Page 30 - 网络电信2020年9月刊下
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存在的产物即为SiO 1.5 Cl，因为PCVD是管内反应，可通过增加原                 气流的计算机程序控制来实现，氯气掺杂的重量有百分比产生
            料气体中四氯化硅的分压比例或者增大氯气的分压比例以降低                          与纯二氧化硅的折射率差呈线性关系，其比率为1wt%:0.1%。
            氧气的含量，从而形成类似不完全氧化的情况，制得氯掺杂浓                              PCVD属于管内法，沉积后得到的是中心带孔的沉积管，其
            度较高的石英玻璃。                                            下一道工序就是沿沉积管8方向用往返移动的加热炉7对不断旋
                氯掺杂玻璃与氟掺杂玻璃有近似的特性，即作为不完全氧                        转的管子加热到大约2200℃，在表面张力的作用下，分阶段将
                                                                 沉积好的石英管熔缩成实心棒，即光纤预制棒的芯棒。在PCVD
            化产物的SiO 1.5 Cl结构的热稳定性并不好，高温下易分解为SiCl 4
            和SiO 2 ，从而降低掺杂浓度，管外法因为是火焰水解反应，一                      中的石英基管则形成纯SiO 2 內包层，最终制造成掺氯梯度型折
            者反应温度高，二者空腔巨大，三者产物为疏松体，存在大量                          射率剖面纤芯和纯SiO 2 内包层构成的玻璃体芯棒9。
            的悬挂键，极易使得掺杂的卤素聚集形成SiCl 4 ，所以不利于掺                         2、用POVD法制造掺氟折射率环沟型下陷包层及纯
            杂；而MCVD法加热温度过高，也不利于掺杂反应，只有PCVD法                      SiO 2 外包层玻璃管：
            通过活化电子而提高能量，整体反应温度低，最宜作为氯掺杂                              （1）掺氟包层工艺原理
            的工艺，且由于PCVD工艺反应形成的直接是玻璃态，整体悬挂                            G.654.E光纤,包层由二氧化硅掺氟降低折射率而形成导
            键数量少，卤素原子不易聚集，也更便于将掺杂的卤素保留下                          波结构。掺氟的气态氟化物原料有CCl 2 F 2 ,SiF 4 ,  SF 6 ,CF 4 ，  C 2 F 6
            来。                                                   等。如以CCl 2 F 2 (氟里昂)为原料，在化学气相反应中有下列反应
                因而PCVD工艺就是氯原子与氧原子争夺硅原子周边四个键                      式;
            位的过程，所以在等离子态下，硅原子晶面结构原子键的断裂
            和组合，是一个氧化还原反应中氧化物和被氧化物之间量（固
            态质量，气态压力体积）关系的一个转换守恒，氧和氯谁能够                              从上列反应式可见，氟在石英玻璃中是以［SiO 3 F］的形式
            占据更大的分压比例决定了能进行多高的氯掺杂浓度。                             存在于二氧化硅的分子晶格阵列中的。但是，与该反应式同时
                所以四氯化硅和氯气都是可以视作掺杂剂的存在，其中四                        也会产生以下的平衡反应：
            氯化硅既是掺杂剂又是原料，氯气则既是产物又是掺杂剂。
                PCVD中的石英基管则构成纯SiO 2 内包层。     .
                （2）用PCVD法制作梯度型折射率剖面分布纤芯：（如图10                        这也代表在掺杂氟的过程中，氟在石英内部是不稳定的情
            所示）                                                  况，在高温情况下易损失或扩散。同时，这也说明效果较好的
                                                                 掺氟剂应当是SiF 4 。
             图10 PCVD工艺制作掺氯纤芯
                                                                     目前常见的氟掺杂工艺主要存在两种：
                                                                     其一是在气相沉积过程中同时进行氟原料气体的供给，生
                                                                 成掺杂氟的沉积疏松体后进行烧结。
                                                                     其二是在沉积完成后，在疏松体脱水烧结环节中对其进行
                                                                 氟掺杂，从而得到掺氟的石英玻璃。
                                                                     而在疏松体情况下掺氟的原理存在区别。由于沉积获得的
                                                                 疏松体石英中存在大量的缺陷，有些作为悬挂键存在，有些则
                各种原料气体(SiCl 4 ，Cl 2 )和氧气通过质量流量控制器
                                                                 和OH基团结合。正常脱水烧结过程可视为将悬挂键结合和OH基
            （MFC）进入反应器中的石英基管4,石英基管4和环绕它的微波                       团脱水缩合的过程。而当存在氟掺杂剂时，其中氟会以氟离子
            谐振腔体2以及保温炉1组成反应器。谐振腔体2连接到频率为
                                                                 的形式进入二氧化硅的网格中，与部分悬挂键结合，同时也会
            2.45GHz、功率为几百或几千瓦的连续波磁控管振荡器5，反应                      与OH基团中的氢原子结合生成氟化氢排出。此外，由于氟的掺
            器中的压力维持在1.3KPa左右，吸气泵用分子筛吸附泵或负
                                                                 入是以负离子形式进入石英结构中的。F可以进人SiO 2 网络内直
            压抽取泵6，保温炉1将石英基管在沉积过程中的温度保持在                          接与Si相连,  产生同形取代。而F进入SiO 2 中,  又能使硅氧双键
                      0
               0
            900 C～1300 C之间，随原料组分不同而不同，它的作用是为了
                                                                 产生断裂,  断裂程度越大,  石英玻璃熔体的粘稠度越小,  流动
            保证石英基管4内壁与沉积层之间的温度匹配，以避免沉积层产                         性增加。石英玻璃中的氟与氧离子在大小、极化性上都相近,
            生裂纹。反应器的运动速度为3～8m/min之间，往复速度相同，
                                                                 且同为等电子体,  所以替代氧位置的氟离子并不会造成较大的
            而且是连续沉积。往返移动的谐振腔体2包围着部分石英基管                          晶格失配，亦是说不会产生大的内应力。
            4，通过波导将微波能量耦合至谐振腔体2中的气体混合物。微
                                                                     （2）POVD工艺制作掺氟包层:（如图11所示）
            波在谐振腔体2内产生出一个局部非等温、低压的等离子体3。                             将石墨靶棒10固定在车床卡盘11上，石墨靶棒10由车床
            等离子体3内气体相互作用，发生高效的化学反应，由离子直接
                                                                 卡盘11带动旋转。一等离子火炬12固定在拖架13上，拖架13
            结合形成的SiO 2 玻璃体沉积在石英基管4内壁。由于反应和成玻                     沿石墨靶棒10长度方向移动等离子火炬12，导致材料在石墨
            是在极短的时间内完成的，谐振腔体2可以作高速往返运动，因
                                                                 靶棒10上沉积而形成所需管状外包层玻璃体14。等离子气体
            而每层的沉积厚度可以很小，从而确保了波导结构和材料结构                          （O 2 ,  N 2 ）输送管15和源化学气体（SiCl 4 ,O 2 ）输送管16到等
            的精确控制，通过这种方法可灵活地改变光纤折射率，实现既
                                                                 离子火炬12上，一高频发生器通过线圏（未标示）提供频率为
            定的光纤结构设计。纤芯梯度型折射率剖面的形成可通过进入                          5.28±0.13MHz，功率为60KW的高频电场来激励等离子体，而源


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