Influence of drawing conditions on the tensile strength of fluoride glass optical fibers

Abstract

Heavy-metal fluoride glass fibers are currently developed due to their potential ultra-low loss window in the 2 to 4 µm wavelength region, which makes them attractive candidates for future long-distance optical communication links. Extrapolations suggest even lower intrinsic losses for barium fluorozirconate glasses than for silica. However, the tendency of present glass compositions to crystallize makes fiber drawing difficult and results in poor mechanical performance. It is reported here on glass preparation and drawing experiments. Using the standard Zr-Ba-La-AI glass composition the effect of preform surface preparation on fiber tensile strength is demonstrated. Application of a novel ZrOCl2 etching technique, which is described in detail, resulted in improved fiber strength. Drawing temperature has to be controlled in a narrow range of ± 3 K. Under optimized condifions fibers with a mean tensile strength of 400 MPa were obtained, which is an improvement by a factor of 2 in comparison to previous results. Removing preform surface crystals has also a positive effect on fiber attenuation. The etching procedure proved to be a valuable tool in fluoride glass development. Fasern aus Schwermetallfluoridgläsern werden wegen ihrer potentiell extrem niedrigen Dämpfung im Wellenlängenbereich 2 bis 4 μm entwickellt, was sie zu attraktiven Kandidaten für die zukünftige optische Langstreckenübertragung macht. Extrapolationen legen für Barium-Fluorozirkonatgläser sogar niedrigere intrinsische Verluste nahe als für Kieselglas. Jedoch erschwert die Kristallisationstendenz heutiger Glaszusammensetzungen das Faserziehen mit dem Ergebnis ungünstiger mechanischer Eigenschaften. Es wird hier über die Herstellung geeigneter Gläser und daran durchgeführte Ziehversuche berichtet. An Hand üblicher Gläser aus dem System Zr-Ba-La-AI wird der Effekt der Preformoberflächenpräparation auf die Faserfestigkeit demonstriert. Die Anwendung einer neuartigen ZrOCl2-Ätztechnik, die im Detail beschrieben wird, führte zu verbesserter Faserfestigkeit. Die Ziehtemperatur muß in engen Grenzen von ± 3 Κ geregelt werden. Unter optimierten Bedingungen konnten so Fasern mit einer mittleren Zugfestigkeit von 400 MPa erhalten werden. Im Vergleich zu bisherigen Ergebnissen steht dies eine Verbesserung um den Faktor 2 dar. Auch die Faserdämpfung wird durch die Entfernung der Oberflächenkristalle auf der Vorform verbessert. Die Ätzprozedur erwies sich damit als ein wertvolles Hilfsmittel bei der Fluoridglasentwicklung.