光纤预制棒的制备技术
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光纤预制棒制备工艺220页PPT
包层： SiCl4(g)+ H2O == SiO2+4HCl 2BCl3(g)+3H2O ==B2O3+6HCl
4.2 OVD 法制备光纤预制棒的工艺
沉积工艺 + 烧结工艺
饵棒(中心棒)
粉层状
喷
预制棒
嘴
O2+SiCl4+GeCl4蒸汽 玻璃微粒
芯
包层
粉状预制棒
粉层沉积 粉状预制棒
加热炉 1400度
4.1 反应机理
火焰水解反应： 2H2+O2 ==2H2O 或 CH4+2O2 ==2H2O+CO2
芯层： SiCl4(g)+2H2O == SiO2(s)+4HCl(g) GeCl4(g)+2H2O == GeO2(s)+4HCl(g) 或 SiCl4(g)+H2O ==SiO2(s)+2HCl+Cl2(g) GeCl4(g)+H2O ==GeO2(s)+2HCl+Cl2(g)
在脱水后，经高温作用，松疏的多孔质玻璃沉积体被烧结 成致密、透明的光纤预制棒，抽去靶棒时遗留的中心孔也被烧 成实心。
OVD法的 优点
OVD法的 缺点
沉积速度快，体 积大
不需要套管且 OH-含量很低
精度高、成本低、 适合大规模生产
抽取靶棒时，折射率 分布发生混乱
Tom
Nick
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SiO2 SiF4
B2O3
沉积物n2
小
SiO2 GeO2
P2O5
沉积物n1
大
n1大于n2 ，最终实现光的全反射
2.2 MCVD法存在的问题与对策
4.2 OVD 法制备光纤预制棒的工艺
沉积工艺 + 烧结工艺
饵棒(中心棒)
粉层状
喷
预制棒
嘴
O2+SiCl4+GeCl4蒸汽 玻璃微粒
芯
包层
粉状预制棒
粉层沉积 粉状预制棒
加热炉 1400度
4.1 反应机理
火焰水解反应： 2H2+O2 ==2H2O 或 CH4+2O2 ==2H2O+CO2
芯层： SiCl4(g)+2H2O == SiO2(s)+4HCl(g) GeCl4(g)+2H2O == GeO2(s)+4HCl(g) 或 SiCl4(g)+H2O ==SiO2(s)+2HCl+Cl2(g) GeCl4(g)+H2O ==GeO2(s)+2HCl+Cl2(g)
在脱水后，经高温作用，松疏的多孔质玻璃沉积体被烧结 成致密、透明的光纤预制棒，抽去靶棒时遗留的中心孔也被烧 成实心。
OVD法的 优点
OVD法的 缺点
沉积速度快，体 积大
不需要套管且 OH-含量很低
精度高、成本低、 适合大规模生产
抽取靶棒时，折射率 分布发生混乱
Tom
Nick
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SiO2 SiF4
B2O3
沉积物n2
小
SiO2 GeO2
P2O5
沉积物n1
大
n1大于n2 ，最终实现光的全反射
2.2 MCVD法存在的问题与对策
VAD法制备光纤预制棒ppt课件
VAD法制备光纤预制棒
制棒的主要方法:
一、外部汽相堆积法〔OVD〕 二、汽相轴向堆积法〔VAD〕 三、改良的化学外部汽相堆积法〔MCVD〕 四、等离子堆积法〔PCVD〕
VAD法原理
主要原料掺杂剂以气态方式送入氢氧火焰喷灯， 使之在氢氧液中水解，生成石英〔 SiO2 〕玻璃微粒 粉尘，然后经喷灯喷出，堆积于有石英、石墨或氧化 铝资料制造的“母棒〞端部，经多次堆积构成一定尺 寸的多孔粉尘预制棒，然后停顿任务，去掉母棒，再 将中空的预制棒在高温下脱水、烧结成透明的实心玻 璃棒，即获得所需的光线预制棒。
的资料制造技术，与80年代中期开场运用于光纤制造。 Sol-gel工艺有一些优点：液相反响，可极大改善资料 的均匀性；易掺杂，掺杂浓度高；所得资料浓度高； 可准确控制资料的折射率；较低的处置温度。
Sol-gel工艺在光纤制造中的运用有多种不 同的方式，比较典型的是Bell实验室采用的合成管工 艺，该工艺消费的合成石英管曾经开场运用于Lucent 的光纤制造。
棒的外包层堆积。
• 外包层技术的开展，使光纤消费本钱最低化。据推 算，目前光纤消费本钱最低的是采用OVD法消费的 G.652单模光纤，而套管法消费的光纤本钱比前者高 出最近一些新的制造技术也在加紧适用化详细进展如下： 〔1〕Sol-gel预制棒制造技术 Sol-gel工艺是五六十年代提出的一种新型
二、光纤预制棒外包层制造技术
•
在芯棒技术开展的同时，外包层技术也迅猛开展。
进入90年代，外包层技术包括VAD、OVD和等离子外
喷工艺成为光纤预制棒制造主体工艺。目前，套管法
相对份额由原来的70%下降到30%，其中OVD占85%
以上，等离子外喷工艺占10%左右，VAD工艺更适宜
制造芯棒，目前曾经有少数厂家采用其单独进展预制
制棒的主要方法:
一、外部汽相堆积法〔OVD〕 二、汽相轴向堆积法〔VAD〕 三、改良的化学外部汽相堆积法〔MCVD〕 四、等离子堆积法〔PCVD〕
VAD法原理
主要原料掺杂剂以气态方式送入氢氧火焰喷灯， 使之在氢氧液中水解，生成石英〔 SiO2 〕玻璃微粒 粉尘，然后经喷灯喷出，堆积于有石英、石墨或氧化 铝资料制造的“母棒〞端部，经多次堆积构成一定尺 寸的多孔粉尘预制棒，然后停顿任务，去掉母棒，再 将中空的预制棒在高温下脱水、烧结成透明的实心玻 璃棒，即获得所需的光线预制棒。
的资料制造技术，与80年代中期开场运用于光纤制造。 Sol-gel工艺有一些优点：液相反响，可极大改善资料 的均匀性；易掺杂，掺杂浓度高；所得资料浓度高； 可准确控制资料的折射率；较低的处置温度。
Sol-gel工艺在光纤制造中的运用有多种不 同的方式，比较典型的是Bell实验室采用的合成管工 艺，该工艺消费的合成石英管曾经开场运用于Lucent 的光纤制造。
棒的外包层堆积。
• 外包层技术的开展，使光纤消费本钱最低化。据推 算，目前光纤消费本钱最低的是采用OVD法消费的 G.652单模光纤，而套管法消费的光纤本钱比前者高 出最近一些新的制造技术也在加紧适用化详细进展如下： 〔1〕Sol-gel预制棒制造技术 Sol-gel工艺是五六十年代提出的一种新型
二、光纤预制棒外包层制造技术
•
在芯棒技术开展的同时，外包层技术也迅猛开展。
进入90年代，外包层技术包括VAD、OVD和等离子外
喷工艺成为光纤预制棒制造主体工艺。目前，套管法
相对份额由原来的70%下降到30%，其中OVD占85%
以上，等离子外喷工艺占10%左右，VAD工艺更适宜
制造芯棒，目前曾经有少数厂家采用其单独进展预制
亨通光电预制棒制备工艺
亨通光电预制棒制备工艺
亨通光电预制棒制备工艺是指亨通光电公司在生产光纤预制棒时所采用的制备方法和工艺流程。
以下是亨通光电预制棒制备工艺的简要描述：
1. 原料准备：选择高纯度的石英材料作为基础材料，进行粉碎和筛分，得到均匀的细粉末。
2. 混合：将石英粉末和适量的添加剂进行混合，确保添加剂均匀分散在石英粉末中。
3. 成型：将混合后的粉末转移到模具中，进行成型。
常用的成型方法有注塑成型、挤压成型等。
4. 烧结：将成型好的预制棒放入高温炉中进行烧结，以使其形成致密的结构。
烧结温度和时间根据具体要求进行调整。
5. 长棒拉拔：将烧结好的预制棒放入光纤陶瓷拉拔系统中进行拉拔，使其变得更长且细。
6. 校直：通过拉拔过程中的拉力调节，使预制棒的直径均匀，保持光纤的圆度。
7. 长度切割：将拉拔好的预制棒按照要求的长度进行切割，得到最终的光纤预制棒。
8. 表面处理：对最终的光纤预制棒进行表面处理，如抛光、清
洗等，以提高其光学性能。
9. 包装：将处理完的光纤预制棒进行分类、包装，便于后续的使用和运输。
以上是亨通光电预制棒制备工艺的基本流程，不同公司和厂家可能会有一些差异，但大体上是相似的。
这个工艺流程能够确保光纤预制棒具有良好的物理和光学性能，满足光通信等领域的需求。
光纤预制棒生产工艺
光纤预制棒生产工艺光纤预制棒是一种用于制造光纤连接器和光纤封装芯子的重要材料。
其生产工艺包括原材料准备、光纤预处理、预制棒加工、光纤接头组装和成品检测等环节。
首先是原材料准备。
光纤预制棒采用的主要材料包括光纤、辅助材料和包覆材料。
光纤是光纤预制棒的核心材料，需要在准备阶段进行裁剪和清洁。
辅助材料主要是一些胶水和填充物等，用于固定光纤和增加预制棒的强度。
包覆材料则用于包覆光纤和辅助材料，以保护光纤的性能和稳定性。
接下来是光纤预处理。
光纤在预制棒生产之前需要进行一系列处理，包括光纤覆铝、去包覆、剥皮、修切、打磨等工艺。
这些处理过程可以提高光纤的质量和稳定性，同时也方便后续工艺的操作。
然后是预制棒加工。
预制棒加工是将光纤和辅助材料组合在一起，形成一个整体的过程。
该过程主要包括衬垫制备、粘接材料的涂布、搓揉和成型等步骤。
衬垫的制备是为了提供一个平整的工作表面，方便后续的涂布和粘接。
粘接材料的涂布是将胶水均匀地涂布在光纤上，并将辅助材料贴合在上面。
搓揉和成型则是将光纤和辅助材料进行充分的混合和塑造，以确保预制棒的质量。
接着是光纤接头组装。
光纤接头组装是将预制棒连接到光纤封装芯子上，形成完整的连接器。
该过程主要包括光纤封装芯子的安装和预制棒的固定。
光纤封装芯子的安装是将光纤插入封装芯子中，并进行精确的定位和固定。
预制棒的固定则是使用胶水或其他固定材料将预制棒牢固地粘合在封装芯子上。
最后是成品检测。
成品检测是对光纤预制棒进行质量检测和性能测试，以确保其符合相关标准和要求。
成品检测包括外观检查、尺寸检测、光学性能测试等。
只有经过严格的成品检测，才能保证光纤预制棒的质量和可靠性。
综上所述，光纤预制棒的生产工艺涵盖了原材料准备、光纤预处理、预制棒加工、光纤接头组装和成品检测等多个环节。
每个环节都需要严格控制和操作，才能生产出高质量的光纤预制棒。
光纤预制棒制备工艺2
000~1200度
玻璃层
快速移动，使沉积厚度减少， 有利于控制折射率分布 快速来回移动的微波谐振腔 (2.45 GHz，8米/分钟)
光纤预制棒制备工艺2
1)不用氢氧火焰加热沉积，沉积温度低于相应的 2) 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；
玻璃预制棒 加热炉
拉制光纤
氯
化氯 亚气
烧结工艺中 通入气体
氮 气
砜
主要是起到脱水 作用，本质除去
里面的OH-
主要是起到除泡 剂的作用，除去
残留的气体
SOCl2和Cl2进行脱水处理反应方程式：
(1) (≡Si-OH)+SOCl2== (≡ Si-Cl)+HCl +SO2 (2) H2O+SOCl2== 2HCl +SO2 (3) 2Cl2+2H2O ==4HCl +O2
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。
光纤预制棒制备工艺2
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
加热炉 1400度
玻璃预制棒 预制棒烧结
玻璃预制棒 加热炉
拉制光纤
如何解决
?
原料纯度要求高 几何尺寸要求精度高
化学气相沉积法
折射率纤芯大于包层
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。
玻璃层
快速移动，使沉积厚度减少， 有利于控制折射率分布 快速来回移动的微波谐振腔 (2.45 GHz，8米/分钟)
光纤预制棒制备工艺2
1)不用氢氧火焰加热沉积，沉积温度低于相应的 2) 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；
玻璃预制棒 加热炉
拉制光纤
氯
化氯 亚气
烧结工艺中 通入气体
氮 气
砜
主要是起到脱水 作用，本质除去
里面的OH-
主要是起到除泡 剂的作用，除去
残留的气体
SOCl2和Cl2进行脱水处理反应方程式：
(1) (≡Si-OH)+SOCl2== (≡ Si-Cl)+HCl +SO2 (2) H2O+SOCl2== 2HCl +SO2 (3) 2Cl2+2H2O ==4HCl +O2
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。
光纤预制棒制备工艺2
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
加热炉 1400度
玻璃预制棒 预制棒烧结
玻璃预制棒 加热炉
拉制光纤
如何解决
?
原料纯度要求高 几何尺寸要求精度高
化学气相沉积法
折射率纤芯大于包层
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。
光纤预制棒的制备技术
在母棒端部，即其轴向，发生化学反应，生成的石英玻璃粉尘微粒经喷灯喷出，沉积于种子石英棒一端，沿轴向形成多孔粉尘预制棒。
●90年代以来各,使种用V杂AD质的生包产厂括家O增多H了-离,除了子古就河、会滕增仓之加外,传信越输、日损立耗、三。菱、由昭于和等O公H司从-离NT子T获在得了很使容用V易AD工在艺生产光 纤光的纤许 厂可,从,并而热实有施机处了会再多理开年（发观察,实尤V现AD了其光商纤是业生化拉产VA,此丝D工后过艺,朗,朗讯程讯将中也VA从D）工住艺友从引公外进司到购包它得的了层亚使运特用兰V动A大D光工到纤艺芯厂的。许层可,，另外因还与此住工友在艺建对立了外VA套D法的合资
VAD法制预制棒
光电07301班
第三小组
ห้องสมุดไป่ตู้
制棒的种类
---国际上生产石英光纤预制棒的方法有十多种，其中普 遍使用，并能制作出优质光纤的制棒方法主要有以下四 种：
---改进的化学汽相沉积法(MCVD-Modified Chemical Vapour Deposition)
---棒外化学汽相沉积法(OVD-Outside Chemical Vapour Deposition)
最后沉积光纤的纤芯， 其氧化反应过程为：
SiCl4 + O2 → SiO2 + 2Cl2↑ GeCl4 + O2 → GeO2 + 2Cl2↑
VAD法实物图
VAD的特点
可连续生长，适合于制成大型预制棒，从而可拉制成较长 的连续光纤。
可拉制程度长，目前可达100Km的单模光纤。 此外，用VAD法制备的多模光纤不会形成中心部位折射率
价15格mm便,宜足，以大将约表2面0的$/kOm在H左-离右旋子。去转除的干净芯。 棒顶部用火焰水解法沉积芯层和内包层，制成疏松
●90年代以来各,使种用V杂AD质的生包产厂括家O增多H了-离,除了子古就河、会滕增仓之加外,传信越输、日损立耗、三。菱、由昭于和等O公H司从-离NT子T获在得了很使容用V易AD工在艺生产光 纤光的纤许 厂可,从,并而热实有施机处了会再多理开年（发观察,实尤V现AD了其光商纤是业生化拉产VA,此丝D工后过艺,朗,朗讯程讯将中也VA从D）工住艺友从引公外进司到购包它得的了层亚使运特用兰V动A大D光工到纤艺芯厂的。许层可,，另外因还与此住工友在艺建对立了外VA套D法的合资
VAD法制预制棒
光电07301班
第三小组
ห้องสมุดไป่ตู้
制棒的种类
---国际上生产石英光纤预制棒的方法有十多种，其中普 遍使用，并能制作出优质光纤的制棒方法主要有以下四 种：
---改进的化学汽相沉积法(MCVD-Modified Chemical Vapour Deposition)
---棒外化学汽相沉积法(OVD-Outside Chemical Vapour Deposition)
最后沉积光纤的纤芯， 其氧化反应过程为：
SiCl4 + O2 → SiO2 + 2Cl2↑ GeCl4 + O2 → GeO2 + 2Cl2↑
VAD法实物图
VAD的特点
可连续生长，适合于制成大型预制棒，从而可拉制成较长 的连续光纤。
可拉制程度长，目前可达100Km的单模光纤。 此外，用VAD法制备的多模光纤不会形成中心部位折射率
价15格mm便,宜足，以大将约表2面0的$/kOm在H左-离右旋子。去转除的干净芯。 棒顶部用火焰水解法沉积芯层和内包层，制成疏松
光纤预制棒制造工艺
沉积速率高，对原材料要求低，可制作大尺寸预制棒，生产成本低；粉尘处理 代价高，设备复杂昂贵，工艺最难掌握，沉积效率低，不易制作复杂折射率剖 面光纤。
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
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
光纤预制棒制备工艺2
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n小
沉积物n大
n1大于n2 ，最终实现光的全反射
玻璃预制棒
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。
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
2.2 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
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。
4.2 OVD 法制备光纤预制棒的工艺
沉积工艺
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
烧结工艺
+
氯气 氯化亚砜
沉积内包层方程式：
沉积芯层方程式：
SiO2
SiF4
B2O3
SiO2
GeO2
P2O5
沉积物n小
沉积物n大
n1大于n2 ，最终实现光的全反射
玻璃预制棒
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。
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
2.2 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
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。
4.2 OVD 法制备光纤预制棒的工艺
沉积工艺
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
烧结工艺
+
氯气 氯化亚砜
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VAD的特点 VAD的特点
可连续生长,适合于制成大型预制棒,从而可拉制成较长 的连续光纤. 可拉制程度长,目前可达100Km的单模光纤. 可拉制程度长,目前可达100Km的单模光纤. 此外,用VAD法制备的多模光纤不会形成中心部位折射率 此外,用VAD法制备的多模光纤不会形成中心部位折射率 凹陷或空眼,因此其带宽要比MCVD法高一些. 凹陷或空眼,因此其带宽要比MCVD法高一些. 其单模光纤损耗也比较小,可达到0.25~0.5dB/km. 其单模光纤损耗也比较小,可达到0.25~0.5dB/km. 价格便宜,大约20$/km左右. 价格便宜,大约20$/km左右.
VAD制作的芯棒一般都较粗且外径不均匀,无法直接插入套管合 VAD制作的芯棒一般都较粗且外径不均匀,无法直接插入套管合 成预制棒,需要经过一道延伸工序来使外径变均匀变细.芯棒延伸可 以采用成本较低的氢氧火焰作为热源,但氢氧焰会造成芯棒表面OH以采用成本较低的氢氧火焰作为热源,但氢氧焰会造成芯棒表面OH离子污染,需要后面进行等离子蚀洗或酸洗.另外一种办法是采用等 离子体作为热源进行延伸,可以省去一个去OH离子体作为热源进行延伸,可以省去一个去OH-离子的过程.
SiCl4 + O2 4BCl3 + 3O2 SiCl4 + O2 GeCl4 + O2
→ SiO2 + 2Cl2↑ → 2B2O3 + 6Cl2↑ → → SiO2 + 2Cl2↑ GeO2 + 2Cl2↑
最后沉积光纤的纤芯, 其氧化反应过程为: 最后沉积光纤的纤芯, 其氧化反应过程为:
VAD法实物图 VAD法实物图
VAD法设备示意图 VAD法设备示意图
汽相轴向沉积法VAD 汽相轴向沉积法VAD 这种方法是在反应室里放 置一根基棒——石英玻璃棒, 置一根基棒——石英玻璃棒, 基棒可以旋转并向反应室外 移动,如图所示:当反应气 体送入反应室后,就在基棒 上沉积,基棒的旋转运动保 证了芯棒的轴对称性,疏松 的预制棒在向上移动的过程 中经过一环形加热器,从而 生成玻璃预制棒.玻璃预制 棒沉积预制棒环形加热器反 应气体入孔反应室. VAD工艺示意图 VAD工艺示意图
(2)芯棒在氯气气氛中脱水 (2)芯棒在氯气气氛中脱水
沉积好的芯棒疏松体要放在1200℃ 沉积好的芯棒疏松体要放在1200℃含氯或含氟的气氛中.脱水的 原理是氯气进入芯棒孔隙中取代C,其产生的Si-Cl键吸收波长在25微 原理是氯气进入芯棒孔隙中取代C,其产生的Si-Cl键吸收波长在25微 米,远离光纤工作波段.脱水的速率取决于脱水温度和氯气的流量. 脱水后OH-离子的含量将少于8X10-10(w%). 脱水后OH-离子的含量将少于8X10-10(w%).
VAD工艺的发展 VAD工艺的发展
●70年代的VAD工艺,芯和包层同时沉积,同时烧结,号称预制连续制造工艺. 70年代的VAD工艺,芯和包层同时沉积,同时烧结, ●80年代的VAD工艺是先做出大直径芯棒,然后把该大直径芯棒拉细成多根小芯 80年代的VAD工艺是先做出大直径芯棒, 棒,再用套管法制成预制棒,从"一步法"发展到"二步法". 再用套管法制成预制棒, 一步法"发展到"二步法" ●90年代改成用SOOT外包代替套管法制成光纤预制棒. 90年代改成用SOOT外包代替套管法制成光纤预制棒. ●90年代以来,使用VAD的生产厂家增多了,除了日本古河,滕仓之外,信越,日立, 90年代以来,使用VAD的生产厂家增多了,除了日本古河,滕仓之外, 三菱,昭和等公司从日本NTT获得了使用VAD工艺生产光纤的许可, 三菱,昭和等公司从日本NTT获得了使用VAD工艺生产光纤的许可,并实施了 再开发,实现了商业化VAD工艺,朗讯也从住友公司购得了使用VAD工艺的许 再开发,实现了商业化VAD工艺,朗讯也从住友公司购得了使用VAD工艺的许 可,另外还与住友在美国建立了VAD法的合资光纤厂,从而有机会多年观察 另外还与住友在美国建立了VAD法的合资光纤厂, VAD光纤生产,此后,朗讯将VAD工艺引进到它的亚特兰大光纤厂. VAD光纤生产,此后,朗讯将VAD工艺引进到它的亚特兰大光纤厂.
过程及原理
在母棒端部,即其轴向,发生化学反应,生成的石英玻璃粉尘微 粒经喷灯喷出,沉积于种子石英棒一端,沿轴向形成多孔粉尘预制棒. 粒经喷灯喷出,沉积于种子石英棒一端,沿轴向形成多孔粉尘预制棒. 种子石英棒不断旋转,并通过提升杆向上慢速移动,牵引粉尘多孔预 制棒通过一环状加热器进行烧结处理,使之熔接缩成透明的光纤预制 棒. 反应的主要公式: 反应的主要公式:
(5)等离子蚀洗 (5)等离子蚀洗
等离子蚀洗的原理是:等离子火焰沿着旋转着的芯棒进行轴向 移动,高达9000℃ 移动,高达9000℃的火焰将芯棒表面的一层物质迅速升华挥发.一般 的蚀洗深度是0.25±0.15mm,足以将表面的OH的蚀洗深度是0.25±0.15mm,足以将表面的OH-离子去除干净.
(3)芯棒在氦气气氛中烧结 (3)芯棒在氦气气氛中烧结
芯棒在炉内继续升温到1500℃ 芯棒在炉内继续升温到1500℃,通入氦气进行烧结.氦气是一种 分子体积很小而传热系数很高的气体,能够将热量带到芯部,是疏松 体依靠表面张力而生成透明的玻璃体.烧结效果取决于下送速度,烧 结温度,氦气流量等因素.
(4)芯棒延伸 (4)芯棒延伸
(7)光纤拉制: (7)光纤拉制 光纤拉制:
预制棒拉制成光纤的示意图如图2.3所示, 预制棒拉制成光纤的示意图如图2.3所示, 当预制棒由送料机 构以一定的速度均匀地送往环状加热炉中加热, 且预制棒尖端加热 到一定的温度时, 棒体尖端的粘度变低, 靠自身重量逐渐下垂变 细而成纤维, 由牵引棍绕到卷筒上. 光纤外径和圆的同心度由激 光测径仪和同心度测试仪监测, 其监测结果控制送棒机构和牵引辊 相互配合, 以保, 拉丝速度一般为600 m/min. 外径波动可控制在±0.5 m以内, 拉丝速度一般为600 m/min.
VAD法制预制棒 VAD法制预制棒
光电07301班 光电07301班
第三小组
制棒的种类
---国际上生产石英光纤预制棒的方法有十多种,其中普 ---国际上生产石英光纤预制棒的方法有十多种,其中普 遍使用,并能制作出优质光纤的制棒方法主要有以下四 种: ---改进的化学汽相沉积法(MCVD-Modified Chemical ---改进的化学汽相沉积法(MCVDVapour Deposition) ---棒外化学汽相沉积法(OVD-Outside Chemical Vapour ---棒外化学汽相沉积法(OVDDeposition) ---轴向汽相沉积法(VAD-Vapour phase Axial Deposition) ---轴向汽相沉积法(VAD---微波等离子体激活化学汽相沉积法(PCVD- Plasma ---微波等离子体激活化学汽相沉积法(PCVDactivated Chemical Vapour Deposition )
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(6)低OH-含量的合成石英管作外包层 (6)低OH由于采用了更大的外套管,整个光纤的成本急剧降低.对石英 管的要求是高纯,低损耗和高抗拉强度.石英管的OH管的要求是高纯,低损耗和高抗拉强度.石英管的OH-含量决定了芯 棒制作时的D/d值的大小.在套管车床上将芯棒和套管装配在一起, 棒制作时的D/d值的大小.在套管车床上将芯棒和套管装配在一起, 用环形氢氧焰沿轴线从上到下进行加热,同时用真空泵抽去缝隙内的 空气,使套管烧结在芯棒上,形成一体的预制棒. 芯棒D/d值 外套管OH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的关系 D/d的关系
VAD流程图 VAD流程图
VAD工艺流程 VAD工艺流程
(1)用VAD工序制作芯棒: (1)用VAD工序制作芯棒 工序制作芯棒:
在旋转的芯棒顶部用火焰水解法沉积芯层和内包层,制成疏松 体.内包层直径D/芯层直径d的比值略小于7.5.由于VAD制芯工艺是 体.内包层直径D/芯层直径d的比值略小于7.5.由于VAD制芯工艺是 成本较高的工艺,沉积量和(D/d)2成正比.D/d越小,对外套管的要 成本较高的工艺,沉积量和(D/d)2成正比.D/d越小,对外套管的要 求越高.因为D/d值小,一部分光能会在内包层和套管中进行传输, 求越高.因为D/d值小,一部分光能会在内包层和套管中进行传输, 各种杂质包括OH-离子就会增加传输损耗.由于OH各种杂质包括OH-离子就会增加传输损耗.由于OH-离子在很容易在 热处理(尤其是拉丝过程中)从外包层运动到芯层,因此工艺对外套 管的含OH-离子的浓度要求就相当严格.商业化生产的D/d比值一般 管的含OH-离子的浓度要求就相当严格.商业化生产的D/d比值一般 在2.0～7.5之间. 2.0～7.5之间.