【正文】 的折射率為n1；在制備包層玻璃時(shí)，均勻地?fù)饺肷倭康妮^石英玻璃折射率稍低的材料，如SiF4，使包層的折射率為n2，這樣n1n2，就滿足了光波在芯層傳輸?shù)幕疽?。目前最為成熟的技術(shù)有四種：美國(guó)康寧公司在1974年開(kāi)發(fā)成功，1980年全面投入使用的管外氣相沉積法，簡(jiǎn)稱(chēng)OVD法（OVD－Outside Vaper Deposition）；美國(guó)阿爾卡特公司在1974年開(kāi)發(fā)的管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法，簡(jiǎn)稱(chēng)MCVD法（MCVD－Modified Chemical Vaper Deposition）；日本NTT公司在1977年開(kāi)發(fā)的軸向氣相沉積法，簡(jiǎn)稱(chēng)VAD法（VAD－Vaper Axial Deposition）；荷蘭菲利浦公司開(kāi)發(fā)的微波等離子體化學(xué)氣相沉積法，簡(jiǎn)稱(chēng)PCVD法（PCVD－Plasma Chemical Vaper Deposition）。由于該方法選用的原料純度極高，加之氣相沉積工藝中選用高純度的氧氣作為載氣，將汽化后的鹵化物氣體帶入反應(yīng)區(qū)，從而可進(jìn)一步提純反應(yīng)物的純度，達(dá)到嚴(yán)格控制過(guò)渡金屬離子和OH羥基的目的。MCVD法的特點(diǎn)是在一根石英包皮管內(nèi)沉積內(nèi)包皮層和芯層玻璃，整個(gè)系統(tǒng)是處于全封閉的超提純狀態(tài)，所以用這種方法制得的預(yù)制棒純度非常的高，可以用來(lái)生產(chǎn)高質(zhì)量的單模和多模光纖。工藝示意圖如523所示。在沉積過(guò)程中，應(yīng)按一定速度左右往復(fù)地移動(dòng)氫氧噴燈，氫氧火焰每移動(dòng)一次，就會(huì)在石英包皮管的內(nèi)壁上沉積一層透明的SiO2SiF4（或SiO2B2O3）玻璃薄膜，厚度約為8～10μm。經(jīng)一定時(shí)間的沉積，在內(nèi)包層上就會(huì)沉積出一定厚度的摻鍺（GeO2）玻璃，作為光纖預(yù)制棒的芯層。原石英包皮管這時(shí)與沉積的石英玻璃熔縮成一體，成為預(yù)制棒的外包層。如果是階躍型光纖預(yù)制棒，那么載氣（O2）的流量應(yīng)為恒定：Q=cont （528）如果是梯度分布型光纖預(yù)制棒，載氣的流量Q可由下式?jīng)Q定： （529）式中：摻雜試劑載氣的最大流量。g光纖剖面折射率分布指數(shù)。，只沉積二氧化硅材料，不摻雜任何摻雜劑，得到純SiO2玻璃層，其折射率為n1＝n0，而制備包層玻璃時(shí)，使包層的折射率為n2并小于純二氧化硅的折射率n0，即n2n0，從而滿足n1＝n0n2的光纖導(dǎo)光條件的要求。GeO2揮發(fā)、分解，引起光纖中心凹陷，此凹陷的深度和寬度由其中心孔附近失去的摻雜材料(GeO2)的多少來(lái)決定。因此此方法并不是最理想。MCVD法自動(dòng)化程度非常高，關(guān)鍵工藝參數(shù)均由計(jì)算機(jī)精確控制，包括：載運(yùn)化學(xué)試劑的純氧流量，加熱溫度，試劑蒸發(fā)瓶的水浴溫度，玻璃車(chē)床的轉(zhuǎn)速，石英包皮管在高溫下外徑形變的檢測(cè)等。為了克服MCVD法的上述缺點(diǎn)，人們又研究了采用套管制備大尺寸光纖預(yù)制棒的方法，即大棒套管技術(shù)，其方法是在沉積的光纖預(yù)制棒外，套一根大直徑的石英管，然后，將它們燒成一體，石英包皮管和外套管一起構(gòu)成光纖預(yù)制棒的內(nèi)外包層，石英包皮管內(nèi)沉積的玻璃全部作為芯層，這樣制成的大棒預(yù)制棒，可增加連續(xù)拉絲光纖的長(zhǎng)度，一般可達(dá)幾百公里。微波等離子體化學(xué)氣相沉積法，簡(jiǎn)稱(chēng)為PCVD法，如圖529所示。將數(shù)百瓦～千瓦級(jí)的微波（f＝2450MHz）功率送入微波諧振腔中，使微波諧振腔中石英包皮管內(nèi)的低壓氣體受激產(chǎn)生等離子體，形成輝光放電，使氣體電離，等離子體中含有電子、原子、分子、離子，是一種混合態(tài)，這些粒子在石英包皮管內(nèi)遠(yuǎn)離熱平衡態(tài)，電子溫度可高達(dá)10000K，而原子、分子等粒子的溫度可維持在幾百度甚至是室溫，是一種非等溫等離子體，各種粒子重新結(jié)合，釋放出的熱量足以熔化蒸發(fā)低熔點(diǎn)低沸點(diǎn)的反應(yīng)材料SiCl4和GeCl4等化學(xué)試劑，形成氣相沉積層。PCVD法工藝的優(yōu)點(diǎn)，不用氫氧火焰加熱沉積，沉積溫度低于相應(yīng)的熱反應(yīng)溫度，石英包皮管不易變形；控制性能好，由于氣體電離不受包皮管的熱容量限制，所以微波加熱腔體可以沿石英包皮管作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沉積層厚度可小于1um，從而制備出芯層達(dá)上千層以上的接近理想分布的折射率剖面。OVD法的反應(yīng)機(jī)理為火焰水解，即所需的玻璃組份是通過(guò)氫氧焰或甲烷焰水解鹵化物氣體產(chǎn)生“粉塵”逐漸地沉積而獲得，反應(yīng)原理和化學(xué)反應(yīng)方程式如下：芯層：SiCl4(g)+2H2O SiO2(s)+4HCl(g) (5214)GeCl4(g)+2H2O GeO2(s)+4Hcl(g) (5215)或 SiCl4(g)+H2O SiO2(s)+2HCl+Cl2(g) GeCl4(g)+H2O GeO2(s)+2HCl+Cl2(g) 包層：Sicl4(g)+H2O SiO2+4HCl (5216)2BCl3(g)+3H2O B2O3+6HCl (5217)火焰水解反應(yīng)：2H2+O2 2H2O (5218)或 CH4+2O2 2H2O+CO2 （5219）OVD法制造光纖預(yù) 制棒主要通過(guò)沉積和燒結(jié)兩個(gè)工藝步驟，其工藝示意圖如圖5210所示。在OVD法的化學(xué)反應(yīng)中，不僅有從化學(xué)試劑系統(tǒng)中輸送來(lái)的氣相物質(zhì)，還有火炬中的氣體，而燃料燃燒產(chǎn)生的水也成為反應(yīng)的副產(chǎn)品，而化學(xué)氣相物質(zhì)則處于燃燒體中間，水份進(jìn)入了玻璃體，故稱(chēng)為火焰水解反應(yīng)。通過(guò)改變每層的摻雜物的種類(lèi)和摻雜量可以制成不同折射率分布的光纖預(yù)制棒。燒結(jié)工藝：當(dāng)沉積工序完成后，抽去中心靶棒，將形成的多孔質(zhì)母體送入一高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，在1400～1600℃的高溫下，進(jìn)行脫水處理，并燒縮成透明的無(wú)氣泡的固體玻璃預(yù)制棒，這一過(guò)程稱(chēng)為燒結(jié)。經(jīng)脫水處理后，可使石英玻璃中OH的含量降低到1PPb左右，保證光纖低損耗性能要求。其缺點(diǎn)是若采用氧化鋁陶瓷或高純石墨作靶棒，在抽去靶棒時(shí)，將引起預(yù)制棒中心層折射率分布紊亂，而導(dǎo)致光纖傳輸性能的降低。于1977年，由日本電報(bào)電話(NTT Lab)公司茨城電氣通信研究所的伊澤立男等人發(fā)明。VAD法光纖預(yù)制棒的制備工藝同樣有二個(gè)工序：沉積和燒結(jié)。整個(gè)反應(yīng)必須在反應(yīng)爐中進(jìn)行，通過(guò)保持排氣的恒速來(lái)保證氫氧焰的穩(wěn)定。燒結(jié)工序：隨著沉積的結(jié)束，多孔預(yù)制棒沿垂直方向提升到反應(yīng)爐的上部石墨環(huán)狀加熱爐中，充入氯氣Cl2,氫氣H2，以及氯化亞砜(SOCl2)進(jìn)行脫水處理并燒結(jié)成透明的玻璃光纖預(yù)制棒。 ，氫氧噴燈采用的多，38個(gè)，對(duì)產(chǎn)品的總成品率有一定的影響。基于此種想法，可以將四種不同的氣相沉積工藝進(jìn)行不同方式的組合，可以派生出不同的新的預(yù)制棒實(shí)用制備技術(shù)—大棒套管法。組合氣相沉積法：即HVD法(Hybrid Vaperr Deposition)，是美國(guó)Spectram光纖公司在1995年開(kāi)發(fā)的預(yù)制棒制備技術(shù)。雖然利用氣相沉積技術(shù)可制備優(yōu)質(zhì)光纖，但是氣相沉積技術(shù)也存在著不足：原料資源、設(shè)備投入昂貴，工藝復(fù)雜，成品合格率較低，玻璃組份范圍窄等。因此無(wú)論從經(jīng)濟(jì)還是從科學(xué)技術(shù)觀點(diǎn)都引起了世人極大的興趣，但由于此方法生產(chǎn)的芯層玻璃衰減仍較大，工藝尙不成熟，距商用化還有一定的距離。制造步驟可以分為以下幾個(gè)階段：（1）配方階段：原料、稀釋劑、摻雜劑和催化劑等根據(jù)重量百分比稱(chēng)重，混合均勻，如要作成一定形狀的產(chǎn)品，可以把溶膠注入所需要的模具內(nèi)，如管狀或棒狀模具。膠體特性：其特點(diǎn)很多，影響制造玻璃光纖預(yù)制棒產(chǎn)品質(zhì)量的特性有這樣2項(xiàng)：1）溶膠特性：溶膠的配方和溶液的PH值。在沒(méi)有酸類(lèi)物質(zhì)參與反應(yīng)時(shí)，金屬醇鹽往往會(huì)由于水的存在而起加水分解，生成白色沉淀物，加入酸類(lèi)物質(zhì)后，立刻可以使其再溶解。這些顆粒再相互連接形成網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠，這種凝膠縮聚反應(yīng)進(jìn)行的比較完全，結(jié)構(gòu)比較牢固，在老化和干燥過(guò)程中體積基本保持不變。膠化過(guò)程中包含著水解和聚合兩類(lèi)化學(xué)反應(yīng)。在酸催化條件下，主要是H3O對(duì)OR基團(tuán)的親電取代反應(yīng)，水解速度快但隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行醇鹽水解活性因?yàn)槠浞肿由螼R基團(tuán)的減少而下降，很難生成Si（OH）4。如果溶劑的烷基不同于醇鹽的烷基，則會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)移酯化反應(yīng)：R（OH）+Si（OR）4 Si（OR）3（OR）+ROH （5232）（4）干燥階段： 一般放在敞開(kāi)容器內(nèi)，加熱到80~110176。首先他們發(fā)現(xiàn)在300~500176。C時(shí)氣孔開(kāi)始縮小。在這種情況下,得不到低損耗的玻璃預(yù)制棒。C時(shí)，氯氣氣氛保溫兩小時(shí)，OH含量為200~300ppm，保溫時(shí)間延長(zhǎng)至7小時(shí)，OH含量則小于1ppm。在此過(guò)程中，玻璃棒的氣孔率逐漸減小，比重逐漸增大到該物質(zhì)的理論密度，一般在高于1100176。由于預(yù)制棒表面存在的裂紋和雜質(zhì)粒子，在高于2000176。采用一種有機(jī)溶劑清洗方法處理時(shí)，光纖強(qiáng)度改善并不是很明顯，它的強(qiáng)度分布從弱區(qū)到強(qiáng)區(qū)分布較寬。C的高沉積溫度和高收縮溫度下，使稀少的金屬粒子自火焰中飛濺出來(lái)，熔融到棒的熱表面上，并在拉絲工藝之后，遺留于光纖表面上，這對(duì)微裂紋的形成起著主要作用。采用酸蝕可有效地除去這些表面雜質(zhì)粒子。表524光纖預(yù)制棒酸蝕最佳參數(shù)表HF酸濃度溶解速率浸蝕時(shí)間492601010m/s15（min）5－30~5(h )4930（min）為使表面酸蝕均勻，酸蝕之前最好用有機(jī)溶劑清洗預(yù)制棒表面，因?yàn)檎掣皆陬A(yù)制棒表面的有機(jī)物妨礙氫氟酸溶劑對(duì)預(yù)制棒表面的浸蝕作用?；鹧鎾伖夥ㄒ彩且环N常規(guī)的強(qiáng)化玻璃表面的方法。C ~2300176。C時(shí)，開(kāi)始研磨母棒，以40rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃車(chē)床，并以30 mm/min的速度移動(dòng)噴燈，研磨2次可達(dá)到最低強(qiáng)度要求，若增加研磨次數(shù)，會(huì)使強(qiáng)度增加；尾軸臺(tái)向右移動(dòng)，拉細(xì)連接部位，至到直徑小于5mm時(shí)，用火焰燒斷即完成輔助接尾棒的分離，之后，將噴燈臺(tái)勻速向母棒側(cè)移動(dòng)約為150mm~200mm，以消除母棒上產(chǎn)生的白霧；在接縫面?zhèn)?65mm處找出拉絲安裝線，并標(biāo)刻“0”標(biāo)志。若不能立即拉絲，則應(yīng)將處理好的預(yù)制棒懸掛在空氣過(guò)濾器的正前面或?qū)⑵浯娣庞谔貏e的無(wú)塵密封容器中，以便在暫時(shí)存放期間和在運(yùn)往拉制場(chǎng)所時(shí)，表面不致被損傷、污染。可利用He—Ne激光掃描裝置進(jìn)行檢驗(yàn)。一次涂覆工藝是將拉制成的裸光纖表面涂覆上一層彈性模量比較高的涂覆材料，其作用是保護(hù)拉制出的光纖表面不受損傷，并提高其機(jī)械強(qiáng)度，降低衰減。這種方法最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易操作，而且芯/包直徑比和折射率分布型式可以保持不變，尺寸精確度良好。管棒法拉制光纖工藝有兩種：一是將熔煉成一體的芯/包預(yù)制棒直接在高溫爐中加溫軟化拉制成光纖，如利用MCVD法制取的光纖預(yù)制棒；二是在芯層玻璃棒體上套上外包層玻璃管送入加熱爐中熔煉成一體，再送入高溫爐中加溫軟化拉制成光纖，如二步法生產(chǎn)的光纖芯層棒和包層管制成的預(yù)制棒。光纖預(yù)制棒的拉絲機(jī)由五個(gè)基本部分構(gòu)成：（1）光纖預(yù)制棒饋送系統(tǒng)；（2）加熱系統(tǒng)；（3）拉絲機(jī)構(gòu)；（4）各參數(shù)控制系統(tǒng)；（5）水冷卻和氣氛保護(hù)及控制系統(tǒng)。饋送機(jī)構(gòu)緩慢地將預(yù)制棒送入高溫加熱爐內(nèi)。然后再啟動(dòng)自動(dòng)收線裝置收線。在正常狀態(tài)，若預(yù)制棒的饋送速度為V，光纖的拉絲速度為Vf，預(yù)制棒的外徑為D，裸光纖的外徑為df，df=2b。熱源不僅要提供足以熔融石英玻璃的2000186。C的高溫已超過(guò)一般材料的熔點(diǎn)，因而加熱爐的設(shè)計(jì)是拉絲技術(shù)的又一關(guān)鍵技術(shù)。它的結(jié)構(gòu)以Pearson（皮爾遜） 和Tynes(泰納)1975年設(shè)計(jì)的16氧噴嘴、氫四個(gè)噴嘴的燃燒器為典型代表。石墨加熱爐采用直流或SOHZ型工頻交流電源為石墨爐加熱，如圖534。因此必須對(duì)保護(hù)氣體Ar的流量進(jìn)行控制，以保持爐溫的穩(wěn)定。ZrO2氧化鋯加熱爐是利用氧化鋯材料在常溫下為絕緣體，接近1500186。C。當(dāng) ZrO2管溫度高于1500186。ZrO2氧化鋯加熱爐的結(jié)構(gòu)如圖535。用激光拉制光纖的清凈度是各種方法無(wú)法比擬的，因?yàn)樵诶z過(guò)程中，激光器自身不會(huì)帶來(lái)任何污染；而在光纖直徑的控制上，在不需控制環(huán)的幫助下，大長(zhǎng)度光纖直徑的偏差小于標(biāo)準(zhǔn)值的1%，且加熱溫度穩(wěn)定不變。CO2分子是由三個(gè)原子組成，不同的激發(fā)態(tài)取決于結(jié)合原子的振動(dòng)形式。激發(fā)能級(jí)是離散性、量子化的。這樣，如使用CO2激光器加熱，拉制光纖尺寸會(huì)受到影響，所以溫度的控制就顯得非常重要。為保證光纖直徑的精度要求，下列措施是必須的：首先，要求拉絲塔的底座應(yīng)與周?chē)ㄖ锏牡鼗綦x，單獨(dú)設(shè)置地基，以防止廠房周?chē)?chē)輛、機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生影響，引起拉制的光纖直徑波動(dòng)；第二要求預(yù)制棒的拉絲牽引輪的速度要非常均勻平穩(wěn)；牽引輪，收線盤(pán)，電機(jī)的傳動(dòng)部分不能出現(xiàn)任何的偏心，否則都會(huì)導(dǎo)致光纖直徑的變化；第三光纖直徑要有一個(gè)十分精密的測(cè)量與反饋控制系統(tǒng)。1um等。牽引輪和牽引裝置及收排線機(jī)構(gòu)如圖538所示，牽引裝置一般采用輪式牽引機(jī)，牽引光纖在牽引輪上移動(dòng)，牽引速度即為拉絲生產(chǎn)線的拉絲速度。排線質(zhì)量直接影響光纖的衰減，要求排線平整、無(wú)壓線、夾線現(xiàn)象。當(dāng)拉制光纖的直徑、溫度、氣氛等參數(shù)發(fā)生微小變化時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)反饋一個(gè)信息，并使變化自動(dòng)得到補(bǔ)償，這一作用系統(tǒng)稱(chēng)為控制系統(tǒng)。任何微小的變化，甚至是隨機(jī)振動(dòng)或預(yù)制棒的頸縮區(qū)內(nèi)的氣流與溫度變化所產(chǎn)生的細(xì)微的變化，都會(huì)影響拉絲直徑的大小，必須細(xì)致地設(shè)計(jì)拉絲機(jī)及其環(huán)境才能減少這種影響。運(yùn)行信號(hào)的發(fā)出以及系統(tǒng)需要的各種信號(hào)的采集，全部依賴(lài)計(jì)算機(jī)與PLC的相互協(xié)作來(lái)完成。計(jì)算機(jī)通過(guò)S7300主站同DP網(wǎng)絡(luò)交換必要的信息，在系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的作用是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、生產(chǎn)管理、機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和