MCVD工艺原理PPT课件
MCVD+OVD光纤预制棒制造技术
面的气泡和杂质：②预制棒表面的波纹：＠预制棒的锥度等。
ＯＶＤ沉积的是未玻璃化的ｓｉ０２颗粒（ｓｏｏｔ体），芯棒和ｓｏｏｔ体是截然不同的两个 状态，通过烧结使ｓｏｏｔ体完全玻璃化，在芯棒和ＯＶＤ外包层的界面上不产生柱状模糊 层和气泡杂质等，这些缺陷会造成光纤拉制时丝径的异常波动。以及使光纤存在大量的 低强度点等。解决方法有：①沉积之前芯棒的清洁；②ｏＶＤ沉积的温度、ＳｉＣｌ４流量、 芯棒移动速度，特别是沉积最初的几层非常关键；③烧结工艺，烧结的温度、速度、Ｈｅ 的流量等。Ｓｏｏｔ体是有单个或多个喷灯将水解的Ｓｉ０２颗粒沉积在旋转且移动的芯棒上， 通过周而复始的过程．由沉积重量决定是否终止沉积。这种沉积方法肯定会形成螺纹状 的表面，如果不加弥补，表面波纹越来．越大采用起始点位移式沉积方法可以改善，另 外，喷灯的位置、结构、及安装的角度也直接影响ｓｏｏｔ体表面．预制棒的锥度包括有效 长度上直径的变化率和ＯＶＤ沉积形成的棒两端不均匀段的大小。图４为我们研制的预 制棒及光纤的各种参数的均匀性。从图中可以看到，预制棒的几何尺寸非常均匀，芯径、 外径纵向的波动在２％以内，从而保证了整根棒拉制成光纤后其光纤的几何参数和光学 参数的均匀稳定。
３．外包层沉积（ＯＶＤ）工艺
ＯＶＤ工艺（包括ＶＡＤ工艺）一直是国内光纤预制棒生产厂家追求的工艺方法，也 因为技术壁垒（专利保护）和国外不愿意把先进的制棒技术传入国内，从而制约了我国 光纤特别是预制棒的生产。江苏法尔胜光子有限公司采用ＭＣＶＤ芯棒＋ＯＶＤ沉积外包 层的工艺方法．生产Ｏ．６５２光纤的预制棒。解决的主要技术问题有：①芯棒和外包层界
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一２
《光纤激光器》PPT课件 (2)
光纤激光器根本原理
光纤激光器和其他激光器一样，由能产生光子的增益介 质，使光子得到反响并在增益介质中进展谐振放大的光 学谐振腔和鼓励光跃迁的泵浦源三局部组成。
光纤激光器的开展
1985年英国南安普敦大学的研究组取得突出成绩。他 们用 MCVD方法制作成功单模光纤激光器 ,此后他们先后 报道了光纤激光器的调Q、锁模、单纵模输出以及光纤放 大方面的研究工作。英国通信研究实验室(BTRL )于 1987 年展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器装置, 同时在增益和激发态吸收等研究领域中也做了大量的根底 工作,在用氟化锆光纤激光器获得各种波长的激光输出谱线 方面做了开拓性的工作。世界上还有很多研究机构活泼在 这个研究领域 ,如德国汉堡技术大学 ,日本的 NTT、 三菱 , 美国的 贝尔实验室 ,斯坦福大学等。
共振腔还有另一个作用：在共振腔内形成的受激光一 局部通过共振腔端面发射出去成为受激光发射，另外一局 部被端面反射回来，在共振腔内继续激发出受激辐射。所 以，只要在共振腔内的激光材料始终保持粒子数反转条件， 就可以获得连续的受激光发射。
3．功率源
为了使激光器产生激光输出，必须使共振腔中 激光材料的增益到达阈值增益，也就是说要使粒子 数反转到达一·定的程度，称为阈值反转密度。
Er3+(4F13/2—4I15/2)有1.54 m发射谱线，与Nd激光 器一样，用0.514 m的激光泵浦，便可产生振荡，其荧 光光谱有1.534和1.549 m峰，寿命8—12ms。 Er激光 为三能级激光，因此用块状材料实现连续振荡比较困难， 但用纤维激光器，可实现空运连续振荡，阈值30mw左右。 插入衍射光栅，也可在1.53—1.55 m范围内实现波长可
提高MCVD工艺单模光纤生产率的新技术
提高MCVD 工艺单模光纤生产率的新技术唐仁杰 曹美娥(邮电部武汉邮电科学研究院 430074)摘 要 光通信迅速发展,对单模光纤的需求急剧增长。
以传统的MCVD 工艺生产单模光纤,生产率受到限制。
本文首先简要分析了这些限制因素,然后综述克服这些限制因素的新技术,其中包括使用合成石英管、各种混合工艺以及可取代氢2氧焰的新加热技术。
最后,对我国光纤制造业的发展提出了建议。
关键词 单模光纤 MCVD 合成石英管 混合工艺 新加热技术中图分类号 TN929.1N ew T echnologies for Increasing Single Mode FiberProductivity with MCV D ProcessT ang R enjie C ao Meie(Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications 430074)Abstract As the rapid development of optical fiber communication ,the demand on silica 2based single mode fiber (SMF )is increasing dramatically.The productivity of SMF is re 2stricted by several factors with traditional MCVD process.This paper gives a brief analysis about these factors at first ,and then ,reviews the new technologies to overcome them ,in 2cluding using synthetic silica tube ,various hybrid processes and new heating technologies to substitute for H 22O 2flame .Finally ,suggestions about the development of optical fiber fabri 2cation in China are presented.K eyw ords single mode fiber , MCVD , synthetic silica tube , hybrid process , new heating technologies1 单模光纤制造技术的发展趋势光纤通信技术的迅速推广应用,使得石英单模光纤不仅在长途干线系统中成为唯一的理想传输介质,而且在各种局域网、用户网中广泛应用,其用量将比干线的用量大得多。
CVD工艺原理
CVD⼯艺原理第⼀章，薄膜⼯艺原理介绍在超⼤规模集成电路(ULSI)技术中，有很多沉积薄膜的⽅法，⼀般⽽⾔这些⽅法可以分类为两个不同的反应机构：化学⽓相沉积(Chemical vapor deposition，CVD) 和物理⽓相沉积(Physical vapor deposition，PVD),在此我们仅对化学⽓相沉积进⾏介绍。
化学⽓相沉积法(CVD)化学⽓相沉积法定义为化学⽓相反应物，经由化学反应，在基板表⾯形成⼀⾮挥发性的固态薄膜。
这是最常在半导体制程中使⽤的技术。
通常化学⽓相沉积法包含有下列五个步骤：1. 反应物传输到基板表⾯2. 吸附或化学吸附到基板表⾯3. 经基板表⾯催化起异质间的化学反应4. ⽓相⽣成物脱离基板表⾯5. ⽣成物传输离开基板表⾯在实际的应⽤中，化学反应后所⽣成的固态材料不仅在基板表⾯(或⾮常靠近)发⽣(即所謂的异质间反应)，也会在⽓相中反应(即所谓的同质反应)。
⽽异质间反应，是我们所想要的，因为这样的反应只会选择性在有加热的基板上发⽣，⽽且能⽣成品质好的薄膜。
相反的，同质反应就不是我们想要的，因为他们会形成欲沉积物质的⽓相颗粒，造成很差的粘附性及拥有很多的缺陷，且密度低的薄膜。
此外，如此的反应将会消耗掉很多的反应物⽽导致沉积速率的下降。
因此在化学⽓相沉积法的应⽤中，⼀项很重要的因素是异质间反应远⽐同质反应易于发⽣。
最常⽤的化学⽓相沉积法有常压化学⽓相沉积法(Atmospheric-pressure CVD，APCVD)、低压化学⽓相沉积法(Low-pressure CVD，LPCVD)和等离⼦增强化学⽓相沉积法(Plasma-enhanced CVD，PECVD)，⽽这三种化学⽓相沉积法的均有各⾃的优、缺点及应⽤的地⽅。
低压化学⽓相沉积法拥有很均匀的阶梯覆盖性、很好的組成成份和结构的控制、很⾼的沉积速率及输出量、及很低的制程成本。
再者低压化学⽓相沉积法並不需要载⼦⽓体，因此⼤⼤降低了颗粒污染源。
MCVD工艺制备光纤201003
Flame detector
Gas Control and supply System
Lathe Hydrogen&Oxygen Supply Sulphur Hexafluoride (SF6) Supply Chlorine Supply Oxygen Supply Helium Supply Nitrogen Supply Pneumatics Supply
SF6+O2
MCVD工艺步骤4——Cladding and core deposition
Cladding deposition Purpose: deposition of protection barrier for core. Temperature: 1900-2100oC Typical reactant flows: SiCl4, POCl3, O2, He Core deposition Purpose: deposition of refractive index difference Temperature: 1900-2200oC Typical reactant flows: SiCl4, GeCl4, O2, He
Typical MCVD production tube is constructed from three quartz tubes, which are welded together prior to MCVD process. inlet tube: low quality quartz substrate tube: high quality synthetic silica, forms final preform exhaust tube: low quality quartz sleeving tube: synthetic silica
mcvd工艺技术
mcvd工艺技术MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) 是一种制备光纤的工艺技术，根据化学气相沉积原理，通过对预先制备好的光纤外壳进行沉积二氧化硅的过程，最终制得具有良好光学性能的光纤。
该工艺技术在光纤通信领域得到广泛应用。
MCVD工艺技术的主要步骤包括光纤外壳预先制备、预咨人气氛控制和杂质沉积、中心芯的合成、烧结等。
首先，在光纤外壳制备前，需要用合适的材料制备内部偏-核外-埋内凸的液滴，形成预先制备好的光纤外壳。
接下来，在进一步的步骤中，将光纤外壳放置于合适的温度下，在氩气的保护下开始加热。
在增加了乙炔和硅醇的反应温度下，发生了化学反应，并形成了泡状结构。
最后，通过烧结的方式，使得所有的材料得以结合。
MCVD工艺技术的关键是控制气氛和杂质沉积。
气氛的控制是通过加热炉的加热使得需要的气氛实现，并且保持恒定的温度，以确保化学反应能够进行。
而杂质沉积是通过对反应气氛中的杂质进行控制。
在气氛中加入适量的化学物质，即可控制光纤中的不纯物质含量。
这些不纯物质能够影响光的传导，因此控制杂质的沉积对光纤的光学性能非常重要。
MCVD工艺技术相较于传统的光纤制备技术，具有许多优势。
首先，它能够制备出更高质量的光纤。
通过控制反应气氛的参数，如温度、压力等，可以使光纤的抗损伤性更好，同时保证了光的传导性能。
其次，这种工艺可以制备出更多样化的光纤产品。
通过调整反应气氛的组成，可以制备不同材质、形状和直径的光纤，满足不同的应用需求。
此外，MCVD工艺技术还具有高效、自动化程度高等特点，提高了生产效率。
总体而言，MCVD工艺技术是一种制备光纤的先进技术。
它通过优化反应气氛和控制杂质沉积，制备出具有良好光学性能的光纤产品。
在光纤通信、激光器等领域应用广泛，为推动光通信技术的发展起到了重要的作用。
未来，随着科技的进一步发展，MCVD工艺技术有望得到更多的创新和改进，为光纤行业带来更加出色的成果。
光纤预制棒制造工艺
3/16/2014
四种工艺在制棒方面的区别
制棒
优势
劣势
OVD：
VAD：
芯棒与包层 沉积速度
芯棒与包层 沉积速度
折射率控制
折射率控制
MCVD：
PCVD：
MCVD工艺是1974年由美国AT&T公司贝尔实验室的Machesney等人开发
的经典工艺。MCVD工艺为朗讯等公司所采用的方法。MCVD工艺是一种以氢
氧焰热源，发生在高纯度石英玻璃管内进行的气相沉积。MCVD工艺的化学 反应机理为高温氧化。MCVD工艺是由沉积和成棒两个工艺步骤组成。沉积 是获得设计要求的光纤芯折射率分布，成棒是将巳沉积好的空心高纯石英玻 璃管熔缩成一根实心的光纤预制棒芯棒。现MCVD工艺采用大直径合成石英
离子使流进高纯石英玻璃沉积管内气态卤化物和氧气在大约1000C°的高
温下直接沉积成设计要求的光纤芯玻璃组成。成棒则是将沉积好的石英玻
璃管移至成棒用的玻璃车床上，利用氢氧焰高温作用将该管熔缩成实心的
光纤预制棒芯棒。
PCVD （Plasma Chemical Vapor Deposition射率控制
沉积速度
沉积速度
当前的预知棒制造多采用组合工艺。
玻璃管和外包技术，例如用火焰水解外包和等离子外包技术来制作大预制棒。
这些外包技术弥补了传统的MCVD工艺沉积速率低、几何尺寸精度差的缺点， 提高了质量、降低了成本，增强了MCVD工艺的竞争力。
MCVD （Modifield Chemical Vapour Deposition)--改进的化学气相沉积法
MCVD工艺原理
MCVD工艺的物流方向
• MCVD工艺从基管的一头由氧气作为载气将待 反应的原料载带进基管，而在基管的外面用氢 氧焰加热到19000C以上，间接加热基管内的反 应原料，生成的玻璃体，沉积在基管的内壁。 • 没有沉积下来的玻璃体，由工艺气体载带，经 由尾部的较大直径的灰粒收集管（俗称尾管）， 进入灰粒收集箱，甚至部分被直接抽吸到洗涤 塔进行处理。
各种原料所起的作用之一
• SiCl4生成的SiO2在基管的内壁沉积形成高纯度 的玻璃； • GeCl4 生成的 GeO2 可使 SiO2 玻璃基体折射率变 大，是形成预制棒/光纤芯层的首选物质； • POCl3 用来改变玻璃粘度，以改善沉积条件， 并可适当提高折射率； • 高纯O2用作沉积必须的载气和反应气体，以及 日常工艺管路的吹扫；
沉积示意图
工艺 气流
等温线
温度梯 度方向 沉积处
反应
包络面
沉积要求
• 一般先在基管内壁沉积几十层包层，其折射率 比纯石英的折射率稍低，再在中心沉积十来遍 折射率较高的芯层。 • 沉积的要求是：塌缩后各层的厚度要恰当、均 匀，纵向的沉积物分布也要均匀。 • 沉积包层的含水率等指标应比基管的更少，这 样才可有效地阻挡基管或ACVD法外沉积包层 中的水份扩散到芯层和近芯包层，确保光纤的 传输性能良好。
MCVD预制棒的组成
• MCVD法是一种在高质量（高纯度、低 水分、低杂质）的石英管（我们称之为 基管）的内壁沉积更高纯度的二氧化硅 (SiO2)，并掺以可改变折射率或玻璃体粘 度的其它一些高纯物质，如二氧化锗 (GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟氧化硅 (SiO1.5F)等，形成不同折射率的芯层和包 层，以实现光信号在光纤芯中传播时的 全反射、低损耗、高容量等效果。
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MCVD沉积机理
• 沉积的机理一般认为是热泳机理：即顺 着温度梯度下降的方向沉积。
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各种原料所起的作用之二
• SF6既可用于基管内壁的腐蚀，又可用于 补 芯 时 的 腐 蚀 ， 还 可 用 于 降 低 SiO2 的 折 射率，调节预制棒/光纤的折射率分布；
• Cl2用作腐蚀及塌缩时的干燥气体，它可 有效降低反应物和沉积物中的水份 (OH-)；
• He气用来改善气相混合物的热扩散性能。
• 玻璃化的要求是：燃烧器经过后的石英 管仍要是透明的。
• 燃烧器到达基管尾部后，又迅速返回到 基管头部，开始下一遍沉积和玻璃化。
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塌缩要求
• 沉积完芯层的基管，其中心还有一个很大的孔。 需要在更高的温度下，利用熔融玻璃体的表面 张力，将其塌缩成实心的预制棒芯棒。
• MCVD有一个固有的缺陷，其在芯棒起始段的沉 积相对来讲比较薄，该段被称为的“入口锥 度”。
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MCVD预制棒的组成
• MCVD法是一种在高质量（高纯度、低 水分、低杂质）的石英管（我们称之为 基管）的内壁沉积更高纯度的二氧化硅 (度Si的O2其)，它并一掺些以高可纯改物变质折，射如率二或氧玻化璃锗体粘 ((层GSi，eOO1以.25)F、实)等五现，氧光形化信成二号不磷在同(光P折2纤O射5芯)、率中氟的传氧芯播化层时硅和的包 全反射、低损耗、高容量等效果。
• 所以塌缩时，一般不再塌缩该段不均匀的管子， 这样塌缩的距离就比沉积的距离短。
-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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沉积与塌缩距离示意图
塌缩距离
沉积距离
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MCVD工艺中的化学反应
• SiCl4+O2=SiO2+2Cl2↑ • GeCl4+ O2 GeO2+2Cl2↑
• 2GeO2 2GeO(g)+O2↑
• 4POCl3+3 O2=2P2O5+6 Cl2↑ • 12SiO2+2SF6=12SiO1.5F(S)+2SO2+O2 • Cl2+H2O→HCl↑+HClO↑或
什么是MCVD?
• MCVD是Modified Chemical Vapor Deposition的 简称，译称改良的化学气相沉积法。该预制棒 生产方法是由美国AT&T Bell 实验室和英国南 安普敦大学于二十世纪七十年代初期首先提出 的。
• 由于它在制备不同种类的光纤上具有很强的灵 活性，所以如今它已经成为生产高品质通讯光 纤用预制棒的四大主要方法之一。
• 沉积的要求是：塌缩后各层的厚度要恰当、均 匀，纵向的沉积物分布也要均匀。
• 沉积包层的含水率等指标应比基管的更少，这 样才可有效地阻挡基管或ACVD法外沉积包层 中的水份扩散到芯层和近芯包层，确保光纤的 传输性能良好。
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玻璃化的要求
• MCVD工艺是一种在同一台设备上几乎 同时进行沉积和烧结的工艺。当燃烧器 往下游移动，经过刚沉积上去的疏松体 时，又将疏松体玻璃化成透明的玻璃体。
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思考题
• 1. MCVD工艺中的几个基本步骤是什么？ • 2. MCVD工艺中要用到哪些原料？它们
的作用分别有哪些？
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• 在燃烧器的上方，管壁的温度高于管子 中心的温度，所以反应包络面中生成的 玻璃体均向管子中心集中，但燃烧器的 下游，管壁温度比管子中心低。当玻璃 体被工艺气流载带到下游时，就在燃烧 器所在位置下游的管壁沉积下来。
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沉积示意图
工艺 气流
反应 包络面
等温线 温度梯 度方向
沉积处
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沉积要求
• 一般先在基管内壁沉积几十层包层，其折射率 比纯石英的折射率稍低，再在中心沉积十来遍 折射率较高的芯层。
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MCVD工艺示意图
载气氧
六氟化硫 氦气 或氯气
三氯氧磷 四氯化锗 高温计
四氯化硅
旋转接头
导气管
顶座
基管 燃烧器
尾管 尾管
灰粒刮擦器 通向洗涤塔 灰粒收集箱
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OFC 12沉积车床
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MCVD的沉积机理
• 沉积的机理一般认为是热泳机理：即顺 着温度梯度下降的方向沉积。所以沉积 一般发生在燃烧器所在位置的下游。
• 当燃烧器往下游移动，经过刚沉积上去 的疏松体时，又将疏松体玻璃化成透明 的玻璃体。
• 燃烧器到达基管尾部后，又迅速返回到 基管头部，开始下一遍沉积。
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高度自动化的生产设备
• 由Nextrom提供的OFC 12车床，可以实现补料、 输料的自动控制，各种气体的流量都经过质量 流量计的精确控制。使用过的管道还可以进行 及时的吹扫。
• Cl2+Si-OH→Si-Cl
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各种原料所起的作用之一
• SiCl4生成的SiO2在基管的内壁沉积形成高纯度 的玻璃；
• GeCl4生成的GeO2可使SiO2玻璃基体折射率变 大，是形成预制棒/光纤芯层的首选物质；
• POCl3用来改变玻璃粘度，以改善沉积条件， 并可适当提高折射率；
• 高纯O2用作沉积必须的载气和反应气体，以及 日常工艺管路的吹扫；
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MCVD工艺的物流方向
• MCVD工艺从基管的一头由氧气作为载气将待 反应的原料载带进基管，而在基管的外面用氢 氧焰加热到19000C以上，间接加热基管内的反 应原料，生成的玻璃体，沉积在基管的内壁。
• 没有沉积下来的玻璃体，由工艺气体载带，经 由尾部的较大直径的灰粒收集管（俗称尾管）， 进入灰粒收集箱，甚至部分被直接抽吸到洗涤 塔进行处理。