Методы изготовления оптических волокон с малыми потерями

Волоконн0-оптические световоды с малым затуханием света изготавливаются 2-мя методами: традиционными методами двойного тигеля и разделения фаз и методами, основанными на процессе химического парафазного осаждения, получившими название СVD-процесс (СVD- Chemacal Vapor Deposition). Традиционные методы применяются для изготовления оптических волокон из многокомпанентных стекол и из полимеров, они не обеспечивают необходимого уровня чистоты материалов и изготавливаемые из них оптические волокна имеют большие потери (от 100 до 1000 дБ/км). Они применяются в коротких (до 100 м) ВОЛС, работающих в ограниченном спектральном диапазоне. СVD процессы позволяют получать чрезвычайно высокой степени чистоты и изготовленные по такой технологии волокна обладают очень малыми потерями (до 0.2 ДБ/км) в широком спектральном диапазоне длин волн.

В СVD-методе изготовление волокон разделяется на две основные стадии: изготовление заготовки и вытяжка волокна из заготовки. Для вытяжки волокон используется практически одинаковая технология и оборудование, и все различия в методах изготовления волокон проявляются только на стадии изготовления волокон. Эти различия обусловлены в основном тем, что для массового производства волокон необходимы заготовки большого размера. Изготавливать их, учитывая относительно небольшие скорости процесса химического парафазного осаждения, достаточно сложно.

Рис.4.1. Размеры заготовок для телекоммуникационных волокон

а) заготовка весом в 7 кг, из которой можно вытянуть 250 км волокна за 3,5 часа

б) самая большая заготовка (изготовленная методом VAD) весом в 80 кг. Из нее можно вытянуть 3000 км волокна.

Время, затрачиваемое на изготовление заготовок, как, правило, велико и ограничено в основном низкой скоростью осаждения слоев кварцевого стекла

, (4.1)

где - масса осажденного стекла (- диаметр заготовки,- длина заготовки, = 2,2 г/см³ – плотность стекла), - скорость осаждения слоев.

В различных вариантах СVD процессов скорость осаждения слоев изменяется в достаточно широких пределах от 0,5 г/мин до 6 г/мин. Для того чтобы изготовить заготовку массой в 7 кг, обеспечивающую вытяжку ~250 км волокна диаметром 125 мкм даже при самой высокой скорости осаждения (~6г/мин) потребуется весьма значительное время (~20 часов). Если скорость осаждения будет заметно ниже, то изготовить такую большую заготовку только путем осаждения нереально. В этом случае используют комбинированный метод. Сердцевину заготовки из сверхчистого кварцевого стекла изготавливают с помощью СVD процесса, а затем на нее надевают кварцевую трубку (жакетируют) или каким-либо другим путем осаждают слой кварцевого стекла.

В настоящее время при производстве волокон с малыми потерями применяются три основных варианта СVD процесса:

· внутреннее парафазное осаждение (IVD-Inside Vapor Deposition), его часто обозначают как MCVD-Modified Chemical Vapor Deposition – модифицированное химическое парафазное осаждение;

· внешнее парафазное осаждение (OVD – Outside Vapor Deposition);

· осевое парафазное осаждение (VAD -Vapor Deposition).

Далее мы рассмотрим кратко все эти варианты, но вначале рассмотрим СVD процесс, с которого началась разработка кварцевых оптических волокон и в котором содержатся все принципиальные решения, обеспечивающие успех новым методам изготовления оптических волокон.

Дата добавления: 2014-01-20