光纖拉制及成纜技術(shù)-文庫(kù)吧
2025-04-21 20:31 本頁(yè)面
【正文】 2. 光纖材料的提純 而 OH 有很大的變形性 , 容易產(chǎn)生振動(dòng)吸收 , 其影響程度和范圍都很大 , OH吸收衰減是影響光纖波長(zhǎng)波段 ( 1. 0～ 1. 8μm) 衰減的主要因素 。 得到低損耗光纖 , 必須降低試劑中金屬雜質(zhì)的總濃度 , 盡量消除 OH離子的影響 , 因此必須對(duì)鹵化物原料進(jìn)行嚴(yán)格的提純。 分類 :精餾法、吸附法或精餾吸附混合等方法。 過(guò)程 :在氫氧火焰中燃燒 SiCl4 , 產(chǎn)生氯化物蒸氣和二氧化硅 , 然后沉淀成白色、蓬松的粉塵狀物。 由于 SiCl4的沸點(diǎn)為 57. 6℃ , SiCl4變成蒸氣與氧氣反應(yīng) , 而其他鐵、銅等金屬氯化物 沸點(diǎn)比 SiCl4高得多 , 在 57. 6℃ 時(shí)仍然是液態(tài)。 目前廣泛采用的提純技術(shù) 優(yōu)點(diǎn) :用精餾法得到的熔石英可將雜質(zhì)降低至十億分之一的水平 , 能滿足生產(chǎn)光纖的需要。 缺點(diǎn) :精餾法不能有效地除去沸點(diǎn)與 SiCl4相近的雜質(zhì)和某些極性雜質(zhì) ,SiCl4中的 OH 對(duì)光纖的損耗影響最大。 原因 : 它主要來(lái)源于 SiHCl4和其他含氫化合物 , 這些物質(zhì)大多有極性 , 容易形成化學(xué)鍵被吸附劑吸收。而 SiCl4是非極性分子 , 有穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu) , 不易形成化學(xué)鍵 , 不易被吸附劑吸收。 解決辦法 :可利用被提純物和雜質(zhì)的化學(xué)鍵極性不同 , 選擇適當(dāng)?shù)奈絼?, 用吸附方法實(shí)現(xiàn)提純的目的。 圖 2. 1 精餾吸附混合法提純流程圖 對(duì)于氣態(tài)原料 , 采用吸附法除去雜質(zhì)。 當(dāng)氣體原料通過(guò)一 級(jí)或多級(jí)凈化器后 , 可以達(dá)到要求的純度。 目前通過(guò)蒸餾、吸附提純方法 , 可以將原料中的絕大部分過(guò)渡金屬雜質(zhì)濃度減少至 109 以下 , 從而可以忽略過(guò)渡金屬離子對(duì)損耗的影響。 通過(guò)改進(jìn)工藝 , 基本上可消除 OH離子的影響 , 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)波長(zhǎng) “低衰減窗口” (、 ) , 使得光纖的損耗譜實(shí)現(xiàn)了 “全窗口” 譜線。 3. 光纖材料的折射率控制 提純后的石英是制造光纖的基本材料 , 但也不能用純石英來(lái)制造光纖。 原因： 光纖需要 高折射率的纖芯和低折射率的包層 , 而所有純石英具有單一的折射率 , 從 0. 55μm處的 1. 46 減小到 1. 81μm處的 1. 444。 解決方法： 需要對(duì)石英摻雜 , 以改變它的折射率 , 但摻雜必須選擇 , 以 避免吸收光或?qū)饫w質(zhì)量和透明性產(chǎn)生 其他有害影響。 圖 2. 2 是常用的各種摻雜劑對(duì)石英玻璃折射率變化的作用示意圖。 大部分摻雜劑 能使石英的 折射率增加 , 可用于光纖的 高折射率纖芯 , 而 純石英用作較低折射率的包層 。 最常見的 纖芯摻雜劑是鍺 , 它在化學(xué)上與硅相似 , 鍺對(duì)光的吸收相當(dāng)?shù)?, 二氧化鍺 (GeO2 ) 與石英一樣 , 也能用于制造玻璃。 從圖 2. 2可知 , 僅有幾種材料能降低石英的折射率 , 其中 最常用的是氟 , 它 降低石英的折射率 后可用作光纖的底折射率包層 , 從而使采用純石英纖芯成為可能。 硼 也可以 降低純石英的折射率 , 但不像氟那樣明顯。 目前常見的匹配包層、凹陷包層、塑料包層階躍折射率石英光纖都是通過(guò)在純石英中添加不同摻雜劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖 2. 3 三種階躍光纖摻雜方式和折射率曲線。 匹配包層光纖 是對(duì) 光纖纖芯摻雜 , 使其折射率高于純石英的折射率 , 而純石英可用于整個(gè)包層 。 凹陷包層光纖以更少的摻雜使光纖纖芯的折射率 增加較小 , 同時(shí)對(duì)包層摻雜 ( 通常用 氟 ) , 以 降低包層的折射率 。 塑料包層光纖以純石英作纖芯 , 折射率低于石英的塑料作包層。 前兩種設(shè)計(jì)通常用來(lái)制造 單模階躍光纖 , 后一種設(shè)計(jì)可制造 多模階躍光纖 。 2. 3 光纖的拉制 作為一種特殊的傳光物質(zhì) , 除對(duì)光纖結(jié)構(gòu)、材料有特殊要求外 , 其制作工藝也相當(dāng)重要。 光纖制造要經(jīng)過(guò)如圖 2. 4 所示的流程。所有這些工藝是 全自動(dòng) 且 高效 的。在獲得折射率分布圖和所需尺寸特性方面 , 每種方法都可達(dá)到 高級(jí) 別的 精度 。 圖 2. 4 制造光纖的工藝流程 1. 制棒 把原材料通過(guò)提純使之符合光纖制作要求后 , 就可以開始制纖了。 首先是 制棒 , 即制作預(yù)制棒。制作出的預(yù)制棒一般是直徑 10～ 20cm, 長(zhǎng) 50～ 100cm 的圓柱形硅化合物 。 預(yù)制棒結(jié)構(gòu)是由外部折射率較低的包層和具有特定折射率分布圖、損耗和其他特性的纖芯組成 , 簡(jiǎn)單地說(shuō)這就是 一根加粗加大的光纖 。 光纖預(yù)制棒的工藝 制作光纖預(yù)制棒的工藝很多 , 大體可分為 氣相沉積法和非氣相沉積法。 過(guò)程： 氣相沉積法是預(yù)制棒制備最常采用的方法。它是 將液態(tài)的 SiCl4 、摻雜劑和氧氣混合 , 在 反應(yīng)室內(nèi) 發(fā)生氧化反應(yīng)生成 氧化物 的粉塵 , 這些粉塵 沉積 在 基底棒 或 管 上形成預(yù)制棒。 控制： 由于粉塵是 層層覆蓋 堆積 升高 的 , 通過(guò)控制摻雜劑濃度 , 精確地控制 各層粉塵 的 折射率分布 , 得到梯度折射率或階躍折射率分布。 氣相沉積法 氣相沉積法根據(jù) 粉塵狀物沉積 方式和最終 熔化 為預(yù)制棒方式的不同： 可分為棒外氣相沉積法、改進(jìn)的氣相沉積法、等離子氣相沉積法、軸相氣相沉積法。 優(yōu)點(diǎn)： 氣相沉積法可以制造優(yōu)質(zhì)光纖 , 缺點(diǎn) ： 但該方法所需原料昂貴、工藝復(fù)雜、光纖材料品種單一。 1) 化學(xué)氣相沉積法 ( CVD) 美國(guó)康寧公司 1970 年首先得到 20dB/ km 的低損耗光纖所采用的方法 —— 化學(xué)氣相沉積法 , 它是光纖制造采用的基本工藝。 這種工藝必須滿足兩個(gè)要求 , 即 高純度 和精確控制折射率分布 。 為形成具有光學(xué)質(zhì)量的玻璃 , 還必須將沉積產(chǎn)生的高純度石英玻璃粉末進(jìn)行 燒結(jié)處理。 2) 改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法 ( MCVD) 這一工藝由貝爾實(shí)驗(yàn)室在 1974 年開發(fā)出來(lái) , 被廣泛用于 漸變折射率光纖 的生產(chǎn)。 MCVD 法的 特點(diǎn) 是在石英反應(yīng)管內(nèi)沉積內(nèi)包層和芯層的玻璃 , 整個(gè)系統(tǒng)處于封閉的超提純狀態(tài)下 , 所以用這種方法可以生產(chǎn)高質(zhì)量的 單模和多模光纖。 這一工藝中 , 預(yù)制棒分兩步制造 , 即沉積和成棒。 沉積時(shí)先將一根空心的石英玻璃管安裝在同軸 旋轉(zhuǎn)的車床上 , 將 SiCl4 、摻雜劑氣體和氧氣輸入石英玻璃管 , 用氫氧焰噴燈 沿軸向勻速移動(dòng) , 加熱石英玻璃管外表面。 圖 2. 5 改進(jìn)的化學(xué)氣相沉
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1