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光纖拉制及成纜技術(編輯修改稿)

2026-06-16 20:31 本頁面

　

【文章內容簡介】積法制造預制棒 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 年聯合開發出來的。它不同于 MCVD 的地方在于加熱反應區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制棒在沉積階段 , 當爐體內的實際溫度為 1200℃ 時 , 離子區內的粉塵電子可獲得約 60000℃ 的能量。電子以非常高的速度移動 , 當它們與離子重新組合時 , 相當可觀的能量將以熱能形式釋放出來。借助低壓等離子產生的熱量使流進空心石英玻璃管內的 SiCl4 、摻雜劑氣體和氧氣發生反應 , 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, 在石英管內可沉積高達上千層的氧化物。該方法適用于制造精密、復雜折射率分布的光纖。這就是 PCVD方法的關鍵優點。 4) 棒外氣相沉積法 ( OV D) 這是由康寧公司 ( Corning) 在 1972 年研發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 , 在高溫下發生水解反應 , 生成構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棒外表面 , 使這些氧化物粉塵沉積于旋轉棒的周圍 , 如圖 2. 7 所示。圖 2. 7 棒外氣相沉積法制造預制棒在沉積過程中 , 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制棒。旋轉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。旋轉棒的熱膨脹系數與沉積在其上面的玻璃層的不同 , 因此在玻璃熔結成預制棒之前 , 可以容易地將旋轉棒取出。該階段結果是產生一個粉塵預制棒。日本科學家在 1977年開發出了 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塑料光纖預制棒的方法。它利用高分子聚合物中分子體積不同而發生選擇性擴散來制造梯度折射率分布的塑料光纖預制棒。 8) 機械成形光纖預制棒法 ( MSP) 機械成形預制棒工藝低成本的光纖生產工藝。生產過程 : 采用預先制好的、摻雜不同的純石英粉 , 分別用在纖芯和包層區 , 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定為一疏松的預制棒。放入高溫中 , 氯化脫水處理 , 最后燒結成玻璃預制棒。為了生產單模光纖 , 可以將此預制棒再拉伸為細棒。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處理后就可形成為具有單模幾何結構的預制棒。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. 拉絲以上提及的預制棒相當于一根大尺寸的光纖 , 必須拉絲將制得的預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℃ 的高溫去熔融預制棒 , 已摻入棒體中的摻雜劑也不會擴散 , 保持原預制棒中折射率分布。典型的拉絲工藝是管棒法拉制如圖 2. 10 所示。預制棒由送料機構以一定的速度均勻地送往管狀加熱爐中 , 預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。這一工藝的關鍵是拉伸速率。拉伸越慢 , 制造商控制光纖質量越好。拉伸越快 , 給定時間內可生產的光纖越多。一般可以從 200m/ min 到 2021m/ min。拉伸機械的所有旋轉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。通過調節坩堝噴嘴的尺寸來控制光纖芯和包層外徑 , 用調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合使用。 3. 涂敷、塑封和成筒預制棒拉制成光纖后 , 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生微小裂紋 , 必須立即對光纖進行涂敷、固化

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