elders in de substraatbuis kan optreden. Een ander negatief aspect is dat in het gebied van geringe kwaliteit quartz scheuren 20 kunnen optreden die kunnen propageren in de richting van het centrum van de substraatbuis, hetgeen ongewenst is. Verder hebben de onderhavige uitvinders geconstateerd dat het quartz van geringe kwaliteit voor verstopping kan zorgen waardoor de druk tijdens het depositieproces naar een ongewenst hoge waarde kan toenemen waardoor het depositieproces in de substraatbuis negatief wordt 25 beïnvloed, hetgeen in de praktijk wordt waargenomen als een witte kleur.

De substraatbuis is van hoge kwaliteit quartz. De totale lengte van de substraatbuis zal in de praktijk echter langer zijn dan het deel van de substraatbuis dat uiteindelijk door middel van een trekproces wordt omgezet in een glasvezel omdat de beide uiteinden van de substraatbuis, alwaar depositie 30 plaatsvindt, voor ongewenste neveneffecten kunnen zorgen, te weten depositiedefecten, vervuiling, vorming van bellen en dergelijke.

Het doel van de onderhavige uitvinding is aldus het verschaffen van t 3 een inrichting voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm waarbij een of meer van de hiervoor genoemde problemen kunnen worden opgeheven.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen 5 van een inrichting voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm, waarbij tijdens het contractieproces, waarin de holle substraatbuis, voorzien van glaslagen die op het inwendige van de holle substraatbuis zijn afgezet, wordt omgezet in een massieve voorvorm, geen scheurvorming van de uitwendige glaslagen en andere ongewenste effecten kan 10 plaatsvinden.

De onderhavige uitvinding zoals vermeld in de aanhef wordt gekenmerkt doordat zich in het inwendige van de substraatbuis aan de afvoerzijde daarvan een insteekbuis bevindt, welke insteekbuis een centraal deel en een afgeknotte kegeldeel omvat, waarbij de uitwendige diameter van het uiteinde van 15 het afgeknotte kegeldeel kleiner is dan de uitwendige diameter van het centrale deel, welk afgeknotte kegeldeel is gericht naar de toevoerzijde, waarbij verder de uitwendige diameter van het centrale deel kleiner is dan de inwendige diameter van de holle substraatbuis ter hoogte van de afvoerzijde.

Onder toepassing van een dergelijke inrichting wordt aan een of 20 meer van de hiervoor genoemde doelstellingen voldaan. In het bijzonder zal onder toepassing van een aldus uitgevoerde insteekbuis de quartz van slechte kwaliteit over een begrensd gebied op het inwendige van de holle substraatbuis accumuleren, hetgeen betekent dat de lengte waarover de accumulatie op het inwendige van de holle substraatbuis plaatsvindt, tot een minimum zal zijn beperkt. 25 Dit verrassende effect wordt volgens de onderhavige uitvinders veroorzaakt door de bijzondere uitvoeringsvorm van de insteekbuis, welke constructie ervoor zorgt dat er ter hoogte van het afgeknotte kegeldeel zodanige turbulenties plaatsvinden van de gasstromen in het inwendige van de holle substraatbuis dat de afzetting van quartz van slechte kwaliteit over een begrensd en derhalve beperkt gebied zal zijn 30 geconcentreerd.

In de onderhavige uitvinding is het met name gewenst dat de diameter van het afgeknotte kegeldeel, gemeten aan het naar de toevoerzijde « 4 gerichte uiteinde daarvan, zodanig wordt gekozen dat voornoemde diameter ten hoogste 0,9 maal de uitwendige diameter van het centrale deel bedraagt. Een dergelijke constructie is met name geschikt gebleken om een accumulatie en een concentratie van quartz van slechte kwaliteit op het inwendige van de holle 5 substraatbuis tot een beperkt gebied te concentreren.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het gewenst dat de diameter van het afgeknotte kegeldeel, gemeten aan het naar de toevoerzijde gerichte uiteinde daarvan, tussen 0,35 maal de uitwendige diameter van het centrale deel en 0,90 maal de uitwendige diameter van het centrale deel ligt. De aldus gekozen, 10 bijzondere diameter van het afgeknotte kegeldeel heeft tot gevolg dat de depositie van glaslagen, die een samenstelling bezitten die wezenlijk verschilt van de glaslagen zoals afgezet op het middendeel van de holle substraatbuis, tot een begrensd gebied op het inwendige van de holle substraatbuis is beperkt.

De positie van de insteekbuis is zodanig dat het naar de 15 toevoerzijde gerichte uiteinde van het afgeknotte kegeldeel zich buiten het gebied bevindt, gemarkeerd door het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde van de holle substraatbuis.

De insteekbuis zelf is hol uitgevoerd, zodat de, niet op het inwendige van de holle substraatbuis, afgezette gassen door de insteekbuis heen 20 zullen worden afgevoerd, waarbij het tevens mogelijk is dat voornoemde gassen zich zullen verplaatsen via de annulaire ruimte, gevormd tussen de uitwendige diameter van het centrale deel van de insteekbuis en de inwendige diameter van de holle substraatbuis.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het tevens gewenst dat 25 zich in de substraatbuis en/of insteekbuis een orgaan voor het wegschrapen van vaste, niet op het inwendige van de desbetreffende buis afgezette bestanddelen bevindt, welk orgaan contact maakt met de inwendige diameter van de desbetreffende buis. Een geschikt orgaan is een roterende staaf.

Onder toepassing van de onderhavige inrichting zal zowel tijdens 30 als na het depositieproces geen sprake zijn van scheurvorming in de op het inwendige van de holle substraatbuis afgezette glaslagen, waarbij bovendien geen vorming van bellen tijdens het contractieproces zal optreden. Onder toepassing van 9 5 de onderhavige inrichting is bovendien een, in de tijd gezien, langer depositieproces mogelijk omdat het optreden van verstopping aan de afvoerzijde tot een minimum is beperkt. Daarnaast hebben de onderhavige uitvinders gevonden dat er geen ongewenste verandering optreedt ten aanzien van de uniformiteit van de na 5 contractie verkregen massieve voorvorm, in het bijzonder aan de afvoerzijde van de substraatbuis. Onder toepassing van de onderhavige inrichting is het derhalve mogelijk dat het glasmateriaal van de substraatbuis van hoge kwaliteit nagenoeg volledig wordt benut, te weten een maximale benutting van de lengte van de substraatbuis, voor het daaruit trekken van optische vezels.

10 De onderhavige uitvinding heeft verder ook betrekking op een werkwijze voor het door middel van een inwendig dampdepositieproces vervaardigen van een optische voorvorm, waarbij aan een holle, uit quartz vervaardigde substraatbuis, aan de toevoerzijde daarvan, glasvormende precursors worden toegevoerd, welke substraatbuis verder een afvoerzijde bezit, waar 15 bestanddelen die niet op het inwendige van de holle substraatbuis afgezet worden afgevoerd, waarbij voor het in de holle substraatbuis tot stand brengen van depositieomstandigheden een energiebron tussen een omkeerpunt aan de toevoerzijde en een omkeerpunt aan de afvoerzijde over de lengte van de holle substraatbuis wordt verplaatst, gekenmerkt doordat, voordat de glasvormende 20 precursors aan het inwendige van de holle substraatbuis worden toegevoerd, een insteekbuis in het inwendige van de holle substraatbuis aan de afvoerzijde daarvan wordt geplaatst, welke insteekbuis een centraal deel en een afgeknotte kegeldeel omvat, waarbij de uitwendige diameter van het uiteinde van het afgeknotte kegeldeel kleiner is dan de uitwendige diameter van het centrale deel, welk 25 afgeknotte kegeldeel is gericht naar de toevoerzijde, waarbij verder de uitwendige diameter van het centrale deel kleiner is dan de inwendige diameter van de holle substraatbuis ter hoogte van de afvoerzijde.

Ten gevolge van de in de holle substraatbuis heersende omstandigheden zullen de glasvormende precursors op het inwendige van de holle 30 substraatbuis voor afzetting van een of meer glaslagen zorgen. Een massieve voorvorm wordt verkregen door na het depositieproces de holle substraatbuis, die eventueel nog verder is voorzien van aanvullende glaslagen op het uitwendige 6 daarvan, te contraheren, uit welke massieve voorvorm, na verhitting van een uiteinde daarvan, optische vezels kunnen worden getrokken.

Bijzondere uitvoeringsvormen van de onderhavige werkwijze zijn weergegeven in de bijgevoegde onderconclusies.

5 De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van een optische vezel waarbij een massieve voorvorm wordt toegepast zoals verkregen door het uitvoeren van een inwendig dampdepositie-proces volgens de onderhavige uitvinding.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een 10 voorbeeld worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval tot een dergelijk bijzonder voorbeeld is beperkt.

In de figuur is schematisch de inrichting volgens de onderhavige uitvinding weergegeven. Een holle substraatbuis 10 wordt voorzien van 15 glasvormende precursors (niet weergegeven), waarbij de gasstroom zich verplaatst in de figuur van links naar rechts. Om een depositie van dergelijke glasvormende precursors te bewerkstelligen wordt een resonator (niet weergegeven) voor het opwekken van plasma 40 over de lengte van de substraatbuis 10 heen en weer geleid, waarbij de resonator voor het opwekken van plasma aan de afvoerzijde 30 in 20 de positie weergegeven met verwijzingscijfer 60 omkeert en vervolgens in de richting van de toevoerzijde 50 over de lengte van de substraatbuis 10 wordt teruggeleid en aldaar terugkeert naar de afvoerzijde 30, waarbij het omkeerpunt aan de toevoerzijde schematisch is weergegeven met verwijzingscijfer 50. Volledigheidshalve dient te worden opgemerkt dat de toevoer van glasvormende 25 precursors geschiedt aan de toevoerzijde 20 in de richting van de pomp- of afvoerzijde 30. De symmetrie-as van substraatbuis 10 is met verwijzingscijfer 8 aangegeven.

Aan de afvoerzijde 30 van substraatbuis 10, gelegen op een positie buiten het gebied gemarkeerd door omkeerpunt 50 - omkeerpunt 60, bevindt zich 30 een uit quartz vervaardigde insteekbuis 1, voorzien van een afgeknot kegeldeel 3 en een centraal deel 4. De insteekbuis 1 is aldus in het inwendige van de holle substraatbuis 10 zodanig gepositioneerd dat de uitwendige diameter van het 7 centrale deel 4, weergegeven met verwijzingseijfer 5, kleiner is dan de inwendige diameter van de holle substraatbuis 10 ter hoogte van de afvoerzijde 30. Het is met name gewenst dat de uitwendige diameter van het afgeknotte kegeldeel 3 ter hoogte van het uiteinde daarvan, aangegeven met verwijzingseijfer 9, ligt tussen 5 0,35 maal de uitwendige diameter van het centrale deel 4 en 0,90 maal de uitwendige diameter van het centrale deel 4. Ten gevolge van het taps toelopende uiteinde van de insteekbuis 1, schematisch weergegeven door het afgeknotte kegeldeel 3, zal de afstand waarover het glas van inferieure kwaliteit zich op het inwendige van de holle substaatbuis 10 ter hoogte van het omkeerpunt 60 aan de 10 afvoerzijde 30 zal afzetten, gering zijn, in het bijzonder ten opzichte van een uitvoeringsvorm waarbij insteekbuis 1 in het geheel ontbreekt, of waarbij een insteekbuis 1 wordt toegepast die niet is voorzien van een uiteinde met een afgeknot kegeldeel 3, welke afgeknotte kegeldeel 3 is gericht in de richting van de toevoerzijde 20.

15 Tijdens het PCVD-proces wordt de resonator over een lengte van ongeveer 1,3 m over de substraatbuis 10 verplaatst, waarbij de resonator voor het opwekken van plasma 40 heen en weer pendelt tussen omkeerpunt 50 en omkeerpunt 60. Nadat het PCVD-proces is beëindigd, wordt de substraatbuis 10 tot een massieve voorvorm gecontraheerd. Een aldus verkregen massieve voorvorm 20 wordt eventueel aan de buitenzijde nog voorzien van een of meer extra glaslagen waarna de aldus verkregen voorvorm in een trektoren wordt gemonteerd om onder verwarmen een optische glasvezel hieruit te verkrijgen. De totale lengte van de aldus verkregen hoge kwaliteit glasvezel komt nagenoeg overeen met het volledige middendeel van substraatbuis 10, in feite het gebied dat ligt tussen omkeerpunt 50 25 nabij toevoerzijde 20 en omkeerpunt 60 nabij afvoerzijde 30.

1033763

Claims

1. Inrichting voor het door middel van een inwendig dampdepositie-proces vervaardigen van een optische voorvorm, omvattende een energiebron en 5 een holle, uit quartz vervaardigde substraatbuis, welke holle substraatbuis een toevoerzijde, waar glasvormende precursors aan het inwendige van de holle substraatbuis worden toegevoerd, en een afvoerzijde, waar bestanddelen die niet op het inwendige van de holle substraatbuis zijn afgezet worden afgevoerd, omvat, waarbij de energiebron tussen een omkeerpunt aan de toevoerzijde en een 10 omkeerpunt aan de afvoerzijde verplaatsbaar is over de lengte van de holle substraatbuis, met het kenmerk, dat zich in het inwendige van de holle substraatbuis aan de afvoerzijde daarvan een insteekbuis bevindt, welke insteekbuis een centraal deel en een afgeknotte kegeldeel omvat, waarbij de uitwendige diameter van het uiteinde van het afgeknotte kegeldeel kleiner is dan de uitwendige diameter van het 15 centrale deel, welk afgeknotte kegeldeel is gericht naar de toevoerzijde, waarbij verder de uitwendige diameter van het centrale deel kleiner is dan de inwendige diameter van de holle substraatbuis ter hoogte van de afvoerzijde.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de diameter van het afgeknotte kegeldeel, gemeten aan het naar de toevoerzijde gerichte 20 uiteinde daarvan, ten hoogste 0,9 * de uitwendige diameter van het centrale deel is.

3. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de diameter van het afgeknotte kegeldeel, gemeten aan het naar de toevoerzijde gerichte uiteinde daarvan, tussen 0,35 * de uitwendige diameter van het centrale deel en 0,90 * de uitwendige diameter van het centrale 25 deel ligt.

4. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de insteekbuis zich uitstrekt in de richting van de toevoerzijde tot een positie liggend buiten het gebied dat is gelegen tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde.

5. Werkwijze voor het door middel van een inwendig dampdepositie- proces vervaardigen van een optische voorvorm, waarbij aan een holle, uit quartz vervaardigde substraatbuis, aan de toevoerzijde daarvan, glasvormende precursors 1 0337 63 . Λ worden toegevoerd, welke substraatbuis verder een afvoerzijde bezit, waar bestanddelen die niet op het inwendige van de holle substraatbuis zijn afgezet worden afgevoerd, waarbij voor het in de holle substraatbuis tot stand brengen van depositie-omstandigheden een energiebron tussen een omkeerpunt aan de 5 toevoerzijde en een omkeerpunt aan de afvoerzijde over de lengte van de holle substraatbuis wordt verplaatst, met het kenmerk, dat, voordat de glasvormende precursors aan het inwendige van de holle substraatbuis worden toegevoerd een insteekbuis in het inwendige van de holle substraatbuis aan de afvoerzijde daarvan wordt geplaatst, welke insteekbuis een centraal deel en een afgeknotte kegeldeel 10 omvat, waarbij de uitwendige diameter van het uiteinde van het afgeknotte kegeldeel kleiner is dan de uitwendige diameter van het centrale deel, welk afgeknotte kegeldeel is gericht naar de toevoerzijde, waarbij verder de uitwendige diameter van het centrale deel kleiner is dan de inwendige diameter van de holle substraatbuis ter hoogte van de afvoerzijde.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een insteekbuis wordt toegepast waarvan de diameter van het afgeknotte kegeldeel, gemeten aan het naar de toevoerzijde gerichte uiteinde daarvan, ten hoogste 0,9 * de uitwendige diameter van het centrale deel is.

7. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 5-6, met het 20 kenmerk, dat een insteekbuis wordt toegepast waarvan de diameter van het afgeknotte kegeldeel, gemeten aan het naar de toevoerzijde gerichte uiteinde daarvan, tussen 0,35 *, de uitwendige diameter van het centrale deel en 0,90 * de uitwendige diameter van het centrale deel ligt.

8. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 5-7, met het 25 kenmerk, dat de insteekbuis zodanig in het inwendige van de holle substraatbuis wordt gepositioneerd, dat de insteekbuis zich aan de afvoerzijde van de holle substraatbuis bevindt buiten een gebied dat is gelegen tussen het omkeerpunt aan de toevoerzijde en het omkeerpunt aan de afvoerzijde.

9. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 5-8, met het 30 kenmerk, dat als energiebron een piasmagenerator wordt toegepast.

10. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 5-9, met het kenmerk, dat na de depositie van glaslagen op het inwendige van de holle >· substraatbuis de insteekbuis uit de holle substraatbuis wordt weggenomen waarna de aldus verkregen holle substraatbuis, die op het inwendige daarvan is voorzien van een of meer door depositie verkregen glaslagen, aan een contractieproces wordt onderworpen ter verkrijging van een massieve voorvorm.

11. Werkwijze ter vervaardiging van een optische vezel door een voorvorm aan een uiteinde daarvan te verhitten en aansluitend een optische vezel daaruit te trekken, met het kenmerk, dat een voorvorm wordt toegepast zoals verkregen na het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 10. 1033763,