新一代全波光纤

hualong0923

　　六．各种制作全波光纤的方法比较
　　制作方法 VAD+SOOT(套管) OVD+SOOT MCVD+SOOT PCVD＋套管
　　专利限制 没有 US6477305 没有(除美国国内) 法国
　　衰减 1 3 2 2
　　水峰控制 1 2 3 3
　　MFD变化控制 2 1 2 2
　　色散 3 2 1 1

　　1、2、3分别表示各种工艺制作的光纤参数控制的容易程度，1代表较容易，2代表一般，3代表较难。各种方法制作全波光纤的方法比较下来：

　　1）VAD方法生产的无水峰光纤，在衰减和水峰上具有优势，1385nm衰减水平最低可以达到0.27 dB/km,1550nm衰减达到0.187 dB/km左右。

　　2）OVD方法生产的无水峰光纤，在MFD的控制上要比VAD和MCVD法制作的要好。

　　3）MCVD方法生产的无水峰光纤在色散控制上要比OVD和VAD法生产的要好。

　　4）PCVD方法和MCVD方法生产的无水峰光纤水平相当。

　　下面简单先容一下各种工艺生产全波光纤的过程。

　　5.1 VAD制作无水峰光纤

　　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

　　各工序简单先容如下

　　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键吸取波长在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