光纤怎么生产?

光纤怎么生产?

用于制备光纤预制棒的方法主要采用以下四种方法：改进化学汽相沉积法（MCVD），外部汽相沉积法（OVD），汽相轴向沉积法（VAD）和等离子体化学汽相沉积法（PCVD）。

1969年Jone和Hao采用SiCl4气相氧化法制成的光纤的损耗低至10dB／km，而且掺杂剂都是采用纯的TiO2、GeO2、B2O3及P2O5，这是MCVD法的原型，后来发展成为现在的MCVD所采用的SiCl4、GeCl4等液态的原材料。原料在高温下发生氧化反应生成SiO2、B2O3、GeO2、P2O5微粉，沉积在石英反应管的内壁上。在沉积过程中需要精密地控制掺杂剂的流量，从而获得所设计的折射率分布。采用MCVD法制备的B／Ge共掺杂光纤作为光纤的内包层，能够抑制包层中的模式耦合，大大降低光纤的传输损耗。MCVD法是目前制备高质量石英光纤比较稳定可靠的方法，该法制备的单模光纤损耗可达到0.2-0.3dB／km，而且具有很好的重复性。

OVD法又为“管外汽相氧化法”或“粉尘法”，其原料在氢氧焰中水解生成SiO2微粉，然后经喷灯喷出，沉积在由石英、石墨或氧化铝材料制成的“母棒”外表面，经过多次沉积，去掉母棒，再将中空的预制律在高温下脱水，烧结成透明的实心玻璃棒，即为光纤预制棒。该法的优点是沉积速度快，适合批量生产，该法要求环境清洁，严格脱水，可以制得0.16dB／km（1.55μm）的单模光纤，几乎接近石英光纤在1.55μm窗口的理论极限损耗0.15dB／km。

VAD法是由日本开发出来的，其工作原理与OVD相同，不同之处在于它不是在母棒的外表面沉积，而是在其端部（轴向）沉积。VAD的重要特点是可以连续生产，适合制造大型预制棒，从而可以拉制较长的连续光纤。而且，该法制备的多模光纤不会形成中心部位折射率凹陷或空眼，因此其光纤制品的带宽比MCVD法高一些，其单模光纤损耗目前达到0.22-0.4dB／km。目前，日本仍然掌握着VAD的最先进的核心技术，所制得的光纤预制棒OH-含量非常低，在1385nm附近的损耗小于0.46dB／km。

PCVD法是由菲利普研究实验室提出的，于1978年应用于批量生产。它与MCVD的工作原理基本相同，只是不用氢氧焰进行管外加热，而是改用微波腔体产生的等离子体加热。 PCVD工艺的沉积温度低于MCVD工艺的沉积温度，因此反应管不易变形；由于气体电离不受反应管热容量的限制，所以微波加热腔体可以沿着反应管轴向作快速往复移动，目前的移动速度在8m／min，这允许在管内沉积数千个薄层，从而使每层的沉积厚度减小，因此折射率分布的控制更为精确，可以获得更宽的带宽。而且，PCVD的沉积效率高，沉积速度快，有利于消除SiO2层沉积过程中的微观不均匀性，从而大大降低光纤中散射造成的本征损耗，适合制备复杂折射率剖面的光纤，可以批量生产，有利于降低成本。目前，荷兰的等离子光纤公司占据世界领先水平。

此外，在光纤制造过程中应采取措施从几何尺寸和光学上严格控制非圆度，优化折射率差，并采用三包层结构，从而减少偏振模色散（PMD）。另外，Shigeki Sakaguchi等研究了光纤中的瑞利散射损耗与Tf的关系，实验证实对光纤进行热处理可以降低微观不均匀性，减少瑞利散射损耗。

聚合物光纤的制备方法之一就是预制棒拉纤法，制备聚合物光纤预制棒的方法通常有：光共聚法、两步共聚法和界面凝胶法，其中界面凝胶法制备预制棒的技术最为成熟。利用不同折射率的单体的扩散速度不同，反就时的不同单体的竞聚率不同以及自动加速凝胶效应，使其折射率形成梯度，这样制造出的渐变折射率型的光纤预制棒具有折射率分布可控，而且分布均匀的优点，是目前研究的热点。

生产方法
　　①管棒法：将内芯玻璃棒插入外层玻璃管中（尽量紧密），熔融拉丝；
　　②双坩埚法：在两个同心铂坩埚内，将内芯和外层玻璃料分别放入内、外坩埚中；
　　③分子填充法：将微孔石英玻璃棒浸入高折射率的添加剂溶液中，得所需折射率分布的断面结构，再进行拉丝操作，它的工艺比较复杂。在光导纤维通信中还可用内外气相沉积法等，以保证能制造出光损耗率低的光导纤维。光导纤维应用时还要做成光缆，它是由数根光导纤维合并先组成光导纤维芯线，外面被覆塑料皮，再把光导纤维芯线组合成光缆，其中光导纤维的数目可以从几十到几百根，最大的达到4000根

　　光纤的生产流程如下：
　　1．预制棒和尾管的入库（贴上编码，例如预制棒编SD091204001尾管编码：F100828018） 
　　
　　2．抛光流程
　　抛光的定义：在光纤生产的过程中，预制棒与尾管的对接即称之为抛光 。
　　抛光流程：将预制棒与尾管分别固定在机器上，尽量使其切面对齐，经过高温持续加热1小时，融化焊接，然后磨平焊接口，最后冷却足够（2小时以上）取下。
　　
　　3.拉丝过程  3.1裸光纤
　　光纤外径波动越小越好，光纤直径波动可导致光纤产生后散射功率损耗和光纤接续损耗。光纤外径的波动引起芯径和模场直径波动,导致光纤散射损耗、接续损耗增加。假设光纤芯径波动与外径波动成正比，则两个外径不同的光纤接续时,在光纤接续点的损耗可见为: A(直径波动)≈20log｛2/（a1/a2+a2/a1）｝(dB)
　　设a1=126μm，a2=124μm， 则A=0.001(dB)；设a1=127C  a2=123μm  则A=-0.0045(dB)。因此将光纤的外径波动控制在±1μm为好。提高拉丝速度,适当降低拉丝温度，减少预制棒在高温炉中的停留时间。减小包层中水分量向新区扩散,有利于降低光纤拉丝附加衰减。提高拉丝速度,增大拉丝张力可减小外径波动，还有利于减小E’缺陷的产生。也有利于光纤强度的增加。但高速拉丝需要更高的炉温加热功率，也就更容易产生温场不均匀的现象。会对光纤翘曲度有较大的影响(翘曲度是指裸光纤在不受任何外界应力的情况下的发生弯曲所对应的曲率半径)。影响翘曲度的原因主要是光纤在温场中受热不均匀，导致光纤在颈向收缩不同，造成光纤翘曲度减小。而光纤的翘曲度是光缆用户较为关心的指标之一，尤其在带光纤中，光纤翘曲度要是偏小将对接续带来不良后果。 由于光纤高速拉丝炉有以下基本要求:
　　A. 设计理想的温区分布和气路设计以便产生理想的预制棒变颈形状。
　　B.  炉温稳定可调,便于精确控制拉丝张力。
　　C. 加热炉元件选择和气流设计保证光纤表面尽可能少污染。
　　因而通过对拉丝炉元器件进行结构改良，并对炉内气流工艺改进。得到以下结果:
　　A. 最终使光纤在拉丝过程中的F径变化幅值控制在0.3μm左右。
　　B. 光纤翘曲度控制在10m以上
　　C. 光纤各波长衰减特性良好
　　
　　3.2光纤涂覆
　　涂覆是光纤生产中十分重要的一个特殊过程，涂层质量对光纤强度和损耗有较大的影响。裸光纤高速进入模具被拉入涂料液中，由于光纤本身是带有热量的,因此在模具顶部的涂料粘性就低于涂料罐里的涂料粘度。这种涂料间粘度差会造成压力差，来推动涂料向上涌动。通过一定的涂覆压力，来保持模具内涂覆液面的稳定。若裸光纤温度过高（增加拉丝速度）会对涂覆液面平衡会失去控制，使涂覆不稳定，涂层产生异常。对涂覆质量和光纤性能造成影响。良好的稳定涂覆状态应包括以下几个方面：
　　a在涂覆层中无气泡或杂质；
　　b良好的涂层同心度；
　　c小的涂层直径变化。
　　在高速拉丝状况下，为了取得良好和稳定的涂覆状态，必须让光纤在进入涂覆模时保持恒定和足够低的温度（一般认为在50℃左右）。随着拉丝速度的提高，空气在光纤涂覆时混入涂层的几率大大的提高了。同时在高速拉丝时，拉丝张力也大大的提高了，由涂覆模产生的向心力和拉丝张力的相互作用的结果决定了涂覆状态的稳定性。这就要求在高速拉丝时，使用能产生更高向心力的模具和更精准的模座倾角调整系统来确保涂覆稳定性。
　　光纤高速拉丝后，曾有以下光纤涂覆不良的现象发生：
　　A. 在线拉丝时涂层径变化大且涂层偏心不良；
　　B. 涂层有气泡
　　C. 涂层与包层之间分层
　　涂层固化不良如经过以下一些工艺改进和设备调整进行涂覆优化：
　　A.
　　针对涂层径变化大的情况，优化涂覆工艺，最终使涂层径变化幅值和涂层同心度达到理想的状态
　　B.
　　针对涂层有气泡，优化冷却装置，改造冷却效能，使裸光纤在生产过程中达到均匀、效果良好的冷却。
　　C.
　　针对涂层固化不良、涂层与包层之间分层现象。对光纤涂覆后的UV固化系统进行了改进，使其达到优良的气密性；改造系统的定位确保光纤在UV固化石英管内固化时的最佳位置。
　　经过以上对相关工艺参数和设施的改良后，获得了优良的涂层质量，以保证光纤性能的稳定可靠。

　　4. 光纤测试参数和测试方法简要介绍
　　光纤布线系统安装完成之后需要对链路传输特性进行测试，其中最主要的几个测试项目是链路的衰减特性、连接器的插入损耗、回波损耗等。 下面我们就光纤布线的关键物理参数的测量及网络中的故障排除、维护等方面进行简单的介绍。
　　4.1、光纤链路的关键物理参数
　　A.衰减：
　　a) 衰减是光在光沿光纤传输过程中光功率的减少。
　　b) 对光纤网络总衰减的计算：光纤损耗（LOSS）是指光纤输出端的功率Powerout与发射到光纤时的功率Power in的比值。
　　c) 损耗是同光纤的长度成正比的，所以总衰减不仅表明了光纤损耗本身，还反映
　　了光纤的长度。
　　d) 光纤损耗因子（α）：为反映光纤衰减的特性，我们引进光纤损耗因子的概念。
　　e) 对衰减进行测量：因为光纤连接到光源和光功率计时不可避免地会引入额外的
　　损耗。所以在现场测试时就必须先进行对测试仪的测试参考点的设置。

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