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光纖石英預制管棒工藝發展曆史

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光纖石英預制管棒工藝發展曆史

發布日期:2019-03-01 00:00 來源:http://www.railsbricks.net 點擊:

    從 20 世紀 70 年代末期開始規模生産光纖以來, 對光纖預制棒制造技術的研究和完善改進就從來沒有間斷過。美國 AT&T(Lucent)發 明了改進的化學汽相沉積法(MCVD,Modified Chemical Vapor Deposition)工藝後,美國 Corning 公司随後開發出了适合光纖大規 模生産的管外汽相沉積法(OVD,Outside Vapor Deposition)工藝, 其後 OVD 工藝又有不斷改進,目前已發出第七代工藝,使生産效率和 生産成本大幅度降低;而日本 NT&T 在 OVD 的基礎上進行改進,推出 了汽相軸向沉積法 (VAD, Vapor Axial Deposition) 工藝; 法國 Alcatel 則利用高頻等離子技術開發出了先進的等離子體汽相沉積法(APVD, Advance Plasma Vapor Deposition)預制棒生産工藝;荷蘭 Philips 則開發了等離子體化學(PCVD,Plasma Chemical Vapor Deposition ) 工藝逼供成功地在生産中加以應用。

  早期光纖預制棒制造技術采用一步法,1980年初開始用套管法制備光纖預制棒,從而使光纖預制棒制造工藝實現了從一步法到二步法的轉變,即先制造預制棒芯棒,然後在芯棒外采用不同技術制造 外包層,增加單根預制棒的可拉絲公裡數,以提高生産效率。一般認為,芯棒的制造決定了光纖的傳輸性能,而外包層則決定光纖的制造成本。在芯棒的制造技術中,MCVD 和 PCVD 稱為管内沉積工藝,OVD 和 VAD 屬于外沉積工藝;在外包層工藝中,外沉積技術是指 OVD 和 VAD,外噴技術主要指用等離子噴塗石英砂工藝。現今光纖外包層制造技術包括套管法、阿爾卡特(Alcatel)公司發明的等離子噴塗法(PlasmaSpary)、火焰水解法(SOOT)和美國朗訊科技公司發明的溶膠法-凝膠法(Sol-gel法),其中SOOT法是泛指OVD和VAD等火焰水解外沉積工藝。

  MCVD法現采用外沉積技術取代套管法制作大預制棒,形成MCVD外沉積工藝相結合的混合工藝,從而改變了傳統MCVD工藝沉積速度低、幾何尺寸精度差的缺點,降低了生産成本,提高了預制棒的質量。此後,又有一些公司開發了低成本大尺寸的套管工藝,套管制備工藝為Sol-gel和OVD法。

光纖石英預制管棒

  預制棒制備工藝OVD法近二十年來已從單噴燈沉積發展到多噴燈同時沉積,沉積速率成倍增加,并實現一台設備同時沉積多根棒,并且從依次沉積芯包層制成預制棒的一步法發展到二步法,即先制備出大直徑的芯棒,再拉制成小直徑芯棒或不拉細,然後采用外包層技術制備出光纖預制棒,提高了生産效率,降低了生産成本。并且,MCVD法尤其是PCVD法、OVD和VAD法更易精确控制芯棒的徑向折射率分布,因而對于制備多模光纖MMF和非零色散光纖DZDF芯預制棒更有效。

  近20年來,光纖預制棒外包層技術已有許多發展,美國CORNING公司首先采用SOOT外包技術代替了套管法應用于工業生産。1990年,阿爾卡特Alcatel等離子噴塗技術及美國朗訊公司開發的Sol-gel外包技術替代了套管技術,因而采用套管法制備光纖預制VAD制造光纖芯棒的生産廠家都采用SOOT外包技術。

MCVD的發展

  ●最初的MCVD是在一台車床上依次進行包層沉積、芯沉積、熔縮成預制棒,這是典型的“一步法”。目前,阿爾卡特已經将沉積與熔縮分開,在沉積之後,用另一台專用車床熔縮成棒,并用石墨感應爐代替氫氧焰做熱源進行熔縮成棒。

  ●采用大直徑合成石英管代替天然水晶粉熔制成的小直徑石英管做為襯底管,目前在生産上用的合成石英襯底管外直徑約為40mm,沉積長度1.2~1.5m。

  ●最重要的是,用各種外沉積技術取代了套管法來制作大預棒,例如用火焰水解外包和等離子外包技術在芯棒上制作外包層,形成了MCVD與外沉積工藝相結合的混合工藝。這此新技術彌補了傳統MCVD工藝沉積速率低、幾何尺寸精度差的缺點,降低了成本、提高了質量、增強了競争力。

  ●開發低成本、高質量、大尺寸的套管的制造方法(如溶膠--凝膠法,OVD法),供套管使用。

VAD工藝的發展

  ●70年代的VAD工藝,芯和包層同時沉積、同時燒結,号稱預制連續制造工藝,光纖石英預制管棒。

  ●80年代的VAD工藝是先做出大直徑芯棒,然後把該大直徑芯棒拉細成多根小芯棒,再用套管法制成預制棒,從“一步法”發展到“二步法”。

  ●90年代改成用SOOT外包代替套管法制成光纖預制棒。

  ●90年代以來,使用VAD的生産廠家增多了,除了日本古河、滕倉之外,信越、日立、三菱、昭和等公司從日本NTT獲得了使用VAD工藝生産光纖的許可,并實施了再開發,實現了商業化VAD工藝,朗訊也從住友公司購得了使用VAD工藝的許可,另外還與住友在美國建立了VAD法的合資光纖廠,從而有機會多年觀察VAD光纖生産,此後,朗訊将VAD工藝引進到它的亞特蘭大光纖廠。美國SpecTran公司在購買ensign-BICKFORD公司的資産的同時,也獲得了VAD工藝。順便提一下,SpecTran公司已在1999年末被美國朗訊購并。

OVD工藝的發展

  ●從單噴燈沉積到多噴機同時沉積,沉積速率成倍提高。

  ●從一台設備一次沉積一根棒發展到一台設備同時沉積多根棒。

  ●從依次沉積芯、包層連續制成預制棒的“一步法”發展到“二步法”;即先用陶瓷棒或石墨棒為靶棒,隻沉積芯材料(含少量包層)做出大直徑芯棒,經去水燒結後,把該大直徑芯棒拉細成多根小直徑芯棒,再用這些小直徑芯棒為靶棒來沉積包層,制成光纖預制棒,大大提高了生産率、降低了成本。

PCVD工藝的發展

  ●與MCVD一樣,當前的PCVD工藝也采用了大直徑合成石英管代替天然水晶熔制的石英管做為襯底管。

  ●荷蘭POF公司已開發了四代PVCD工藝,襯底管内直徑從最初的16mm增大到60mm以年,沉積速率提高到2~3g/min,沉積長度1.2~1.5m。

  ●目前仍是用套管法制做成大預制棒,但一根套管就重達幾公斤。

  ●原則上與MCVD一樣,也可形成PCVD與外沉積工藝相結合的混合工藝,但迄今未見報道。

  目前,各種技術路線都有生産廠家在采用,所生産的光纖都能夠 符合國際标準,在市場上也有一定的競争力。随着市場對光纖産品需 求的多樣性,就要求生産廠家生産不同性能的、在經濟上具有競争力 的光纖産品滿足這種多樣化的需求。

  現在市場上大量使用的普通 G.652 單模光纖, 對于長途幹線則采 用 G.655 光纖,局域網則采用數據光纖,但并不是任何一種工藝均能 最佳化生産所有的光纖品種。就生産 G.652 光纖而言,芯幫的外沉積 技術(DVD、VAD)優于内沉積技術(MCVD、PCVD),外沉積技術主要 優勢在于:不用價格很貴的合成石英管,沉積速率、沉積層數不會受 到襯低管直徑的限制,特别有利于以高沉積速率制造大型預制棒。此 外,外沉積技術還能生産 G.652 (C)低水峰光纖。就生産 G.655 光 纖而言,芯幫的管内沉積技術(PCVD 工藝活 MCVD 工藝)頗具優勢, 與 DVD、 VAD 相比的最大優點是: 可精确控制徑向折射率分布 (RIP) 。 而這一優點,特别有利于制造最新一代的通信光纖,例如大有效面積 光纖、局部色散平坦的大有效面積光纖、降低色散斜率的直波光纖等 等,這些光纖通常都是多包層的負責 RIP 結構,數據光纖已經新一代 的多模光纖的生産,采用 PCVD 工藝更具競争力。

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