NL1037163C2

NL1037163C2 - Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels.

Info

Publication number: NL1037163C2
Application number: NL1037163A
Authority: NL
Inventors: Johannes Antoon Hartsuiker; Igor Milicevic; Mattheus Jacobus Nicolaas Stralen; Eric Aloysius Kuijpers
Original assignee: Draka Comteq Bv
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-02
Also published as: EP2279985A1; US8826699B2; ES2481670T3; BRPI1002464A2; JP5683161B2; BRPI1002464B1; US20110023549A1; EP2279985B1; JP2011042562A; CN101987779B; CN101987779A

Description

*

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het 5 vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels onder toepassing van een inwendig dampdepositieproces omvattende de volgende stappen: i) het verschaffen van een holle glazen substraatbuis voorzien van een toevoerzijde en een afvoerzijde, ii) het omgeven van tenminste een deel van de holle glazen 10 substraatbuis door een oven iii) het aan het inwendige van de holle glazen substraatbuis, via de toevoerzijde daarvan, toevoeren van glasvormende gassen, iv) het tot stand brengen van een reactiezone waarin zodanige omstandigheden worden gecreeerd dat depositie van glas plaatsvindt aan de 15 binnenzijde van de holle glazen substraatbuis en v) het over de lengte van de holle glazen substraatbuis heen en weer bewegen van de reactiezone tussen een omkeerpunt gelegen nabij de toevoerzijde en een omkeerpunt gelegen nabij de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis ter vorming van een of meer voorvormlagen aan de binnenzijde van de 20 holle glazen substraatbuis, waarbij beide omkeerpunten door de oven worden omgeven.

Een werkwijze zoals vermeld in de aanhef is op zich bekend uit het Amerikaans octrooi US 4,741,747. Meer in het bijzonder openbaart voornoemd octrooischrift een werkwijze voor het vervaardigen van optische voorvormen volgens 25 de PCVD methode waarbij glaslagen worden gedeponeerd door een plasma aan de binnenzijde van een glazen buis heen en weer te laten bewegen tussen twee omkeerpunten onder toevoeging aan de buis van een reactief gasmengsel bij een temperatuur gelegen in het gebied van 1100 °C en 1300 °C en bij een druk tussen 1 en 30 hPa. Door het plasma in de nabijheid van ten minste één van de 30 omkeerpunten niet lineair als functie van de tijd te laten bewegen wordt het gebied met niet constante depositie geometrie aan de uiteinden van optische voorvorm gereduceerd.

De Amerikaanse aanvrage US 2003/0017262 heeft betrekking op een apparaat en methode ter vervaardiging van een voorvorm voor optische vezels. Uit 1 037 1 63 i 2 deze Amerikaanse aanvrage is het bekend dat twee afzonderlijke warmtebronnen op een vooraf bepaalde afstand, in de lengterichting van de substraatbuis gezien, zijn gepositioneerd. Beide warmtebronnen worden onder handhaving van de vooraf bepaalde afstand tijdens het MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) proces 5 verplaatst over de lengte van de substraatbuis.

Het Amerikaanse octrooi 4.608.070 openbaart een methode ter vervaardiging van een voorvorm waarbij het depositieproces onder toepassing van een temperatuurprofiel wordt uitgevoerd, welk temperatuurprofiel, over de lengte van de substraatbuis gezien, toeneemt.

10 Het Duitse Offenlegungsschrift 32 06 17 openbaart een methode ter vervaardiging van een voorvorm, waarbij een grafietoven een substraatbuis omringt, welke grafietoven van een aanvullende warmtebron is voorzien, welke warmtebron dient als een voorverwarming van het aan de substraatbuis toe te voeren gasmengsel. Beide warmtebronnen zijn, in de lengte gezien van de buis, over de 15 buis verplaatsbaar, waarbij de onderlinge afstand tussen beide warmtebronnen gehandhaafd blijft.

Het Duitse Offenlegungsschrift DE 36 19 379 heeft betrekking op een methode en inrichting ter vervaardiging van een voorvorm waarbij twee coaxiaal gepositioneerde buizen onafhankelijk kunnen worden verwarmd en afgekoeld om 20 aldus een temperatuurverandering tot stand te brengen.

Het Amerikaans octrooi 4.331.462 heeft betrekking op een methode ter vervaardiging van een voorvorm onder toepassing van een MCVD-proces, waarbij er sprake is van een zogenaamde tandemverwarmingszone, samengesteld uit een zone I en een zone II.

25 Een optische vezel bestaat uit een kern en een om de kern liggende buitenlaag, welke in de Engelse taal ook wel wordt aangeduid met cladding. De kern heeft doorgaans een hogere brekingsindex dan de cladding zodat licht door de optische vezel kan worden getransporteerd.

De kern van een optische vezel kan bestaan uit een of meer 30 concentrische lagen, elk met een specifieke dikte en specifieke brekingsindex of een specifiek brekingsindexverloop in radiale richting.

Een optische vezel met een kern bestaande uit een of meer concentrische lagen waarbij de brekingsindex van de concentrische lagen constant is in radiale richting wordt wel aangeduid als een step-index optische vezel. Het 3 verschil van de brekingsindex van een concentrische laag met de brekingsindex van de cladding kan worden wordt uitgedrukt in een zogenaamde delta waarde, aangeduid met Aj% en kan berekend worden volgens onderstaande formule: 5 A % = n' ~"d 2n, waarin geldt: ni = brekingsindexwaarde van laag i nd = brekingsindexwaarde van de cladding 10

Een optische vezel kan ook worden vervaardigd zodat een kern met een zogenaamd gradiëntindex brekingsindexprofiel wordt verkregen. Een dergelijk radiaal brekingsindexprofiel wordt zowel met een deltawaarde, A% als met een zogenaamde alfawaarde, a, worden beschreven. Voor de bepaling van de A% 15 waarde wordt de maximale brekingsindex in de kern gebruikt. De alfawaarde kan bepaald worden volgens de onderstaande formule:

f frVV n(r) = n, 1-2A%^—J

waarin geldt: ; 20 ni = brekingsindexwaarde in het centrum van de vezel a = straal van de gradiëntindex kern [pm] a = alfawaarde r = radiale positie in de vezel [pm] i

Een radiaal brekingsindexprofiel van een optische vezel dient te 25 worden opgevat als een weergave van de brekingsindex als functie van de radiale positie in een optische vezel. Evenzo is het mogelijk het brekingsindexverschil met de cladding als functie van de radiale positie in de optische vezel grafisch weer te geven, hetgeen tevens een als een radiaal brekingsindexprofiel kan worden gezien.

De vorm van het radiale brekingsindexprofiel en in het bijzonder de 30 diktes van de concentrische lagen en de brekingsindex dan wel het 4 brekingsindexverloop in radiale richting van de kern bepalen de optische eigenschappen van de optische vezel.

Een primaire voorvorm omvat een of meer voorvormlagen die de basis vormen voor de een of meer concentrische lagen van de kern en/of een 5 gedeelte van de cladding van de optische vezel die uit een uiteindelijke voorvorm kan worden vervaardigd. Een voorvormlaag is opgebouwd uit een aantal glaslagen.

Een uiteindelijke voorvorm zoals hierin wordt aangeduid is een voorvorm waaruit een optische vezel wordt vervaardigd middels een vezeltrekproces.

10 Om een uiteindelijke voorvorm te verkrijgen wordt een primaire voorvorm aan de buitenzijde voorzien van een additionele laag glas, welke additionele laag glas de cladding of een gedeelte van de cladding omvat. Deze additionele laag glas kan rechtstreeks op de primaire voorvorm worden aangebracht. Het is tevens mogelijk de primaire voorvorm in een reeds gevormde glazen buis, in 15 de Engelse taal ook wel aangeduid met “jacket”, te plaatsen. Eventueel kan deze jacket op de primaire voorvorm worden gecontraheerd. Tenslotte kan een primaire voorvorm zowel de kern als de cladding van een optische vezel omvatten zodat het aanbrengen van een additionele laag glas niet noodzakelijk is. In dat geval is een primaire voorvorm identiek aan een uiteindelijke voorvorm. Aan een primaire en/of 20 een uiteindelijke voorvorm kan een radiaal brekingsindexprofiel worden gemeten.

De lengte en diameter van een uiteindelijke voorvorm zijn bepalend voor de maximale lengte aan optische vezel die uit de uiteindelijke voorvorm kan worden vervaardigd.

Om de productiekosten voor de vervaardiging van optische vezels te 25 verlagen en/of de opbrengst per primaire voorvorm te verhogen is het de wens om een zo lang mogelijke lengte aan optische vezel die voldoet aan de gewenste kwaliteitseisen op basis van een uiteindelijke voorvorm te kunnen vervaardigen.

De diameter van een uiteindelijke voorvorm kan worden vergroot door een dikkere laag additioneel glas op een primaire voorvorm aan te brengen. Daar de 30 optische eigenschappen van een optische vezel worden bepaald door het radiale brekingsindexprofiel dient de laag additioneel glas te allen tijde in de juiste verhouding te staan tot de laagdikte van de voorvormlagen van de primaire voorvorm die de kern, meer in het bijzonder de een of meer concentrische lagen van de kern, in de optische vezel zullen gaan vormen. Derhalve wordt de laagdikte van de 5 additioneel op de primaire voorvorm aangebrachte glaslaag beperkt door de dikte van de voorvormlagen die middels het inwendige dampdepositieproces worden vervaardigd.

De lengte van een uiteindelijke voorvorm kan worden vergroot door 5 de lengte, meer in het bijzonder de bruikbare lengte, van een primaire voorvorm te vergoten. De bruikbare lengte dient te worden opgevat als de lengte van de primaire voorvorm waarover de optische eigenschappen binnen vooraf bepaalde tolerantiegrenzen liggen, welke tolerantiegrenzen zodanig zijn gekozen dat optische vezels worden verkregen die aan de gewenste kwaliteitseisen voldoen.

10 Ter bepaling van de bruikbare lengte van de primaire voorvorm wordt op een aantal posities over de lengte hiervan een radiaal brekingsindexprofiel gemeten, waarna op basis van deze metingen het mogelijk is om voor elke voorvormlaag een zogenaamd longitudinaal brekingsindexprofiel en longitudinaal geometrieprofiel te vervaardigen.

15 Aldus is een longitudinaal brekingsindexprofiel op te vatten als een grafische weergave van de brekingsindex van een voorvormlaag als functie van de longitudinale positie in de primaire voorvorm.

Een longitudinaal geometrieprofiel is op te vatten als een grafische weergave van de dikte van een voorvormlaag als functie van de longitudinale positie 20 in de primaire voorvorm.

Een van de oorzaken waardoor de bruikbare lengte van een primaire voorvorm nadelig wordt beïnvloed is zogenaamde “taper”. Het begrip taper dient te worden opgevat als een afwijking van de optische en/of geometrische eigenschappen van de primaire voorvorm in gebieden nabij de uiteinden hiervan. Er 25 wordt onderscheid gemaakt tussen optische taper en geometrische taper.

Optische taper heeft betrekking op afwijkingen van de brekingsindex, terwijl geometrische taper betrekking heeft op afwijkingen van de laagdikte van de voorvormlaag.

Indien een primaire voorvorm is opgebouwd uit verschillende 30 voorvormlagen kan de optische en geometrische taper van de voorvormlagen onderling verschillen.

Een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van een primaire voorvorm waarbij de 6 optische taper vrijwel onafhankelijk van de geometrische taper kan worden beïnvloed.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van een primaire voorvorm waarbij 5 afwijkingen van het longitudinale brekingsindexprofiel ten opzichte van een gewenst brekingsindexprofiel tot een minimum worden gereduceerd.

Nog een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van een primaire voorvorm waarbij de brekingsindex van een voorvormlaag gezien in de lengterichting van een primaire 10 voorvorm gedurende het depositieproces kan worden beïnvloed.

De onderhavige uitvinding zoals vermeld in de aanhef wordt gekenmerkt door dat de oven tenminste twee temperatuurzones omvat waarbij een temperatuur of temperatuursverloop in de ene temperatuurzone onafhankelijk instelbaar is van een temperatuur of temperatuursverloop in de andere zone(s), 15 waarin een temperatuurzone dient te worden opgevat als een zone gezien in longitudinale richting van de holle glazen substraatbuis.

De onderhavige uitvinders hebben geconstateerd dat de temperatuur van de substraatbuis gedurende het inwendig dampdepositieproces van invloed is op de brekingsindex. Met de temperatuur van de substraatbuis wordt bedoeld de 20 temperatuur van de substraatbuis inclusief de reeds gedeponeerde glaslagen en/of voorvormlagen. De temperatuur van de substraatbuis correspondeert met de temperatuur of het temperstuursverloop van de temperatuurzone waarin het desbetreffende deel van de holle glazen substraatbuis zich bevindt. Verrassenderwijs hebben de onderhavige uitvinders gevonden dat de temperatuur 25 van de substraatbuis gedurende het depositieproces van belang is voor de efficiency waarmee doteermiddelen in het gedeponeerde glas worden ingebouwd.

Meer in het bijzonder, doch zonder hieraan gebonden te willen zijn, veronderstellen de onderhavige uitvinders dat bij een hogere temperatuur van de holle glazen substraatbuis gedurende het depositieproces een of meer 30 doteermiddelen, in het bijzonder germaniumoxide, uitdampen dan wel dat als gevolg van een hoge temperatuur het rendement waarmee een of meer doteermiddelen, te weten germanium in de vorm van germaniumoxide, in het glas worden ingebouwd lager is.

7

Door aldus volgens de onderhavige uitvinding de oven te voorzien van temperatuurzones blijkt het mogelijk een temperatuursprofiel te creëren over de lengte van de substraatbuis, meer in het bijzonder de depositielengte, zodanig dat de temperatuur van de holle glazen substraatbuis over de depositielengte hiervan op 5 onderling verschillende waardes wordt ingesteld. De depositielengte dient te worden opgevat als de afstand tussen een omkeerpunt gelegen nabij de toevoerzijde en een omkeerpunt gelegen nabij de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis. De depositielengte correspondeert derhalve met het deel van de lengte van de holle glazen substraatbuis waar glaslagen worden gedeponeerd.

10 Tengevolge van voornoemd temperatuursprofiel kan de brekingsindex over de lengte van de substraatbuis worden beïnvloed en is het derhalve mogelijk om afwijkingen van de brekingsindex van het gedeponeerde glas ten opzichte van een gewenste waarde over de lengte van de substraatbuis te reduceren.

Aldus hebben de uitvinders gevonden dat met deze werkwijze de 15 bruikbare lengte van de primaire voorvorm kan worden vergroot ten opzichte van de bruikbare lengte van een primaire voorvorm welke is vervaardigd onder toepassing van een nagenoeg constante temperatuur van de oven.

Tevens hebben de onderhavige uitvinders geconstateerd dat de optische taper kan worden gereduceerd zonder dat dit een significante invloed heeft 20 op de geometrische taper.

Onder toepassing van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt aldus aan een of meer van de doelstellingen voldaan.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is het inwendig dampdepositieproces een proces van het type PCVD, waarbij de reactiezone een 25 plasma is, welke bij voorkeur in stap v) met een snelheid gelegen in het gebied 10-40 m/min en bij voorkeur 15-25 m/min over de depositielengte van de holle glazen substraatbuis heen en weer beweegt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvatten de glasvormende gassen in stap iii) een of meer doteermiddelen, bij voorkeur germanium. De doteermiddelen 30 beïnvloeden de brekingsindex van het gedeponeerde glas. Voorbeelden van doteermiddelen die de brekingsindex verhogen zijn germanium, fosfor, titanium en aluminium respectievelijk de oxiden hiervan. Voorbeelden van doteermiddelen die de brekingsindex verlagen zijn boor of het oxide hiervan en fluor. Bij voorkeur wordt als brekingsindexverhogend doteermiddel germanium en als brekingsindexverlagend 8 doteermiddel fluor toegepast. In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt een combinatie van germanium en fluor als doteermiddelen toegepast.

In een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat de oven tenminste drie temperatuurzones waarbij 5 de temperatuurzones nabij de toevoer en afvoerzijde van de substraatbuis elk 5-20% van de depositielengte omgeven. In de uitvoeringsvorm waarbij de depositielengte 1200mm bedraagt is de lengte van de temperatuurzones nabij de toevoerzijde en afvoerzijde van de substraatbuis derhalve 60-240mm.

Een oven die drie of meer temperatuurzones omvat maakt het 10 mogelijk om de temperatuur van de substraatbuis over de depositielengte nabij de toevoerzijde, nabij de afvoerzijde en het gedeelte van de depositielengte daartussen onafhankelijk van elkaar in te stellen. Aldus kan de optische taper nabij de toevoerzijde en de optische taper nabij de afvoerzijde onafhankelijk van elkaar worden beïnvloed.

15 In een verdere bijzondere uitvoeringsvorm omvat de oven tenminste vier temperatuurzones waarbij een temperatuur of temperatuursverloop in de ene temperatuurzone onafhankelijk instelbaar is van een temperatuur of temperatuursverloop in de andere zone(s). In een dergelijke uivoeringsvorm kan niet alleen de temperatuur van de substraatbuis over de depositielengte daarvan nabij de 20 toevoer- en afvoerzijde van de substraatbuis worden beïnvloed, maar is het tevens mogelijk om de temperatuur in het gebied daartussen op te delen in minimaal twee temperatuurzones en in die temperatuurzones de temperatuur onafhankelijk van een andere temperatuurzone in te stellen.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de 25 onderhavige uitvinding is het maximale temperatuursverschil tussen een temperatuurzone en een andere temperatuurzone groter dan 50 °C.

In nog een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding worden in stap v) meerdere voorvormlagen 30 gevormd en is gedurende de vorming van de ene voorvormlaag de temperatuur of het temperatuursverloop in de temperatuurzones onafhankelijk van de temperatuur of het temperatuursverloop in de temperatuurzones gedurende de vorming van de een of meer andere voorvormlagen instelbaar.

9

Deze uitvoeringsvorm maakt het mogelijk om bij voorvormlagen met een onderling verschillend doteringsniveau voor elke voorvormlaag een optimaal temperatuurprofiel over de depositielengte van de holle glazen substraatbuis in te stellen.

5 De onderhavige uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels onder toepassing van een inwendig dampdepositieproces in een holle glazen substraatbuis omvattende een toevoerzijde en een afvoerzijde, de inrichting omvattende i) een gastoëvoer en gasafvoer waartussen de holle glazen 10 substraatbuis kan worden gemonteerd, ii) een oven welke tenminste een depositelengte van de holle glazen substraatbuis omgeeft iii) middelen voor het creëren van een reactiezone aan de binnenzijde van de holle glazen substraatbuis, welke middelen zich gedurende het 15 depositieproces in de oven bevinden en welke tussen het omkeerpunt gelegen nabij de toevoerzijde en het omkeerpunt gelegen nabij de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis heen en weer verplaatsbaar zijn, met het kenmerk, dat de oven is voorzien van tenminste twee temperatuurzones waarbij een temperatuur of temperatuursverloop in de ene temperatuurzone onafhankelijk instelbaar is van een 20 temperatuur of temperatuursverloop in de andere zone(s).

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de middelen voor het creëren van een reactiezone een resonator welke microgolven in het inwendige van de holle glazen substraatbuis kan koppelen teneinde een reactiezone in de vorm van een plasma creëren.

25 In nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de oven drie of meer temperatuurzones waarbij de temperatuurzones nabij de toevoer en afvoerzijde van de substraatbuis elk 5-20% van de depositielengte omgeven.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een aantal 30 figuren en een voorbeeld nader worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval hiertoe is beperkt.

Figuur 1 is een schematische weergave van een inrichting voor het uitvoeren van een inwendig depositieproces.

10

Figuur 2 is een schematische weergave in perspectief van een inrichting voor het uitvoeren van een inwendig depositieproces volgens de onderhavige uitvinding.

Figuur 3 is een weergave van een longitudinaal brekingsindexprofiel 5 in een primaire voorvorm.

Figuur 4 is een weergave van een temperatuursprofiel in een oven.

Figuur 5 is een weergave van een gecorrigeerd longitudinaal brekingsindexprofiel.

In Figuur 1 is een inrichting 100 voor het uitvoeren van een inwendig 10 dampdepositieproces voor de vervaardiging van een primaire voorvorm voor optische vezels schematisch weergegeven. Inrichting 100 omvat oven 1 welke tenminste depositielengte 5 van holle glazen substraatbuis 2 omgeeft.

Depositielengte 5 correspondeert met het deel van de lengte van de holle glazen substraatbuis 2 waar glaslagen worden gedeponeerd. Anders gezegd, 15 depositielengte 5 correspondeert met de afstand tussen het omkeerpunt 11 gelegen nabij de toevoerzijde en het omkeerpunt 12 gelegen nabij de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis. Een omkeerpunt dient te worden opgevat als een positie in lengterichting van holle glazen substraatbuis 2 gezien waar de bewegingsrichting van de reactiezone 6 in tegenovergestelde richting verandert.

20 Holle glazen substraatbuis 2 is voorzien van een toevoerzijde 3 en een afvoerzijde 4. Toevoerzijde 3 en afvoerzijde 4 kunnen worden gepositioneerd tussen een gastoevoer en een gasafvoer respectievelijk (niet weergegeven). Toevoerzijde 3 en afvoerzijde 4 kunnen bijvoorbeeld middels een cylindrische doorvoer met o-ring afsluiting worden ingeklemd, zodat het interne volume van holle 25 glazen substraatbuis 2 is geïsoleerd van de atmosfeer aan de buitenzijde hiervan. Een dergelijke constructie maakt het mogelijk om het depositieproces onder verlaagde druk uit te voeren wanneer aan de gasafvoer een pomp (niet weergegeven) wordt gekoppeld.

Voornoemde cylindrische doorvoer kan ook in roterende uitvoering 30 worden toegepast, zodat de substraatbuis gedurende het depositieproces continu dan wel stapsgewijs kan worden geroteerd.

Gedurende het dampdepositieproces beweegt een reactiezone 6 over de lengte van holle glazen substraatbuis 2 tussen een omkeerpunt 11 nabij toevoerzijde 3 en een omkeerpunt 12 nabij afvoerzijde 4, ook wel aangeduid als 11 depositielengte 5, heen en weer aan de binnenzijde van holle glazen substraatbuis 2 ter vorming van glaslagen. De breedte 7 van reactiezone 6 is kleiner dan depositielengte 5. De onderhavige uitvinding is in het bijzonder geschikt voor toepassing in een depositieproces van het type PCVD, waarbij de reactiezone een 5 lage druk plasma is. Met lage druk wordt bedoeld dat het plasma wordt gecreeerd bij een druk in de substraatbuis gelegen in het gebied van circa 1 - 20 mbar.

Onder toevoeren van al dan niet van doteermiddelen voorziene, glasvormende gassen aan toevoerzijde 3 van holle glazen substraatbuis 2 worden aan de binnenzijde van holle glazen substraatbuis 2 over depositielengte 5 glaslagen 10 gedeponeerd.

Een aantal glaslagen gedeponeerd onder toepassing van een min of meer constante samenstelling van de glasvormende gassen die worden toegevoerd aan toevoerzijde 3 vormt aldus een voorvormlaag.

Het is tevens mogelijk een voorvormlaag te vormen onder toepassing 15 van een vooraf bepaald verloop van de samenstelling van de glasvormende gassen. Een dergelijke voorvormlaag wordt bijvoorbeeld toegepast om een primaire voorvorm voor optische vezels van het gradientindex type te vervaardigen.

Na afloop van het depositieproces kan substraatbuis 2 met de daarin gedeponeerde voorvormlaag/voorvormlagen middels een contractieproces, ook wel 20 aangeduid als collapse proces, worden geconsolideerd tot een massieve staaf.

Middelen voor het creëren van een reactiezone aan de binnenzijde van holle glazen substraatbuis 2 omvatten bij voorkeur een resonator zoals bijvoorbeeld bekend uit de Amerikaanse octrooiaanvragen gepubliceerd onder nummer US 2007/0289532, US 2003/0159781 en US 2005/0172902, Amerikaanse 25 octrooischriften US 4.844.007, US 4.714.589, US 4.877.938. Dergelijke resonatoren omsluiten substraatbuis 2 en worden gedurende het depositieproces heen en weer verplaatst over de depositielengte.

Figuur 2 toont in perspectief een bijzondere uitvoeringsvorm van 30 inrichting 100 waarin drie temperatuurzones 8 en 9, 10 schematisch zijn weergegeven. Temperatuurzones 8, 9 en 10 kunnen bijvoorbeeld worden gecreëerd door in oven 1 op verschillende posities in de lengterichting van de substraatbuis gezien afzonderlijk aanstuurbare verwarmingselementen (niet weergegeven) te plaatsen. Geschikte verwarmingselementen zijn bijvoorbeeld koolstof elementen. De 12 onderhavige uitvinding is echter niet tot koolstofelementen beperkt. In principe zijn verwarmingselementen die een maximale temperatuur van circa 1400 °C kunnen bereiken geschikt. De breedte van de temperatuurzones kan al naar gelang de behoefte worden ingesteld en is niet per se voor elke temperatuurzone gelijk. Voor 5 een nauwkeurige instelling van de temperatuur van de substraatbuis in longitudinale richting gezien kan het wenselijk zijn om temperatuurzones met onderling verschillende lengtes te realiseren.

Temperatuurzones 8, 9, 10 kunnen van elkaar worden gescheiden middels een of meer scheidingsdelen (niet weergegeven) van isolerend materiaal 10 bijvoorbeeld aluminiumoxide. Onder toepassing van isolerende scheidingsdelen is het mogelijk de temperatuur van substraatbuis 2 in een temperatuurzone min of meer op een constant waarde te houden. In afwezigheid van isolerende scheidingsdelen zal een verloop in de temperatuur van substraatbuis 2 ontstaan, met name in nabijheid van de overgang(en) tussen de aangrenzende 15 temperatuurzone(s). Hoewel in Figuur 2 een oven 1 is weergegeven met drie temperatuurzones 8, 9, 10 is de onderhavige uitvinding geenszins tot een dergelijke uivoeringsvorm beperkt.

Ter vergelijking dienend voorbeeld

Een primaire voorvorm van het step-index type met één voorvormlaag 20 wordt vervaardigd middels een plasma chemisch dampdepositieproces van het type PCVD volgens de stand der techniek waarbij de temperatuur in oven 1 over de lengte van holle glazen substraatbuis 2 op een nagenoeg constante waarde wordt gehouden en waarbij germanium als doteermiddel wordt toegepast teneinde een gewenst brekingsindexverschil van 0,335% te verkrijgen. Na afloop van het 25 dampdepositieproces wordt de resulterende holle glazen substraatbuis 2 geconsolideerd tot een primaire voorvorm, waarna over de lengte van de primaire voorvorm op een aantal posities het radiale brekingsindexprofiel wordt gemeten met behulp van een zogeheten “preformanalyser”, bijvoorbeeld een “2600 Preform Analyzer” in de handel verkrijgbaar bij Photon Kinetics. Op basis van de verkregen 30 radiale brekingsindexprofielen wordt vervolgens een longitudinaal brekingsindexprofiel bepaald voor de voorvormlaag in de primaire voorvorm. Op deze wijze wordt een longitudinaal brekingsindexprofiel verkregen zoals getoond in Figuur 3. Op de verticale as wordt het brekingsindexverschil, Delta% (A%) weergegeven, op de horizontale as de positie in lengterichting van de primaire voorvorm. De 13 aangestuurde of gewenste waarde, weergegeven middels de onderbroken horizontale lijn, voor de A|% is 0,335%.

Het is duidelijk waarneembaar in Figuur 3 dat de verkregen waarde voor A% over de lengte van de primaire voorvorm gezien afwijkt van de gewenste 5 waarde.

Met name de afwijking aan de uiteinden van de primaire voorvorm (corresponderend met de linker en rechterzijde van Figuur 3) leidt tot een aanzienlijke reductie in de bruikbare lengte van de primaire voorvorm.

Voorbeeld 10 Op basis van het longitudinale brekingsindexprofiel van Figuur 3 wordt vervolgens met behulp van een computermodel een (longitudinaal) temperatuursprofiel voor oven 1 bepaald, onder toepassing waarvan de afwijkingen van de brekingsindex (uitgedrukt als A%) ten opzichte van een gewenste waarde, in het onderhavige voorbeeld 0,335%, worden gereduceerd.

15 Het aldus bepaalde temperatuursprofiel wordt weergegeven in Figuur 4, waarbij op de verticale as de temperatuur van de oven en op de horizontale as de positie in de primaire voorvorm wordt weergegeven. De positie in de primaire voorvorm volgens Figuur 3 komt overeen met de positie van holle glazen substraatbuis 2 in Figuur 4.

20 De verticale doorgetrokken lijnen in Figuur 4 corresponderen met de zes temperatuurzones Z1 t/m Z6. Aldus begint temperatuurzone Z2 op een posite van 160 mm en eindigt op een positie van 310 mm, begint zone Z3 op een positie van 310 mm en eindigt op een positie 575 mm etctera. Opgemerkt wordt dat de onderhavige uitvinding niet tot een uitvoeringsvorm met zes temperatuurzones is 25 beperkt.

Voorts wordt nog opgemerkt dat de temperatuurzones niet van elkaar gescheiden zijn middels isolerende scheidingswanden, zodat er sprake is van een min of meer vloeiende temperatuursovergang tussen aangrenzende temperatuurzones.

30 In Figuur 3 is bijvoorbeeld waarneembaar dat het brekingsindexverschil over het grootste deel van temperatuurzone Z3 lager is dan de gewenste waarde (0,335%) terwijl in het grootste gedeelte van temperatuurzone Z4 het brekingsindexverschil juist hoger is dan de gewenste waarde. Op basis van deze 14 resultaten is het wenselijk de temperatuur in de onderscheidenlijke temperatuur-zones Z3 en Z4 zodanig in te stellen dat deze afwijking beperkt wordt.

Aldus is het mogelijk om op basis van het temperatuursprofiel volgens Figuur 4 een voorvorm te vervaardigen met een longitudinaal brekingsindexprofiel 5 corresponderend met het longitudinaal brekingsindexprofiel zoals weergegeven in Figuur 5. Op de verticale as in Figuur 5 wordt het brekingsindexverschil, A%, en op de horizontale as de positie in lengterichting van de primaire voorvorm weergegeven.

Duidelijk waarneembaar is dat de afwijkingen van de A% over nagenoeg de gehele lengte van de primaire voorvorm ten opzichte van de ingestelde 10 waarde van 0,335 % significant worden gereduceerd in vergelijking tot de afwijkingen weergegeven in Figuur 3.

Met name is in Figuur 5 waarneembaar dat de afwijking van het brekingsindexverschil aan de uiteinden van de primaire voorvorm sterk is gereduceerd. Aldus maken de werkwijze en inrichting volgens de onderhavige 15 uitvinding het mogelijk om de bruikbare lengte van een primaire voorvorm te vergroten.

20 1037163

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels onder toepassing van een inwendig dampdepositieproces 5 omvattende de volgende stappen: i) het verschaffen van een holle glazen substraatbuis voorzien van een toevoerzijde en een afvoerzijde, ii) het omgeven van tenminste een deel van de holle glazen substraatbuis door een oven 10 iii) het aan het inwendige van de holle glazen substraatbuis, via de toevoerzijde daarvan, toevoeren van glasvormende gassen, iv) het tot stand brengen van een reactiezone waarin zodanige omstandigheden worden gecreeerd dat depositie van glas plaatsvindt aan de binnenzijde van de holle glazen substraatbuis en 15 v) het over de lengte van de holle glazen substraatbuis heen en weer bewegen van de reactiezone tussen een omkeerpunt gelegen nabij de toevoerzijde en een omkeerpunt gelegen nabij de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis ter vorming van een of meer voorvormlagen aan de binnenzijde van de holle glazen substraatbuis, waarbij beide omkeerpunten door de oven worden 20 omgeven, met het kenmerk, dat de oven tenminste twee temperatuurzones omvat waarbij een temperatuur of temperatuursverloop in de ene temperatuurzone onafhankelijk instelbaar is van een temperatuur of temperatuursverloop in de andere zone(s), waarin een temperatuurzone dient te worden opgevat als een zone gezien 25 in longitudinale richting van de holle glazen substraatbuis.

2. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1, met het kenmerk, dat de reactiezone in stap iv) een plasma is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat in stap v) de reactiezone met een snelheid gelegen in het gebied 10-40 m/min en bij voorkeur 30 15-25 m/min over de depositielengte van de holle glazen substraatbuis heen en weer beweegt welke depositielengte is op te vatten als de afstand tussen het omkeerpunt gelegen nabij de toevoerzijde en het omkeerpunt gelegen nabij de afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis. 1 037 1 63

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de glasvormende gassen in stap iii) een of meer doteermiddelen omvatten.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als 5 doteermiddel germanium wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de oven tenminste drie, bijvoorkeur ten minste vier, temperatuurzones omvat en waarbij de temperatuurzones nabij de toevoerzijde en afvoerzijde van de holle glazen substraatbuis elk 5-20% van de depositielengte 10 omgeven.

7. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-6 met het kenmerk dat het maximale temperatuursverschil tussen de ene temperatuurzone en de andere temperatuurzone groter is dan 50 °C.

8. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1-7 15 waarbij in stap v) meerdere voorvormlagen worden gevormd en waarbij gedurende de vorming van de ene voorvormlaag de temperatuur of het temperatuursverloop in de temperatuurzones onafhankelijk van de temperatuur of het temperatuursverloop in de temperatuurzones gedurende de vorming van de een of meer andere voorvormlagen instelbaar is.

9. Inrichting (100) voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels onder toepassing van een inwendig dampdepositieproces in een holle glazen substraatbuis (2) omvattende een toevoerzijde (3) en een afvoerzijde (4), de inrichting (100) omvattende i) een gastoevoer en gasafvoer waartussen de holle glazen 25 substraatbuis (2) kan worden gemonteerd, ii) een oven (1) welke tenminste een depositelengte (5) van de holle glazen substraatbuis (2) omgeeft, welke depositielengte (5) is op te vatten als de afstand tussen een omkeerpunt (11) gelegen nabij de toevoerzijde (3) en een omkeerpunt (12) gelegen nabij de afvoerzijde (4) van de holle glazen substraatbuis 30 (2) iii) middelen voor het creëren van een reactiezone (6) aan de binnenzijde van de holle glazen substraatbuis (2), welke middelen zich gedurende het depositieproces in de oven (1) bevinden en welke tussen het omkeerpunt (11) gelegen nabij de toevoerzijde (3) en het omkeerpunt (12) gelegen nabij de afvoerzijde (4) van de holle glazen substraatbuis (2) heen en weer verplaatsbaar zijn, met het kenmerk, dat de oven (1) is voorzien van tenminste twee temperatuurzones (8,9,10) waarbij een temperatuur of temperatuursverloop in de 5 ene temperatuurzone onafhankelijk instelbaar is van een temperatuur of temperatuursverloop in de andere zone(s) en waarin een temperatuurzone (8,9,10) dient te worden opgevat als een zone gezien in longitudinale richting van de holle glazen substraatbuis (2).

10. Inrichting volgens conclusies 9, waarin de middelen voor het creëren 10 van een reactiezone (6) een resonator omvat, welke microgolven in het inwendige van de holle glazen substraatbuis (2) kan koppelen teneinde een reactiezone (6) in de vorm van een plasma te creëren.

11. Inrichting volgens een of meer van voorgaande conclusies 9-10, waarbij de oven (1) drie of meer temperatuurzones (8,9,10) omvat en waarbij de 15 temperatuurzones (8,9,10) nabij de toevoerzijde (3) en afvoerzijde (4) van de holle glazen substraatbuis (2) elk 5-20% van de depositielengte (5) omgeven. 20 1 037 1 63