Технологія виготовлення оптичного волокна
Зміст
Технологія виготовлення заготовок для виробництва оптичного волокна
Оптичне волокно виготовляється під час кількох технологічних операцій. Спочатку виготовляють заготовки для оптичного волокна. Вони являють собою скляні стрижні, що складаються зі скла серцевини та скла оболонки. Далі з цих заготовок, при сильному нагріванні одного кінця, виробляється витяжка в волоконний світловод, при цьому одночасно наноситься первинне покриття буферне, що є його захисною оболонкою.
Одним з перших методів виготовлення волоконних світловодів був метод «стрижень у трубці», при якому стрижень з високочистого кварцового скла як серцевина всувалася в трубку з кварцового скла з меншим показником заломлення, що служить оболонкою. Недолік методу в тому, що будь-які дрібні пошкодження та домішки на їх граничній поверхні після витяжки світловоду призводять до великих величин загасання (до 500 - 1000 дБ/км) і, крім того, цим методом можна виготовити тільки багатомодові світловоди зі ступінчастим профілем показника.
Другий метод - "подвійного тигля" або метод "сумісного розплаву". При цьому світловод витягується з розплаву, де компоненти серцевини та оболонки плавляться у двох різних тиглях. За рахунок дифузії чи іонного обміну між склом серцевини та склом оболонки можна виготовляти волоконні світловоди з градієнтним профілем показника заломлення. У цьому методі вдається отримати волокна із загасанням від 5 до 20 дБ/км. за довжини хвилі 850 нм.
Наступний метод «поділу фаз» при якому стрижень з натрійборселікатного скла витримується тривалий час при температурі 600° С. За цей час перехідні метали, такі як Fe і Cu, збираються внатрійборатстеклофазе і далі вилуговуються за допомогою кислоти. Пориста заготовка, що вийшла, просочується розчином нітрату цезію і промивається. З такої заготовки одержують волоконні світловоди зі ступінчастим та градієнтним профілем, із загасанням від 10 до 50 дБ/км. за довжини хвилі 850 нм.
Прорив у виробництві оптичних волокон був досягнутий при виробництві заготовок методом парофазного осадження - способу, який вперше був використаний у 1970 американською фірмою Соrning Inc. При цьому методі осадження скла може відбуватися на зовнішній поверхні затравочного стрижня, що обертається (OVD method, Outside Vapor Deposition), на торцевій поверхні стрижня з кварцового скла (VAD method, Vapor Axial Deposition) або на внутрішній поверхні обертової опорної трубки з до , Inside Vapor Deposition). При цих методах осадження скла відбувається за рахунок реакції розкладання сильнолетких високочистих сполук у киснево-водневому або плазмовому полум'ї. [1]
Гази типу чотирихлористого кремнію SiCl4 і чотирихлористого германію GeCl4 вводяться разом з киснем з одного боку до заготівлі. При цьому заготовка, що обертається, нагрівається за допомогою зовнішнього пальника, з температурою нагріву до 1600°C (1900°K, 3000°F). При цьому в результаті реакції виходять частинки кварцу і діоксиду германію. При цьому умови реакції обрані так, щоб забезпечити реакцію в газовій фазі по всьому об'єму реактора (труби), на відміну від більш ранніх методів, де реакція відбувалася тільки на поверхні заготівлі.
Технологія витяжки оптичного волокна із заготовок
Для витягування волокна заготівля закріплюється вертикально у патроні витяжної установки. Положення патрона у вертикальному напрямку регулюється звикористанням механізму, що подає. Нижній кінець заготовки нагрівають до температури 2000°З допомогою нагрівального елемента, так що можна витягувати волокно вниз з заготовки, що плавиться. Для того щоб діаметр волоконного світловода залишався постійним і необхідної величини, необхідно забезпечити можливість точного регулювання швидкості витяжки (зазвичай 300 м/хв) і механізму, що подає за допомогою системи автоматичного управління.
Під час витягування геометричні співвідношення скла серцевини та оболонки залишаються незмінними, хоча зменшення діаметра заготовки по відношенню до діаметра волоконного світловоду можливе у співвідношенні до 300 : 1. Таким чином, при витяжці профіль показника заломлення залишається незмінним.
Безпосередньо за вимірювальним приладом для контролю діаметра навколо волокна наноситься первинне захисне покриття. Таке полімерне покриття, зазвичай має двошарову структуру, призначене для збільшення міцності волоконного світловода, для захисту його від зовнішніх впливів, механічних мікрозгинів та спрощення операцій з подальшої роботи з волоконним світловодом. Це полімерне покриття полімеризується під впливом тепла або ультрафіолетового УФ-випромінювання. Після зміцнення покриття світловод проходить по системі роликів, в якій він піддається впливу зусилля, що розтягує, яке може регулюватися з великою точністю. Світловод повинен витримувати це навантаження до того, як він буде намотаний на циліндричний барабан.