j-fiber Prozesstechnologien

Für innovative faseroptische Lösungen in der Datenkommunikation und vielfältigsten Spezialanwendungen

j-fiber und j-plasma bilden am Standort in Jena ein einzigartiges Prozesskompetenzzentrum mit drei Prozesstechnologien:

  • MCVD-Prozesse (Modified Chemical Vapor Deposition)
  • POVD-Prozesse (Plasma Outside Vapor Deposition)
  • Glasschmelze zur Herstellung von hochreinem synthetischen Quarzglas

Die Kombination der Prozesstechnologien erlaubt die Fertigung von faseroptischen Produkten und Leistungen, individuell angepasst an die speziellen Kundenanforderungen der jeweiligen Anwendungen. Vom Quarzglas für Preformen und verschiedene Opto- und Laser-Anwendungen bis zur kundenspezifisch entwickelten Preform für Großkern-Stufenindexfasern.

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 und farblosen 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.

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 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 Siliziumtetrachlorid, Sauerstoff und einem fluorhaltigen Gas auszulösen. Die hohe Temperatur im Plasma führt dann zu Beschichtungsbedingungen, die eine sehr hohe Fluorkonzentration im Mantelmaterial ermöglichen.

MCVD Preform-Herstellungsprozess

Bei diesem Prozess 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. Im Prozess wird das rotierende Quarzglasrohr über einer Flamme erhitzt und ein Gasgemisch aus Siliziumtetrachlorid, Germaniumtetrachlorid und verschiedenen Gasen 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 Glasfasern

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 °C erhitzt. Mit einem Glastropfen startet der Ziehprozess. Das abgetropfte Material verjüngt sich immer weiter und wird schließlich, nach Fädeln durch alle Aperturen des Turms von unten auf etwa Haaresbreite ausgezogen. Dabei kühlt sich die Faser bis auf Raumtemperatur ab. Je nach angestrebten Glasdurchmesser ergeben sich aus einer Preform viele Kilometer an Faser. 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.

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