Способы изготовления волокон

 

Существует несколько способов изготовления оптических волокон:

· Непосредственное вытягивание волокна;

· Из так называемой заготовки. Волокно затем вытягивается из заготовки.

Для непосредственного вытягивания используются два метода:

· Двухтигельный метод;

· Метод "Стержень в трубе".

Рис. 30 Двухтигельный метод вытягивания оптического волокна.

 

Расплавленное стекло сердцевины помещается во внутренний тигль, а расплавленное стекло оболочки помещается во внешний. Оба стекла вместе приходят к основанию внешнего тигля и волокно вытягивают. Таким методом могут быть получены длинные волокна.

Также этим методом могут быть получены волокна со ступенчато – и плавно изменяющимся (в поперечном сечении) показателем преломления.

 

Рис. 31 Метод вытягивания волокна "стержень в трубе".

 

Стержень из стекла сердцевины помещают внутрь трубки из стекла оболочки. Конец этой сборки нагревают; стекло размягчается и волокно вытягивают.

Стержень и трубка обычно длиной 1 м. Сердцевина обычно имеет диаметр 30 мм. Сердцевина и оболочка должны иметь одинаковые температуры размягчения. Этот метод относительно прост, однако необходимо не допускать загрязнения между сердцевиной и оболочкой.

Технологии осаждения.

Многие оптические волокна изготавливают из заготовок. Заготовки изготавливают с помощью осаждения диоксида кремния и различных легирующих примесей из определенных химических элементов. Затем волокно вытягивают из заготовки.

Много технологий используется для изготовления заготовок. Среди них:

· MCVD (модифицированное химическое осаждение из газовой фазы);

· PMCVD (плазменное модифицированное химическое осаждение из газовой фазы);

· OVD (внешнее осаждение паров);

· AVD (осевое осаждение паров).

Химические элементы.

Кислород и тетрахлорид кремния взаимодействуя между собой, образуют диоксид кремния SiO₂. Чистый диоксид кремния активируется одним из химичеких элементов такими как оксид бора В₂О₃, диоксид германия GeO₂ и оксидом фосфора P₂O₅ для изменения коэффициента преломления стекла.

Рис. 31 Структурная схема MCVD осаждения.

 

Рис. 33 MCVD осаждение.

 

Химические элементы смешиваются внутри стеклянной вращающейся трубки, закрепленной на токарном станке. Они взаимодействуют и чрезвычайно маленькие частицы германо- или фосфатосиликатных стекол осаждаются на внутренней стороне трубки. Перемещающаяся вдоль трубы горелка выполняет следующие функции:

· Вызывает реакцию, имеющую место в трубке;

· Расплавляет осажденный материал.

Заготовка осаждается слой за слоем, начиная со слоя оболочки и следующие за ним слои сердцевины.

Изменяя состав химических элементов, изменяется показатель преломления стекла. Когда осаждение закончено, трубку сжимают при температуре 2000⁰ С в заготовку из чистейшего кварца и сердцевины с различным составом. Затем заготовку помещают в печь для вытягивания волокна.

PCMVD

 

Рис. 33 Структурная схема PCMVD осаждения.

 

PCMVD подобно процессу MCVD. Отличие заключается в использовании плазмы вместо горелки. Плазма является зоной нагретых электрически ионизированных газов. Это обеспечивает достаточное количество тепла для увеличения скорости химической реакции внутри трубки и скорости осаждения.

Эта технология может использоваться для изготовления очень длинных волокон (50 км.).

Можно получать волокна, как со ступенчато, так и плавно изменяющимся показателем преломления.

Химические пары окисляются в пламени, в процессе называемом гидролиз.

Осаждение осуществляется с внешней стороны кварцевого стержня, также горелка перемещается вдоль стержня.

Когда осаждение заканчивается, стержень убирают и итоговую трубку термически сжимают.

 

Рис. 34 Структурная схема OVD осаждения.

 

Осаждение происходит на конце вращающегося кварцевого буля.

Можно получать волокна, как со ступенчато, так и плавно изменяющимся показателем преломления.

 

Рис. 35 Структурная схема AVD осаждения.

Процесс получения волокна из заготовок.

 

Рис. 36 Заготовка.

 

Все технологии осаждения производят заготовки. Они обычно 1 м. длиной и 2 см. диаметром, но эти размеры меняются производителем. Заготовка является одним шагом от получения оптического волокна. Этот шаг включает в себя процесс, называемый вытягиванием.

В течение последнего этапа производства много вещей происходит с волокном:

· Волокно вытягивают из заготовки;

· Проверяют его качество;

· Покрывают защитное покрытие;

· Наматывают его на катушку.

 

Рис. 37 Вытягивание волокна.

Рис. 38 Лазерный технологический комплекс для вытягивания волокна фирмы ВЕТА.

 

Конец заготовки нагревают в печи до температуры 2000⁰ С. Так как стекло размягчается, тонкая нить размягченного стекла падает под действием силы тяжести и остывает. Так как волокно вытягивается, его диаметр постоянно контролируется. Затем применяется пластиковое покрытие, до того как волокно соприкоснется с какими – либо компонентами. Покрытие защищает волокно от пыли и влаги. В конце волокно наматывают на катушку.