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1、第五章 光纤光光缆制造造工艺及及设备重点内容容:原料料提纯工工艺、预预制棒汽汽相沉积积工艺、拉拉丝工艺艺、套塑塑工艺、余余长形成成、松套套水冷、绞绞合工艺艺、层绞绞工艺难点: 汽相沉沉积工艺艺参数确确定、拉拉丝环境境保护、余余长的控控制、梯梯度水冷冷的控制制、绞合合参数的的选择主要内容容:（1）光光纤制造造工艺光纤原料制备及提纯质量检测与控制光纤预制棒熔炼及表面处理合格光纤拉丝及一次涂覆工艺二次涂覆工艺光纤张力筛选及着色工艺(2)缆缆芯制造造工艺（成成缆工艺艺）中心管式单元带状光纤紧套光纤松套光纤层绞式单元加强件张力筛选合格一次着色光纤性能检测骨架式缆芯单元光纤防水油膏光纤防水石油膏绞合机光缆
2、油膏阻水带包扎带填充绳光纤防水油膏性能检测二次套塑塑 缆芯芯 (3)护护套挤制制工艺合格的缆芯检验光缆油膏内护套装铠外护套打印标记检验加强件阻水带包扎带填充绳护套胶 成成品光缆缆图500-1光光纤光缆缆制造工工艺流程程图通信用光光纤是由由高纯度度SiOO2与少量量高折射射率掺杂杂剂GeeO2、TiiO2、All2O3、ZrrO2和低折折射率掺掺杂剂SSiF44(F)或B22O3或P2O5等玻璃璃材料经经涂覆高高分子材材料制成成的具有有一定机机械强度度的涂覆覆光纤。而而通信用用光缆是是将若干干根（1121160根根）上述述的成品品光纤经经套塑、绞绞合、挤挤护套、装装铠等工工序工艺艺加工制制造而成
3、成的实用用型的线线缆产品品。在光光纤光缆缆制造过过程中，要要求严格格控制并并保证光光纤原料料的纯度度，这样样才能生生产出性性能优良良的光纤纤光缆产产品，同同时，合合理的选选择生产产工艺也也是非常常重要的的。目前前，世界界上将光光纤光缆缆的制造造技术分分成三大大工艺.5.0.1光纤纤制造工工艺的技技术要点点:1.光纤纤的质量量在很大大程度上上取决于于原材料料的纯度度，用作作原料的的化学试试剂需严严格提纯纯，其金金属杂质质含量应应小于几几个pppb，含含氢化合合物的含含量应小小于1pppm，参参与反应应的氧气气和其他他气体的的纯度应应为6个个9（999.999999）以以上，干干燥度应应达880露
4、露点。2.光纤纤制造应应在净化化恒温的的环境中中进行，光光纤预制制棒、拉拉丝、测测量等工工序均应应在1000000级以上上洁净度度的净化化车间中中进行。在在光纤拉拉丝炉光光纤成形形部位应应达1000级以以上。光光纤预制制棒的沉沉积区应应在密封封环境中中进行。光光纤制造造设备上上所有气气体管道道在工作作间歇期期间，均均应充氮氮气保护护，避免免空气中中潮气进进入管道道，影响响光纤性性能。3.光纤纤质量的的稳定取取决于加加工工艺艺参数的的稳定。光光纤的制制备不仅仅需要一一整套精精密的生生产设备备和控制制系统，尤尤其重要要的是要要长期保保持加工工工艺参参数的稳稳定，必必须配备备一整套套的用来来检测和和
5、校正光光纤加工工设备各各部件的的运行参参数的设设施和装装置。以以MCVVD工艺艺为例：要对用用来控制制反应气气体流量量的质量量流量控控制器（MMFC）定定期进行行在线或或不在线线的检验验校正，以以保证其其控制流流量的精精度；需需对测量量反应温温度的红红外高温温测量仪仪定期用用黑体辐辐射系统统进行检检验校正正，以保保证测量量温度的的精度；要对玻玻璃车床床的每一一个运转转部件进进行定期期校验，保保证其运运行参数数的稳定定；甚至至要对用用于控制制工艺过过程的计计算机本本身的运运行参数数要定期期校验等等。只有有保持稳稳定的工工艺参数数，才有有可能持持续生产产出质量量稳定的的光纤产产品。5.0.2光缆缆
6、缆芯制制造工艺艺的技术术要点：每种光缆缆都有自自己的生生产工艺艺，因为为它们之之间存在在着不同同的性能能要求和和结构型型式，所所以各部部分材料料不尽相相同，结结构方面面存在差差异。故故生产过过程中都都有自己己的生产产工艺流流程。但但是各种种光缆的的基本制制造工艺艺流程是是基本相相同的。成成缆工艺艺首先要要做两方方面的准准备并应应注意这这样几点点技术要要点：（1）选选择具有有优良传传输特性性的光纤纤，此光光纤可以以是单模模光纤也也可以是是多模光光纤，并并对光纤纤施加相相应应力力的筛选选，筛选选合格之之后才能能用来成成缆；（2）对对成缆用用各种材材料，强强度元件件，包扎扎带，填填充油膏膏等进行行抽
7、样检检测，1100的检查查外形和和备用长长度，同同时，按按不同应应用环境境，选择择专用的的成缆材材料。（3）在在层绞结结构中要要特别注注意绞合合节距和和形式的的选择，要要合理科科学，作作到在成成缆、？设和使使用运输输中避免免光纤受受力。（4）在在骨架式式结构中中注意光光纤置入入沟槽时时所受应应力的大大小，保保证光纤纤既不受受力也不不松驰跳跳线。（5）中中心管式式结构中中特别注注意中心心管内部部空间的的合理利利用，同同时注意意填充油油膏的压压力与温温度的控控制。5.0.3光缆缆外护套套挤制工工艺的技技术要点点根据不同同使用环环境，选选择不同同的护套套结构和和材料，并并要考虑虑？设效效应和老老化效
8、应应的影响响。在挤挤制内外外护套时时，注意意挤出机机的挤出出速度、出出口温度度与冷却却水的温温度梯度度、冷却却速度的的合理控控制，保保证形成成合理的的材料温温度性能能。对于于金属铠铠装层应应注意铠铠装机所所施加压压力的控控制。5.1光光纤原料料、制备备与提纯纯工艺5.1.1光光纤原料料特点1SiiO2光纤原原料试剂剂与制备备制备SiiO2石英系系光纤的的主要原原料多数数采用一一些高纯纯度的液液态卤化化物化学学试剂，如如四氯化化硅（SSiCll4）, 四四氯化锗锗（GeeCl44），三氯氯氧磷（PPOCll3）, 三三氯化硼硼（BCCl3）, 三三氯化铝铝（AllCl33）,溴化化硼（BBBr3
9、3），气气态的六六氟化硫硫（SFF6）,四四氟化二二碳(CC2F4)等。这这些液态态试剂在在常温下下呈无色色的透明明液体，有有刺鼻气气味，易易水解，在在潮湿空空气中强强烈发烟烟，同时时放出热热量，属属放热反反应。以以SiCCl4为例，它它的水解解化学反反应式如如下：SiCll4+2HH2O 4HHCl+SiOO2 (5-1-11)SiCll4+4HH2O H4SiOO4+4HHCl (5-1-22)由于卤化化物试剂剂的沸点点低，SSiCll4试剂的的沸点在在57.6，故易易汽化，故故提纯工工艺多采采用汽相相提纯。SSiCll4的化学学结构为为正四面面体，无无极性，与与HCll具有同同等程度度的
10、腐蚀蚀性，有有毒。SiCll4是制备备光纤的的主要材材料，占占光纤成成分总量量的855995。SSiCll4的制备备可采用用多种方方法，最最常用的的方法是是采用工工业硅在在高温下下氯化制制得粗SSiCll4，化学学反应如如下：Si+22Cl22 SSiCll4 (5-1-33)该反应为为放热反反应，反反应炉内内温度随随着反应应加剧而而升高，所所以要控控制氯气气流量，防防止反应应温度过过高，生生成Sii2Cl6和Sii3Cl8。反应应生成的的SiCCl4蒸气流流入冷凝凝器，这这样制得得SiCCl4液体原原料,工工艺流程程如图55-1-2。2SiiO2光纤原原料的提提纯试剂提纯纯工艺经大量研研究表
11、明明，用来来制造光光纤的各各种原料料纯度应应达到999.999999，或或者杂质质含量要要小于11066。大部部分卤化化物材料料都达不不到如此此高的纯纯度，必必须对原原料进行行提纯处处理。卤卤化物试试剂目前前已有成成熟的提提纯技术术，如精精馏法，吸吸附法，水水解法，萃萃取法和和络合法法等。目目前在光光纤原料料提纯工工艺中，广广泛采用用的是“精馏吸附精馏”混合提提纯法。如如图5-1-33。一般情况况下，SSiCll4中可能能存在的的杂质有有四类：金属氧氧化物、非非金属氧氧化物、含含氢化合合物和络络合物。其其中金属属氧化物物和某些些非金属属氧化物物的沸点点和光纤纤化学试试剂的沸沸点相差差很大，可可
12、采用精精馏法除除去，即即在精馏馏工艺中中把它们们作为高高、低沸沸点组分分除去，光光纤中含含有的金金属杂质质的某些些特性如如表5-1-33所示。然然而，精精馏法对对沸点（557.66）与SSiCll4相近的的组分杂杂质及某某些极性性杂质不不能最大大限度的的除去。例例如：在在SiCCl4中对衰衰减危害害最大的的OH-离子，它它可能主主要来源源于SiiHCll3和其他他含氢化化合物，而而且大多多有极性性，趋向向于形成成化学键键，容易易被吸附附剂所吸吸收。而而SiCCl4是偶极极矩为零零的非极极性分子子，有着着不能或或者很少少形成化化学键的的稳定电电子结构构，如图图5-1-44，不易易被吸附附剂吸附附
13、，因此此，利用用被提纯纯物质和和杂质的的化学键键极性的的不同，选选择适当当的吸附附剂，有有效地选选择性地地进行吸吸附分离离，可以以达到进进一步提提纯极性性杂质的的目的。精馏是蒸蒸馏方法法之一，主主要用于于分离液液体混合合物，以以便得到到纯度很很高的单单一液体体物质。精精馏塔由由多层塔塔板和蒸蒸馏釜构构成，蒸蒸馏得到到的产品品可分为为塔顶馏馏出液（SSiCll4液体）和和蒸馏釜釜殘液（含含金属杂杂质物质质）二种种，SiiCl44馏出液液由塔顶顶蒸汽凝凝结得到到，为使使其纯度度更高，将将其再回回流入塔塔内，并并与从蒸蒸馏釜连连续上升升的蒸汽汽在各层层塔板上上或填料料表面密密切接触触，不断断地进行行
14、部分汽汽化与凝凝缩，这这一过程程相当于于对SiiCl44液体进进行了多多次简单单的蒸馏馏，可进进一步提提高SiiCl44的分离离纯度。吸附剂的的种类及及选择：吸附剂是是指对气气体或溶溶质发生生吸附现现象的固固体物质质。在应应用上要要求具有有巨大的的吸附表表面，同同时对某某些物质质必须具具有选择择性的吸吸附能力力。一般般为多孔孔性的固固体颗粒粒或粉末末。常用用的吸附附剂有活活性炭、硅硅氧胶、活活性氧化化铝和分分子筛等等。在光光纤原料料提纯工工艺中使使用的吸吸附剂有有两种：活性氧氧化铝吸吸附柱和和活性硅硅胶，利利用活性性氧化铝铝和活性性硅胶吸吸附柱完完成对OOH-、H+等离子子的吸附附。在四级精精
15、馏工艺艺中再加加一级简简单的蒸蒸馏工艺艺并采用用四级活活性氧化化铝吸附附剂和一一级活性性硅胶吸吸附剂作作为吸附附柱。这这就构成成了所谓谓的“精馏吸附精馏”综合提提纯工艺艺。采用用这种提提纯工艺艺可使SSiCll4纯度达达到很高高的水平平，金属属杂质含含量可降降低到55ppbb左右，含含氢化物物SiHHCl33的含量量可降低低到00.2pppm。5.1.3SSiO22光纤用用辅助原原料及纯纯度要求求在制备SSiO22光纤时时，除需需要SiiCl44卤化物物试剂外外，还需需要一些些高纯度度的掺杂杂剂和某某些有助助反应的的辅助试试剂或气气体。在沉积包包层时，需需掺入少少量的低低折射率率的掺杂杂剂。如
16、如B2O3，F，SSiF44等；在在沉积芯芯层时，需需要掺杂杂少量的的高折射射率的掺掺杂剂，如如GeOO2、P2O5、TiiO2、ZrrO2、All2O3等。如采用四四氯化锗锗与纯氧氧气反应应得到高高掺杂物物质GeeO2，而利利用氟里里昂与SSiCll4加纯OO2反应得得到低掺掺杂物质质SiFF4等。作为载气气使用的的辅助气气体-纯AAr或OO2。氧气气是携带带化学试试剂进入入石英反反应管的的载流气气体，同同时，也也是气相相沉积（如如MCVVD）法法中参加加高温氧氧化反应应的反应应气体。它它的纯度度对光纤纤的衰减减影响很很大，一一般要求求它含水水(H22O)的的露点在在700833，含HH2O
17、量1pppm；其其它氢化化物含量量0.2pppm。氩氩气（AAr）有时也也被用来来作为载载送气体体，对它它的纯度度要求与与氧气相相同。为除去沉沉积在石石英玻璃璃中的气气泡用的的除泡剂剂-氦气HHe。氦氦气有时时被用来来消除沉沉积玻璃璃中的气气泡和提提高沉积积效率，对对它的纯纯度要求求与纯氧氧气相同同。在光纤制制造过程程中起脱脱水作用用的干燥燥剂SSOCll2或Cll2。干燥燥试剂或或干燥气气体等在在沉积过过程中或或熔缩成成棒过程程中起脱脱水作用用，对它它们的纯纯度要求求与氧气气相同，这这样才能能避免对对沉积玻玻璃的污污染。光纤用石石英包皮皮管技术术要求石英包皮皮管质量量的好坏坏，对光光纤性能能
18、的影响响很大，例例如，用用MCVVD法和和PCVVD法制制备光纤纤，都要要求质量量好的石石英包皮皮管，用用VADD法制作作的棒上上，有时时也加质质量好的的外套石石英管，然然后再拉拉丝。这这些石英英包皮管管均与沉沉积的芯芯层和或或内包层层玻璃熔熔为一整整体，拉拉丝后成成为光纤纤外包层层，它起起保护层层的作用用。如果果包皮管管上某些些部位存存在气泡泡，未熔熔化的生生料粒子子和杂质质，或某某些碱金金属元素素（Naa、K、MMg等）杂杂质富集集到某一一点，就就会产生生应力集集中或者者使光纤纤玻璃内内造成缺缺陷或微微裂纹。一一旦当光光纤受到到张应力力作用时时，若主主裂纹上上的应力力集中程程度达到到材料的
19、的临界断断裂应力力e，光光纤就断断裂。同同时还存存在着另另一种可可能，当当施加应应力低于于临界断断裂应力力时，光光纤表面面裂纹趋趋向扩大大、生长长，以致致裂纹末末端的应应力集中中加强。这这样就使使裂纹的的扩展速速度逐渐渐加快，直直至应力力集中重重新达到到临界值值，并出出现断裂裂，这种种现象属属材料的的静态疲疲劳。它它决定了了光纤在在有张应应力作用用情况下下的使用用寿命期期限。为提高成成品光纤纤的机械械强度和和传输性性能，对对石英包包皮管的的内在的的杂质含含量和几几何尺寸寸精度，都都必须提提出严格格的要求求。管内内沉积石石英包皮皮管技术术指标要要求：外径：2200.88（mmm） 外径公公差：0
20、.11500.055（mmm）壁厚：220.33mm 壁厚公公差：00.0220.1（mmm）长度：11000012200mmm锥度：0.55mm/m （外外径）弓形: 1mmm/m不同心度度：0.115mmm椭圆度（长长、短轴轴差）：0.88mmCSA:同一根根包皮管管，平均均CSAA2.5；同一批批包皮管管，平均均CSAA4（CSSA-包包皮管横横截面的的变化量量）OH-浓浓度：1500ppmm开放形气气泡：不不允许存存在任何何大小的的开放形形气泡；封闭形气气泡可允允许：每米一一个长11.55mmm、宽00.8mmm封闭闭形气泡泡存在每米113个个长0.511.5mmm、宽宽0.11mm封
21、封闭形气气泡存在在每米335个个长0.200.5mmm、宽宽0.11mm封封闭形气气泡存在在夹杂物：在同一一批包皮皮管中22包皮皮管允许许每米有有最大直直径0.3mmm的夹杂杂物。严重斑点点（非玻玻璃化粒粒子）：决不允允许外来物质质（指纹纹、冲洗洗的污斑斑和灰尘尘）：决决不允许许沟棱凹凸凸：n2，就满满足了光光波在芯芯层传输输的基本本要求。几何尺寸寸:将制制得的光光纤预制制棒放入入高温拉拉丝炉中中加温软软化，并并以相似似比例尺尺寸拉制制成线径径很小的的又长又又细的玻玻璃丝。这种玻璃丝中的芯层和包层的厚度比例及折射率分布，与原始的光纤预制棒材料完全一致，这些很细的玻璃丝就是我们所需要的光纤。当今
22、，SSiO2光纤预预制棒的的制造工工艺是光光纤制造造技术中中最重要要、也是是难度最最大的工工艺，传传统的SSiO22光纤预预制棒制制备工艺艺普遍采采用气相相反应沉沉积方法法。目前最为为成熟的的技术有有四种：美国康宁宁公司在在19774年开开发成功功，19980年年全面投投入使用用的管外外气相沉沉积法，简简称OVVD法（OOVDOuttsidde VVapeer DDepoosittionn）；美国阿尔尔卡特公公司在119744年开发发的管内内化学气气相沉积积法，简简称MCCVD法法（MCCVDModdifiied Cheemiccal Vapper Depposiitioon）；日本NTTT公
23、司司在19977年年开发的的轴向气气相沉积积法，简简称VAAD法（VVADVapper Axiial Depposiitioon）；荷兰菲利利浦公司司开发的的微波等等离子体体化学气气相沉积积法，简简称PCCVD法法（PCCVDPlaasmaa Chhemiicall Vaaperr Deepossitiion）。上述四种种方法相相比，其其各有优优缺点，但但都能制制造出高高质量的的光纤产产品，因因而在世世界光纤纤产业领领域中各各领一份份风骚。除除上述非非常成熟熟的传统统气相沉沉积工艺艺外，近近年来又又开发了了等离子子改良的的化学气气相沉积积法（PPMCVVD）、轴轴向和横横向等离离子化学学气相沉
24、沉积法（AALPDD）、MMCVDD大棒法法、MCCVD/OVDD混合法法及混合合气相沉沉积法（HHVD）、两两步法等等多种工工艺。气相沉积积法的基基本工作作原理:首先将将经提纯纯的液态态SiCCl4和起掺掺杂作用用的液态态卤化物物，并在在一定条条件下进进行化学学反应而而生成掺掺杂的高高纯石英英玻璃。由由于该方方法选用用的原料料纯度极极高，加加之气相相沉积工工艺中选选用高纯纯度的氧氧气作为为载气，将将汽化后后的卤化化物气体体带入反反应区，从从而可进进一步提提纯反应应物的纯纯度，达达到严格格控制过过渡金属属离子和和OH-羟基的的目的。尽管利用用气相沉沉积技术术可制备备优质光光纤预制制棒，但但是气
25、相相技术也也有其不不足之处处，如原原料昂贵贵，工艺艺复杂，设设备资源源投资大大，玻璃璃组成范范围窄等等。为此此，人们们经不断断的艰苦苦努力，终终于研究究开发出出一些非非气相技技术制备备光纤预预制棒：界面凝凝胶法BSGG，主要要用于制制造塑料料光纤；直接熔熔融法DM，主主在用于于制备多多组份玻玻璃光纤纤；玻璃分分相法PSGG；溶胶凝胶法法SOOL-GGFL，最最常用于于生产石石英系光光纤的包包层材料料；机械挤挤压成型型法MMSP。5.21.管管内化学学气相沉沉积法管内化学学气相沉沉积法，是是目前制制作高质质量石英英系玻璃璃光纤稳稳定可靠靠的方法法，它又又称为“改进的的化学气气相沉积积法”（MCC
26、VD）。MMCVDD法的特特点是在在一根石石英包皮皮管内沉沉积内包包皮层和和芯层玻玻璃，整整个系统统是处于于全封闭闭的超提提纯状态态，所以以用这种种方法制制得的预预制棒纯纯度非常常的高，可可以用来来生产高高质量的的单模和和多模光光纤。MCVDD法制备备光纤预预制棒工工艺可分分为二步步：第一步，熔熔炼光纤纤预制棒棒的内包包层玻璃璃MCVDD法制备备光纤预预制棒工工艺可分分为二步步：第一步，熔熔炼光纤纤预制棒棒的内包包层玻璃璃制备内包包层玻璃璃时，由由于要求求其折射射率稍低低于芯层层的折射射率，因因此，主主体材料料选用四四氯化硅硅（SiiCl44），低低折射率率掺杂材材料可以以选择氟氟利昂（CCF
27、2Cl2）、六六氟化硫硫（SFF6）、四氟氟化二碳碳C2F4 、氧氧化硼BB2O3等化学学试剂。并并需要一一根满足足要求的的石英包包皮管（220020mmm）；同时需需要载气气（O22或Arr）、脱脱泡剂（HHe），干干燥剂（PPOCll3或Cll2）等辅辅助材料料。所需设备备主要有有可旋转转玻璃车车床、加加热用氢氢氧喷灯灯、蒸化化化学试试剂用的的蒸发瓶瓶及气体体输送设设备和废废气处理理装置、气气体质量量流量控控制器、测测温装置置等。工工艺示意意图如55-2-33所示。图5-22-3管管内化学学气相沉沉积法工工艺示意意图首先利用用超纯氧氧气O22或氩气气Ar作作为载运运气体，通通过蒸发发瓶1将
28、将已汽化化的饱和和蒸气SSiCll4和掺杂杂剂（如如CF22Cl2）经气气体转输输装置导导入石英英包皮管管中，这这里，纯纯氧气一一方面起起载气作作用，另另一方面面起反应应气体的的作用，它它的纯度度一定要要满足要要求。然然后，启启动玻璃璃车床，以以几十转转/分钟钟的转速速使其旋旋转，并并用1440016000高温氢氢氧火焰焰加热石石英包皮皮管的外外壁，这这时管内内的SiiCl44和CFF2Cl2等化学学试剂在在高温作作用下，发发生氧化化反应，形形成粉尘尘状的化化合物SSiO22与SiiF4 （或或B2O3），并并沉积在在石英包包皮管的的内壁上上。凡氢氢氧火焰焰经过的的高温区区，都会会沉积一一层（
29、约约8110m）均均匀透明明的掺杂杂玻璃SSiO22-SiiF4（或或SiOO2-B2O3），反反应过程程中产生生的氯气气和没有有充分反反应完的的原料均均被从石石英包皮皮管的另另一尾端端排出，并并通过废废气处理理装置进进行中和和处理。在在沉积过过程中，应应按一定定速度左左右往复复地移动动氢氧喷喷灯，氢氢氧火焰焰每移动动一次，就就会在石石英包皮皮管的内内壁上沉沉积一层层透明的的SiOO2-SiiF4（或SSiO22-B2O3）玻璃璃薄膜，厚厚度约为为8110m。不不断从左左到右缓缓慢移动动，然后后，快速速返回到到原处，进进行第二二次沉积积，重复复上述沉沉积步骤骤，那么么在石英英包皮管管的内壁壁上
30、就会会形成一一定厚度度的SiiO2-SiiF4、SiiO2-B2O3玻璃层层，作为为SiOO2光纤预预制棒的的内包层层。温高氧 化在内包层层沉积过过程中，可可以使用用的低折折射率掺掺杂剂有有CF22Cl2、SFF6 、C2F4、B2O3等，其其氧化原原理与化化学反应应方程式式如下：高温氧化高温氧化SiCll4O2 SSiO222CCl2 （5-2-1）SiCll42OO22CCF2Cl2 SSiF442CCl2 22CO22 或或 （5-2-22）3SiCCl42OO22SSF6 3SSiF443CCl2 22SO22 或或 （55-2-33）3O24BBBr3 2B22O36BBr2 （5-
31、2-44）第二步，熔熔炼芯层层玻璃光纤预制制棒芯层层的折射射率比内内包层的的折射率率要稍高高些，可可以选择择高折射射率材料料（如三三氯氧磷磷POCCl3、四氯氯化锗GGeCll4等）作掺杂杂剂，熔熔炼方法法与沉积积内包层层相同。用用超纯氧氧（O22）气把把蒸发瓶瓶1、22中已汽汽化的饱饱和蒸气气SiCCl4、GeeCl44或POOCl33等化学学试剂经经气体输输送系统统送入石石英包皮皮管中，进进行高温温氧化反反应，形形成粉末末状的氧氧化物SSiO2-GeeO2或SiiO2-P2O5,并沉沉积在气气流下漩漩的内壁壁上，氢氢氧火焰焰经过的的地方，就就会在包包皮管内内形成一一层均匀匀透明的的氧化物物
32、SiOO2-GeeO2（或SSiO22-P2O5）沉积积在内包包层SiiO2-SiiF4玻璃表表面上。经经一定时间间的沉积积，在内内包层上上就会沉沉积出一一定厚度度的掺锗锗（GeeO2）玻璃璃，作为为光纤预预制棒的的芯层。沉沉积芯层层过程中中，高温温氧化的的原理与与化学反反应方程程式如下下：高温氧化高温氧化高温氧化SiCll4 OO2 SSiO222CCl2（5-2-55）GeCll4O2 GeeO22CCl2 （5-2-66）2POCCl34OO2 2P22O53CCl2 （5-2-77）芯层经数数小时的的沉积，石石英包皮皮管内壁壁上已沉沉积相当当厚度的的玻璃层层，已初初步形成成了玻璃璃棒体
33、，只只是中心心还留下下一个小小孔。为为制作实实心棒，必必须加大大加热包包皮管的的温度，使使包皮管管在更高高的温度度下软化化收缩，最最后成为为一个实实心玻璃璃棒。为为使温度度升高，可可以加大大氢氧火火焰，也也可以降降低火焰焰左右移移动的速速度，并并保证石石英包皮皮管始终终处于旋旋转状态态，使石石英包皮皮管外壁壁温度达达到18800。原石石英包皮皮管这时时与沉积积的石英英玻璃熔熔缩成一一体，成成为预制制棒的外外包层。外外包层不不起导光光作用，因因为依前前几章的的分析可可知：激激光束是是在沉积积的芯层层玻璃中中传播。由于光脉脉冲需经经芯层传传输，芯芯层剖面面折射率率的分布布型式将将直接影影响其传传输
34、特性性，那么么如果控控制芯层层的折射射率呢？芯层折折射率的的保证主主要依靠靠携带掺掺杂试剂剂的氧气气流量来来精确控控制。在在沉积熔熔炼过程程中，由由质量流流量控制制器（MMFC）调调节原料料组成的的载气流流量实现现。如果果是阶跃跃型光纤纤预制棒棒，那么么载气（OO2）的流流量应为为恒定：Q=coont （5-2-8）如果是梯梯度分布布型光纤纤预制棒棒，载气气的流量量Q可由由下式决决定： （5-2-99）式中：-掺杂试试剂载气气的最大大流量。-沉积第第x层时时所需的的掺杂试试剂载气气总流量量。-沉积芯芯层过程程中的总总层数。-沉积的的第x层层。g-光纤纤剖面折折射率分分布指数数。为使光纤纤预制棒
35、棒的折射射率分布布达到所所需的要要求，可可以通过过向二氧氧化硅基基体中加加入少量量掺杂剂剂来改变变其折射射率的方方法实现现。为满满足光纤纤的导光光条件要要求，通通常可采采用三种种掺杂方方式：1.在熔熔炼纤芯芯玻璃时时，按某某种规律律掺入少少量的较较石英折折射率nn0稍高的的材料，例例如（GGeO22）氧化化锗或氧氧化磷PP2O3、使芯芯层的折折射率为为n1，即nn1n0；在制备包包层玻璃璃时，同同样，掺掺入少量量的较石石英折射射率n00稍低的的材料，例例如氟FF或氧化化硼B22O3等，使使包层的的折射率率为n22并小于于纯二氧氧化硅的的折射率率n0，即nn2n2。2.熔炼炼纤芯玻玻璃时，掺掺杂
36、方法法与“1”中相同同，n11n0；而在在制备包包层时，只只沉积二二氧化硅硅材料，不不掺杂任任何掺杂杂剂，得得到纯SSiO22玻璃层层，其折折射率为为n2n0，满足足n1n2n0的光纤纤导光条条件的要要求。3.熔炼炼纤芯玻玻璃时，只只沉积二二氧化硅硅材料，不不掺杂任任何掺杂杂剂，得得到纯SSiO22玻璃层层，其折折射率为为n1n0，而制制备包层层玻璃时时，与11.中沉沉积包层层的方法法相同，使使包层的的折射率率为n22并小于于纯二氧氧化硅的的折射率率n0，即nn2n2的光纤纤导光条条件的要要求。在光纤预预制棒沉沉积过程程中，如如果掺杂杂试剂的的含量过过多，沉沉积层之之间的玻玻璃热膨膨胀系数数会
37、出现现不一致致，在最最后的软软化吸收收熔缩成成棒工艺艺中，棒棒内玻璃璃将会产产生裂纹纹，影响响预制棒棒的最终终质量与与合格率率，所以以必须严严格控制制掺杂剂剂的含量量。此外，使使用MCCVD法法熔炼光光纤预制制棒时，由由于最后后一道工工序-熔熔缩成棒棒时的温温度过高高，18800，使石石英包皮皮管芯层层中心孔孔内表面面附近的的掺杂剂剂分解升升华，扩扩散（GGeO22沸点 ？），最最终导致致预制棒棒中心的的折射率率下降，折折射率分分布曲线线出现中中心凹陷陷，如图图522-5所所示。GeO22 GeeO OO2（510）图5-22-5光光纤折射射率分布布曲线中中心凹陷陷分解反应应的结果果是使沉沉积
38、层材材料成份份产生变变化。GGeO22挥发、分分解，引引起光纤纤中心凹凹陷，此此凹陷的的深度和和宽度由由其中心心孔附近近失去的的掺杂材材料(GGeO22)的多多少来决决定。这这种现象象对光纤纤的衰减减和色散散都有很很大的影影响，尤尤其对多多模光纤纤的传输输带宽影影响是非非常大的的，仅此此一项有有时就把把光纤宽宽度限制制在了11GHZZkm之之内，对对单模光光纤的色色散、带带宽也会会造成一一定的影影响。为为消除或或减少这这种影响响，一般般，可采采用二种种方法解解决：1.补偿偿法：所谓补偿偿法是在在熔炼成成实芯棒棒过程中中，不间间断的送送入GeeCl44饱和蒸蒸气，以以补偿高高温升华华、扩散散造成
39、的的GeOO2损失，从从而达到到补偿光光纤预制制棒中心心位置折折射率的的降低问问题。 使用此种种方法会会使光纤纤预制棒棒中金属属锗的含含量增高高，导致致瑞利散散色损耗耗的增加加。因此此此方法法并不是是最理想想。2.腐蚀蚀法：所谓腐蚀蚀法是在在熔缩成成实芯棒棒时，向向管内继继续送入入CF22Cl2、SFF6等含氟氟饱和蒸蒸汽和纯纯氧气，使使它们与与包皮管管中心孔孔表面失失去部分分GeOO2的玻璃璃层发生生反应，生生成SiiF4、GeeF4，从而而把沉积积的芯层层内表面面折射率率降低部部分的玻玻璃层腐腐蚀掉，这这样中心心凹陷区区会被减减少或完完成被消消除掉，浓浓缩成棒棒后可大大大改善善光纤的的带宽
40、特特性。同同时，由由于氯气气具有极极强的除除湿作用用，因此此，利用用CF22Cl2作蚀刻刻材料，具具有蚀刻刻和除湿湿双重作作用。腐腐蚀原理理与化学学反应式式如下：2CF22Cl2O2 22COFF22CCl2 （52-111）2COFF2SiiO2 SSiF442CCO2 (5-22-122)2COFF2GeeO GGeF442CCO (5-2-113)这个反应应是不完完全的，由由于较高高的温度度和较高高的氧浓浓度，平平衡状态态更多地地向正向向移动，如如图5-2-66所示。MCVDD法自动动化程度度非常高高，关键工工艺参数数均由计计算机精精确控制制，包括括：载运运化学试试剂的纯纯氧流量量，加热
41、热温度，试试剂蒸发发瓶的水水浴温度度，玻璃璃车床的的转速，石石英包皮皮管在高高温下外外径形变变的检测测等。MMCVDD法的优优点是工工艺相对对比较简简单，对对环境要要求不是是太高，可可以用于于制造一一切已知知折射率率剖面的的光纤预预制棒，但但是由于于反应所所需热量量是通过过传导进进入石英英包皮管管内部，热热效率低低，沉积积速度慢慢，同时时又受限限于外部部石英包包皮管的的尺寸，预预制棒尺尺寸不易易做大，从从而限制制了连续续光纤的的制造长长度。目目前，一一棒可拉拉连续光光纤长115kmm25kkm。因因此在生生产效率率、生产产成本上上难与OOVD和和VADD法竞争争。为了了克服MMCVDD法的上上
42、述缺点点，人们们又研究究了采用用套管制制备大尺尺寸光纤纤预制棒棒的方法法，即大大棒套管管技术，其其方法是是在沉积积的光纤纤预制棒棒外，套套一根大大直径的的石英管管，然后后，将它它们烧成成一体，石石英包皮皮管和外外套管一一起构成成光纤预预制棒的的内外包包层，石石英包皮皮管内沉沉积的玻玻璃全部部作为芯芯层，这这样制成成的大棒棒预制棒棒，可增增加连续续拉丝光光纤的长长度，一一般可达达几百公公里。并并可以提提高光纤纤预制棒棒的生产产效率。但但是传统统使用的的石英包包皮管及及套管都都是采用用天然石石英材料料制成的的天然石石英管，天天然石英英管比起起化学沉沉积层得得到的包包皮管的的损耗相相对要大大，因此此
43、在制作作单模光光纤预制制棒时，包包层的大大部分还还必须采采用沉积积层来获获得低损损耗的光光纤预制制棒，加加之天然然石英管管的尺寸寸本身在在制造上上也受到到限制，因因此采用用大棒套套管技术术的MCCVD法法仍无法法与OVVD、VVAD相相抗衡。然然而，近近年来MMCVDD法又有有了突破破性的发发展，这这主要得得益于合合成石英英管的开开发成功功。5.2.2微波波等离子子体化学学气相沉沉积法微波等离离子体化化学气相相沉积法法，简称称为PCCVD法法，如图图5-2-99所示。119755年，由由荷兰菲菲利浦公公司的KKoenninggs先生生研究发发明。PPCVDD法与MMCVDD法工艺艺十分相相似，都都是采用用管内气气相沉积积工艺和和氧化反反应，所所用原料料相同，不同之处在于反应机理的差别。PCVD法的反应机理是将MC