VAD法制备光纤预制棒
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光纤材料及制造
GeCl4 O2 1700CGeO2 2Cl2 POCl3 O2 1700C 2P2O5 6Cl2
4BCl3 O2 1700C3B2O3 6Cl2
16:56
5
光纤制备方法 光纤制备步骤(气相技术)
1
2
3ห้องสมุดไป่ตู้
4
材料选择——预制棒制造--——拉丝—涂覆 ——套塑
预制棒制造方法约 10种
16:56
6
16:56
7
一、原料制备与提纯 MCVD法是目前使用最广泛的预制棒生产工艺。
二、制棒的制备过程
制造预制棒的次序是；首先在石 英管内壁上沉积包层；其次在包 层内沉积纤芯；最后则是“烧缩 成预制棒”。
1400～1600℃的高温氢氧火焰加热
16:56
管内MCVD法预制棒制备
8
气相沉积工艺 ——MCVD法
红外 可见光 光纤
10 10 10 10 10 10 10 10 10- 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
765432101
16:56
自由空间波长（m）
16
16:56
14
五. 套塑 紧套光纤的套塑工艺示意图
16:56
15
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分
电力、电话
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
POCl3和F等。 纤芯材料： SiO2或SiO2 + GeO2 包层材料： SiO2 + B2O3或SiO2 +F。
4BCl3 O2 1700C3B2O3 6Cl2
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光纤制备方法 光纤制备步骤(气相技术)
1
2
3ห้องสมุดไป่ตู้
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材料选择——预制棒制造--——拉丝—涂覆 ——套塑
预制棒制造方法约 10种
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一、原料制备与提纯 MCVD法是目前使用最广泛的预制棒生产工艺。
二、制棒的制备过程
制造预制棒的次序是；首先在石 英管内壁上沉积包层；其次在包 层内沉积纤芯；最后则是“烧缩 成预制棒”。
1400～1600℃的高温氢氧火焰加热
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管内MCVD法预制棒制备
8
气相沉积工艺 ——MCVD法
红外 可见光 光纤
10 10 10 10 10 10 10 10 10- 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
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自由空间波长（m）
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五. 套塑 紧套光纤的套塑工艺示意图
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通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分
电力、电话
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
POCl3和F等。 纤芯材料： SiO2或SiO2 + GeO2 包层材料： SiO2 + B2O3或SiO2 +F。
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
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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
光纤预制棒外包层制作方法浅析
ＯＶＤ 工 艺 是 １ ７ ９ ０年 美 国 康 宁 公 司 研 发 和 独 家
采 用 的简单 快捷 工 艺 。 其机 理 为火 焰水 解 ， 即气态 卤 化 物 （ ｉ Ｉ ） 氢氧 焰 或 甲烷 焰进 行 反应 ， ＳＣ 等 与 生成 大
量 的“ 粉尘 ” 随棒 体沿 燃烧 器 来 回运 动 ， ， 逐渐 一层 一 层 沉积 在 芯棒 外表 面 。反 应式 为 ： ２ （ ） Ｈ。气 ＋Ｏ 气 ） ２ 气 ） （ 一 Ｈ Ｏ（
Ａ ｎａ ｙ ｉ ｎ ｓ ｖ ｒ ｌｏ ｅ ｃ ａ ｌ ｓ ｓ ｏ ｅ ｅ ａ ｖ ｒ ｌ ｄｄｉ ｅ ｈｎｏ ｏ ｅ ｏｒ ｎｇ ｔ ｃ ｌ ｇｉ ｓ ｆ
ｏｐｔｃ ｌｆ ｂｅ ｅ ｏ ｍ ａ ｉ ａ ｉ ｒ ｐｒ ｆ ｒ ｍ ｎｕｆ ｃ ｕｒ ｎｇ ａ ｔ ｉ
０ 日 Ｊ Ｉ Ｉ ＝ Ｉ
的 原 料 ， ＳＣ 只 需 要 ９ ． ９ 的 纯 度 就 可 以 。 如 ｉ１， ９９
１ １ ＯＶＤ 法 ．
由于生 产光纤 芯 层 时需 要对 芯层 掺 杂进 行精 确
的控 制 ， 以生 产 预制 棒 芯 层 的设 备要 比生 产 外 包 所 层 的设 备 复 杂 和昂贵 得 多 。 因此 ， 低生 产成 本 的方 降 法 之 一就 是 采 用“ 步 法” 生 产 光纤 预 制 棒 （ 两 来 简称 光 棒 ） 第 一 步 先 用 改 进 的 化 学 汽 相 沉 积 法 。 （ ＶＤ） 等离 子 化学 汽 相沉 积 法 （ Ｃ ＭＣ 、 Ｐ ＶＤ） 汽相 轴 、
维普资讯
光纤 与 电 缆 及 其 应 用 技 术
Ｏｐ ｉａ ｂ ｒ＆ ＥｌｃｒｃＣａ ｌ ｔ ｌＦｉｅ ． ｅ ｔｉ ｃ ｂｅ
２０ ０ ２年第 ５ 期
学习情景二：石英预制棒制造
幻灯片1光纤光缆制备光纤预制棒概念简单的说就是必须在制成光纤前，先将经过提纯的原料制成一根满足一定性能要求的玻璃棒，其被称之为“光纤预制棒”或“母棒”。
光纤预制棒是控制光纤质量的原始棒体材料。
光纤预制棒的结构组元结构为多层圆柱体，内层为高折射率的纤芯层，外层为低折射率的包层。
光电子技术专业-国家重点建设示范性专业幻灯片2光纤光缆制备它应具有符合要求的折射率分布型式和几何尺寸。
典型的光纤预制棒直径约为10～25mm，长度约为60 ～120cm。
图2-1，2-2光纤预制棒的外观图图2-1 大直径石英光纤预制棒外观图光电子技术专业-国家重点建设示范性专业幻灯片3光纤光缆制备图2-2 小直径石英光纤预制棒外观图石英光纤预制棒的制备方法主要采用的气相沉积法光电子技术专业-国家重点建设示范性专业幻灯片4光纤光缆制备目前最为成熟和目前国内外光纤制造企业广泛使用的为四中大的预制棒制备工艺为①外部汽相沉积工艺（简称OVD）②改良的化学汽相沉积工艺（简称MCVD）③微波等离子体化学汽相沉积工艺（简称PCVD）④轴向汽相沉积工艺（简称VAD）光电子技术专业-国家重点建设示范性专业幻灯片5光纤光缆制备§2.21外部气相沉积法——O V D预制棒制备工艺技术OVD制作预制棒的原理：主要的原料掺杂剂以气态形式送入氢氧火焰喷灯，使之在氢氧焰中水解，生成石英（SiO2）玻璃微粒粉尘，然后经喷灯喷出，沉积于石英石墨或是氧化铝制作的“母棒”外表面，经过多次沉积，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，即为光纤预制棒。
幻灯片6光纤光缆制备OVD法制作预制棒的原理图光电子技术专业-国家重点建设示范性专业幻灯片7光纤光缆制备OVD具体工艺流程OVD法制作芯棒及抽芯——芯棒的脱水和烧结——延伸芯棒——在芯棒外沉积外包层。
OVD法制作芯棒及抽芯：①沉积SOOT棒：即 SiO2颗粒在火焰中生成，颗粒的粒径从几纳米到几百纳米不等，颗粒随着凝聚作用逐渐长大，被气流带动后沉积在靶棒上。
光纤预制棒技术发展及市场状况
Page 18
4. 关于我国光纤预制棒产业发展的几点思考
4.1 日本地震可能放大光纤预制棒的供不应求
日本地震对我国光纤产业的影响
此次日本地震+海啸+核辐射 是全人类的灾难!
• 日本每年出口光纤预制棒 为1800吨左右，其中70%以 上出口到中国，剩余30%主 要出口至印度、韩国等。
• 保守估计，日本地震将影响其全年产出的30%，即2011年全球光纤预制棒供应将有 900吨以上的短缺，合计3000万芯公里光纤。 尽管长期以来中国的预制棒主要依赖进口，但在全球范围内则处于供需平衡状态，需 要理性认识此次日本地震造成短期的光纤预制棒供不应求。
光纤预制棒制造技术的发展趋势三： --- 要具有成本优势！
Page 11
数据来源：CRU
2. 光纤预制棒市场及技术发展趋势
2.3 光纤预制棒技术发展情况
芯棒制造工艺
数据来源：CRU
在过去三十年，随着G.652逐渐成为通信主流光纤，由VAD所制造的芯棒 比例在逐渐上升，而M/FCVD急剧降低。OVD也有所下降，PCVD在缓慢上升。
3.2 中国光纤预制棒的发展现状
从2002年开始，长飞开始开发PCVD+RIC，并于2008年开始规模应用，进一 步夯实了PCVD在光纤制造工艺中的地位；
在我国着力于自主开发VAD技术的基础上，又建立多家采用VAD工艺的合资 厂，但在被外方控股的同时，外方似乎仍在挖空“芯”事对一流的芯棒制备技术 有所保留。
• FCVD可用于制造低水峰光纤，但沉积速率和沉积效率均很低，不适宜制 备大尺寸预制棒棒，也将逐渐退出通信单模光纤的制造。
PCVD OVD VAD
• PCVD工艺具有高的沉积效率和沉积速率，单台设备的产能可达200万芯 公里/年以上，且结合RIC工艺可制造大尺寸光纤预制棒，适合制造各种剖面 的光纤预制棒，将逐渐成为光纤制造的主要工艺； • 相对封闭的技术限制了其在业内的广泛使用。
4. 关于我国光纤预制棒产业发展的几点思考
4.1 日本地震可能放大光纤预制棒的供不应求
日本地震对我国光纤产业的影响
此次日本地震+海啸+核辐射 是全人类的灾难!
• 日本每年出口光纤预制棒 为1800吨左右，其中70%以 上出口到中国，剩余30%主 要出口至印度、韩国等。
• 保守估计，日本地震将影响其全年产出的30%，即2011年全球光纤预制棒供应将有 900吨以上的短缺，合计3000万芯公里光纤。 尽管长期以来中国的预制棒主要依赖进口，但在全球范围内则处于供需平衡状态，需 要理性认识此次日本地震造成短期的光纤预制棒供不应求。
光纤预制棒制造技术的发展趋势三： --- 要具有成本优势！
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数据来源：CRU
2. 光纤预制棒市场及技术发展趋势
2.3 光纤预制棒技术发展情况
芯棒制造工艺
数据来源：CRU
在过去三十年，随着G.652逐渐成为通信主流光纤，由VAD所制造的芯棒 比例在逐渐上升，而M/FCVD急剧降低。OVD也有所下降，PCVD在缓慢上升。
3.2 中国光纤预制棒的发展现状
从2002年开始，长飞开始开发PCVD+RIC，并于2008年开始规模应用，进一 步夯实了PCVD在光纤制造工艺中的地位；
在我国着力于自主开发VAD技术的基础上，又建立多家采用VAD工艺的合资 厂，但在被外方控股的同时，外方似乎仍在挖空“芯”事对一流的芯棒制备技术 有所保留。
• FCVD可用于制造低水峰光纤，但沉积速率和沉积效率均很低，不适宜制 备大尺寸预制棒棒，也将逐渐退出通信单模光纤的制造。
PCVD OVD VAD
• PCVD工艺具有高的沉积效率和沉积速率，单台设备的产能可达200万芯 公里/年以上，且结合RIC工艺可制造大尺寸光纤预制棒，适合制造各种剖面 的光纤预制棒，将逐渐成为光纤制造的主要工艺； • 相对封闭的技术限制了其在业内的广泛使用。
拉丝工艺-光纤的制造 ppt课件
PPT课件 30
拉丝操作步骤二（拉丝炉升温）
2.预制棒进给
⑤ 降低预制棒，新棒以起始端为零点，拉过 丝的旧棒以其与拉丝炉顶相切处的外径大 约为10mm作为零点，按住[复位]键清零， 开始记数 ⑥ 在上述条件下将预制棒插入拉丝炉 263mm。降低预制棒的同时应检查预制 棒不能碰到拉丝炉。 ⑦ 目测预制棒与拉丝炉的间隙。当发现其偏 离中心位置时，用手动控制盒上的〔XY位 置调整〕按钮进行调整
PPT课件
36
拉丝操作步骤四（涂覆和加速）
1.涂覆开始和加速
5. 当二涂层直径测量仪显示光纤直径在220um以上时，用 手牵引光纤，将光纤挂线到舞蹈轮后到达收线机传动轮， 保持吸尘器在收线机A盘一侧继续吸引光纤 6. 按下控制柜上的[加速]按钮使速度提高到25m/min，同 时保持光纤的直径大约125±5µm，并继续升高炉温 2175ºC。 7. 启动第一次涂覆。确定气控柜上第一次涂覆CO2流量，确 定一次涂覆初始压力，确定气控柜上一次涂覆UV固化灯 氮气喷入和喷出流量. 8. 在电脑主操作面上的〔自动启动运行设定〕中选择〔一次 涂覆压力〕和〔二次涂覆压力〕为[自动]
PPT课件
5
生产工艺
PCVD
MCVD
OVD
VAD
优点 缺点 1.沉积层薄 2.工艺控制性强 1. 原料要求纯度高 POF, YOFC 3.折射率剖面精确 2. 沉积速率低 4.原材料利用率高 1.投资少 1. 原料利用率低 Lucent 2.操作运行较容易 2. 折射率剖面不够精确 3.工艺控制性好 1.沉积速率高 2.预制棒体积大 1.折射率剖面粗糙 Corning 3.原料纯度要求较低 2.原料利用率低 4.生产率高 1.沉积速率高 1.折射率剖面粗糙 Japan 2.预制棒体积大 NTT 3.原料纯度要求较低 2.原料利用率低 4.生产率高 PPT课件
拉丝操作步骤二（拉丝炉升温）
2.预制棒进给
⑤ 降低预制棒，新棒以起始端为零点，拉过 丝的旧棒以其与拉丝炉顶相切处的外径大 约为10mm作为零点，按住[复位]键清零， 开始记数 ⑥ 在上述条件下将预制棒插入拉丝炉 263mm。降低预制棒的同时应检查预制 棒不能碰到拉丝炉。 ⑦ 目测预制棒与拉丝炉的间隙。当发现其偏 离中心位置时，用手动控制盒上的〔XY位 置调整〕按钮进行调整
PPT课件
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拉丝操作步骤四（涂覆和加速）
1.涂覆开始和加速
5. 当二涂层直径测量仪显示光纤直径在220um以上时，用 手牵引光纤，将光纤挂线到舞蹈轮后到达收线机传动轮， 保持吸尘器在收线机A盘一侧继续吸引光纤 6. 按下控制柜上的[加速]按钮使速度提高到25m/min，同 时保持光纤的直径大约125±5µm，并继续升高炉温 2175ºC。 7. 启动第一次涂覆。确定气控柜上第一次涂覆CO2流量，确 定一次涂覆初始压力，确定气控柜上一次涂覆UV固化灯 氮气喷入和喷出流量. 8. 在电脑主操作面上的〔自动启动运行设定〕中选择〔一次 涂覆压力〕和〔二次涂覆压力〕为[自动]
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生产工艺
PCVD
MCVD
OVD
VAD
优点 缺点 1.沉积层薄 2.工艺控制性强 1. 原料要求纯度高 POF, YOFC 3.折射率剖面精确 2. 沉积速率低 4.原材料利用率高 1.投资少 1. 原料利用率低 Lucent 2.操作运行较容易 2. 折射率剖面不够精确 3.工艺控制性好 1.沉积速率高 2.预制棒体积大 1.折射率剖面粗糙 Corning 3.原料纯度要求较低 2.原料利用率低 4.生产率高 1.沉积速率高 1.折射率剖面粗糙 Japan 2.预制棒体积大 NTT 3.原料纯度要求较低 2.原料利用率低 4.生产率高 PPT课件