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Dokumentenidentifikation DE69701953T2 14.12.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0850889
Titel Verfahren zum Ziehen einer Chalkogenidenthaltenden Glasfaser
Anmelder HOYA Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Itoh, Katsuhisa, 2-500-1, Tokyo 198, JP;
Tawarayama, Hiromasa, Fussa-shi, Tokyo 197, JP
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 69701953
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.12.1997
EP-Aktenzeichen 971225917
EP-Offenlegungsdatum 01.07.1998
EP date of grant 10.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.12.2000
IPC-Hauptklasse C03B 37/027

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser, die ganz oder teilweise aus Chalkogenidglas, das Schwefel umfasst, oder Oxychalkogenidglas, das Schwefel umfasst, besteht, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser, die als optische Faser geeignet ist, die in einem Kern der optischen Faser lichtemittierende Substanzen für eine optische Verstärkungsfaser enthält.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein kostengünstiger, hocheffizienter optischer 1,3-um-Band-Verstärker wird seit einiger Zeit auf dem Gebiet der optischen Telekommunikation erwartet. Das zur Zeit verwendete optische 1,3-um-Band-Verstärkungsmedium ist eine optische Faser, die Pr³&spplus;-Ionen als lichtemittierende Substanzen im Kern der Faser enthält. Chalkogenidglas wird als Wirtsglas verwendet, zu dem die Pr³&spplus;-Ionen hinzugefügt werden. Durch Verwendung des Chalkogenidglases kann ein Verstärker mit sehr hoher Effizienz hergestellt werden.

Um einen Verstärker mit höherer Effizienz zu erhalten, ist es wünschenswert, den Kern mit mehr lichtemittierenden Substanzen zu dotieren. Das Chalkogenidglas löst jedoch im allgemeinen nicht genügend ionische Substanzen, die als lichtemittierende Substanzen dienen. Unter diesem Gesichtspunkt haben wir unsere Aufmerksamkeit auf einige Schwefelgläser, in denen hauptsächlich Schwefel als Chalkogenelement verwendet wird, als mögliches Wirtsglas, das mehr ionische Substanzen zu lösen vermag, gerichtet.

Inzwischen muss ein solches Glas, wenn es als optisches Verstärkungsmedium verwendet werden soll, in die Form einer optischen Einmodenfaser gebracht werden. Die Japanische Offenlegungsschrift Showa Nr. 64- 3031 offenbart ein solches Verfahren zur Bildung einer Faser aus dem Chalkogenidglas. Dieses Verfahren beruht auf einem Prozess, bei dem ein Tiegel verwendet wird.

Da es sich bei dem in der Japanischen Offenlegungsschrift Showa Nr. 64- 3031 offenbarten Verfahren um den Prozess handelt, bei dem ein Tiegel verwendet wird, kann eine Faser mit einem Kern mit einem Durchmesser von etwa 15 bis 16 um oder weniger, der für eine Einmodenfaser charakteristisch ist, kaum hergestellt werden. Ein allgemeines Verfahren zur Herstellung einer Einmodenfaser besteht in der Bildung einer Vorform mit einem großen Verhältnis von Manteldurchmesser zu Kerndurchmesser nach einem Stab-im-Rohr-Verfahren, Extrusionsverfahren usw. und dann im Ziehen der Vorform zu einer Faser, wobei man Wärme auf einen Teil der Vorform einwirken lässt, um die Vorform zu erweichen.

Das Chalkogenidglas ist jedoch weniger stabil, so dass die Bildung einer optischen Faser tatsächlich unmöglich wird, wenn man das herkömmliche Vorformverfahren so verwendet, wie es ist. Unter diesen Umständen haben wir einige Einmodenfaser-Herstellungen aus einem schwefelhaltigen Chalkogenid, das mehr lichtemittierende Substanzen enthalten kann, unter Verwendung des Vorformverfahrens versucht.

Beim Vorformverfahren wird das Chalkogenelement, wie Schwefel, jedoch von einer Seitenfläche eines Vorformstabes oder eines Mantelrohrs, die während des Ziehens direkt der Gasphasenatmosphäre ausgesetzt ist, verflüchtigt. Das schwefelhaltige Chalkogenid erlitt insbesondere eine merkliche Schwefelverflüchtigung. Wenn sich das Chalkogenelement, wie Schwefel, verflüchtigt, kann sich die Oberflächenzusammensetzung des Vorformstabes oder des Mantelrohrs gegenüber der Zusammensetzung im Innern verschieben. Schwefel-Metall-Chalkogenidglas hat einen engeren Bereich für die Glasbildung als Arsen-Schwefel-Glas und ist weniger stabil gegenüber Kristallisation. Wenn sich ein Chalkogenelement, wie Schwefel, übermäßig von der Oberfläche des Vorformstabes oder des Mantetrohrs verflüchtigt, induziert diese Verflüchtigung Verschiebungen der Zusammensetzung oder einen Metamorphismus auf der Oberfläche, so dass wahrscheinlich eine Oberflächenkristallisation verursacht wird. Tatsächlich verlor die Faser aufgrund von Kristallablagerungen ihre Faserfestigkeit. Zuweilen kann das Glas aufgrund von erheblicher Oberflächenkristallisation nicht einmal gezogen werden.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser durch Ziehen eines Ausgangsglasmaterials, das ganz oder teilweise aus Chalkogenidglas, das Schwefel umfasst, oder Oxychalkogenidglas, das Schwefel umfasst, besteht, ohne Oberflächenkristallisation bereitzustellen.

In einer Form der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser durch Ziehen eines Ausgangsglasmaterials, das ganz oder teilweise aus Chalkogenidglas, das Schwefel umfasst, oder Oxychalkogenidglas, das Schwefel umfasst, besteht, einen Schritt des Ziehens des Ausgangsglasmaterials in einer schwefelhaltigen Atmosphäre zu einer Glasfaser, wobei die Schwefelkonzentration in der Atmosphäre auf einen Wert eingestellt wird, der gleich oder größer ist als der Dampfdruck von Schwefel um die Oberfläche der Glasfaser herum bei der maximalen Temperatur der Glasfaser während des Ziehens.

Die Atmosphäre kann Schwefelwasserstoff oder ein Gemisch von Schwefelwasserstoff und einem oxidierenden Gas enthalten. Auf 400ºC erhitzter Schwefelwasserstoff kann als Atmosphäre eingeführt werden. Die Atmosphäre kann weiterhin ein Inertgas enthalten. Das Ausgangsglasmaterial kann ein Vorformstab, ein Stab im Rohr oder ein Mantelrohr sein, und es kann einen Kern enthalten, der lichtemittierende Substanzen enthält.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die obigen und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung wird der Fachmann aus den folgenden bevorzugten Ausführungsformen ersehen, wenn er sie in Verbindung mit den Begleitzeichnungen betrachtet.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die eine Ziehvorrichtung für eine optische Faser zeigt, mit der sich das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung durchführen lässt.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Ein Ausgangsglasmaterial, das in einem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, besteht ganz oder teilweise aus Chalkogenidglas oder Oxychalkogenidglas, wobei es sich bei dem Chalkogenidglas und dem Oxychalkogenidglas um Schwefelgläser handelt, in denen ionische Substanzen in hohem Maße löslich sind. Das Chalkogenidglas wird durch eine allgemeine Formel ausgedrückt: A³&spplus;-D²&spplus;-E&spplus;-S, wobei A ein oder mehrere Elemente bezeichnet, die aus Ga, Al und In ausgewählt sind, D ein oder mehrere Elemente bezeichnet, die aus Cd, Ca, Sr, Ba, Pb, Zn und

Hg ausgewählt sind, und E ein oder mehrere Elemente bezeichnet, die aus Li, Na, K, Co, Rb und Ti ausgewählt sind. Spezielle Beispiele für das Chalkogenidglas sind Ga-Na-S, Ga-Na-Ca-S, Ga-Ge-S, Ga-La-S, B-Na-S, Ga-Ge-La-S, Al-La-S, Ge-Na-S usw. Das Oxychalkogenidglas ist ein Glas wie das Chalkogenidglas, das weiterhin Sauerstoff enthält, und Beispiele dafür sind Gläser wie Ga-Na-S-O, Ga-La-S-O, Ga-Ge-La-S-O, Al-La-S-O usw.

für das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung sind eine herkömmliche Struktur eines Ausgangsglasmaterials, das ganz oder teilweise aus Chalkogenidglas, das Schwefel umfasst, oder Oxychalkogenidglas, das Schwefel umfasst, besteht, und ein herkömmliches Herstellungsverfahren dafür sowie eine herkömmliche Vorrichtung und herkömmliche Bedingungen, die zum Ziehen des Ausgangsglasmaterials verwendet werden, ohne weiteres geeignet. Beispiele für ein Ausgangsglasmaterial sind zum Beispiel ein Vorformstab, ein Stab im Rohr, ein Mantelrohr usw. Der Vorformstab ist ein Stab, bei dem ein Kernglas und ein Mantelglas zu einem einheitlichen Körper geformt werden. Beim Stab im Rohr ist ein Kernglasstab in den Hohlraum eines Mantelglasrohrs eingesetzt, und das Kern- und das Mantelglas werden während des Ziehens zu einem einheitlichen Körper verarbeitet, aber noch nicht im Stadium des Ausgangsglasmaterials. Beim Mantelrohr ist ein Vorformstab in den Hohlraum eines Mantelrohrs eingesetzt, und der Vorformstab und das Mantelrohr werden während des Ziehens zu einem einheitlichen Körper verarbeitet, aber noch nicht im Stadium des Ausgangsglasmaterials.

Das Ausgangsglasmaterial kann zu einer Glasfaser verarbeitet werden, indem man das Ausgangsglasmaterial unter Einwirkung von Wärme, um das Material zu erweichen, zieht. Insbesondere kann ein Teil des Aus gangsglasmaterials unter Einwirkung von Wärme so gezogen werden, dass die Glasviskosität z. B. 1 · 10&sup5; bis 1 · 10&sup8; Poise beträgt.

Das Ziehverfahren bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird unter einer Atmosphäre durchgeführt, die Schwefel in einem Dampfdruck (Konzentration) enthält, der gleich oder größer ist als der Dampfdruck von Schwefel um die Oberfläche der Glasfaser herum bei der maximalen Temperatur der Glasfaser während des Ziehvorgangs. Die Verflüchtigungsgeschwindigkeit des Schwefels von der Glasoberfläche wird langsamer, und der Schwefel wird weniger flüchtig, während der Dampfdruck des Schwefels in der Gasphase in Kontakt mit der Glasoberfläche höher wird. Wenn dementsprechend der Dampfdruck des Schwefels in der Atmosphäre auf einen Wert gesteuert wird, der dem Dampfdruck des Schwefels um die Glasoberfläche herum bei der maximalen Temperatur entspricht, die das Ausgangsglasmaterial während des Ziehens erreicht, kann die Verflüchtigung des Schwefels von der Glasoberfläche wesentlich reduziert werden. Obwohl es keine Obergrenze für den Dampfdruck des Schwefels gäbe, wäre es unnötig, den Dampfdruck des Schwefels übermäßig hoch zu machen, um die Verflüchtigung des Schwefels zu unterdrücken, und wenn der Dampfdruck des Schwefels zu hoch wird, würde die Handhabung der Atmosphäre im selben Maße schwieriger. Daher wäre ein geeigneter Schwefeldruck in der Atmosphäre in praktischem Sinne gleich oder größer als der Dampfdruck von Schwefel, insbesondere, wenn er größer ist, in der Nähe des Dampfdrucks von Schwefel.

Als Schwefelquelle können Schwefel selbst und eine Schwefelverbindung, wie Schwefelwasserstoff, die Schwefel enthält, so dass bei der Zersetzung Schwefel entsteht, verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt der Steuerung des Dampfdrucks (der Konzentration) des Schwefels in der Atmosphäre ist es wünschenswert, Schwefel oder Schwefelwasserstoff zu verwenden. Wenn Schwefel verwendet wird, kann der Dampfdruck (die Konzentration) des Schwefels in der Atmosphäre gesteuert werden, indem man Schwefel im Hinblick auf die maximale Temperatur, die die Vorform während des Ziehens erreicht, in geeigneter Weise mit einem oder mehreren Inertgasen oder dergleichen verdünnt. Ein Schwefeldampf (Gas) von 0,01 bis 100% oder ein Gasgemisch aus einem Schwefeldampf (Gas) und einem Inertgas, wie einem Edelgas und Stickstoffgas, können verwendet werden.

Wenn Schwefelwasserstoff verwendet wird, wird die zuzuführende Konzentration des Schwefelwasserstoffs im Hinblick auf die maximale Temperatur, die die Vorform während des Ziehens erreicht, gesteuert, da Schwefelwasserstoff bei und oberhalb von etwa 400ºC thermisch zersetzt wird und einen Dampfdruck von Schwefel in Abhängigkeit von der Temperatur ergibt. Der Dampfdruck (die Konzentration) des Schwefels kann daher in der Atmosphäre auf einen gewünschten Wert gesteuert werden. Das heißt, die der Atmosphäre zuzuführende Konzentration an Schwefelwasserstoff kann im Lichte der Temperatur bestimmt werden. Ein Schwefelwasserstoffgas von z. B. 0,01 bis 100% oder ein Gasgemisch aus Schwefelwasserstoff und einem Inertgas, wie einem Edelgas und Stickstoffgas, kann verwendet werden. Außerdem kann ein Gasgemisch aus Schwefelwasserstoff, Schwefel und einem Inertgas als Atmosphärengas verwendet werden. Wenn Schwefelwasserstoff verwendet oder der Atmosphäre zugemischt wird, wird vorzugsweise ein Teil des Schwefelwasserstoffs zersetzt, indem man diesen Teil im voraus auf eine Temperatur von 400ºC oder darüber bringt.

Wenn Schwefelwasserstoff als Schwefelquelle verwendet oder zugemischt wird, kann ein oxidierendes Gas zusammen mit dem Schwefelwasserstoff hinzugefügt werden, um die Schwefelzufuhr durch Zersetzung des Schwe felwasserstoffs zu fördern und den durch die Zersetzung erzeugten Wasserstoff aufzufangen. Das Wasserstoffgas weist auf eine starke Reduzierbarkeit hin und kann das Glas kristallisieren. Als Beispiele für ein oxidierendes Gas seien genannt Sauerstoff, Schwefeldioxid, Schwefeltrioxid, POCl&sub3;, SOCl&sub3;, Halogengase, Schwefelhexafluorid, Stickstoffdioxid, Stickstoffmonoxid usw. Geeigneterweise wird die Menge des oxidierenden Gases auf 50% oder weniger der Gaszufuhr eingestellt.

Ein Schwefelwasserstoffgas kann auch dann, wenn es ausschließlich verwendet wird, der Glasoberfläche weiterhin elementaren Schwefel zuführen, indem es mit der Glasoberfläche reagiert oder um die Glasoberfläche herum in einer Weise zersetzt wird, die in der folgenden Formel gezeigt ist:

H&sub2;S → H&sub2; + S.

Je nach der Glasspezies reduziert jedoch die starke Reduktionskraft von Wasserstoff, der durch die obige Reaktion erzeugt wird, unter den glasbildenden Elementen Metallionen mit leicht reduzierbaren Eigenschaften. Als Ergebnis kann das Glas die Stabilität gegenüber Kristallisation aufgrund von Änderungen der glasbildenden Ionen rasch verlieren und dadurch möglicherweise Kristallisation verursachen. Um dieses Problem zu lösen, wird das Atmosphärengas vorzugsweise mit dem oxidierenden Gas vergesellschaftet, wie es oben beschrieben ist, und dadurch wird der Wasserstoff zu einer inerten Verbindung, wie Wasser.

Da die Konzentration des Schwefels in der Atmosphäre auf einen Wert eingestellt wird, der gleich oder größer ist als der Dampfdruck von Schwefel um die Glasoberfläche herum bei der maximalen Temperatur des Glases während des Ziehens, kann diese Erfindung die Verflüchtigung von elementarem Schwefel von der Glasoberfläche des Vorformstabes oder des Mantelrohrs unterdrücken. Daher werden Verschiebungen der Zusammensetzung, die ansonsten aufgrund der Verflüchtigung von elementarem Schwefel induziert würden, verhindert, so dass eine Glasfaser hergestellt werden kann, ohne dass sich Kristalle auf der Glasoberfläche abscheiden.

Einige Glasspezies erreichen keine Temperatur, bei der Schwefelwasserstoff zersetzt wird, um ausreichend elementaren Schwefel zu liefern, oder mit anderen Worten, einige Glasspezies haben eine relativ niedrige Ziehtemperatur. Bei diesen Gläsern ist es wünschenswert, das Atmosphärengas mit oxidierendem Gas, das Schwefelwasserstoff ungefähr bei gewöhnlicher Temperatur zu oxidieren vermag, z. B. Schwefeldioxid oder dergleichen, vorzumischen oder Schwefelwasserstoff ausreichend zu zersetzen, indem man den Schwefelwasserstoff selbst im voraus erhitzt. Ein geeignetes oxidierendes Gas, wie Schwefeldioxid, hat eine Konzentration von 100 ppm bis 50 Mol-% (dieselbe Menge wie Schwefelwasserstoff). Wenn Schwefelwasserstoff selbst vorerhitzt wird, so dass er zersetzt wird, beträgt die Temperatur 400ºC oder darüber.

Das erfundene Herstellungsverfahren kann mit einem Ofen, der wenigstens in der Lage ist, eine Innenatmosphäre zu steuern, sowie einer Vorrichtung, die grundsätzlich einen Mechanismus zum Herausziehen des durch Wärme erweichten Glases aufweist, durchgeführt werden. Wie zum Beispiel in Fig. 1 gezeigt ist, liefert ein Ziehofen 3 Wärme an die Spitze einer Vorform 2, die auf einer Vorform-Spannvorrichtung 1 montiert ist. Eine Antriebsrolle 5 zieht eine optische Faser 4 aus der Spitze der Vorform 2, und die gezogene optische Faser 4 wird von einer Spule (nicht gezeigt) aufgenommen und bildet dadurch die optische Faser 4. Obwohl es nicht gezeigt ist, hat der Ziehofen 3 eine Struktur, die in der Lage ist, die Innenatmosphäre zu steuern.

Beispiele

Im folgenden wird diese Erfindung auf der Grundlage von Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Ein Vorformstab des Typs einheitlicher Kern-Mantel-Körper aus schwefelhaltigem Chalkogenidglas mit einer Mantelzusammensetzung von 67 Mol-% Ga&sub2;S&sub3; und 33 Mol-% Na&sub2;S und einem Außendurchmesser von 6 mm wurde nach einem Extrusionsformverfahren hergestellt. Der Vorformstab wurde dann in einen Ziehofen gebracht, dessen Atmosphäre sich steuern ließ, und man ließ Stickstoffgas, das Schwefelwasserstoff in einem Anteil von 10 Vol.-% enthielt, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 Liter pro Minute von der Oberseite der Vorform her strömen. Als der Ziehofen erhitzt wurde, um die Vorform bei einer Temperatur von etwa 545ºC zu einer Faser zu ziehen, während man das Gasgemisch ständig strömen ließ, wurde eine Faser gezogen, ohne dass sich auf ihrer Oberfläche eine Kristallisation bildete.

Es ist anzumerken, dass beim Ziehen eines Vorformstabs für eine Chalkogenidglasfaser mit derselben Zusammensetzung wie im obigen Beispiel in einer Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff bestand, zu einer Faser die Oberfläche der gezogenen Faser mit erheblicher Kristallisation gebildet wurde, so dass die Qualität der gezogenen Faser nicht dem Standard entsprach.

Beispiel 2

Ein Rohr aus schwefelhaltigem Chalkogenidglas mit einer Glaszusammensetzung von 65 Mol-% Ga&sub2;S&sub3; und 35 Mol-% Na&sub2;S und einem Außen durchmesser von 10 mm und einem Innendurchmesser von 7 mm wurde nach einem Rotationsgießverfahren hergestellt, und die Außenfläche wurde wasserfrei poliert und geätzt. Ein Kernstab aus schwefelhaltigem Chalkogenidglas mit einer Glaszusammensetzung von 67 Mol-% Ga&sub2;S&sub3; und 33 Mol-% Na&sub2;S und einem Außendurchmesser von 6,8 mm wurde nach einem Gießverfahren hergestellt, und die Außenfläche wurde wasserfrei poliert und geätzt. Dieser Kernstab wurde in das Rohr eingesetzt. Der erhaltene Stab im Rohr wurde in einen Ziehofen montiert, dessen Atmosphäre sich steuern ließ. Stickstoffgas, das Schwefelwasserstoff in einem Anteil von 20 Vol.-% enthielt, wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 Liter pro Minute von der Oberseite der Kombination aus Stab und Rohr her eingeleitet. Als der Ziehofen erhitzt wurde, um die Vorform bei einer Temperatur von etwa 545ºC zu einer Faser zu ziehen, während man das Gasgemisch ständig strömen ließ, wurde eine Faser gezogen, ohne dass sich auf ihrer Oberfläche eine Kristallisation bildete.

Es ist anzumerken, dass beim Ziehen eines Stabs im Rohr, der im wesentlichen derselbe wie in diesem Beispiel war, in einer Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff bestand, die Oberfläche der gezogenen Faser mit erheblicher Kristallisation gebildet wurde, so dass die Qualität der gezogenen Faser nicht dem Standard entsprach.

Beispiel 3

Ein Vorformstab des Typs einheitlicher Kern-Mantel-Körper aus schwefelhaltigem Chalkogenidglas mit einer Mantelzusammensetzung von 70 Mol-% Ga&sub2;S&sub3; und 30 Mol-% La&sub2;S und einem Außendurchmesser von 6 mm wurde nach einem Extrusionsformverfahren hergestellt. Der Vorformstab wurde dann in einen Ziehofen gebracht, dessen Atmosphäre sich steuern ließ. Stickstoffgas, das Schwefelwasserstoff in einem Anteil von 20 Vol.-% enthielt, und Stickstoffgas, das Schwefeldioxid in einem Anteil von 1 Vol.-% enthielt, wurden direkt über der Vorform in einem Verhältnis von 1 zu 1 gemischt, und man ließ das Gasgemisch mit einer Strömungsgeschwindigkeit von einem Liter pro Minute strömen. Als der Ziehofen erhitzt wurde, um die Vorform bei einer Temperatur von etwa 660ºC zu einer Faser zu ziehen, während man das Gasgemisch ständig strömen ließ, wurde eine Faser gezogen, ohne dass sich auf ihrer Oberfläche eine Kristallisation bildete.

Es ist anzumerken, dass beim Ziehen eines Vorformstabs für eine Chalkogenidglasfaser mit derselben Zusammensetzung wie in diesem Beispiel in einer Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff bestand, zu einer Faser die Oberfläche der gezogenen Faser mit erheblicher Kristallisation gebildet wurde, so dass die Qualität der gezogenen Faser nicht dem Standard entsprach.

Beispiel 4

Ein Vorformstab des Typs einheitlicher Kern-Mantel-Körper aus schwefelhaltigem Chalkogenidglas mit einer Mantelzusammensetzung von 5 Mol-% Ga, 25 Mol-% Ge und 70 Mol-% S und einem Außendurchmesser von 6 mm wurde nach einem Extrusionsformverfahren hergestellt. Der Vorformstab wurde dann in einen Ziehofen gebracht, dessen Atmosphäre sich steuern ließ. Stickstoffgas, das Schwefelwasserstoff in einem Anteil von 50 Vol.-% enthielt, und Stickstoffgas, das Schwefeldioxid in einem Anteil von 10 Vol.-% enthielt, wurden direkt über der Vorform in einem Verhältnis von 1 zu 1 gemischt, und man ließ das Gasgemisch mit einer Strömungsgeschwindigkeit von einem Liter pro Minute strömen. Als der Ziehofen erhitzt wurde, um die Vorform bei einer Temperatur von etwa 475ºC zu einer Faser zu ziehen, während man das Gasgemisch ständig strömen ließ, wurde eine Faser gezogen, ohne dass sich auf ihrer Oberfläche eine Kristallisation bildete.

Es ist anzumerken, dass beim Ziehen eines Vorformstabs für eine Chalkogenidglasfaser mit derselben Zusammensetzung wie in diesem Beispiel in einer Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff bestand, zu einer Faser die Oberfläche der gezogenen Faser mit erheblicher Kristallisation gebildet wurde, so dass die Qualität der gezogenen Faser nicht dem Standard entsprach.

Beispiel 5

Ein Vorformstab des Typs einheitlicher Kern-Mantel-Körper aus schwefelhaltigem Oxychalkogenidglas mit einer Mantelzusammensetzung von 64 Mol-% Ga&sub2;S&sub3;, 3 Mol-% Ga&sub2;O&sub3; und 33 Mol-% Na&sub2;S und einem Außendurchmesser von 6 mm wurde nach einem Extrusionsformverfahren hergestellt. Der Vorformstab wurde dann in einen Ziehofen gebracht, dessen Atmosphäre sich steuern ließ. Man ließ Stickstoffgas, das Schwefelwasserstoff in einem Anteil von 10 Vol.-% enthielt, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 Liter pro Minute von der Oberseite der Vorform her strömen. Als der Ziehofen erhitzt wurde, um die Vorform bei einer Temperatur von etwa 550ºC zu einer Faser zu ziehen, während man das Gasgemisch ständig strömen ließ, wurde eine Faser gezogen, ohne dass sich auf ihrer Oberfläche eine Kristallisation bildete.

Es ist anzumerken, dass beim Ziehen eines Vorformstabs für eine Chalkogenidglasfaser mit derselben Zusammensetzung wie in diesem Beispiel in einer Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff bestand, zu einer Faser die Oberfläche der gezogenen Faser mit erheblicher Kristallisation gebildet wurde, so dass die Qualität der gezogenen Faser nicht dem Standard entsprach.

Beispiel 6

Ein Vorformstab des Typs einheitlicher Kern-Mantel-Körper aus schwefelhaltigem Oxychalkogenidglas mit einer Mantelzusammensetzung von 64 Mol-% Ga&sub2;S&sub3;, 32 Mol-% Na&sub2;S und 4 Mol-% CdS und einem Außendurchmesser von 6 mm wurde nach einem Extrusionsformverfahren hergestellt. Der Vorformstab wurde dann in einen Ziehofen gebracht, dessen Atmosphäre sich steuern ließ. Stickstoffgas, das Schwefelwasserstoff in einem Anteil von 50 Vol.-% enthielt, und Stickstoffgas, das Schwefeldioxid in einem Anteil von 10 Vol.-% enthielt, wurden direkt über der Vorform in einem Verhältnis von 1 zu 1 gemischt, und man ließ das Gasgemisch mit einer Strömungsgeschwindigkeit von einem Liter pro Minute strömen. Als der Ziehofen erhitzt wurde, um die Vorform bei einer Temperatur von etwa 535ºC zu einer Faser zu ziehen, während man das Gasgemisch ständig strömen ließ, wurde eine Faser gezogen, ohne dass sich auf ihrer Oberfläche eine Kristallisation bildete.

Es ist anzumerken, dass beim Ziehen eines Vorformstabs für eine Chalkogenidglasfaser mit derselben Zusammensetzung wie in diesem Beispiel in einer Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff bestand, zu einer Faser die Oberfläche der gezogenen Faser mit erheblicher Kristallisation gebildet wurde, so dass die Qualität der gezogenen Faser nicht dem Standard entsprach.

Beispiel 7

Ein Vorformstab des Typs einheitlicher Kern-Mantel-Körper aus schwefelhaltigem Chalkogenidglas mit einer Mantelzusammensetzung von 67 Mol-% Ga&sub2;S&sub3; und 33 Mol-% Na&sub2;S und einem Außendurchmesser von 6 mm wurde nach einem Extrusionsformverfahren hergestellt, und der hergestellte Stab wurde geätzt. Der erhaltene Vorformstab wurde dann in einen Ziehofen gebracht, dessen Atmosphäre sich steuern ließ. Auf etwa 450ºC erhitztes Stickstoffgas, das durch einen Verdampfer verdampften Schwefel in einem Anteil von etwa 50 Vol.-% enthielt, wurde genau von der Oberseite einer Heizvorrichtung des Ziehofens eingeführt, der bereits auf eine Temperatur von 450ºC oder darüber erhitzt worden war. Anschließend wurden das von der Oberseite des Atmosphärenofens strömende Stickstoffgas und das schwefelhaltige Gasgemisch miteinander gemischt, und folglich ließ man ein Gasgemisch strömen, das 20% Schwefel enthielt. Die Vorform wurde bei etwa 545ºC zu einer Faser gezogen, während man das Gasgemisch, das 20% Schwefel enthielt, ständig strömen ließ, wodurch eine Faser hergestellt wurde, ohne dass sich auf ihrer Oberfläche eine Kristallisation bildete.

Es ist anzumerken, dass beim Ziehen eines Vorformstabs für eine Chalkogenidglasfaser mit derselben Zusammensetzung wie in diesem Beispiel in einer Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff bestand, zu einer Faser die Oberfläche der gezogenen Faser mit erheblicher Kristallisation gebildet wurde, so dass die Qualität der gezogenen Faser nicht dem Standard entsprach.

Gemäß der Erfindung wird verhindert, dass Chalkogenidglas, das Schwefel umfasst, oder Oxychalkogenidglas, das Schwefel umfasst, in denen ionische Substanzen in hohem Maße löslich sind, ein Chalkogenelement aus einem Ausgangsglasmaterial, wie einer Vorform oder einem Rohr, die aus diesen Gläsern bestehen, verflüchtigen, so dass eine Faser hergestellt werden kann, ohne dass sich auf der Oberfläche dieser Gläser eine Kristallisation bildete, indem man Verschiebungen der Zusammensetzung oder Metamorphismen auf der Oberfläche dieser Gläser beseitigte. Eine Faser kann sogar aus einem Material gebildet werden, mit dessen Glaszusammensetzung bisher aufgrund von starker Verflüchtigung aus der Glasoberfläche bei einer Ziehtemperatur keine Faser gebildet werden konnte, und dieses erfundene Verfahren kann daher die breite Erforschung von Glaszusammensetzungen mit hoher Lichtemissionseffizienz von laseraktiven Materialien und einem geringen Verlust erleichtern.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser durch Ziehen eines Ausgangsglasmaterials zu einer Glasfaser, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Herstellen eines Ausgangsglasmaterials, das ganz oder teilweise aus Chalkogenidglas, das Schwefel umfasst, oder Oxychalkogenidglas, das Schwefel umfasst, besteht; und

Ziehen des Ausgangsglasmaterials in einer schwefelhaltigen Atmosphäre zu einer Glasfaser bei einem Dampfdruck des Schwefels in der Atmosphäre, der gleich oder größer ist als der Dampfdruck von Schwefel um die Oberfläche der Glasfaser herum bei der maximalen Temperatur der Glasfaser während des Ziehens.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Atmosphäre Schwefelwasserstoff umfasst.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Atmosphäre Schwefelwasserstoff und ein oxidierendes Gas umfasst.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei auf 400ºC erhitzter Schwefelwasserstoff als Atmosphäre eingeleitet wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei die Atmosphäre ein Inertgas enthält.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei das Ausgangsglasmaterial ein Vorformstab, ein Stab im Rohr oder ein Mantelrohr ist.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei das Ausgangsglasmaterial einen Kern enthält, der lichtemittierende Substanzen enthält.







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