光纖預(yù)制棒的制備技術(shù)

VAD法制預(yù)制棒光電07301班

第三小組整理課件制棒的種類

---國際上生產(chǎn)石英光纖預(yù)制棒的方法有十多種，其中普遍使用，并能制作出優(yōu)質(zhì)光纖的制棒方法主要有以下四種：---改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法(MCVD-ModifiedChemicalVapourDeposition)---棒外化學(xué)汽相沉積法(OVD-OutsideChemicalVapourDeposition)---軸向汽相沉積法(VAD-VapourphaseAxialDeposition)---微波等離子體激活化學(xué)汽相沉積法(PCVD-PlasmaactivatedChemicalVapourDeposition)整理課件VAD工藝的開展

●70年代的VAD工藝,芯和包層同時沉積、同時燒結(jié),號稱預(yù)制連續(xù)制造工藝?！?0年代的VAD工藝是先做出大直徑芯棒,然后把該大直徑芯棒拉細(xì)成多根小芯棒,再用套管法制成預(yù)制棒,從“一步法〞開展到“二步法〞。

●90年代改成用SOOT外包代替套管法制成光纖預(yù)制棒。

●90年代以來,使用VAD的生產(chǎn)廠家增多了,除了日本古河、滕倉之外,信越、日立、三菱、昭和等公司從日本NTT獲得了使用VAD工藝生產(chǎn)光纖的許可,并實(shí)施了再開發(fā),實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化VAD工藝,朗訊也從住友公司購得了使用VAD工藝的許可,另外還與住友在美國建立了VAD法的合資光纖廠,從而有時機(jī)多年觀察VAD光纖生產(chǎn),此后,朗訊將VAD工藝引進(jìn)到它的亞特蘭大光纖廠。整理課件過程及原理在母棒端部，即其軸向，發(fā)生化學(xué)反響，生成的石英玻璃粉塵微粒經(jīng)噴燈噴出，沉積于種子石英棒一端，沿軸向形成多孔粉塵預(yù)制棒。種子石英棒不斷旋轉(zhuǎn)，并通過提升桿向上慢速移動，牽引粉塵多孔預(yù)制棒通過一環(huán)狀加熱器進(jìn)行燒結(jié)處理，使之熔接縮成透明的光纖預(yù)制棒。反響的主要公式:SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑4BCl3+3O2→2B2O3+6Cl2↑最后沉積光纖的纖芯，其氧化反響過程為：SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑GeCl4+O2→GeO2+2Cl2↑整理課件VAD法實(shí)物圖整理課件VAD的特點(diǎn)可連續(xù)生長，適合于制成大型預(yù)制棒，從而可拉制成較長的連續(xù)光纖?？衫瞥潭乳L，目前可達(dá)100Km的單模光纖。此外，用VAD法制備的多模光纖不會形成中心部位折射率凹陷或空眼，因此其帶寬要比MCVD法高一些。其單模光纖損耗也比較小，可到達(dá)0.25~0.5dB/km。價格廉價，大約20$/km左右。整理課件VAD法設(shè)備示意圖汽相軸向沉積法VAD這種方法是在反響室里放置一根基棒——石英玻璃棒，基棒可以旋轉(zhuǎn)并向反響室外移動，如下圖：當(dāng)反響氣體送入反響室后，就在基棒上沉積，基棒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動保證了芯棒的軸對稱性，疏松的預(yù)制棒在向上移動的過程中經(jīng)過一環(huán)形加熱器，從而生成玻璃預(yù)制棒。玻璃預(yù)制棒沉積預(yù)制棒環(huán)形加熱器反響氣體入孔反響室。VAD工藝示意圖整理課件VAD流程圖整理課件VAD工藝流程(1)用VAD工序制作芯棒:在旋轉(zhuǎn)的芯棒頂部用火焰水解法沉積芯層和內(nèi)包層，制成疏松體。內(nèi)包層直徑D/芯層直徑d的比值略小于7.5。由于VAD制芯工藝是本錢較高的工藝，沉積量和(D/d)2成正比。D/d越小，對外套管的要求越高。因?yàn)镈/d值小，一局部光能會在內(nèi)包層和套管中進(jìn)行傳輸，各種雜質(zhì)包括OH-離子就會增加傳輸損耗。由于OH-離子在很容易在熱處理〔尤其是拉絲過程中〕從外包層運(yùn)動到芯層，因此工藝對外套管的含OH-離子的濃度要求就相當(dāng)嚴(yán)格。商業(yè)化生產(chǎn)的D/d比值一般在2.0～7.5之間。整理課件(2)芯棒在氯氣氣氛中脫水沉積好的芯棒疏松體要放在1200℃含氯或含氟的氣氛中。脫水的原理是氯氣進(jìn)入芯棒孔隙中取代C，其產(chǎn)生的Si-Cl鍵吸收波長在25微米，遠(yuǎn)離光纖工作波段。脫水的速率取決于脫水溫度和氯氣的流量。脫水后OH-離子的含量將少于8X10-10(w%)。(3)芯棒在氦氣氣氛中燒結(jié)芯棒在爐內(nèi)繼續(xù)升溫到1500℃，通入氦氣進(jìn)行燒結(jié)。氦氣是一種分子體積很小而傳熱系數(shù)很高的氣體，能夠?qū)崃繋У叫静?，是疏松體依靠外表張力而生成透明的玻璃體。燒結(jié)效果取決于下送速度、燒結(jié)溫度、氦氣流量等因素。(4)芯棒延伸VAD制作的芯棒一般都較粗且外徑不均勻，無法直接插入套管合成預(yù)制棒，需要經(jīng)過一道延伸工序來使外徑變均勻變細(xì)。芯棒延伸可以采用本錢較低的氫氧火焰作為熱源，但氫氧焰會造成芯棒外表OH-離子污染，需要后面進(jìn)行等離子蝕洗或酸洗。另外一種方法是采用等離子體作為熱源進(jìn)行延伸，可以省去一個去OH-離子的過程。整理課件(5)等離子蝕洗等離子蝕洗的原理是：等離子火焰沿著旋轉(zhuǎn)著的芯棒進(jìn)行軸向移動，高達(dá)9000℃的火焰將芯棒外表的一層物質(zhì)迅速升華揮發(fā)。一般的蝕洗深度是0.25±0.15mm,足以將外表的OH-離子去除干凈。(6)低OH-含量的合成石英管作外包層由于采用了更大的外套管，整個光纖的本錢急劇降低。對石英管的要求是高純、低損耗和高抗拉強(qiáng)度。石英管的OH-含量決定了芯棒制作時的D/d值的大小。在套管車床上將芯棒和套管裝配在一起，用環(huán)形氫氧焰沿軸線從上到下進(jìn)行加熱，同時用真空泵抽去縫隙內(nèi)的空氣，使套管燒結(jié)在芯棒上，形成一體的預(yù)制棒。芯棒D/d值外套管OH-含量7.5<200ppm5.2<1.0ppm4.4<0.5ppm表6外套管水份含量和芯棒D/d的關(guān)系整理課件(7)光纖拉制:

預(yù)制棒拉制成光纖的示意圖如圖2.3所示，當(dāng)預(yù)制棒由送料機(jī)構(gòu)以一定的速度均勻地送往環(huán)狀加熱爐中加熱，且預(yù)制棒尖端加熱到一定的溫度時，棒體尖端的粘度變低，靠自身重量逐漸