光纤与光缆术8、9、10.ppt

第四章 光纤制造工艺;一、概述 1、光纤性能的影响因素：材料组成、结构、波导结构(折 射率分布)和制造工艺。;(2)光纤制造应在净化恒温的环境中进行，光纤预制棒、 拉丝、测量等工序均应在10000级以上洁净度的净化 车间中进行。在光纤拉丝炉光纤成形部位应达100级 以上。光纤预制棒的沉积区应在密封环境中进行。光 纤制造设备上所有气体管道在工作间歇期间，均应充 氮气保护，避免空气中潮气进入管道，影响光纤性能。 (3)光纤质量的稳定取决于加工工艺参数的稳定。光纤的 制备不仅需要一整套精密的生产设备和控制系统，尤 其重要的是要长期保持加工工艺参数的稳定，必须配 备一整套的用来检测和校正光纤加工设备各部件的运 行参数的设施和装置。;▲通信光纤大都采用石英玻璃为基础材料，通过气相沉积 方法向基础材料掺杂(Ge、F)来改变折射率分布结构； 由于石英玻璃的优异性能与气相沉积法能够精确地调整 折射率分布结构，所以目前多采用石英玻璃与气相沉积 法制造通信光纤。;3、工艺方法 一步法：预制棒的芯/包层都是由气相沉积工艺完成 二步法：气相沉积芯棒技术+外包技术(大尺寸的预制棒 可降低成本、提高生产效率);外包层：①套管法 ②粉末法 ③等离子喷涂法 ;第二节 气相沉积工艺;3．SiO2光纤原料试剂与制备 制备SiO2石英系光纤的主要原料多数采用一些高纯度的液态卤化物化学试剂，如四氯化硅（SiCl4）、四氯化锗（GeCl4）、三氯氧磷（POCl3）、 三氯化硼（BCl3）、 三氯化铝（AlCl3）、溴化硼（BBr3）、气态的六氟化硫（SF6）、四氟化二碳(C2F4)等。这些液态试剂在常温下呈无色的透明液体，有刺鼻气味，易水解，在潮湿空气中强烈发烟，同时放出热量，属放热反应。;以SiCl4为例，它的水解化学反应式如下：;4、SiO2光纤原料的提纯 经大量研究表明，用来制造光纤的各种原料纯度应达到99.9999％，或者杂质含量要小于10-6。大部分卤化物材料都达不到如此高的纯度，必须对原料进行提纯处理。卤化物试剂目前已有成熟的提纯技术，如精馏法，吸附法或精馏吸附混合法。目前在光纤原料提纯工艺中，广泛采用的是“精馏－吸附－精馏”混合提纯法。; 一般情况下，SiCl4中可能存在的杂质有四类：金属氧化物、非金属氧化物、含氢化合物和络合物。 其中金属氧化物和某些非金属氧化物的沸点和光纤化学试剂的沸点相差很大，可采用精馏法除去，即在精馏工艺中把它们作为高、低沸点组分除去。 然而，精馏法对沸点与SiCl4 （57.6℃）相近的组分杂质及某些极性杂质不能最大限度的除去。例如：在SiCl4中对衰减危害最大的OH-离子，大多有极性，趋向于形成化学键，容易被吸附剂所吸收，而SiCl4是偶极矩为零的非极性分子。有着不能或者很少形成化学键的稳定电子结构，不易被吸附剂吸附，因此，利用被提纯物质和杂质的化学键极性的不同，选择适当的吸附剂，有效地选择性地进行吸附分离，可以达到进一步提纯极性杂质的目的。;常用的掺杂剂对石英玻璃折射率变化的作用;二、芯棒工艺;1、改进的化学气相沉积法(MCVD);(1)系统组成 ;(2)工艺流程 ; 首先利用超纯氧气O2或氩气Ar作为载运气体，通过蒸发瓶将已汽化的饱和蒸气SiCl4和掺杂剂(CF2Cl2)经气体转输装置导入石英包皮管中，这里，纯氧气一方面起载气作用，另一方面起反应气体的作用，它的纯度一定要满足要求。然后，启动玻璃车床，以几十转/分钟的转速使其旋转，并用1400～1600℃高温氢氧火焰加热石英包皮管的外壁，氢氧喷灯按一定速度左右往复地移动，氢氧火焰每移动一次，就会在石英包皮管的内壁上沉积一层透明的SiO2-SiF4玻璃薄膜，厚度约为8～10μm。不断从左到右缓慢移动，然后，快速返回到原处，进行第二次沉积，重复上述沉积步骤，那么在石英包皮管的内壁上就会形成一定厚度的SiO2-SiF4玻璃层，作为SiO2光纤预制棒的内包层。反应过程中产生的氯气和没有充分反应完的原料均被从石英包皮管的另一尾端排出，并通过废气处理装置进行中和处理。;高温氧化; 第二步 熔炼芯层玻璃 光纤预制棒芯层的折射率比内包层的折射率要稍高些，可以选择高折射率材料（四氯化锗GeCl4）作掺杂剂，熔炼方法与沉积内包层相同。用超纯氧（O2）气把蒸发瓶1、2中已汽化的饱和蒸气SiCl4、 GeCl4 等化学试剂经气体