регистрация /  вход

Обзор технологий изготовления оптических телекоммуникационных волокон и связанные с ними инновац (стр. 1 из 3)

Введение

На протяжении последних лет в производстве опти­ческих волокон произошли серьезные изменения в плане применяемых технологий. Колебания спроса и снижение цен на оптические телекоммуникационные волокна привели к необходимости разработки новых экономически эффектив­ных технологий изготовления и новых конструкций волокон. В настоящей статье описаны принятые в отрасли технологии производства оптических телекоммуникационных и специ­альных волокон, а также представлены несколько послед­них инновационных решений для изготовления заготовок и волокон. Телекоммуникационные оптические волокна производятся в очень больших объемах (свыше 100 млн км одномодового волокна, соответствующего ITU-T 652, в год) и имеют малое количество подкатегорий. Стимулом для разработки инновационных технологий является стрем­ление к сокращению производственных расходов, повыше­нию производительности, достижению экономии, обуслов­ленной ростом масштабов производства, и улучшению характеристик оптического волокна. Волокна специального назначения, наоборот, производятся небольшими партиями, с многочисленными типами конструкций (подкатегорий), продаются метрами, при этом стимулом для новых техно­логических решений служат требования гибкости произ­водства в связи с постоянно изменяющимися конструкци­ями оптических волокон.

Обзор технологий изготовления оптических

телекоммуникационных волокон и связанные

с ними инновационные решения

Стандартная последовательность технологического процесса производства одномодовых оптических волокон состоит из следующих этапов: изготовление заготовки серд­цевины оптического волокна (Core), наращивание оболочки (Clad), вытяжка заготовки в волокно (Draw) и, наконец, прове­дение испытаний на соответствие качества волокна (испы­тание на прочность, проверка геометрических параметров и оптические испытания) (QC).

Core

>

Clad

>

Draw

>

QC

Рис. 1. Этапы технологического процесса

Изготовление заготовки сердцевины одномодового оптического волокна

Заготовка сердцевины определяет качество и эксплу­атационные характеристики волокна и поэтому является его наиболее важной частью. К известным процессам изготовления сердцевины относятся следующие: VAD, OVD, PCVD, MCVD и FCVD. Наиболее широко применяются методы VAD и OVD

Рис. 2. Сердцевина ( Core ) и оболочка ( Clad ) оптического волокна

Развитие в направлении создания оптических воло­кон с низким и нулевым пиком воды (ITU-T 652D) приводит к новой проблеме, которую должна учитывать технология изготовления волокон: необходимость сокращения погло­щения гидроксильных групп OH

Процесс изготовления сердцевины волокна методом VAD

Метод осевого парофазного осаждения (VAD), изобре­тенный в 1970 году в Японии, представляет собой химиче­ский процесс гидролиза в пламени, при котором в резуль­тате реакции паровой фазы формируются наночастицы стекла, образующие окиси. Частицы (SiO2, GeO2) осажда­ются в осевом направлении на вращающемся кварцевом стержне путем термофорезного осаждения [4]. Пористая заготовка затем спекается (дегидратируется и остекловывается), а потом вытягивается в стержень, готовый к нара­щиванию оболочки. Метод VAD лучше всего подходит для изготовления оптических волокон с низким содержанием гидроксильных групп, но он также является очень трудным процессом для промышленного производства. В тради­ционной технологии осаждения по методу VAD использу­ются концентрические кварцевые горелки, изготовленные в стекольных мастерских, и небольшие камеры осаждения с естественным потоком воздуха. Компания Nextrom разра­ботала новый процесс VAD с использованием металличе­ских горелок с калиброванными отверстиями и большой камерой осаждения с принудительным потоком воздуха [3].

Металлическая горелка выполнена из обработанного на прецизионном станке металлического газораспределителя с коррозионностойкой трубкой и образует тепловой и хими­ческий барьер путем подачи чистого воздуха, основанный на эффекте Вентури. Образование пламени и химическая реакция происходят в ламинарном потоке чистого воздуха. Это дает возможность получать очень точное и повторяе­мое осаждение, контролировать при помощи конструкции объем и скорость газов, использовать стандартные рецептуры, поскольку они ведут себя единообразно на любой установке для осаждения. Большая камера с принудитель­ным потоком воздуха имеет раздельные выпускные отвер­стия для сердцевины и оболочки с минимальным осажде­нием на стенках камеры, обеспечивает хорошую возмож­ность контроля нежелательного вторичного осаждения, а также повышения стабильности пламени благодаря лами­нарной зоне осаждения. Такая конструкция камеры успешно используется для производства оптических волокон с низким пиком воды при скорости осаждения 6 г/мин. В настоящее время ведутся дальнейшие разработки с целью повыше­ния производительности этих установок.

Рис. 3. Метод осаждения VAD

Процесс изготовления сердцевины волокна методом OVD

Метод наружного парофазного осаждения (OVD), как и метод VAD, представляет собой процесс гидролиза в пламени. В отличие от метода VAD, в котором традици­онно применяются концентрические кварцевые горелки, для процесса OVD производители всегда использовали метал­лические горелки. Использование металлических горелок не оказывало отрицательного воздействия на качество оптиче­ского волокна. Это показал опыт прокладки более 200 млн км оптического волокна, изготовленного с использованием таких горелок, за последние 20 лет. Более того, сравни­тельные испытания волокон свидетельствуют о том, что эксплуатационные характеристики волокна, полученного методом OVD, не отличаются от соответствующих характе­ристик волокна, изготовленного по методу VAD, за исключе­нием содержания воды: волокна типа G652, изготовленные методом OVD, отличаются более высоким пиком поглоще­ния гидроксильных ионов, чем волокна, полученные мето­дом VAD. С другой стороны, процесс изготовления серд­цевины OVD характеризуется более высокими скоростями осаждения – 24–36 г/мин благодаря использованию двух-и трехшпиндельных станков, соответственно.

Процессы изготовления

сердцевины волокна методами MCVD и FCVD

Модифицированный метод химического парофазного осаждения (MCVD) заключается в процессе образования субмикронных частиц кварца в результате окисления SiCl4 и последующем осаждении ультрадисперсного порошка SiO2 и GeO2 внутри высококачественной вращающейся опор­ной трубы. Эта технология используется с 1980-х годов и представляет собой простой процесс послойного осажде­ния. В процессе MCVD источником тепла являются распо­ложенные снаружи кислородно-водородные горелки, в то время как в процессе FCVD (метод химического парофаз-ного осаждения с помощью печи) источником тепла явля­ется печь. После того, как произошло осаждение, трубка «схлопывается» в стержень, обычно на том же станке для изготовления заготовок. Метод MCVD широко применяется для изготовления оптических волокон специального назна­чения, поскольку он позволяет легко контролировать пока­затель преломления каждого слоя. Однако этот метод уже не так широко используется в производстве телекоммуни­кационных оптических волокон, так как он не дает возмож­ности изготавливать очень большие заготовки, длина зоны осаждения часто ограничивается 1 метром, и, кроме того, горелки O2 /H2 (кислородно-водородные), применяемые для нагрева и «схлопывания» опорной трубы, не позволяют производить волокна с низким пиком воды. Усовершен­ствованный вариант этого метода с использование нагре­вательной печи вместо горелок (FCVD) позволяет сокра­тить содержание гидроксильных групп (OH) в заготовке и изготавливать волокна с низким пиком воды. Он также позволяет увеличить «полезный» размер опорной трубы

Рис. 4. Нагревательная печь для процесса FCVD

Путем сокращения соотношения B/A (диаметр осажден­ной оболочки относительно диаметра осажденной серд­цевины волокна) можно увеличить размер заготовки для сердцевины и производить заготовки размером до 120 мм. Технология FCVD применяется на протяжении нескольких лет компаниями Silitec, Draka и другими для производства оптических волокон с низким пиком воды.

Процесс PCVD

Плазменный метод химического парофазного осажде­ния (PCVD), изобретенный компанией Philips в 1980-х годах, запатентованный и принадлежащий компании Draka, так же как и методы MCVD/FCVD, представляет собой процесс внутреннего осаждения. Единственным существенным отли­чием является то, что источником тепла, используемым для спекания осажденного ультрадисперсного порошка внутри опорной трубы, служит расположенная внутри плазма низкого давления, создаваемая радиочастотным полем. Это позво­ляет очень точно контролировать процесс спекания слоев, что обеспечивает более точный контроль профиля показа­теля преломления, особенно, в случае оптических волокон с градиентным показателем преломления, но в то же время при этом допускается значительное включение легирую­щих примесей. Развитие этой технологии для изготовле­ния телекоммуникационных оптических волокон идет в том же направлении, что и развитие технологии MCVD, то есть целью дальнейшего развития является изготовление заго­товок сердцевины волокна с меньшим соотношением B/A и стержней для изготовления сердцевины с большими диаме­трами, что приведет к повышению производительности.


Дарим 300 рублей на твой реферат!
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!
Мы дарим вам 300 рублей на первый заказ!