Drawing of fluoride glass fibers in NF3

Abstract

Due to their low intrinsic optical loss in the infrared wavelength region, optical fibers drawn from heavy-metal fluoride glasses are currently under development for optical signal processing, technological processing and medical engineering applications. The susceptibility of these glasses to crystallization induced by hydrolysis, however, reduces the strength of the drawn fibers. A process designed for the fabrication of high-strength fluoride glass fibers is described. The strength of fibers drawn from glasses of the compound systems ZrF4 · BaF2 · LaFs · AIF3 (ZBLA) and ZrF4 · BaF2 · LaF3 · AIF3 · NaF (ZBLAN) was measured by a bending method. Glass surface damage was significantly reduced by adding NF3 to the furnace atmosphere, which increased the strength of ZBLAN fibers by about 40 % and that of ZBLA fibers by even about 75 %. ZBLA fibers drawn in an atmosphere containing fluorine exhibit a mean bending strength in the order of 1400 MPa, which is almost the strength level of smoothly etched fibers. The strength of the fibers that have been etched in a ZrOCl2 solution is shown to be correlated with the light scattering of the preform; it was found to be possible to make fluoride glass fibers with a mean bending strength of at least 1600 MPa.

Optische Fasern aus Schwermetallfluoridgläsern werden wegen ihrer niedrigen intrinsischen Dämpfung im Infraroten für die optische Nachrichtenübertragung sowie für prozeßtechnische und medizinische Anwendungen entwickelt. Oberflächenkristallisation auf Grund der Hydrolyseempfindlichkeit der Gläser beeinträchtigt jedoch die Faserfestigkeit. Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Fluoridglasfasern mit hoher Festigkeit vorgestellt. Die Fasern wurden aus Gläsern der Mehrstoffsysteme ZrF4 · BaF2 · LaF3 · AlF3 (ZBLA) und ZrF4 · BaF2 · LaFg · AIF3 · NaF (ZBLAN) gezogen und die Faserfestigkeit mit einer Biegemethode gemessen. Durch Zudotieren von NF3 zur Ofenatmosphäre wurde die Schädigung der Glasoberfläche beim Faserziehen deutlich vermindert. Dies führte bei ZBLAN-Glasfasern zu einer Festigkeitssteigerung um etwa 40 %, bei ZBLA-Glasfasern sogar um 7 5 % . Mit mittleren Biegefestigkeiten bis zu 1400 MPa erreichten damit die in fluorhaltiger Atmosphäre gezogenen ZBLA-Glasfasern annähernd das Festigkeitsniveau glatt geätzter Fasern. Es wird außerdem gezeigt, daß die Festigkeit nach dem Ätzen der Fasern in ZrOCl2-Lösung mit der Lichtstreuung der Vorform korrelierbar ist und mittlere Biegefestigkeiten von mindestens 1600 MPa bei Fluoridglasfasern möglich sind.