光纖預(yù)制棒的制備技術(shù)

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1、VAD法制預(yù)制棒光電07301班第三小組制棒的種類---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-Plasmaa

2、ctivatedChemicalVapourDeposition)VAD工藝的發(fā)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。●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”?！?0年代改成用SOOT外包代替套管法制成光纖預(yù)制棒?！?0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,并實施了再開發(fā),實

3、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,從而有機會多年觀察VAD光纖生產(chǎn),此后,朗訊將VAD工藝引進到它的亞特蘭大光纖廠。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↑4

4、BCl3+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↑VAD法實物圖VAD的特點可連續(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，可達到0.25~0.5dB/km。價格便宜，大約20$/km左右。VAD法設(shè)備示意圖汽相軸向沉積

5、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)形加熱器反應(yīng)氣體入孔反應(yīng)室。VAD工藝示意圖VAD流程圖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

6、量和(D/d)2成正比。D/d越小，對外套管的要求越高。因為D/d值小，一部分光能會在內(nèi)包層和套管中進行傳輸，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嚴格。商業(yè)化生產(chǎn)的D/d比值一般在2.0～7.5之間。(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，遠離光纖工作波段。脫水的

7、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叫静浚鞘杷审w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)過一道延伸工序來使外徑變均勻變細。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

8、OH-離子污染，需要后面進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行延伸，可以省去一個去OH-離子的過程。(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)著的芯棒進行軸向移動，高達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0.25±0.15mm,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、低損耗和高抗拉強度。石英管的OH-含量決定了芯棒制作時