光纤作为光传导工具,目前被广泛应用在各类工业和通讯领域之中。通过对光纤纤芯和包层掺杂浓度的控制,使包层的折射率略低于纤芯的折射率。这样,按几何光学的全反射原理,光纤就被束缚在纤芯中进行传输了。然而光纤制造工艺却是一项非常复杂的流程,不仅需要高端的制造设备,其对原材料纯度和拉制精度的要求也非常高。
光纤是如何被制造出来的
光纤是光导纤维的简称,是利用光的全反射原理制造的,用于传播光束的细小而柔软的传输介质。是用石英玻璃或者特别塑料拉成的柔软细丝,直径在几个μm到120μm之间。光纤一般由纤芯、包层、涂覆层三个部分组成,最外层还有用于保护光纤的护套。
图1.光纤的一般结构
图2.光纤的制造过程
光纤的制造工艺主要分为1.原材料筛选2.预制棒的制备3.拉制4.检测筛选。其中预制棒制备和拉制是光纤制造的主要难点。
预制棒的制备:
通信领域所用光纤预制棒一般长一到数米,单根光棒可通过拉丝生产上千公里光纤。芯棒是以高纯四氯化硅、四氯化锗为原料,在氢氧焰或甲烷焰作用下经高温熔融形成的具有不同折射率的高纯 SiO2。光棒成品的质量及特性(如纯度、强度、有效折射率、衰减程度)对光纤有重大影响。
光纤预制棒由芯棒和包层组成,其芯棒有多种生产方式,主要原理是基于气相沉积法,当前普遍采用:改进的化学气相沉积法(MCVD)、轴向气相沉积法(VAD)、棒外化学气相沉积法(OVD)和等离子化学气相沉积法(PCVD)四大主流工艺。光棒外部包层制造一般采用套管法(早期是 RIT,后来演进为 RIC)和全合成法(OVD、VAD)。
图3.预制棒拉丝流程
拉制:
预制棒制备完毕后,需要对预制棒进一步做拉丝处理。
拉伸炉使预制棒在高温下(2000~2200℃)熔融,在重力的作用下往下垂,并形成细丝,经直径监控设备检测达到标准后,就可以穿过涂覆器,使得光纤表变涂上了保护层。在经过紫外固化炉的固化,涂层就紧密结合在光纤表面,涂覆后的光纤由牵引轮牵引收到线轴上。而这个过程中,正确精准地控制拉丝温度、收丝速度是至关重要的。
最后,还需要对成品光纤进行一系列的性能测试,包括带宽、损耗、拉力强度等。如果这一切都符合标准,光纤的制作就完成了。
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