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氦气在VAD制作全波光纤的过程的应用

世源气体 www.51qiti.com  更新时间:2011-3-21 22:04:30

VAD制作全波光纤的过程如下[6]: 1)VAD法制作芯棒(内包层D/芯层直径<7.5) 2)芯棒在氯气气氛中脱水(1200℃) 3)芯棒在 氦气气氛中烧结(1500℃) 4)延伸芯棒(氢氧焰为热源) 5)等离子火焰蚀洗除去OH-污染层 6)在芯棒外面套低OH-含量的套管 7)光纤拉丝

各工序简单介绍如下

1)用VAD工序制作芯棒。

在旋转的芯棒顶部用火焰水解法沉积芯层和内包层,制成疏松体。内包层直径D/芯层直径d的比值略小于7.5。由于VAD制芯工艺是成本较高的工艺,沉积量和(D/d)2成正比。D/d越小,对外套管的要求越高。因为D/d值小,一部分光能会在内包层和套管中进行传输,各种杂质包括OH-离子就会增加传输损耗。由于OH-离子在很容易在热处理(尤其是拉丝过程中)从外包层运动到芯层,因此工艺对外套管的含OH-离子的浓度要求就相当严格。商业化生产的D/d比值一般在2.0~7.5之间。


2)芯棒在氯气气氛中脱水

沉积好的芯棒疏松体要放在1200℃含氯或含氟的气氛中。脱水的原理是氯气进入芯棒孔隙中取代C,其产生的Si-Cl键吸收波长在25微米,远离光纤工作波段。脱水的速率取决于脱水温度和氯气的流量。脱水后OH-离子的含量将少于8X10-10(w%)。


3)芯棒在氦气气氛中烧结

芯棒在炉内继续升温到1500℃,通入氦气进行烧结。 氦气是一种分子体积很小而传热系数很高的气体,能够将热量带到芯部,是疏松体依靠表面张力而生成透明的玻璃体。烧结效果取决于下送速度、烧结温度、氦气流量等因素。


4)芯棒延伸

VAD制作的芯棒一般都较粗且外径不均匀,无法直接插入套管合成预制棒,需要经过一道延伸工序来使外径变均匀变细。芯棒延伸可以采用成本较低的氢氧火焰作为热源,但氢氧焰会造成芯棒表面OH-离子污染,需要后面进行等离子蚀洗或酸洗。另外一种办法是采用等离子体作为热源进行延伸,可以省去一个去OH-离子的过程。延伸工艺有横延,由上往下延伸,由下往上延伸等多种方法。

5)等离子蚀洗

等离子蚀洗的原理是:等离子火焰沿着旋转着的芯棒进行轴向移动,高达9000℃的火焰将芯棒表面的一层物质迅速升华挥发。一般的蚀洗深度是0.25±0.15mm,足以将表面的OH-离子去除干净。

6)低OH-含量的合成石英管作外包层

由于采用了更大的外套管,整个光纤的成本急剧降低。对石英管的要求是高纯、低损耗和高抗拉强度。石英管的OH-含量决定了芯棒制作时的D/d值的大小。在套管车床上将芯棒和套管装配在一起,用环形氢氧焰沿轴线从上到下进行加热,同时用真空泵抽去缝隙内的空气,使套管烧结在芯棒上,形成一体的预制棒。

芯棒D/d值 外套管OH-含量 7.5 <200 ppm 5.2 <1.0 ppm 4.4 <0.5 ppm 表6 外套管水份含量和芯棒 D/d的关系

7)光纤拉制

光纤拉制工艺属于传统工艺,这里不在复述。

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