光纤与光缆技术8﹒9﹒10.ppt

第四章 光纤制造工艺 第一节 工艺方法的分类 第二节 气相沉积工艺 第三节 非气相技术 (3)优缺点 优点：①生产效率高，其沉积速度是MCVD法的10倍； ②光纤预制棒的尺寸不受母棒限制，尺寸可以做得很大，生产 出的大型预制棒可重达2～3Kg，甚至更重，可拉制100 ～ 200Km或更长的光纤； ③不需要高质量的石英管作套管； ④全部预制棒材料均由沉积工艺生成，棒芯层中OH-的含量很 低，可低于0.01PPm； ⑤由于沉积是中心对称，光纤几何尺寸精度非常高，易制成损 减少，强度高的光纤产品； ⑥可进行大规模生产，生产成本低。 缺点：采用氧化铝陶瓷或高纯石墨作靶棒，在抽去靶棒时，将引起预 制棒中心层折射率分布紊乱，而导致光纤传输性能的降低。 3、轴向化学气相沉积法(VAD) 轴向气相沉积法，简称VAD法。于1977年，由日本电报电话(NTT Lab)公司茨城电气通信研究所的伊泽立男等人发明。VAD法的反应机理与OVD法相同，也是由火焰水解生成氧化物玻璃。 (1)系统组成 轴向气相沉积法工艺示意图 与OVD法有两个主要区别： 1)靶棒沉积方向是垂直的，氧化物玻璃沉积在靶棒的下端； 2)芯层和包层玻璃同时沉积在靶棒上，预制棒折射率剖面分 布型式是通过沉积部位的温度分布、氢氧火焰的位置和角 度、原料饱和蒸气的气流密度的控制等多因素来实现的。从工艺原理上而言，VAD法沉积形成的预制棒多孔母材向上提升即可实现脱水、烧结，甚至进而直接接拉丝成纤工序，所以这种工艺的连续光纤制造长度可以不受限制，这也是此工艺潜能所在。 (2)工艺流程 VAD法光纤预制棒的制备工艺同样有二个工序：沉积和烧结。且二个工序是在同一设备中不同空间同时完成。 1)沉积工序 首先将一根靶棒垂直放置在反应炉上方的夹具上，并旋转靶棒底端面接受沉积的部位，用高纯氧载气将形成的玻璃卤化物(SiCl4，GeCl4)饱和蒸气带至氢氧喷灯和喷嘴入口，在高温火焰中水解反应，生产玻璃氧化物粉尘SiO2-GeO2和SiO2，并沉积在边旋转边提升的靶棒底部内、外表面上，随着靶棒端部沉积层的逐步形成，旋转的靶棒应不断向上提升，使沉积面始终处于同一个位置。最终沉积生成具有一定机械强度和孔隙率圆柱形的多孔预制棒。 整个反应必须在反应炉中进行，通过保持排气的恒速来保证氢氧焰的稳定。为获得所设计的不同芯层和包层的折射率分布，可以通过合理设计氢氧喷灯的结构、喷灯与靶棒的距离、沉积温度和同时使用几个喷灯等措施来实现。 例如，在制作单模光纤预制棒时，由于包层很厚 (2a=8.3～9.6um，2b=125um)，可以用三个喷灯火焰同时沉积，一个火焰用于沉积芯层，另外二个用于沉积包层。在芯层喷灯喷嘴处通入SiCl4、GeCl4，水解生成SiO2-GeO2玻璃粉尘，而在包层喷灯喷嘴处只通入SiCl4，水解生成SiO2玻璃粉尘，并使它们沉积在相应的部位，这样可得到满足折射率要求的光纤预制棒。 * * 一、概述 1、光纤性能的影响因素：材料组成、结构、波导结构(折 射率分布)和制造工艺。 第一节 工艺方法的分类 2、光纤制造工艺要求 (1)光纤的质量在很大程度上取决于原材料的纯度，用作原 料的化学试剂需严格提纯，其金属杂质含量应小于几 个ppb，含氢化合物的含量应小于1ppm，参与反应的 氧气和其他气体的纯度应为6个9（99.9999％）以上。 ppb是表示液体浓度的一种单位符号。一般读作十亿分之一，即10的-9次方的代表符号。类似的还有ppm，ppt等，分别是-6次和-12次。 (2)光纤制造应在净化恒温的环境中进行，光纤预制棒、 拉丝、测量等工序均应在10000级以上洁净度的净化 车间中进行。在光纤拉丝炉光纤成形部位应达100级 以上。光纤预制棒的沉积区应在密封环境中进行。光 纤制造设备上所有气体管道在工作间歇期间，均应充 氮气保护，避免空气中潮气进入管道，影响光纤性能。 (3)光纤质量的稳定取决于加工工艺参数的稳定。光纤的 制备不仅需要一整套精密的生产设备和控制系统，尤 其重要的是要长期保持加工工艺参数的稳定，必须配 备一整套的用来检测和校正光纤加工设备各部件的运 行参数的设施和装置。 洁净度指洁净空气中空气含尘