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Dokumentenidentifikation DE69608655T2 01.02.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0785913
Titel OPTISCHE FASER MIT GERINGER POLARISATIONS-MODEN-DISPERSION
Anmelder Plasma Optical Fibre B.V., Eindhoven, NL
Erfinder GEERTMAN, Eugenio, Robert, NL-5503 JC Veldhoven, NL
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69608655
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.08.1996
EP-Aktenzeichen 969292432
WO-Anmeldetag 12.08.1996
PCT-Aktenzeichen EP9603566
WO-Veröffentlichungsnummer 9707067
WO-Veröffentlichungsdatum 27.02.1997
EP-Offenlegungsdatum 30.07.1997
EP date of grant 31.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.2001
IPC-Hauptklasse C03B 37/027
IPC-Nebenklasse G02B 6/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser, wobei eine Faser aus einem geschmolzenen Ende einer Vorform gezogen und danach einem Drehmoment unterworfen wird, wodurch ein Abschnitt der Faser um seine Längsachse verdreht und mit einem Drall versehen wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Faser mit einem Kernabschnitt, der von einem optischen Ummantelungsabschnitt umgeben ist, der selbst von einer Schutzschicht umgeben ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine optische Faser dieser Art mit niedriger Polarisationsmodendispersion.

Der Begriff Polarisationsmodendispersion (PMD) bedeutet Dispersion eines Signals, das durch eine optische Faser (insbesondere eine Einmodenfaser) als Folge einer Doppelbrechung im Kernabschnitt der Faser läuft. Diese Doppelbrechung wird im allgemeinen durch Mängel in der Faser verursacht, z. B. geringe Unrundheit ihres Kernquerschnitts, asymmetrische Querspannung usw., und drückt sich in ungleichen effektiven Brechungsindices für die beiden orthogonalen Polarisationsmoden der transportierten Signale aus. Im Fall einer idealen Faser ohne PMD laufen diese beiden Moden unabhängig voneinander mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit. Bei Vorhandensein von PMD kann sich jedoch eine beträchtliche Phasendifferenz zwischen den beiden Moden akkumulieren.

Ein bekanntes Verfahren zum Bekämpfen der PMD besteht darin, die warme Faser, so wie sie aus der Vorform gezogen wird, absichtlich zu verdrehen, so daß beim Abkühlen ein mechanischer Drall in der Faser "eingefroren" wird. Die sich ergebende Spannung in der Faser erzeugt eine dauernde Modenkopplung zwischen den orthogonalen Polarisationsmoden eines transportierten Signals, wodurch die Akkumulation einer deutlichen Phasennacheilung zwischen den beiden Moden verhindert wird und infolgedessen eine deutliche Verringerung der PMD der Faser bewirkt wird.

Ein im Einleitungsabschnitt angegebenes Verfahren ist aus dem US-Patent 5 298 047 bekannt, wobei man die gezogene Faser über eine Rolle laufen läßt, deren Drehachse geneigt werden kann, so daß man die Rolle um eine Achse, die senkrecht zu ihrer Drehachse ist, hin- und herschwanken lassen kann. Die Rolle hat eine zylindrische Fläche, die entlang der beiden kreisförmigen Kanten durch einen vorstehenden Halteflansch begrenzt ist, wobei die sich bewegende Faser zwischen diesen beiden Flanschen läuft. Die Schwankungsbewegung der Rolle erzeugt einen Drall in der Faser entlang eines beträchtlichen Abschnitts ihrer Länge. Insbesondere wird Abschnitten der warmen Faser, die auf diese Weise verdreht werden, eine ständige Verdrehung (Drall) verliehen, wenn ihr Material anschließend abkühlt.

Das angeführte Dokument besagt, daß der der Faser verliehene Drall idealerweise eine nichtkonstante Raumfrequenz hat. Dies kann erreicht werden, indem die Rolle unperiodisch hin- und hergeneigt wird. Auf diese Weise zielt das beschriebene Verfahren darauf ab, eine PMD von weniger als 0,5 ps/km zu erreichen.

Das bekannte Verfahren hat eine Anzahl von Nachteilen. Beispielsweise kann die sich bewegende Faser trotz des Vorhandenseins der Halteflansche leicht von der geneigten Rolle abrutschen, insbesondere bei hohen Ziehgeschwindigkeiten. Aus diesem Grund müssen sowohl der Neigungswinkel θ als auch die Neigungsfrequenz relativ klein gehalten werden, was dann wiederum das Ausmaß, in dem die Faser verdreht werden kann, weitgehend begrenzt. Außerdem bewirkt die Neigungsbewegung der Rolle eine übermäßige Vibration der sich bewegenden Faser, die z. B. zu Ungenauigkeiten beim Beschichten führt. Solche Probleme können im allgemeinen nur mit Hilfe von zusätzlichen Stabilisierungsrollen gemildert werden. Des weiteren macht die Bedingung, daß sich die Rolle unperiodisch hin- und herneigt, im allgemeinen relativ komplizierte Betätigungseinrichtungen erforderlich, wie z. B. eine Betätigungseinrichtung, die durch einen elektronischen Zufallszahlengenerator gesteuert wird.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Probleme zu mildern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, der Faser in einer genau gesteuerten und gleichmäßigen Weise einen sehr großen Drall zu verleihen, bei vernachlässigbarem Risiko eines Abrutschens der Faser. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, daß ein solches Verfahren keine ungünstige Vibration der Faser verursachen sollte. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, daß das neue Verfahren geeignet sein sollte, der Faser einen gleichmäßig periodischen Drall zu verleihen und dennoch eine sehr deutliche PMD-Verringerung zu erreichen.

Diese und andere Aufgaben werden mit einem Verfahren gelöst, wie im Eröffnungsabschnitt beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Drehmoment zugeführt wird, indem man die Faser zwischen einem Paar Rädern laufen läßt, die sich in einander entgegengesetzten Sinnen um zwei verschiedene Drehachsen drehen, wobei jedes Rad eine gekrümmte Umfangsfläche hat, wobei die Räder so angeordnet sind, daß die Faser im wesentlichen tangential mit deren gekrümmten Flächen läuft und zwischen diese gepreßt wird, wobei die Räder relativ zueinander in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Faser hin- und herbewegt werden, um zu bewirken, daß die Faser zwischen ihren gekrümmten Flächen hin- und hergewälzt wird.

Der hier verwendete Begriff "Rad" sollte in einem umfassenden Sinne interpretiert werden, und es sollen solche Objekte wie Räder, Trommeln, Hülsen, Spulen, Walzen, Zylinder usw. eingeschlossen sein. Die Drehbewegung der Räder kann entweder passiv oder aktiv sein, d. h. die Drehbewegung kann durch die Linearbewegung der Faser zwischen den gekrümmten Flächen verursacht werden, oder mindestens eines der Räder kann aktiv angetrieben sein, z. B. von einem Motor; in diesem letzteren Fall kann die Drehbewegung der Räder dazu verwendet werden, eine Linearbewegung der Faser zu bewirken, um sie aus der Vorform zu ziehen. Die Bedingung, daß sich die Räder in "einander entgegengesetzten Sinnen" drehen, bedeutet, daß sich relativ zu einer bestimmten Blickrichtung eines der Räder im Uhrzeigersinn dreht, während sich das andere im entgegengesetzten Uhrzeigersinn dreht. Der Begriff "gekrümmte Umfangsfläche" bezieht sich auf die Fläche um den Umfang des Rades, wobei diese Fläche einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, wenn man sie in irgendeiner senkrecht zur Drehachse des Rades dargestellte Ebene betrachtet. Diese Fläche ist im Idealfall zylindrisch, kann aber z. B. auch (teilweise) konisch oder kugelförmig sein. Die Faser muß nur in einem solchen Maße zwischen den gekrümmten Flächen "gepreßt" werden, daß sichergestellt wird, daß sie zwischen diesen gewälzt wird, wenn die Räder ohne ein Rutschen der Faser hin- und herbewegt werden. Die Anforderung, daß die Räder "relativ zueinander hin- und herbewegt" werden, bezieht sich nur auf die Relativbewegung der beiden Räder, ganz gleich ob eine solche Relativbewegung durch Bewegen nur eines Rades oder beider Räder in bezug auf einen festen Rahmen erreicht wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vielfältig. Zum Beispiel:

- Da die sich bewegende Faser zwischen die gekrümmten Flächen der beiden Räder gepreßt wird, ist es unwahrscheinlich, daß sie aus ihrer Lage zwischen diesen herausrutscht.

- Durch Wälzen der Faser gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann diese bei Bedarf in einem sehr großen Ausmaß verdreht werden. Beispielsweise hat im Fall einer beschichteten Faser mit einem Durchmesser von 250 um, die zwischen zwei zylindrische Räder gepreßt wird, die sich um zueinander parallele Achsen drehen, eine relative parallele Verschiebung der Achsen von nur 1,6 mm einen vollen 360º-Drall der Faser zur Folge.

- Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt kein übermäßiges Vibrieren der Faser, da die Räder eine gleichmäßige, gesteuerte Berührung mit der Faser haben.

Ein wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es eine sehr beträchtliche PMD-Verringerung erreicht, ganz gleich ob der der Faser verliehene Drall eine konstante räumliche Periode hat oder unregelmäßig ist. Bei Tests des neuen Verfahrens haben die Erfinder Einmodenfasern mit einem mittleren PMD-Wert von 0,033 ps/km¹/&sub2; erzeugt (nach der Verkabelung gemessen), der im wesentlichen viel kleiner als der Modellwert von 0,5 ps/km¹/&sub2; ist, der oben als Stand der Technik angegeben ist; bei Vergleichen wurde festgestellt, daß ähnliche Fasern, die hergestellt wurden, ohne eine PMD- Verringerung anzustreben, häufig PMD-Werte von bis zu 1 ps/km¹/&sub2; aufwiesen. Insbesondere die Tatsache, daß die Erfindung solche ausgezeichneten Ergebnisse sogar bei einem Faserdrall mit einer konstanten räumlichen Periode erreicht, ist von großem Vorteil, da die Anforderung entfällt, daß die Faser unregelmäßig (nach dem Stand der Technik) mit den damit verbundenen Betätigungs- und Automatisierungskomplikationen verdreht werden muß. Folglich kann die Hin- und Herbewegung der Räder beim erfindungsgemäßen Verfahren gleichmäßig periodisch sein, was eine beträchtliche Vereinfachung gegenüber dem bekannten Verfahren ist.

Die mechanische Berührung zwischen der Faser und den Rädern erfolgt vorzugsweise an einem Punkt, an dem die Faser bereits mit einer Schutzschicht versehen worden ist, da das Risiko einer Beschädigung der Faser dadurch minimiert wird. Das Verdrehen der Faser an einem solchen Punkt erzeugt einen entsprechenden Drall in der gesamten Faserlänge zwischen der Vorform und den Rädern und somit auch in dem Bereich (direkt unter der Vorform), wo die Faser noch heiß ist. Die auf diesem Gebiet am häufigsten auftretenden, bekannten Schutzschichten weisen beispielsweise ein UV-gehärtetes Harz, das aufgebracht wird, indem die Faser durch ein Beschichtungsbad gezogen und anschließend aktinischer Strahlung ausgesetzt wird, oder ein karbonisches Material auf, das durch Erwärmen der Faser bei Vorhandensein eines organischen Gases, z. B. Ethen, aufgebracht wird.

Die Erfindung kann in Verbindung mit allen herkömmlichen auf diesem Gebiet verwendeten faseroptischen Materialien erfolgreich angewendet werden. Diese sind beispielsweise natürliches Siliziumdioxid, synthetisches Siliziumdioxid und Kunststoffe, dotiert oder undotiert, und auch verschiedene Überzugharze, z. H. UV-gehärtete Acrylatharze.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche mindestens eines Rades mit einem flexiblen Material beschichtet ist, das weicher ist als das Material der Faser. Dies erleichtert das Wälzen der Faser zwischen den beiden Rädern, da es einen guten Reibungskontakt zwischen der Faser und der gekrümmten Fläche des beschichteten Rades garantiert. Außerdem trägt es dazu bei, das Risiko einer mechanischen Beschädigung der Fläche der Faser zu minimieren. Selbstverständlich können bei Bedarf beide Räder auf diese Weise beschichtet werden. Man beachte, daß das Nichtvorhandensein einer solchen weichen Beschichtung kompensiert werden kann, indem der Druck erhöht wird, der von den Rädern auf die Faser ausgeübt wird. Als Alternative können die gekrümmten Flächen der Räder in geeigneter Weise aufgerauht oder profiliert sein.

In einer alternativen Ausführungsform ist mindestens eines der Räder im wesentlichen als Ganzes aus einem Material gemacht, das weicher ist als das der Faser.

Typische weiche Materialien zur Verwendung in den Ausführungsformen, die in den vorhergehenden beiden Absätzen beschrieben sind, sind beispielsweise viele Gummi-, Kunststoff-, Gewebe- und Filzarten. Eine solche besondere Substanz ist das Urethankautschukmaterial WLCALAN K639 (Philips). Weitere solche Substanzen sind beispielsweise Polypropen, Polyethen niedriger Dichte, FVC, Lintbaumwolle, Samt usw.

Wie bereits vorstehend erwähnt, erzielt das erfindungsgemäße Verfahren ausgezeichnete Ergebnisse, ganz gleich, ob der erzeugten Faser periodischer oder nichtperiodischer Drall verliehen wird. Bei periodischem Drall ist eine bestimmte Ausführungsform des neuen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß die Räder sich um Achsen drehen, die drehbar an einer Verbindungsstange angeordnet sind, wobei die Stange selbst um einen Referenzpunkt gedreht wird, der zwischen den beiden Achsen liegt, wobei eine Hin- und Herbewegung der Achsen erreicht wird, indem die Stange hebelartig um den Referenzpunkt hin- und herbewegt wird. In einer solchen Ausführungsform kann die Stange hebelartig periodisch bewegt werden, beispielsweise unter Verwendung eines einfachen Motors, und die Amplitude der hebelartigen Bewegung bestimmt die Amplitude der Verdrehung, der die Faser ausgesetzt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform dieses bestimmten Verfahrens wird ein Punkt an der Stange dadurch hebelartig hin- und herbewegt, daß er über einen Arm mit einem nichtmittigen Punkt an einem Antriebsrad verbunden ist. Die Geschwindigkeit des Antriebsrades beeinflußt die Periode des der Faser verliehenen Dralls bei einer gegebenen Ziehgeschwindigkeit der Faser, und der Radius zu dem nichtmittigen Punkt bestimmt die Amplitude des Dralls.

Es ist bereits beschrieben worden, wie beim erfindungsgemäßen Verfahren das Verdrehen der Faser zwischen den Rädern eine entsprechende Verdrehung in dem Faserabschnitt zwischen den Rädern und der Vorform bewirkt. In einer ähnlichen Weise wird auch der Faserabschnitt zwischen den Rädern und der Aufnahmerolle verdreht. Um zu verhindern, daß eine verdrehte Faser auf die Aufnahmerolle gewickelt wird, kann eine Führungsrolle auf dem Faserweg zwischen den Rädern und der Aufnahmerolle angeordnet sein. Eine solche Führungsrolle hat idealerweise eine umlaufende V-förmige (oder U-förmige) Rille in der die Faser sitzt, und die Faser berührt die Führungsrolle vorzugsweise an einem beträchtlichen Teil ihres Umfangs (z. B. ein Viertel oder mehr).

Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden, um einen neuen optischen Fasertyp zu erzeugen, den die Erfinder mit dem bekannten Verfahren nicht erzeugen konnten. Eine solche Faser weist einen Kernabschnitt auf, der von einem optischen Ummantelungsabschnitt umgeben ist, der selbst von einer Schutzschicht umgeben ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Faser einen Drall um ihre Längsachse in wechselweise entgegengesetzten Sinnen zeigt, daß sie mindestens ein Längssegment aufweist, entlang dem die Größe des Dralls 360º ist (eine vollständige Umdrehung), und daß der Drall eine gleichmäßig periodische Funktion einer Längsposition im wesentlichen entlang der gesamten optischen Faser ist. Dies bedeutet, daß die Drallamplitude Φ in einer solchen optischen Faser mindestens 360º beträgt. Dagegen hat sich gezeigt, daß das bekannte Verfahren eine typische Drallamplitude Φ in der Größenordnung von nur wenigen (und einigen Mehrfachen von zehn) Grad er zeugt. Die Erfinder haben herausgefunden, daß große Drallamplituden, wie sie für die erfindungsgemäße Faser charakteristisch sind, eine größere PMD-Verringerung erzeugen als die viel kleineren, mit dem bekannten Verfahren verliehenen Drallamplituden.

Ausgezeichnete Ergebnisse werden erzielt, wenn der Drall in der erfindungsgemäßen Faser eine gleichmäßig periodische Funktion der Längsposition im wesentlichen entlang der gesamten optischen Faser ist. Insbesondere ist eine solche Faser einfach herzustellen, da sich die Räder in dem verwendeten erfindungsgemäßen Verfahren mit einer konstanten Frequenz hin- und herbewegen und während des ganzen Ziehvorgangs mit der Faser in Berührung bleiben können.

In diesem Zusammenhang ist die Europäische Patentanmeldung EP-A 0 744 636 zu beachten, die ein älteres Dokument für die sich teilweise überdeckenden Vertragsstaaten DE, FR, GB und IT nach Artikel 54(3) und (4) EPÜ ist. Dieses Dokument offenbart eine optische Faser der vorstehend beschriebenen Art. Es gehört in den Vertragsstaaten CH, SE und NL nicht zum Stand der Technik.

Eine best ünmte Ausführungsform der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Faser ist dadurch gekennzeichnet, daß die Länge 10 des besagten Längssegments 0,33 m nicht überschreitet. Dies bedeutet, daß die Anzahl der vollen Verdrehungen pro Meter Faserlänge mindestens drei ist (unabhängig von der Richtung der Verdrehungen). Die Erfinder haben ermittelt, daß eine solche Faser im allgemeinen eine sehr niedrige PMD aufweist. Die Bedingung l&sub0; ≤ 0,33 m ist jedoch keine zwingende Anforderung, um eine zufriedenstellende PMD-Verringerung zu erreichen.

Man beachte, daß die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Räder nicht in ständiger Berührung mit der sich bewegenden Faser sein müssen; bei Bedarf können sie in regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen von der Faser zurückgezogen werden, wodurch das Auftreten von nicht verdrehten Faserabschnitten ermöglicht wird. Als Alternative können die Räder in Berührung mit der Faser bleiben, aber ihre Hin- und Herbewegung kann unterbrochen werden, so daß die Faser zwi schen diesen nicht mehr verdreht wird. Selbstverständlich müssen die Räder nicht in Größe oder Form gleich sein oder die gleichen Materialien aufweisen.

Die Erfindung und die damit verbundenen Vorteile werden mit Hilfe von typischen Ausführungsformen und den beigefügten schematischen Zeichnungen, die keinen einheitlichen Maßstab haben, näher erklärt. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen optischen Faser;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Faser gemäß Fig. 3.

Ausführungsform 1

Fig. 1 und 2 zeigen eine bestimmte erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens und stellen verschiedene Aspekte einer Vorrichtung dar, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist. Übereinstimmende Merkmale in den beiden Figuren sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 stellt einen Teil einer Vorrichtung zum Ziehen einer optischen Faser 7 aus einer Vorform 1 dar. Ein Ende 3 der Vorform 1 wird von einer elektrischen Einrichtung 5 zu einem geschmolzenen Zustand erwärmt, und eine Faser 7 wird danach mit einer Lineargeschwindigkeit vf von diesem Ende 3 gezogen. Sobald sie gezogen ist, besteht die Faser aus einem Kern und einer oder mehreren umschließenden optischen Ummantelungen.

Die Faser 7 läuft danach durch eine Beschichtungseinrichtung 9, wo sie mit einer Schutzschicht versehen wird. Danach läßt man die Faser 7 erfindungsgemäß zwischen ein Paar Metallrädern 11a, 11b laufen, die sich in entgegengesetzten Sinnen um zwei verschiedene Drehachsen 13a bzw. 13b drehen. Jedes der Räder 11a, 11b hat eine entsprechend gekrümmte Umfangsfläche 15a, 15b, die hier mit einer Schicht aus VULCALAN K639-Kautschuk beschichtet ist. Die Räder 11a, 11b sind so an geordnet, daß die Faser 7 im wesentlichen tangential mit den gekrümmten Flächen 15a, 15b läuft und zwischen diese gepreßt wird.

Fig. 2 ist eine Draufsicht der Räder 11a, 11b gemäß einer bestimmten Ausführungsform. Die gekrümmten Umfangsflächen 15a, 15b sind zylindrisch, wobei die entsprechenden Achsen 13a, 13b zylindrische Achsen sind. Die Räder 11a, 11b sind drehbar um die entsprechenden Achsen 17a, 17b angeordnet, die gelenkig an den entsprechenden Gelenkpunkten 21a, 21b an einer Verbindungsstange 19 angeordnet sind. Die Stange 19 ist selbst gelenkig um einen Referenzpunkt 23 angeordnet, der in diesem Fall in der Mitte zwischen den Achsen 13a, 13b liegt.

Ein Ende der Stange 19 ist mit einem Ende eines Arms 25 über ein Drehgelenk 27 verbunden. Das andere Ende des Arms 25 ist über ein zweites Drehgelenk 27 mit einem nichtmittigen Punkt 29 an einem Antriebsrad 31 verbunden.

Der Radius der Räder 11a, 11b und der Abstand der Achsen 13a, 13b sind so bemessen, daß die Faser 7 zwischen die gekrümmten Flächen 15a, 15b gepreßt wird. Bei Bedarf kann dies dadurch erreicht werden, daß man elastische Einrichtungen verwendet, um die Achsen 17a, 17b zueinander zu schieben (solche elastischen Einrichtungen sind jedoch nicht notwendig, wenn mindestens eine der gekrümmten Flächen 15a, 15b flexibles Material aufweist, z. B. eine Schicht aus Gummi, und der Abstand der gekrümmten Flächen genau eingestellt ist). Aufgrund der Tatsache, daß die Faser 7 zwischen die gekrümmten Flächen 15a, 15b gepreßt wird, bewirkt die Linearbewegung der Faser 7 eine Drehbewegung der Räder Ila, Ilb, wobei sich das Rad 11a im Uhrzeigersinn und das Rad 11b im entgegengesetzten Uhrzeigersinn dreht (in Richtung d betrachtet). Das heißt, die Drehbewegung der Räder 11a, 11b ist in diesem Fall passiv.

Wenn sich das Antriebsrad 31 dreht, bewegt sich der Arm 25 in Richtung d hin und her. Dies wiederum bewirkt, daß sich die Stange 19 um den Referenzpunkt 23 hebelartig hin- und herbewegt. Folglich werden die Achsen 17a, 17b, und somit die Räder 11a, 11b, entlang den Achsen 13a, 13b hin- und herbewegt. Da die Achsen 17a, 17b auf entgegengesetzten Seiten vom Referenzpunkt 23 angeordnet sind, werden die Räder 11a, 11b in einander entgegengesetzten Richtungen bewegt, d. h. wenn sich das Rad 11a in Richtung d bewegt, dann bewegt sich das Rad 11b gleichzeitig in Richtung d' und umgekehrt.

Da die Faser 7 zwischen die gekrümmten Flächen 15a, 15b gepreßt wird, bewirkt diese Hin- und Herbewegung der Räder 11a, 11b, daß die sich bewegende Faser mit einer Frequenz f in bezug auf die Flächen 15a, 15b hin- und hergewälzt wird, wodurch sich die Faser um ihre Längsachse verdreht. Während sich das Rad 11a in Richtung d bewegt, wird die Faser 7 im Uhrzeigersinn verdreht (von oben gesehen); wogegen die Faser 7 in eine dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung verdreht wird, während sich das Rad 11a in Richtung d' bewegt.

Gemäß Fig. 1 bewirkt dieses Verdrehen der Faser 7 zwischen den Rädern 11a, 11b, daß die gesamte Länge z der Faser 7 zwischen den Rädern 11a, 11b und der Vorform 1 verdreht wird. Insbesondere wird ein Abschnitt der Faser 7, der sich direkt unter dem Ende 3 der Vorform 1 befindet und der noch geschmolzen ist, ebenfalls verdreht. Wenn sich dieser Abschnitt von der Vorform 1 weiter wegbewegt, kühlt er ab, und die Verdrehung in seinen Material wird dauerhaft, was dann als Drall bezeichnet wird. Dies ereignet sich, bevor dieser Abschnitt die Räder 11a, 11b erreicht.

Wenn man nun wieder Fig. 2 betrachtet, so wird die Amplitude ψ der Verdrehung, d. h. der maximale Winkel ψ um den die Faser 7 zwischen den Rädern 11a, 11b verdreht ist, bestimmt durch die Amplitude der Hin- und Herbewegung der Räder 11a, 11b entlang den Achsen 13a, 13b. Bei einer Faser 7 mit dem Durchmesser D führt eine relative Verschiebung y der Räder 11a, 11b entlang der Achsen 13a, 13b zu einem Wert:

ψ = ¹/&sub2; · 360 360 y/πD (Grad).

Die räumliche Periode der Verdrehung, d. h. die Länge der Faser 7, die während einer vollständigen Hin- und Herschwingung der Räder 11a, 11b aus der Vorform 1 gezogen wird, hat den Wert:

L = vf/f.

Der Wert ψ verteilt sich also über eine Länge ¹/&sub2;L der Faser.

Da die Faser 7 am geschmolzenen Ende 3 der Vorform 1 bis zu einem gewissen Grade drehbar ist, dreht sie sich als Antwort auf die durch die Räder 11a, 11b verliehene Verdrehung mit. Infolgedessen ist die Drallamplitude Φ, d. h. der der Faser verliehene maximale Drallwinkel φ, kleiner als der entsprechende Wert von ψ. Im allgemeinen hängt der genaue Wert von Φ von den Werten für ψ, vf, f, z und der Viskosität des Fasermaterials ab.

Beispielsweise haben die Erfinder bei einer Siliziumdioxidfaser mit D = 250 um (beschichtet), y = 5 mm, f = 5,6 s&supmin;¹, = 5 m/s&supmin;¹ und z 10 m φ 900º (¹/&sub2; volle Verdrehungen) ermittelt, wogegen der entsprechende Wert von ψ annähernd 1150º (3,2 volle Verdrehungen) beträgt. Die räumliche Periode L ist 0,89 m, sowohl für ψ als auch für ψ.

Ausführungsform 2

In einer ansonsten mit der Ausführungsform 1 identischen Ausführungsform wird mindestens eines der Räder 11a, 11b aktiv um die Achsen 13a, 13b gedreht (z. B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Elektromotors), und diese Drehbewegung wird genutzt, um der Faser 7 die Ziehgeschwindigkeit vf zu verleihen. In einem solchen Fall sollte die Winkelgeschwindigkeit der Räder 11a, 11b 27πvf sein.

Ausführungsform 3

Fig. 3 und 4 sind schematische Darstellungen eines Teils einer bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer optischen Faser. Übereinstimmende Merkmale in den beiden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht eines Teils einer optischen Faser 70, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die Faser 70 zeigt einen inneren mechanischen Drall φ, der eine periodische Funktion der Länge der Faser 70 ist. Dieser Drall φ hat abwechselnd positive und negative Polarität, die der Hin- und Herbewegung der Räder 11a, 11b in Fig. I und 2 zuzuschreiben ist.

Die räumliche Periode L des Dralls φ ist die Faserlänge 70 zwischen aufeinanderfolgenden Punkten mit einem gleichen Drallzustand (Größe, Vorzeichen und Steigung von φ). Wie hier dargestellt, entspricht das Segment AC einer einzigen räumlichen Periode L. Dieses Segment AC kann unterteilt werden in zwei angrenzende Segmente AB und BC, beide mit der Länge ¹/&sub2;L. Im Segment AB hat der Drall φ die Richtung i (Uhrzeigersinn); im Segment BC hat der Drall φ dagegen die entgegengesetzte Richtung j (entgegengesetzter Uhrzeigersinn).

Wie hier dargestellt, zeigt die Faser 70 zwei volle Verdrehungen in jedem der Segmente AB, BC; zuerst im Uhrzeigersinn und dann im entgegengesetzten Uhrzeigersinn (wenn man längs der Faser nach unten schaut). Die Amplitude Φ des Dralls φ ist somit in diesem Fall 720º.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Teils der Faser in Fig. 3. Die Faser 70 weist einen Kernabschnitt 72 auf, der nacheinander von einem optischen Ummantelungsabschnitt 74, einem mechanischen Ummantelungsabschnitt 76 und einer Schutzschicht 78 umgeben ist. Der Brechungsindex des Kernabschnitts 72 übertrifft denjenigen des optischen Ummantelungsabschnitts 74. Der mechanische Ummantelungsabschnitt 76 entspricht der Verwendung eines Trägerrohrs und (wahlweise) zumindest eines Mantelrohrs in der Vorform 1.

An der dargestellten Stirnfläche 71 der Faser 70 ist ein radialer Referenzvektor u dargestellt. Diesen Vektor u sollte man sich als feststehend in bezug auf das unmittelbar umgebende Fasermaterial vorstellen. Entlang dem Faserverlauf rotiert der. Vektor u infolge des der Faser 70 verliehenen Dralls φ. Wenn sich der Abstand 1 zur Stirnfläche 71 vergrößert, ändert sich der Wert von φ, sowohl in der Größe als auch im Vorzeichen. Wenn man annimmt, daß sich die Stirnfläche 71 am Punkt A in Fig. 3 befindet, dann ist φ = Φ, wenn 1 = ¹/&sub2;L ist (Punkt B), woraufhin sich » wiederum vergrößert, um bei 1 L (Punkt C) null zu werden.

Dieser φ-Zyklus wiederholt sich periodisch entlang der Faser, entweder entlang der Gesamtlänge oder mit Unterbrechungen in bestimmten Intervallen, je nach Bedarf.

Als Alternative kann der Faser eine vollständige nichtperiodische φ-Variation verliehen werden, indem eine unregelmäßige Hin- und Herbewegung der Räder 11a, 11b sichergestellt wird (wenn man eine konstante Ziehgeschwindigkeit vf annimmt).

Ausführungsform 4

Die Erfinder haben ein effektives Verfahren zum Untersuchen der Besonderheit des Dralls entwickelt, der einer optischen Faser durch das erfindungsgemäße Verfahren verliehen wird. Bei diesem Verfahren ist die Außenfläche der Vorform mit einer kurzen Kerbmarkierungslinie versehen, die sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Vorform erstreckt. Eine optische Testfaser, die anschließend von diesem markierten Abschnitt der Vorform gezogen wird, zeigt eine geringe seitliche Asymmetrie, die sich mit dem Fasermaterial mitdreht, wenn die Faser verdreht wird.

Wenn die Schutzschicht von einer solchen Testfaser chemisch abgelöst wird und dann von einem Laserstrahl quer bestrahlt wird (z. B. von einem HeNe-Laser), erzeugt das Laserlicht ein Beugungsbild auf einem Schirm, der hinter dem bestrahlten Faserabschnitt angeordnet ist. Das Vorhandensein der vorstehend beschriebenen seitlichen Asymmetrie erzeugt ein charakteristisches Beugungsbild mit Interferenzmaxima und -minima. Diese Maxima und Minima erfahren eine sichtbare Verschiebung, wenn die Faser von Hand behutsam um ihre Längsachse gedreht wird. Durch langsames Führen des Laserstrahls entlang einer bestimmten Länge der Faser und gleichzeitiges Überwachen des Winkels, um den die Faser mit der Hand gedreht werden muß, um das Beugungsbild konstant zu halten, können sowohl Φ als auch L bestimmt werden.

Ausführungsform 5

In einer Ausführungsform, die mit der Ausführungsform 3 identisch ist, sind die Abschnitte 72, 74, 76 und 78 folgendermaßen bezeichnet:

72: Synthetisches (PCVD-)Siliziumdioxid, dotiert mit ca. 1 Atom-% F und 5 Mol-% GeO&sub2;. Durchmesser: 9 um.

74: Synthetisches (PCVD-)Siliziumdioxid, dotiert mit ca. 1 Atom-% F und 1 Mol-% GeO&sub2;. Durchmesser: 42 um.

76: Natürliches Siliziumdioxid. Durchmesser: 125 um.

78: UV-gehärtetes Acrylatharz. Durchmesser: 248 um.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser (7), wobei eine Faser (7) aus einem geschmolzenen Ende (3) einer Vorform (1) gezogen und danach einem Drehmoment unterworfen wird, wodurch bewirkt wird, daß ein Abschnitt der Faser um seine Längsachse verdreht und ihm ein Drall verliehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment zugeführt wird, indem bewirkt wird, daß die Faser (7) zwischen einem Paar Rädern (11a, 11b) läuft, die sich in einander entgegengesetzten Sinnen um zwei verschiedene Drehachsen (13a, 13b) drehen, wobei jedes Rad (11a, 11b) eine gekrümmte Umfangsfläche (15a, 15b) aufweist, wobei die Räder (11a, 11b) so angeordnet sind, daß die Faser (7) im wesentlichen tangential zu ihren gekrümmten Flächen (15a, 15b) läuft und zwischen diese gepreßt wird, wobei die Räder (11a, 11b) relativ zueinander in einer Richtung (d, d') im wesentlichen senkrecht zur Faser (7) hin- und herbewegt werden, um zu bewirken, daß die Faser (7) zwischen ihren gekrümmten Flächen (15a, 15b) hin- und hergewälzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Herbewegung der Räder (11a, 11b) gleichmäßig periodisch ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche (15a/15b) mindestens eines Rades (11a/11b) mit einem flexiblen Material beschichtet ist, das weicher als das Material der Faser (7) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Material aus der Gruppe gewählt ist, die aus Gummi, Kunststoff, Gewebe und Filz besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (11a, 11b) sich um Achsen (17a, 17b) drehen, die drehbar an einer Verbindungsstange (19) ange ordnet sind, wobei die Stange (19) selbst um einen Referenzpunkt (23) gedreht wird, der zwischen den beiden Achsen (17a, 17b) liegt, wobei eine Hin- und Herbewegung der Achsen (17a, 17b) erreicht wird, indem die Stange (19) um den Referenzpunkt (23) hebelartig hin- und herbewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Punkt (27) an der Stange (19) dadurch hebelartig hin- und herbewegt wird, daß er über einen Arm (25) mit einem nichtmittigen Punkt (29) an einem Antriebsrad (31) verbunden ist.







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