光纖預(yù)制棒的制備技術(shù).ppt

1、a,1,VAD法制預(yù)制棒,光電07301班 第三小組,2,a,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-Modified Chemical Vapour Deposition) -棒外化學(xué)汽相沉積法(OVD-Outside Chemical Vapour Deposition) -軸向汽相沉積法(VAD-Vapour phase Axial Deposition) -微波等離子體激活化學(xué)汽相沉積法(PCVD- Plasma activated Chemical Vapour Deposit

2、ion ),3,a,VAD工藝的發(fā)展,70年代的VAD工藝,芯和包層同時(shí)沉積、同時(shí)燒結(jié),號稱預(yù)制連續(xù)制造工藝。 80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”發(fā)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,從而有機(jī)會多年觀察VAD光纖生產(chǎn)

3、,此后,朗訊將VAD工藝引進(jìn)到它的亞特蘭大光纖廠。,4,a,過程及原理,在母棒端部，即其軸向，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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。 反應(yīng)的主要公式: SiCl4 + O2 SiO2 + 2Cl2 4BCl3 + 3O2 2B2O3 + 6Cl2 最后沉積光纖的纖芯， 其氧化反應(yīng)過程為： SiCl4 + O2 SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 GeO2 + 2Cl2,5,a,VAD法實(shí)物圖,6,a,VA

4、D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。 可拉制程度長，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，可達(dá)到0.250.5dB/km。 價(jià)格便宜，大約20$/km左右。,7,a,VAD法設(shè)備示意圖,汽相軸向沉積法VAD 這種方法是在反應(yīng)室里放置一根基棒石英玻璃棒，基棒可以旋轉(zhuǎn)并向反應(yīng)室外移動，如圖所示：當(dāng)反應(yīng)氣體送入反應(yīng)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

5、積預(yù)制棒環(huán)形加熱器反應(yīng)氣體入孔反應(yīng)室。,VAD工藝示意圖,8,a,VAD流程圖,9,a,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制芯工藝是成本較高的工藝，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，一部分光能會在內(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2.07.5之間。,10

6、,a,(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?，是疏松體依靠表面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

7、道延伸工序來使外徑變均勻變細(xì)。芯棒延伸可以采用成本較低的氫氧火焰作為熱源，但氫氧焰會造成芯棒表面OH-離子污染，需要后面進(jìn)行等離子蝕洗或酸洗。另外一種辦法是采用等離子體作為熱源進(jìn)行延伸，可以省去一個(gè)去OH-離子的過程。,11,a,(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的火焰將芯棒表面的一層物質(zhì)迅速升華揮發(fā)。一般的蝕洗深度是0.250.15mm,足以將表面的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(gè)光纖的成本急劇降低。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(shí)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(shí)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 7.5 200 ppm 5.2 1.0 ppm 4.4 0.5 ppm 表6 外套管水份含量和芯棒 D/d的關(guān)系,12,a,(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(shí)， 棒體尖端的粘度變低， 靠自身重量逐漸下垂變細(xì)而