ovd法制光纤预制棒

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1、——第二小组2009.05.02OVD法制备石英光纤预制棒什么是光纤预制棒光纤预制棒的制备技术概要OVD法制备光纤预制棒简介OVD法制备光纤预制棒的原理OVD法制备光纤预制棒的工艺流程OVD法存在的问题和解决方法光纤预制棒的发展趋势制造光纤时，必须先将经过提纯的原料制成一根满足一定要求的玻璃棒，称之为“光纤预制棒”，光纤预制棒是拉制光纤的原始棒体材料，其内层为高折射率（n1）的芯层，外层为低折射率（n2）的包层，应具有符合要求的折射率分布与几何尺寸。典型的光纤预制棒直径约为10~25mm，长度约为60~1

2、20cm。什么是光纤预制棒光纤预制棒的制备技术概要在通信光纤制备过程中，重要内容之一是光纤预制棒的制备，目前光纤预制棒制备技术四种工艺共存，这四种工艺分别为外汽相沉积法（OVD）、汽相轴向沉积法（VAD）、改进汽相沉积法（MCVD）和等离子体化学汽相沉积工艺（PCVD）。在这里主要讲OVD法制备光纤预制棒的技术技术原理和工艺流程。OVD法制备光纤预制棒简介OVD法即外汽相沉积法（OutsideVapourDeposition），其主要原料掺杂剂以气态形式送入氢氧火焰喷灯，使之在氢氧焰中水解，生成石英（Si

3、O2）玻璃微粒粉尘，然后经喷灯喷出，沉积于由石英、石墨或氧化铝材料制作的“母棒”外表面，经过多次沉积形成一定尺寸的多孔粉尘预制棒，然后停止工作，去掉母棒，再将中空的预制棒在高温下脱水、烧结成透明的实心玻璃棒，即获得所需的光纤预制棒。第一根损耗低于20dB/km的光纤就是由康宁玻璃公司（CorningGlassWork）使用该法制成的。OVD法制备光纤预制棒的原理OVD工作工艺的原理主要是将四氯化硅原料的火焰水解，反应生成小于5微米的二氧化硅粉末附着在芯棒外，产生的氯化氢等废气被抽走处理。利用OVD法形成玻

4、璃的化学反应式：SiCl4+2H2+O2高温氧化SiO2+4HCl通过一定的工艺条件，数千层疏松的二氧化硅粉末（soot体）逐层沉积在靶棒的外表面，再在一定的气氛和温度下通过烧结成透明的预制棒。原理图如下所示：OVD法制备光纤预制棒的工艺流程1）预制棒的设计首先要根据设备的最佳沉积范围对将要使用的芯棒进行设计制造或选取。根据芯棒的光学及几何特性，由公式①计算出理论套管的直径D：D=d/c①（此处的d为芯层直径；对于一定规格的单模光纤，c为常数）值得注意的是常数c的设计和选取直接决定了光纤的芯包比，对于单模

5、光纤的截止波长（λcutoff）、模场直径（MFD）等光学性能有着重要影响，也直接影响到未来单模光纤的成缆及运用；对多模光纤而言，正确的选取常数c才能保证光线的几何参数符合相关标准。通过大量的对比实验，目前选取的c值为0.05~1.5之间。2）OVD沉积工艺A.芯棒的处理为了保证外包层与芯棒界面的良好融合，实际沉积工艺前需要对芯棒进行必要的处理，消除可能产生缺陷的潜在危害。B.参数的设定沉积过程中，根据不同的要求和条件，对燃烧气体流量、四氯化硅流量等工艺技术有直接影响的参数进行了对比，可获得较为可靠的沉积

6、工艺条件。制造过程中，选择适当的沉积密度是工艺技术的难点之一。沉积密度的变化可以通过沉积参数进行调节，如果沉积密度太小，疏松的soot棒容易开裂，或者导致soot棒棒径过大，无法进行烧结；如果沉积密度太大，又会极大地降低沉积速率，部分或全部掩盖该工艺方法的特点。C.烧结沉积完成后，将疏松的soot棒放入烧结设备，在1500~1600摄氏度的高温下用氯气消除羟基对水峰的影响，用氦气驱赶烧结过程中的空气、氯化氢及氯气，使其致密并玻璃化，生产出全透明的光纤预制棒。由于多模芯棒的锗的掺杂量和外喷的包层锗的掺杂量不

7、同，导致烧结过程完成后棒本身存在较大的内应力，如果不进行相应的过程处理，预制棒会在随后的冷却过程中炸裂。可针对多模光纤预制棒的特性进行热处理。3）结果通过对大量实验和试生产以及实际生产运行的预制棒数据的统计，OVD设备外包层沉积工作时的平均沉积速率可达到20~30g/min.沉积的soot棒外径约为50~180mm，长度根据芯棒实际长度而变化，密度约0.5g/cm3。预制棒的外径约为40~120mm，长度在soot棒尺寸上略有缩短。OVD法存在的问题和解决方法OVD沉积的是未玻璃化的SiO2颗粒（soot

8、体)，芯棒和soot体是截然不同的两个状态，通过烧结使soot体完全玻璃化，在芯棒和OVD外包层的界面上不产生柱状模糊层和气泡杂质等，这些缺陷会造成光纤拉制时丝径的异常波动，以及使光纤存在大量的低强度点等。解决方法有：①沉积之前芯棒的清洁；②OVD沉积的温度、SiCl4流量、芯棒移动速度，特别是沉积最初的几层非常关键；③烧结工艺，烧结的温度、速度、He的流量等。soot体是有单个或多个喷灯将水解的SiO2颗粒沉积在旋转且移动的