光纤预制棒制备工艺2讲课文档.pptVIP

第一页，共十八页。 主要内容 1、光纤预制棒的结构 2、管内化学气相沉积法 3、微波等离子体化学气 相沉积法 4、管外化学气相沉积法 第二页，共十八页。 1、光纤预制棒的结构 O2+SiCl4+GeCl4蒸汽 饵棒(中心棒) 粉层状 预制棒 喷嘴 玻璃微粒 粉层沉积 粉状预制棒 剖面 芯 包层 粉状预制棒 加热炉 1400度 玻璃预制棒 预制棒烧结 拉制光纤 加热炉 玻璃预制棒 第三页，共十八页。 原料纯度要求高 几何尺寸要求精度高 折射率纤芯大于包层 ? 如何解决 化学气相沉积法 气相沉积工艺中选用高纯度的氧气作为载气，将汽化后的卤化物气体带入反应区，从而可进一步提纯反应物的纯度，达到严格控制过渡金属离子和OH-羟基的目的。 第四页，共十八页。 管内化学气相沉积法工艺示意图 2.1 MCVD法制备光纤预制棒工艺 2、管内化学气相沉积法(MCVD) 第五页，共十八页。 沉积+烧结 将卤化物带入玻璃管内 通入O2或是Ar 步骤1 玻璃管以几十转/分钟进行旋转 启动玻璃车床 步骤2 生成玻璃氧化物粉尘 SiO2-GeO2和SiO2 高温加热 步骤3 制成致密透明的玻璃棒 高温烧结 步骤5 2.1 MCVD 法光纤预制棒的制棒工艺 生成多层透明的玻璃薄膜 左右移动喷灯 步骤4 第六页，共十八页。 SiCl4＋O2 ==SiO2＋2Cl2 GeCl4＋O2 == GeO2＋2Cl2 2POCl3＋4O2==2P2O5＋3Cl2 SiCl4＋O2 ==SiO2＋2Cl2 SiCl4＋CF2CL2 ==SiF4＋2CO2＋2CL2 4BBr3＋3O2==2B2O3＋6Br2 沉积内包层方程式： 沉积芯层方程式： SiO2 SiF4 B2O3 SiO2 GeO2 P2O5 沉积物n2小 沉积物n1大 n1大于n2 ，最终实现光的全反射 第七页，共十八页。 2.2 MCVD法存在的问题与对策 问题一：热膨胀系数 不同，收缩产生裂纹。 问题二：掺杂剂分解升华, 导致折射率下降 严格控制掺杂 剂含量 补偿法 腐蚀法 第八页，共十八页。 第九页，共十八页。 微波谐振 等离子体 非等温混合态 产生大量热 各种粒子重新结合，释放出的热量足以熔化蒸发低熔点低沸点的反应材料SiCl4和GeCl4等化学试剂，形成气相沉积层。 低压气体激发，里面含 有电子、分子、原子、 离子 3.1 PCVD 法的反应机理 3 微波等离子体化学气相沉积法 第十页，共十八页。 熔融石英管 SiCl4 + O2 + 参杂物质 反应物质 排气口 等离子体 玻璃层 快速来回移动的微波谐振腔 (2.45 GHz，8米/分钟) 1000~1200度 沉积效率高、沉积 速度快有利于消除 包层沉积过程中的 微观不均匀 快速移动，使沉积厚度减少， 有利于控制折射率分布 直接玻璃沉积 不需高温烧结 反应管不易变形 第十一页，共十八页。 3.2 PCVD 法工艺的优点 不用氢氧火焰加热沉积，沉积温度低于相应的 热反应温度，石英包管不易变形； 2) 控制性能好，由于气体电离不受包管的热容量 限制，所以微波加热腔体可以沿石英包管作快 速往复运动，沉积层厚度可小于1um，从而制备 出芯层达上千层以上的接近理想分布的折射率剖 面以获得宽的带宽； 3) 光纤的几何特性和光学特性的重复性好，适于 批量生产，沉积效率高，对SiCl4等材料的沉积效 率接近100%，沉积速度快，有利于降低生产成本。 第十二页，共十八页。 4.管外化学气相沉积法（OVD) OVD 法的反应机理为火焰水解，即所需的玻璃组份是通过氢氧焰或甲烷焰水解卤化物气体产生“粉尘”逐渐地沉积而获得。 OVD 法工艺示意图 第十三页，共十八页。