Optimierte faseroptische Lösungen – Produktdesign in jeder Phase

Herstellungstechnologie für Rohmaterial, wie Rohre, Stäbe und Preformen aus hochreinem Quarzglas

Glasschmelze

Synthetisches Quarzglas (synthetic Fused Silica) entsteht aus einer hochreinen Siliziumverbindung über die chemische Reaktion in der Dampfphase. Dieses Herstellungsverfahren gewährleistet die höchste Reinheit und damit die geringste optische Absorption.

Das im Jenaer Glaswerk entwickelte Verfahren zum Schmelzen von synthetischem Quarzglas ist gekennzeichnet durch die flammen-hydrolytische Zersetzung des synthetisch hergestellten Siliziumtetrachlorid, einer hochreinen, farblosen, aggressiven und stark feuchteempfindlichen Flüssigkeit. Bei der hydrolytischen Zersetzung in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme entstehen winzigste (50 nm) Partikel aus Siliziumdioxid, welche durch die sehr hohe Temperatur dieser Flamme (> 2700 K) zu hochreinen Zylindern aus SQ verschmelzen.

SiCl4 + 2 H+ O2 -> SiO2 + 4 HCl

Da Quarzglas selbst bei hohen Temperaturen eine hohe Viskosität aufweist und um Verunreinigungen durch Feuerfestmaterialien zu vermeiden, erfolgt die Abscheidung der SiO2-Partikel tiegelfrei auf der Stirnfläche eines sich langsam drehenden Hilfsstückes. Dieses Hilfsstück aus bergkristallinem Quarzglas ist eingespannt im Schlitten einer Drehbank und wird entsprechend der Aufschmelzgeschwindigkeit vom Brenner wegbewegt. Eine solche Schmelzanlage besteht weiterhin aus einer Gasmengenregelung für die Brennergase, die Rohstoffdosierung (das flüssige SiCl4 wird mengengeregelt verdampft), die SPS gestützte Anlagensteuerung und die Abgasentsorgung. Das bei den Verfahren entstehende Abgas wird abgesaugt und in einer Abgasreinigungsanlage abgeschieden und neutralisiert.

Der Produktionsprozess vom Zünden der intern entwickelten Mehrdüsen-Quarzglasbrenner bis zum Erreichen der maximalen Ingotmasse dauert mehrere Tage. Während dieser Zeit werden die parallel produzierenden Schmelzöfen und die Schmelzparameter durch das Bedienpersonal ständig überwacht.

POVD Herstellungsprozess

Die Fluor-dotierten FSI Stufenindex Preformen werden mit einem Plasma-basierten Außenbeschichtungsprozess hergestellt. Die Herstellung einer Preform ist ein mehrstufiger Fertigungsprozess, bei dem es neben der Qualität des Quarzglases vor allem auf die Kompetenz in der Herstellungstechnologie ankommt. Wir fertigen unterschiedlichste Preformen für die Weiterverarbeitung im eigenen Haus oder für OEM Kunden.

Hochreine synthetische Quarzglas-Stäbe werden mit Fluor-dotierten Quarzschichten ummantelt, um der Preform das Stufenindex-Profil zu geben. Hierzu nutzen wir eine Hochfrequenz-Plasma Heizquelle um die chemische Reaktion zwischen SiCl4, Sauerstoff und einem fluorhaltigen Gas auszulösen. Die hohe Temperatur im Plasma führt dann zu Beschichtungsbedingungen, die eine sehr hohe Fluorkonzentration im Mantelmaterial gewährleisten.

MCVD Preform-Herstellungsprozess

Dabei wird Quarzglas aus gasförmigen Bestandteilen geschmolzen. Die so erzeugte Glasstruktur hat die für die Datenübertragung notwendige Reinheit, die von keinem anderen Glas oder anderem Herstellungsverfahren auch nur annähernd erreicht wird. Wir erstellen zunächst die Primär-Preform. Das rotierende Quarzglasrohr wird über einer Flamme erhitzt und ein Gasgemisch aus SiCl4 und GeCl4 wird durchgeleitet. Es kommt zu einer chemischen Reaktion dieser Komponenten, in welcher Glaspartikel gebildet werden. Schicht um Schicht dieses Glases wird dabei auf der Innenseite des Rohres abgelagert und aufgeschmolzen.

Faserziehtechnologie für optische Standard-Glasfasern und Spezial-Glasfasern, Kapillaren und Taper aus synthetischem Quarzglas bzw. optischem Glas (Spezialanwendungen)

Die fertige Preform wird für den Ziehprozess in den eigenen Ziehtürmen vorbereitet. Dafür wird die Preform an der Spitze des Turmes befestigt und in einem Ofen auf mehr als 2.000 Grad Celsius erhitzt. Mit dem Glastropfen startet der Ziehprozess. Ihm folgt die endlose, hochreine und mikrometerfeine Faser, die auf dem Weg in die Tiefe erkaltet. Zum Schutz wird die Glasfaser während des Ziehens mit einer 2-lagigen Acrylatschicht überzogen. Damit ist die Faser nun gegen Umwelteinflüsse geschützt und kann weiter in jedem beliebigen Kabel verarbeitet werden. Die Faser hat jetzt ihren charakteristischen Durchmesser von 0,25 Millimetern, wahlweise auch 0,5 Millimetern, erreicht. Auf Spulen gewickelt gelangt die Faser weiter in die Qualitätskontrolle.

Beschichtungstechnologie für optische Fasern mit Acrylat, Silikon, Polyimid sowie niedrigbrechende Beschichtungsmaterialien

Um die Fasern gegen Umwelteinflüsse zu schützen, werden sie während des Ziehprozesses mit entsprechenden Materialien ummantelt. Dabei kann man je nach Anwendungsgebiet die verschiedenen Vorteile der Beschichtungseigenschaften von Acrylat, Silikon und Polyimid nutzen. Niedrigbrechende Beschichtungsmaterialien werden eingesetzt, um die Biegeeigenschaften der Faser zu verbessern.

Extrusionstechnologie für optische Fasern mit Nylon bzw. Tefzel®

Neben einer ersten Beschichtung ist je nach Anwendung eine weitere Schutzschicht notwendig. Diese wird in einem separaten Extrusuionsverfahren aufgebracht. Dafür werden Nylon oder Tefzel verwendet, aber auch andere Materialien sind denkbar.

Planare Wellenleitertechnologie für optische Verzweiger

 Unsere Verzweigerherstellung basiert auf einer planaren Wellenleitertechnologie. In einem lithografischen Verfahren werden die planar integrierten Lichtwellenleiterkomponenten (PLC) entwickelt und produziert. Unsere planar ­integrierten Multimode-­Verzweiger werden ebenfalls durch Ionenaustausch in Glas hergestellt. Dadurch sind sie sehr kompakt, robust und langzeitstabil.

Mikrooptische/mikromechanische Technologie für faseroptische Schalter

Die faseroptischen Schalter von LEONI basieren auf einem mikromechanischen Konzept mit Präzisionsoptik. Sie operieren mittels verschiedener Schaltprinzipien für Singlemode und Multimode Fasern.

Konfektionstechnologie für optische Quarzfasern, Glasfasern, Kunststofffasern, kunststoffbeschichtete Fasern und Faserbündel

  • Zentrieren und verbinden (kleben, klemmen) von verschiedenen Fasertypen in unterschiedlichen Stecker- und Stecksystemen (Standard, Spezial- und kundenspezifische Stecksysteme, z.B. für Hochleistungslaserstrahlführungssysteme)
  • Endflächen bearbeiten und mit hochfeiner Körnung polieren
  • Endprüfung
  • Kundenspezifisches Mischen oder Mappen der einzelnen Fasern von Faserbündeln

Konfektionstechnologie für optische Lasersonden in der Patientenmedizin nach MPG

  • Vgl. Konfektionstechnologie für optische Fasern, jedoch Verwendung von biokompatiblen Fasern unter den Vorgaben MPG/FDA etc. bzgl. Herstellprozess in Reinräumen, Sicherheit und Dokumentation
  • In Reinräumen werden die Distalen Tips der Faserenden bearbeitet, um den Vorgaben der jeweiligen medizinischen Anwendung zu entsprechen -> Distal Tip Design
  • Standard- und kundenspefizische Steckersysteme werden am sogenannten Proximal Tip angebracht (kleben, klemmen)

Herstellungstechnologie für Spektroskopie-Sonden und Faser-Arrays

  • Verarbeitung von mehreren Fasern in Zeilen, Verbindung von gegenüberliegender Seite mit Stecker (Querschnittswandler->rund auf rechteckig)
  • Combiner (faserbasierter Verzweiger, nicht planar; viele Fasern auf einen Stecker)
  • Arrays: Faseranordnungen linear oder 1- oder 2-dimensional kundenspezifisch, asymmetrisch möglich
  • Abgestimmtes Sondendesign für Spezial-LWL zum Schutz vor den Umgebungsbedingungen Ihrer konkreten Anwendung:
    • Sondenköpfe für optische Messungen mit spezifischer Ausstattung für Ihre Messanordnung (z.B. Schutzglas, integrierte Luftspülung, Hochtemperatur)
    • inkl. Elektronik auf Kundenanforderung

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