超低损芯棒的沉积烧结成形工艺分析
日 期 2018年4月21日 【】本文选取本人在公司实习过程中的光纤超低损芯棒为载体，对超低损芯棒的沉积烧结工艺进行了分析。首先对超低损芯棒的性能和结构进行了分析，列举了超低损芯棒的常用加工工艺方法，并通过分析各个工艺的优缺点，选择了最优化的生产方案即VAD光纤生产工艺。接着对芯棒的VAD光纤生产工艺加工流程进行了分析，其中重点分析了沉积工序和烧结工序，最后对芯棒进行检查，生产出符合要求的芯棒。
目 录
引言 (1)
一、超低损芯棒工艺设计 (2)
1.1超低损芯棒的工艺性分析 (3)
1.2超低损芯棒的确定 (4)
二、沉积工艺设计 (5)
2.1沉积方案的确定 (5)
2.2芯棒沉积室基本结构 (6)
2.3松散体的形成 (7)
2.4松散体密度直径的计算 (8)
三、烧结工艺设计 (9)
3.1烧结设备组成 (9)
3.2烧结工艺气体的作用 (10)
3.3烧结前测温 (11)
3.4芯棒的生成 (12)
芯棒的成型及检验. (12)
总结 (13)
参考文献 (15)
致谢 (14)
引言
光纤通信作为现代化信息传输技术的一种方式，它以激光为光源，以光纤为传输媒介，把要传输的电信号变成光信号，再通过光纤进行传输，最后在光纤的另一端进行光电转换。
1854年，英国的丁达尔发现太阳光会随水流发生弯曲现象。1854年，英国的丁达尔发现太阳光会随水流发生弯曲现象。1953年，卡帕尼博士发明了玻璃光导纤维。1966年，高锟和霍克哈姆发表的《用于光频的光纤表面波导》奠定了现代光通信的基础。因此高锟被尊为光纤之父。1970年，美国康宁公司研制成功损耗为20dB/km的石英光纤。
目前，波长为1550nm的标准光纤损耗达到 0.18 dB/km。同年，半导体激光器实现了室温下连续工作，为光纤通信提供了理想的光源。19701974年：康宁和贝尔将石英玻璃光 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
纤损耗系数降至1.2db/km。19741980年：日本电信电话公司茨城电气通信研究所与滕仓电线公司将1200nm衰减系数降至0.47db/km，1550nm衰减系数降至0.2pb/km，并消除了水峰。1976年：美国亚特兰大第一根光缆的铺设应用标志着光纤通信从基础研究发展到商业应用阶段。从此，便开始了光纤通信迅速发展的时代。
一、 超低损芯棒工艺设计
光纤通信已广泛应用于长途干线、城域网及接入网的建设。光纤通信逐渐由传统的短波长传输窗口（1310nm）转向长波长传输窗（ 1550、1625nm ）。光纤通信日益在向高速率、大容量、长中继距离方向发展。光纤宽带综合业务用户网及接入业务网已成为发展光纤通信的重要方向。光纤通信技术不断更新，例如密集波分复用(MWDM)技术，已引起人们的兴趣并得到迅速发展。高速率、长中继通信对光纤的损耗和色散提出更高要求。为适应高速率、长中继通信的需要，应尽量减小光纤的损耗和色散，例如现在比较热门的低损耗和超低损耗光纤。
1.1超低损芯棒的工艺性分析
与普通光纤相比，超低损耗光纤的优良特性可提供网络余量，用来扩展网络跃迁跨度、扩增位点、升级到更快的比特率、增加网络组件的灵活性或延长再生器之间的距离，从而能实现更长更宽广的区域网络，来满足全球日益增长的带宽能力需求。超低损耗光纤的低损耗特性，非常适用于超长距离和大容量，高速率网络传输的应用，并由此产生一系列创纪录的应用成果。
芯棒是生产光纤最主要的部分。芯棒的尺寸和种类是多种多样的，而本次所写的G657A2芯棒是一种衰减极低的一种芯棒，其最大长度约800mm，直径100mm。我们选用轴向气相沉积工艺（VAD）的工艺进行加工，这种工艺结构简单，生产速度中等，原料利用率高，成本低，可持续生产，适合大规模的生产。该芯棒原料SICL4、GeCL4。光纤的制成顺序有沉积→烧结→测试→保温→芯棒焊接→芯棒延伸→芯棒测试→分切水洗→弯曲度测试→入库等加工制成，这里我们只分析沉积烧结工序即芯棒的加工。
超低损芯棒作为光纤拉丝的重要前组成部分，其产品的性能对之后的光纤衰减有着极其重要的影响，该光纤的工艺参数如下：
表11工艺参数
技术参数
范围值
△+
0.0026±0.0001
△
0.0014±0.0001
包芯比
2.7±0.1
光纤包芯比
（1012）±0.1
掺氟管△值
0.0044±0.0001
套装类型
贺利氏石英套管
光棒类型
在线RIC
1.2超低损芯棒成型工艺方案的确定
该芯棒包括沉积、烧结两个基本工序，可以有以下三种方案：
方案一：轴向气相沉积工艺（VAD）；
在加热的条件下，使保存在一定温度下的原料气化，送至喷灯，由喷灯喷出原料气体，在火焰中发生水解反应，产生氧化物微粒，这些微粒在初始种棒上堆积，形成预制棒。
方案二：外部气相沉积工艺（OVD）；
此技术中靶棒抽出和热应力导致多孔预制棒断裂是关键，其他工艺步骤，例如玻璃化和脱水过程与VAD工艺过程几乎相同。
方案三：化学气相沉积工艺（MCVD）。
该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。
三种方案比较见表1.1。
表12三种方案的比较
项目
VAD
OVD
MCVD
反应机理
火焰水解
火焰水解
高温氧化
沉积速率
中
高
低
原料利用率（%）
50～70%
30～50%
40～50%
单棒拉丝长度
2000～4000km
>2000km
200～300km
沉积连续性
连续
间歇
间歇
原料纯度要求
不严格
不严格
严格
目 录
引言 (1)
一、超低损芯棒工艺设计 (2)
1.1超低损芯棒的工艺性分析 (3)
1.2超低损芯棒的确定 (4)
二、沉积工艺设计 (5)
2.1沉积方案的确定 (5)
2.2芯棒沉积室基本结构 (6)
2.3松散体的形成 (7)
2.4松散体密度直径的计算 (8)
三、烧结工艺设计 (9)
3.1烧结设备组成 (9)
3.2烧结工艺气体的作用 (10)
3.3烧结前测温 (11)
3.4芯棒的生成 (12)
芯棒的成型及检验. (12)
总结 (13)
参考文献 (15)
致谢 (14)
引言
光纤通信作为现代化信息传输技术的一种方式，它以激光为光源，以光纤为传输媒介，把要传输的电信号变成光信号，再通过光纤进行传输，最后在光纤的另一端进行光电转换。
1854年，英国的丁达尔发现太阳光会随水流发生弯曲现象。1854年，英国的丁达尔发现太阳光会随水流发生弯曲现象。1953年，卡帕尼博士发明了玻璃光导纤维。1966年，高锟和霍克哈姆发表的《用于光频的光纤表面波导》奠定了现代光通信的基础。因此高锟被尊为光纤之父。1970年，美国康宁公司研制成功损耗为20dB/km的石英光纤。
目前，波长为1550nm的标准光纤损耗达到 0.18 dB/km。同年，半导体激光器实现了室温下连续工作，为光纤通信提供了理想的光源。19701974年：康宁和贝尔将石英玻璃光 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
纤损耗系数降至1.2db/km。19741980年：日本电信电话公司茨城电气通信研究所与滕仓电线公司将1200nm衰减系数降至0.47db/km，1550nm衰减系数降至0.2pb/km，并消除了水峰。1976年：美国亚特兰大第一根光缆的铺设应用标志着光纤通信从基础研究发展到商业应用阶段。从此，便开始了光纤通信迅速发展的时代。
一、 超低损芯棒工艺设计
光纤通信已广泛应用于长途干线、城域网及接入网的建设。光纤通信逐渐由传统的短波长传输窗口（1310nm）转向长波长传输窗（ 1550、1625nm ）。光纤通信日益在向高速率、大容量、长中继距离方向发展。光纤宽带综合业务用户网及接入业务网已成为发展光纤通信的重要方向。光纤通信技术不断更新，例如密集波分复用(MWDM)技术，已引起人们的兴趣并得到迅速发展。高速率、长中继通信对光纤的损耗和色散提出更高要求。为适应高速率、长中继通信的需要，应尽量减小光纤的损耗和色散，例如现在比较热门的低损耗和超低损耗光纤。
1.1超低损芯棒的工艺性分析
与普通光纤相比，超低损耗光纤的优良特性可提供网络余量，用来扩展网络跃迁跨度、扩增位点、升级到更快的比特率、增加网络组件的灵活性或延长再生器之间的距离，从而能实现更长更宽广的区域网络，来满足全球日益增长的带宽能力需求。超低损耗光纤的低损耗特性，非常适用于超长距离和大容量，高速率网络传输的应用，并由此产生一系列创纪录的应用成果。
芯棒是生产光纤最主要的部分。芯棒的尺寸和种类是多种多样的，而本次所写的G657A2芯棒是一种衰减极低的一种芯棒，其最大长度约800mm，直径100mm。我们选用轴向气相沉积工艺（VAD）的工艺进行加工，这种工艺结构简单，生产速度中等，原料利用率高，成本低，可持续生产，适合大规模的生产。该芯棒原料SICL4、GeCL4。光纤的制成顺序有沉积→烧结→测试→保温→芯棒焊接→芯棒延伸→芯棒测试→分切水洗→弯曲度测试→入库等加工制成，这里我们只分析沉积烧结工序即芯棒的加工。
超低损芯棒作为光纤拉丝的重要前组成部分，其产品的性能对之后的光纤衰减有着极其重要的影响，该光纤的工艺参数如下：
表11工艺参数
技术参数
范围值
△+
0.0026±0.0001
△
0.0014±0.0001
包芯比
2.7±0.1
光纤包芯比
（1012）±0.1
掺氟管△值
0.0044±0.0001
套装类型
贺利氏石英套管
光棒类型
在线RIC
1.2超低损芯棒成型工艺方案的确定
该芯棒包括沉积、烧结两个基本工序，可以有以下三种方案：
方案一：轴向气相沉积工艺（VAD）；
在加热的条件下，使保存在一定温度下的原料气化，送至喷灯，由喷灯喷出原料气体，在火焰中发生水解反应，产生氧化物微粒，这些微粒在初始种棒上堆积，形成预制棒。
方案二：外部气相沉积工艺（OVD）；
此技术中靶棒抽出和热应力导致多孔预制棒断裂是关键，其他工艺步骤，例如玻璃化和脱水过程与VAD工艺过程几乎相同。
方案三：化学气相沉积工艺（MCVD）。
该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。
三种方案比较见表1.1。
表12三种方案的比较
项目
VAD
OVD
MCVD
反应机理
火焰水解
火焰水解
高温氧化
沉积速率
中
高
低
原料利用率（%）
50～70%
30～50%
40～50%
单棒拉丝长度
2000～4000km
>2000km
200～300km
沉积连续性
连续
间歇
间歇
原料纯度要求
不严格
不严格
严格
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