常規光纖的制備工藝稱為兩步法,即:預制棒制備和光纖拉制。保偏光纖的工藝過程要復雜一些,但是也需要從制備常規光纖的預制棒開始。
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保偏光纖
預制棒的制備
兩步法的第一步是預制棒的制備,這一步采用的是化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition)技術。其有很多類型,包括MCVD、PCVD和FCVD等,區別主要在于加熱形式的不同。
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預制棒的制備
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預制棒的制備
其中MCVD(modified chemical vapor deposition)工藝由貝爾實驗室于1974年開發。這時石英玻璃管作為包層,將由SiCl4(氯化硅)、GeCl4(氯化鍺)和其它化學物質組成的氣態混合物導入其中,化學氣體在玻璃管內混合,左右往返行進的氫氧焰沿著包層外部移動對其加熱,引起化學反應,并使沉積的材料燒結在管子內部(氣相沉積)。
石英玻璃管在車床上勻速旋轉,形成均勻的沉積層。沉積的過程需要控制溫度、濃度等條件來控制光纖的折射率、膨脹系數和熔點等參數。隨著沉積層數變多,壁厚增大,內徑減小;最終通過壓力調整“抽掉”玻璃管的中空部分(熱熔縮),變成實芯的玻璃棒。
預制棒就基本制備完成,一般完成后還會進行折射率分布的檢查,有時會拉伸到合適的直徑,按照一定條件儲存,以用于下一步的光纖制造。
保偏光纖的工藝和傳統標準單模光纖有所不同,在獲得預制棒后還需對其進行進一步處理。
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保偏光纖
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保偏光纖制備
比如對于熊貓型保偏光纖,要在纖芯兩側對稱鉆出兩個尺寸一致的平行孔,這兩個孔是為一對應力棒設計的。應力棒的制備也是通過CVD技術,只是將摻雜材料換成了硼材料。(在供選擇的玻璃材料中,硼硅玻璃是比較合適的一種材料,和石英玻璃存在不同的玻璃態溫度,所以和石英玻璃同時拉制光纖后,可以把應力固化在玻璃絲內,從而提高光纖的雙折射。)將一對應力棒分別套入兩個孔內,即可形成完整的熊貓型保偏光纖預制棒。
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保偏光纖制備
對制作好的預制棒進行拉絲
第二步是要對制作好的預制棒進行拉絲。這一步中使用的光纖拉制設備尺寸上要比MCVD高的多,比如通訊光纖拉絲塔有的可以達到幾十米高,特種光纖拉絲塔不需要太高,但是一般也接近10米。
光纖預制棒制備完成后,需要清洗、檢驗等等的工序,之后裝入拉絲塔。
保偏光纖的拉制和普通的單模光纖有些不同,增加了一些密封接頭結構。其余的光纖拉制工藝接近,光纖拉絲塔內有一個石墨爐,可產生1700-2000度的高溫,將預制棒逐漸送入高溫爐,使預制棒軟化,再由拉絲輪卷繞而拉成細長的光纖。
通過其中激光測微計來精確控制直徑以得到125μm粗細的光纖,然后涂上二層樹脂并及時烘干來增強結構的強度。
最后還需要對成品光纖進行測試,內容主要包括:抗拉強度、折射率、光纖結構、衰減、信息承載能力(帶寬)、色散、工作溫度和濕度范圍等。
經過上述步驟,就可以得到我們所需要的保偏光纖了。
編輯:jq
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原文標題:保偏光纖的制備
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