Page 25 - 网络电信8月刊上
P. 25
光 通 信
O 2 比率，SiO 2 /GeO 2 反应比率，火炬的几何结构，沉积温度等。 进行。将芯棒夹持在同步旋转的上(头)架和下(尾)架之间，氢
在火炬火焰中料流方向上，形成了SiO 2 的固态质点，而生成的 氧焰火炬则沿芯棒轴线，从下向上恒速移动。而下(尾)架则同
GeO 2 仍为气相状态，GeO 2 在到达沉积基体表面时才形成固态化。 步向下移动，芯棒遂被拉伸伸长，延伸的芯棒需达到规定的直
d.预制棒的脱水、烧结 径及其公差, 并应有更好的对称度。
在OVD和VAD工艺中，当沉积完成后，将形成的多孔母体 芯棒在氢氧气焰加热下拉伸时，火焰中的OH离子会沉积
放在马弗炉中在1200～1600℃的系统中进行脱水、烧缩。在此 到芯棒表面。OH离子活动性强，会迁移到芯棒内部，特别在最
过程中，通以氯气和氦气组成的干燥气体。氦气的作用是渗透 后的拉丝熔解状态中，OH离子会迅速扩散到纤芯，引起光纤
到多孔的玻璃质点内部排除在水解反应过程中残留在预制棒中 损耗，特别是水峰损耗的增加。更有甚者，OH离子会分解出氢
的气体，由于氦气是除氢气以外原子体积最小的物质，加上又 气，氢气的活动性更强，在拉丝过程中，会扩散到纤芯，与纤
是惰性气体。因而是担当此功能的最佳选择。而氯气则用以脱 芯部分原子缺陷反应生成OH留驻下来。为此，需对延伸的芯棒
水，除去预制棒中残留的水分。氯气脱水的实质是将多孔体中 表面进行蚀洗, 将残留其上的OH离子清除掉。
的OH置换出来，使产生的Si-Cl键的基本吸收峰在25μm波长 f.用OVD工艺制作预制棒外包层
处，从而使之远离石英光纤的工作波长0.8-2μm。经脱水处理 在用VAD制成的芯棒(包括纤芯和内包层)外缘，再用OVD工
后，可使石英玻璃中OH的含量降到0.8ppb左右，以保证光纤的 艺制作外包层，是现代光纤预制棒工艺中的主要方法之一，它
低损耗性能。脱水后，在高温下，松疏的多孔玻璃沉积体烧结 有助于提高制作效率，增大预制棒尺寸，降低生产成本。由于
成密实、透明的玻璃预制棒。 外包层主要沉积SiO 2 ，组分单一，对原材料的纯度要求也比芯棒
预制棒脱水、烧结工艺中，温度设置极为重要，通常需历 低，所以工艺比较容易控制。OVD外包层的沉积工艺如图4所示。
经三个阶段，如图3所示。 将芯棒夹持在玻璃车床上旋转，由火炬喷出的SiCl 4 和O 2 在
图3 脱水、烧结的温度区间 火焰中水解反应生成SiO 2 粉尘喷射到芯棒表面。火炬则横向往
复移动，以达到所需的多孔母体的尺寸。
图4 OVD外包层的沉积工艺示意图
这一工艺的主要困难在于，芯棒是已烧结成的玻璃实体，
而沉积层是由粉尘堆积成的多孔母体，在下道干燥烧结过程
中，如何保持两者界面的均匀有效的吻合，关键是控制粉尘沉
图3中，区域A为干燥脱水阶段，区域B为预烧结阶段， 积层的密度以利于界面的接合。提高粉尘沉积层的密度，有利
区域C为烧结阶段。在区域A干燥脱水的最佳温度约为1100－ 于减小多孔母体中孔隙的总容量，空隙将在烧结过程中除去，
1250℃，此温度能有效促进干燥气体的活动，又能将预制棒的 空隙量愈小，粉尘烧结时的收缩愈小，因而在烧缩的粉尘与芯
质点间玻璃化的增长减到最小，质点间玻璃化的增长将降低多 棒之间的相对移动也较小。但高密度的粉尘沉积层的缺点在于
孔性、阻碍干燥进程。在区域B，约在1360－1400℃之间，此时 与芯棒的粘结力较大，这将阻碍烧结时粉尘的移动能力，增加
玻璃密度迅速增大，但可使预制棒辐向温度分布趋于均匀，以 在芯棒上施加的轴向收缩应力。芯棒和粉尘沉积层之间的粘合
保证第三阶段均匀烧结的工艺过程。区域C，温度高于1400℃ 强度影响在烧结过程中芯棒的轴向收缩。沉积层的烧结会在芯
时，多孔体孔隙闭合，坯料变成透明清晰。在图中转换点温度 棒上加上一个轴向压缩应力，从而引起芯棒的收缩。这个压缩
T 1 ，T 2 并不是恒定的，是取决于预制棒的结构，外径，初始密 应力被芯棒在烧结温度下的粘度相抗衡。而纯的轴向收缩将取
度，质量以及区域经历的时间, 需根据具体工艺进行调整。干 决于：(1)粉尘密度(高密度=低收缩应力)，(2)芯棒/粉尘沉积
燥脱水的速率取决于温度和气氛的组合；干燥剂(Cl 2 ，He)浓度 层之间的粘结力(高的粘结力=高收缩应力)和(3)烧结温度下芯
愈大，干燥愈快。 棒的粘度(高粘度=较大的对轴向收缩应力的抵抗力)。因此通过
e.芯棒的延伸和表面蚀洗 调节温度及流量来控制粉尘沉积体的密度，以减小芯棒的轴向
为了提高生产率，现代的光纤制造技术需制成大直径、大 收缩，从而减小界面应力是工艺控制的关键所在。
长度的预制棒，然后再直接或切断后拉丝。一次成型的VAD芯棒
都不可能做得太长。因此，需将一定直径的芯棒进行拉细伸长 三、用OMCTS代替SiCl 制作OVD包层
4
后，再进入外包层工序。拉伸工艺通常在竖直型的玻璃车床上 在外包层沉积OVD技术中，传统上采用四氯化硅（SiCl 4 ）
26 网络电信 二零一七年八月
