光纖拉制及成纜技術(shù)(編輯修改稿)
2025-06-16 20:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 積法制造預(yù)制棒 3) 等離子氣相沉積法 ( PCV D) 這是由 菲利浦 公司、 荷蘭消費電子 和 電信公司 在 1975 年聯(lián)合開發(fā)出來的。 它 不同 于 MCVD 的 地方 在于 加熱反應(yīng)區(qū) 的方法不是 通過燃燒燈 把 熱量從外部傳輸進去 , 而是利用 微波激活氣體 , 使 氣體電離成為等離子 , 即 離子化氣體 , 簡稱等 離子體 。 帶電離子重新結(jié)合時 , 釋放出的熱量可用于熔化高熔點制纖材料 。 PCVD 法工藝流程如圖 2. 6 所示。 圖 2. 6 等離子氣相沉積法制造預(yù)制棒 在沉積階段 , 當(dāng)爐體內(nèi)的實際溫度為 1200℃ 時 , 離子區(qū)內(nèi)的粉塵電子可獲得約 60000℃ 的能量。 電子以 非常高的速度移動 , 當(dāng)它們與離子重新組合時 , 相當(dāng)可觀的能量將以熱能形式釋放出來。 借助低壓等離子產(chǎn)生的熱量使流進空心石英玻璃管內(nèi)的 SiCl4 、摻雜劑氣體和氧氣發(fā)生反應(yīng) , 使所需的氧化物直接沉積在基底硅管上 , 而不形成粉塵。 在這一工藝中 并不需要固化階段 。因為不受粉粒子( 0. 1μm) 尺寸的限制 , PCVD法得到的沉積層厚度很薄 , 大約 1μm, 在石英管內(nèi)可沉積高達 上千層 的氧化物。 該方法適用于 制造精密、復(fù)雜折射率分布 的光纖。這就是 PCVD方法的關(guān)鍵 優(yōu)點 。 4) 棒外氣相沉積法 ( OV D) 這是由康寧公司 ( Corning) 在 1972 年研發(fā)出來的第一個批量光纖制作工藝。 OVD 法通過沉積和固化兩個步驟完成預(yù)制棒的制作。 在沉積階段 , 用 高純度氧 作載體將 SiCl4 氣體送進 火焰噴燈嘴 , 在 高溫 下發(fā)生 水解反應(yīng) , 生成構(gòu)成 纖芯和包層材料的玻璃氧化物粉塵 , 用氫氧焰噴燈局部 加熱 旋轉(zhuǎn)棒外表面 , 使這些氧化物粉塵 沉積于旋轉(zhuǎn)棒的周圍 , 如圖 2. 7 所示。 圖 2. 7 棒外氣相沉積法制造預(yù)制棒 在沉積過程中 , 通過改變每層的摻雜劑種類和摻雜濃度可以制成不同折射率分布的光纖預(yù)制棒。 旋轉(zhuǎn)棒并不是光纖 的一部分 , 僅僅起著襯底的作用。 率先沉積的玻璃粉塵將形成光纖的纖芯 , 隨后沉積的玻璃粉塵形成光纖的包層。 旋轉(zhuǎn)棒的熱膨脹系數(shù)與沉積在其上面的玻璃層的不同 , 因此在玻璃熔結(jié)成預(yù)制棒之前 , 可以容易地將旋轉(zhuǎn)棒取出。 該階段結(jié)果是產(chǎn)生一個粉塵預(yù)制棒。 日本科學(xué)家在 1977年開發(fā)出了 VA D 法。VAD法是把 SiCl4 、摻雜劑氣體送入氫氧火焰噴燈 , 使之在氫氧火焰中水解 , 生成氧化物粉塵 , 即 石英玻璃微粒 。這些粉塵沉積在基底棒或種子棒的下端部 , 而不是表面 , 如圖 2. 8 所示。 5) 軸向氣相沉積法 (VAD) 圖 2. 8 軸向氣相沉積法制造預(yù)制棒 非氣相沉積法 6) 多組分玻璃法 多組分玻璃的成分是以重量占百分之幾十的SiO2為主 , 還包含 有堿金屬、堿土金屬、鋁、硼的氧化物 等玻璃的總稱。 特點是 : 折射率一般比石英玻璃高 , n=1. 49～ 1. 54, 可用來制作大數(shù)值孔徑 ( NA = 0. 2～ 0. 6) 的光纖 。 熔融溫度比石英系玻璃要低一些 , 在 1400℃ 以下 。 抗壓抗拉強度 也低于石英玻璃 。 7) 凝膠法 凝膠法是一種生產(chǎn)塑料光纖預(yù)制棒的方法。 它利用高分子聚合物中分子體積不同而發(fā)生選擇性擴散來制造梯度折射率分布的塑料光纖預(yù)制棒。 8) 機械成形光纖預(yù)制棒法 ( MSP) 機械成形預(yù)制棒工藝 低成本的光纖生產(chǎn)工藝。 生產(chǎn)過程 : 采用預(yù)先制好的、摻雜不同的純石英粉 , 分別用在纖芯和包層區(qū) , 并用填充機將這些純粉料填充到石英管中 , 利用高溫工藝使粉料坯塊穩(wěn)定為一疏松的預(yù)制棒。放入高溫中 , 氯化脫水處理 , 最后燒結(jié)成玻璃預(yù)制棒。 為了生產(chǎn)單模光纖 , 可以將此預(yù)制棒再拉伸為細棒。然后再用原先的石英粉料外包該細棒 , 再把這疏松包層燒結(jié)處理后就可形成為具有單模幾何結(jié)構(gòu)的預(yù)制棒。 該工藝可拉制 出 1. 30μm 處衰 減為 0. 49dB/ km、 1. 55μm 處 衰 減為 0. 27dB/ km 的單 模 光纖。 OH在 1. 38μm 處吸水峰已降到了 1dB/ km。 2. 拉絲 以上提及的預(yù)制棒相當(dāng) 于一根大 尺寸的光纖 , 必須拉絲 將制得的預(yù)制棒直徑縮小才能得到真正的光纖。 這一過程是在稱為 “拉絲塔” 的機械內(nèi)完成的。拉絲塔一般是一對高樓 , 比光纖制造工廠地面上的其他建筑要高。 在拉制過程中 , 一般都能 保持芯包比和折射率分布不變 。這是 因為玻璃中的分子擴散要比晶體中的難得多 , 即使加熱到 2021℃ 的高溫去熔融預(yù)制棒 , 已摻入棒體中的摻雜劑也 不會擴散 , 保持原預(yù)制棒中折射率分布。 典型的拉絲工藝是管棒法拉制 如圖 2. 10 所示。 預(yù)制棒由送料機構(gòu)以一定的速度均勻地 送往管狀加熱爐中 , 預(yù)制棒尖端熱到一 定溫度時 , 棒體尖端的黏度變低 , 靠自身重量逐漸下垂變細而成纖維。 這一工藝的關(guān)鍵是拉伸速率。 拉伸越慢 , 制造商控制光纖 質(zhì)量越好 。 拉伸越快 , 給定時間內(nèi)可生產(chǎn)的光纖 越多 。 一般可以從 200m/ min 到 2021m/ min。 拉伸機械的所有旋轉(zhuǎn)部分必須達到極高的 耐受度和張力級別 , 以使光纖能被 高度精確地控制 。 雙坩堝拉絲法 雙坩堝是由一套兩個同心套裝的鉑合金坩堝組成 , 如圖 2. 11 所示。 坩堝中央底部有噴嘴。 內(nèi)坩堝裝有折射率較高的纖芯玻璃 , 外坩堝裝有折射率較低的包層玻璃。 通過調(diào)節(jié)坩堝噴嘴的尺寸來控制光纖芯和包層外徑 , 用調(diào)配玻璃組分的方法來改變纖芯和包層的折射率差。 拉絲的溫度一般在 1000℃ 以下。拉絲速度 每分鐘可達幾百米 。雙坩堝的加熱一般用直流電流加熱、感應(yīng)加熱等方式。 這種 雙坩堝工藝今天已非常少見 , 可與一些特殊材料結(jié)合使用。 3. 涂敷、塑封和成筒 預(yù)制棒拉制成光纖后 , 如果將 裸光纖 直接裸露在空氣中 , 光纖表面的缺陷擴大 , 使局部應(yīng)力集中到這里 , 就造成裸光纖機械強度極低。 為了保證光纖的機械強度 , 隔絕因外界污染 而產(chǎn)生 微小裂紋 , 必須立即對光纖進行 涂敷 、 固化
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