MCVD工艺原理PPT课件
MCVD+OVD光纤预制棒制造技术
面的气泡和杂质：②预制棒表面的波纹：＠预制棒的锥度等。
ＯＶＤ沉积的是未玻璃化的ｓｉ０２颗粒（ｓｏｏｔ体），芯棒和ｓｏｏｔ体是截然不同的两个 状态，通过烧结使ｓｏｏｔ体完全玻璃化，在芯棒和ＯＶＤ外包层的界面上不产生柱状模糊 层和气泡杂质等，这些缺陷会造成光纤拉制时丝径的异常波动。以及使光纤存在大量的 低强度点等。解决方法有：①沉积之前芯棒的清洁；②ｏＶＤ沉积的温度、ＳｉＣｌ４流量、 芯棒移动速度，特别是沉积最初的几层非常关键；③烧结工艺，烧结的温度、速度、Ｈｅ 的流量等。Ｓｏｏｔ体是有单个或多个喷灯将水解的Ｓｉ０２颗粒沉积在旋转且移动的芯棒上， 通过周而复始的过程．由沉积重量决定是否终止沉积。这种沉积方法肯定会形成螺纹状 的表面，如果不加弥补，表面波纹越来．越大采用起始点位移式沉积方法可以改善，另 外，喷灯的位置、结构、及安装的角度也直接影响ｓｏｏｔ体表面．预制棒的锥度包括有效 长度上直径的变化率和ＯＶＤ沉积形成的棒两端不均匀段的大小。图４为我们研制的预 制棒及光纤的各种参数的均匀性。从图中可以看到，预制棒的几何尺寸非常均匀，芯径、 外径纵向的波动在２％以内，从而保证了整根棒拉制成光纤后其光纤的几何参数和光学 参数的均匀稳定。
３．外包层沉积（ＯＶＤ）工艺
ＯＶＤ工艺（包括ＶＡＤ工艺）一直是国内光纤预制棒生产厂家追求的工艺方法，也 因为技术壁垒（专利保护）和国外不愿意把先进的制棒技术传入国内，从而制约了我国 光纤特别是预制棒的生产。江苏法尔胜光子有限公司采用ＭＣＶＤ芯棒＋ＯＶＤ沉积外包 层的工艺方法．生产Ｏ．６５２光纤的预制棒。解决的主要技术问题有：①芯棒和外包层界
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一２
《光纤激光器》PPT课件 (2)
光纤激光器根本原理
光纤激光器和其他激光器一样，由能产生光子的增益介 质，使光子得到反响并在增益介质中进展谐振放大的光 学谐振腔和鼓励光跃迁的泵浦源三局部组成。
光纤激光器的开展
1985年英国南安普敦大学的研究组取得突出成绩。他 们用 MCVD方法制作成功单模光纤激光器 ,此后他们先后 报道了光纤激光器的调Q、锁模、单纵模输出以及光纤放 大方面的研究工作。英国通信研究实验室(BTRL )于 1987 年展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器装置, 同时在增益和激发态吸收等研究领域中也做了大量的根底 工作,在用氟化锆光纤激光器获得各种波长的激光输出谱线 方面做了开拓性的工作。世界上还有很多研究机构活泼在 这个研究领域 ,如德国汉堡技术大学 ,日本的 NTT、 三菱 , 美国的 贝尔实验室 ,斯坦福大学等。
共振腔还有另一个作用：在共振腔内形成的受激光一 局部通过共振腔端面发射出去成为受激光发射，另外一局 部被端面反射回来，在共振腔内继续激发出受激辐射。所 以，只要在共振腔内的激光材料始终保持粒子数反转条件， 就可以获得连续的受激光发射。
3．功率源
为了使激光器产生激光输出，必须使共振腔中 激光材料的增益到达阈值增益，也就是说要使粒子 数反转到达一·定的程度，称为阈值反转密度。
Er3+(4F13/2—4I15/2)有1.54 m发射谱线，与Nd激光 器一样，用0.514 m的激光泵浦，便可产生振荡，其荧 光光谱有1.534和1.549 m峰，寿命8—12ms。 Er激光 为三能级激光，因此用块状材料实现连续振荡比较困难， 但用纤维激光器，可实现空运连续振荡，阈值30mw左右。 插入衍射光栅，也可在1.53—1.55 m范围内实现波长可
提高MCVD工艺单模光纤生产率的新技术
提高MCVD 工艺单模光纤生产率的新技术唐仁杰 曹美娥(邮电部武汉邮电科学研究院 430074)摘 要 光通信迅速发展,对单模光纤的需求急剧增长。
以传统的MCVD 工艺生产单模光纤,生产率受到限制。
本文首先简要分析了这些限制因素,然后综述克服这些限制因素的新技术,其中包括使用合成石英管、各种混合工艺以及可取代氢2氧焰的新加热技术。
最后,对我国光纤制造业的发展提出了建议。
关键词 单模光纤 MCVD 合成石英管 混合工艺 新加热技术中图分类号 TN929.1N ew T echnologies for Increasing Single Mode FiberProductivity with MCV D ProcessT ang R enjie C ao Meie(Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications 430074)Abstract As the rapid development of optical fiber communication ,the demand on silica 2based single mode fiber (SMF )is increasing dramatically.The productivity of SMF is re 2stricted by several factors with traditional MCVD process.This paper gives a brief analysis about these factors at first ,and then ,reviews the new technologies to overcome them ,in 2cluding using synthetic silica tube ,various hybrid processes and new heating technologies to substitute for H 22O 2flame .Finally ,suggestions about the development of optical fiber fabri 2cation in China are presented.K eyw ords single mode fiber , MCVD , synthetic silica tube , hybrid process , new heating technologies1 单模光纤制造技术的发展趋势光纤通信技术的迅速推广应用,使得石英单模光纤不仅在长途干线系统中成为唯一的理想传输介质,而且在各种局域网、用户网中广泛应用,其用量将比干线的用量大得多。
CVD工艺原理
CVD⼯艺原理第⼀章，薄膜⼯艺原理介绍在超⼤规模集成电路(ULSI)技术中，有很多沉积薄膜的⽅法，⼀般⽽⾔这些⽅法可以分类为两个不同的反应机构：化学⽓相沉积(Chemical vapor deposition，CVD) 和物理⽓相沉积(Physical vapor deposition，PVD),在此我们仅对化学⽓相沉积进⾏介绍。
化学⽓相沉积法(CVD)化学⽓相沉积法定义为化学⽓相反应物，经由化学反应，在基板表⾯形成⼀⾮挥发性的固态薄膜。
这是最常在半导体制程中使⽤的技术。
通常化学⽓相沉积法包含有下列五个步骤：1. 反应物传输到基板表⾯2. 吸附或化学吸附到基板表⾯3. 经基板表⾯催化起异质间的化学反应4. ⽓相⽣成物脱离基板表⾯5. ⽣成物传输离开基板表⾯在实际的应⽤中，化学反应后所⽣成的固态材料不仅在基板表⾯(或⾮常靠近)发⽣(即所謂的异质间反应)，也会在⽓相中反应(即所谓的同质反应)。
⽽异质间反应，是我们所想要的，因为这样的反应只会选择性在有加热的基板上发⽣，⽽且能⽣成品质好的薄膜。
相反的，同质反应就不是我们想要的，因为他们会形成欲沉积物质的⽓相颗粒，造成很差的粘附性及拥有很多的缺陷，且密度低的薄膜。
此外，如此的反应将会消耗掉很多的反应物⽽导致沉积速率的下降。
因此在化学⽓相沉积法的应⽤中，⼀项很重要的因素是异质间反应远⽐同质反应易于发⽣。
最常⽤的化学⽓相沉积法有常压化学⽓相沉积法(Atmospheric-pressure CVD，APCVD)、低压化学⽓相沉积法(Low-pressure CVD，LPCVD)和等离⼦增强化学⽓相沉积法(Plasma-enhanced CVD，PECVD)，⽽这三种化学⽓相沉积法的均有各⾃的优、缺点及应⽤的地⽅。
低压化学⽓相沉积法拥有很均匀的阶梯覆盖性、很好的組成成份和结构的控制、很⾼的沉积速率及输出量、及很低的制程成本。
再者低压化学⽓相沉积法並不需要载⼦⽓体，因此⼤⼤降低了颗粒污染源。
MCVD工艺制备光纤201003
Flame detector
Gas Control and supply System
Lathe Hydrogen&Oxygen Supply Sulphur Hexafluoride (SF6) Supply Chlorine Supply Oxygen Supply Helium Supply Nitrogen Supply Pneumatics Supply
SF6+O2
MCVD工艺步骤4——Cladding and core deposition
Cladding deposition Purpose: deposition of protection barrier for core. Temperature: 1900-2100oC Typical reactant flows: SiCl4, POCl3, O2, He Core deposition Purpose: deposition of refractive index difference Temperature: 1900-2200oC Typical reactant flows: SiCl4, GeCl4, O2, He
Typical MCVD production tube is constructed from three quartz tubes, which are welded together prior to MCVD process. inlet tube: low quality quartz substrate tube: high quality synthetic silica, forms final preform exhaust tube: low quality quartz sleeving tube: synthetic silica
mcvd工艺技术
mcvd工艺技术MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) 是一种制备光纤的工艺技术，根据化学气相沉积原理，通过对预先制备好的光纤外壳进行沉积二氧化硅的过程，最终制得具有良好光学性能的光纤。
该工艺技术在光纤通信领域得到广泛应用。
MCVD工艺技术的主要步骤包括光纤外壳预先制备、预咨人气氛控制和杂质沉积、中心芯的合成、烧结等。
首先，在光纤外壳制备前，需要用合适的材料制备内部偏-核外-埋内凸的液滴，形成预先制备好的光纤外壳。
接下来，在进一步的步骤中，将光纤外壳放置于合适的温度下，在氩气的保护下开始加热。
在增加了乙炔和硅醇的反应温度下，发生了化学反应，并形成了泡状结构。
最后，通过烧结的方式，使得所有的材料得以结合。
MCVD工艺技术的关键是控制气氛和杂质沉积。
气氛的控制是通过加热炉的加热使得需要的气氛实现，并且保持恒定的温度，以确保化学反应能够进行。
而杂质沉积是通过对反应气氛中的杂质进行控制。
在气氛中加入适量的化学物质，即可控制光纤中的不纯物质含量。
这些不纯物质能够影响光的传导，因此控制杂质的沉积对光纤的光学性能非常重要。
MCVD工艺技术相较于传统的光纤制备技术，具有许多优势。
首先，它能够制备出更高质量的光纤。
通过控制反应气氛的参数，如温度、压力等，可以使光纤的抗损伤性更好，同时保证了光的传导性能。
其次，这种工艺可以制备出更多样化的光纤产品。
通过调整反应气氛的组成，可以制备不同材质、形状和直径的光纤，满足不同的应用需求。
此外，MCVD工艺技术还具有高效、自动化程度高等特点，提高了生产效率。
总体而言，MCVD工艺技术是一种制备光纤的先进技术。
它通过优化反应气氛和控制杂质沉积，制备出具有良好光学性能的光纤产品。
在光纤通信、激光器等领域应用广泛，为推动光通信技术的发展起到了重要的作用。
未来，随着科技的进一步发展，MCVD工艺技术有望得到更多的创新和改进，为光纤行业带来更加出色的成果。
光纤预制棒制造工艺
3/16/2014
四种工艺在制棒方面的区别
制棒
优势
劣势
OVD：
VAD：
芯棒与包层 沉积速度
芯棒与包层 沉积速度
折射率控制
折射率控制
MCVD：
PCVD：
MCVD工艺是1974年由美国AT&T公司贝尔实验室的Machesney等人开发
的经典工艺。MCVD工艺为朗讯等公司所采用的方法。MCVD工艺是一种以氢
氧焰热源，发生在高纯度石英玻璃管内进行的气相沉积。MCVD工艺的化学 反应机理为高温氧化。MCVD工艺是由沉积和成棒两个工艺步骤组成。沉积 是获得设计要求的光纤芯折射率分布，成棒是将巳沉积好的空心高纯石英玻 璃管熔缩成一根实心的光纤预制棒芯棒。现MCVD工艺采用大直径合成石英
离子使流进高纯石英玻璃沉积管内气态卤化物和氧气在大约1000C°的高
温下直接沉积成设计要求的光纤芯玻璃组成。成棒则是将沉积好的石英玻
璃管移至成棒用的玻璃车床上，利用氢氧焰高温作用将该管熔缩成实心的
光纤预制棒芯棒。
PCVD （Plasma Chemical Vapor Deposition射率控制
沉积速度
沉积速度
当前的预知棒制造多采用组合工艺。
玻璃管和外包技术，例如用火焰水解外包和等离子外包技术来制作大预制棒。
这些外包技术弥补了传统的MCVD工艺沉积速率低、几何尺寸精度差的缺点， 提高了质量、降低了成本，增强了MCVD工艺的竞争力。
MCVD （Modifield Chemical Vapour Deposition)--改进的化学气相沉积法
MCVD工艺原理
MCVD工艺的物流方向
• MCVD工艺从基管的一头由氧气作为载气将待 反应的原料载带进基管，而在基管的外面用氢 氧焰加热到19000C以上，间接加热基管内的反 应原料，生成的玻璃体，沉积在基管的内壁。 • 没有沉积下来的玻璃体，由工艺气体载带，经 由尾部的较大直径的灰粒收集管（俗称尾管）， 进入灰粒收集箱，甚至部分被直接抽吸到洗涤 塔进行处理。
各种原料所起的作用之一
• SiCl4生成的SiO2在基管的内壁沉积形成高纯度 的玻璃； • GeCl4 生成的 GeO2 可使 SiO2 玻璃基体折射率变 大，是形成预制棒/光纤芯层的首选物质； • POCl3 用来改变玻璃粘度，以改善沉积条件， 并可适当提高折射率； • 高纯O2用作沉积必须的载气和反应气体，以及 日常工艺管路的吹扫；
沉积示意图
工艺 气流
等温线
温度梯 度方向 沉积处
反应
包络面
沉积要求
• 一般先在基管内壁沉积几十层包层，其折射率 比纯石英的折射率稍低，再在中心沉积十来遍 折射率较高的芯层。 • 沉积的要求是：塌缩后各层的厚度要恰当、均 匀，纵向的沉积物分布也要均匀。 • 沉积包层的含水率等指标应比基管的更少，这 样才可有效地阻挡基管或ACVD法外沉积包层 中的水份扩散到芯层和近芯包层，确保光纤的 传输性能良好。
MCVD预制棒的组成
• MCVD法是一种在高质量（高纯度、低 水分、低杂质）的石英管（我们称之为 基管）的内壁沉积更高纯度的二氧化硅 (SiO2)，并掺以可改变折射率或玻璃体粘 度的其它一些高纯物质，如二氧化锗 (GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟氧化硅 (SiO1.5F)等，形成不同折射率的芯层和包 层，以实现光信号在光纤芯中传播时的 全反射、低损耗、高容量等效果。
改进的化学气相沉积法MCVD
高纯氧
计算机流 量控制
四氯化硅
四氯化锗
配好比例的反 应物混合气体
辅助掺杂剂
同步卡盘 旋转石英反应管 移动火焰
排气
4.1.4光纤的制造
MCVD法熔炼过程：分为3个阶段 1、混合阶段：高纯氧以一定的流量在四氯化硅和四氯化锗中鼓泡， 使其以适当的比例配送到石英反应管 2、沉积阶段：高纯氧和四氯化硅和四氯化锗进行反应，沉积在石英 管子内壁，先沉积包层，改变掺杂剂，再沉积纤芯。
4.2.3光缆的结构和种类
图2-20 6芯紧套层绞式光缆 图2-21 12芯松套层绞式直埋光缆
4.2.4 光缆的结构和种类
图2-22 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆
4.2.5 光缆的结构和种类
图2-23 6～48芯松套层绞式水底光缆
4.2.6光缆的结构和种类
图2-24 12芯松套+8芯×2线对层绞式直埋光缆
高温
Gecl4 o2 Geo2 2cl2
3、缩棒过程：经过外包层，纤芯的沉积，形成一根中空壁厚的石 英管，此时升高火焰温度到1700-2000摄氏度，保持石英管旋转， 软化，在表面张力作用下收缩而将管子中心填满，形成中心区折射 率较高而包层折射率较低的预制棒
4.1.6光纤的制造
三、拉丝工艺：示意图
高温炉
预制棒
非接触式 测径仪
固化炉
测温仪 炉温 控制
调速设备
收线轮(拉丝机)
4.1.7光纤的制造
三、套塑工艺：套上一层尼龙。 目的：进一步保护光纤，提高光纤的机械强度
分为松套和紧套： 松套：光纤可以在套管中松动，机械性能好(套管先 承受压力)；防水性能好(光纤与外套之间有油膏， 因此可以防水) 紧套：不能活动，结构相对简单
碳化硅镀膜工艺
碳化硅镀膜工艺一、引言1. 背景介绍：碳化硅在电子器件中的应用2. 碳化硅镀膜的重要性：提高器件性能、降低成本3. 论文目的：详细介绍碳化硅镀膜工艺二、碳化硅材料特性1. 物理性质：晶格结构、离子扩散、能带结构2. 化学性质：化学键、表面反应、腐蚀 resistance三、碳化硅镀膜工艺1. 化学气相沉积（CVD）：原理、设备、过程参数2. 物理气相沉积（PVD）：原理、设备、过程参数3. 激光喷涂（LSP）：原理、设备、过程参数4. 溶胶-凝胶法（SG法）：原理、设备、过程参数5. 原子层沉积（ALD）：原理、设备、过程参数6. 磁控溅射（MCV）：原理、设备、过程参数四、碳化硅镀膜性能评估1. 厚度均匀性：测量方法、评估指标2. 硬度：测量方法、评估指标3. 耐腐蚀性：测量方法、评估指标4. 电子迁移率：测量方法、评估指标5. 热稳定性：测量方法、评估指标五、碳化硅镀膜在电子器件中的应用1. 肖特基二极管2. 场效应晶体管3. 发光二极管4. 太阳能电池5. 功率放大器六、结论与展望1. 碳化硅镀膜工艺的发展趋势2. 面临的挑战与解决方案3. 碳化硅镀膜在电子器件中的未来应用前景1. 背景介绍：碳化硅在电子器件中的应用碳化硅(SiC)是一种宽禁带半导体材料,具有高电子迁移率、高热导率和高抗热冲击能力,因此在电子器件中具有广泛的应用前景。
其中,碳化硅镀膜工艺是一种重要的制备碳化硅薄膜的方法,可以提高碳化硅器件的性能。
碳化硅在电子器件中的应用主要包括高温电力电子器件、功率器件、光电子器件和微电子器件等。
高温电力电子器件需要在高温环境下工作,因此需要使用具有高热导率和耐热冲击能力的材料。
碳化硅具有这些特性,因此被广泛应用于高温电力电子器件中。
功率器件需要具有高电子迁移率和低噪声特性,碳化硅在这方面也表现优异。
光电子器件需要具有高光响应率和低损耗特性,碳化硅在这方面也是优秀的材料。
微电子器件需要具有高精度和高可靠性的特性,碳化硅也在这方面有着广泛的应用。
光纤预制棒制备工艺2
沉积内包层方程式：
沉积芯层方程式：
SiO2
SiF4
B2O3
SiO2
GeO2
P2O5
沉积物n小
沉积物n大
n1大于n2 ，最终实现光的全反射
玻璃预制棒
原料纯度要求高
几何尺寸要求精度高
折射率纤芯大于包层
?
如何解决
化学气相沉积法
气相沉积工艺中选用高纯度的氧气作为载气，将汽化后的卤化物气体带入反应区，从而可进一步提纯反应物的纯度，达到严格控制过渡金属离子和OH-羟基的目的。
管内化学气相沉积法工艺示意图
2.1 MCVD法制备光纤预制棒工艺
2.2 MCVD法存在的问题与对策
问题一：热膨胀系数 不同，收缩产生裂纹。
问题二：掺杂剂分解升华, 导致折射率下降
严格控制掺杂 剂含量
补偿法 腐蚀法
微波谐振
等离子体
非等温混合态
产生大量热
各种粒子重新结合，释放出的热量足以熔化蒸发低熔点低沸点的反应材料SiCl4和GeCl4等化学试剂，形成气相沉积层。
4.2 OVD 法制备光纤预制棒的工艺
沉积工艺
O2+SiCl4+GeCl4蒸汽
饵棒(中心棒)
粉层状 预制棒
喷嘴
玻璃微粒
粉层沉积
粉状预制棒 剖面
芯
包层
粉状预制棒
加热炉 1400度
玻璃预制棒
预制棒烧结
拉制光纤
加热炉
玻璃预制棒
烧结工艺
+
氯气 氯化亚砜
光纤光学刘德明光纤光学
Internet backbone
E1
1985
1990
2019
2000
Year
刘德明：光纤光学
8
光电子科学与工程学院
武汉-中国光谷
光纤通信技术产业 激光技术产业 光纤传感技术产业 光存储技术产业 照明与显示技术产业 IC技术产业
刘德明：光纤光学
9
光电子科学与工程学院
“光通信的第二个春天”
刘德明：光纤光学
12
光电子科学与工程学院
光纤技术的应用领域
光纤技术
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
有源无源器件 光纤通信干线 光交换接入网
AON DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H
刘德明：光纤光学
20
光电子科学与工程学院
光纤预制棒工艺：PCVD
(Plasma-Activated Vapore Deposition)
PCVD 与MCVD 的工艺相似之处是，它们都是 在高纯石英玻璃管管内进行气相沉积和高温氧 化反应。所不同之处是热源和反应机理， PCVD工艺用的热源是微波，其反应机理为微 波加热产生等离子使气体电离。离子重新结合 时释放出的热能熔化反应物形成透明的石英玻 璃沉积薄层。 PCVD方法可以更为准确地控制光纤的折射率 分布。而且沉积效率高, 沉积速度快, 有利于消 除SiO 2 层沉积过程中的微观不均匀性, 从而 大大降低光纤中散射造成的本征损耗, 适合制 备复杂折射率剖面的光纤。
在其内部或其表面附近沿其轴线方向向前传播
光波导：约束光波传输的媒介 导波光：受到约束的光波 光波导三要素： –“芯 / 包”结构 –凸形折射率分布，n1>n2 –低传输损耗
浅析光纤预制棒(MCVD法)的制备工艺研究
＞＞富通集 团有 限公司 马静 陈坚盾 董瑞洪 冯高锋 章明伟
一 引 占
理的外包技术 ，制得完整 的光纤预制棒 。
ＭＣＶＤＩ 艺 ， 即 改 进 的 化 学 气 相 沉积 法 ， 是英 文 Ｍｏｄｉｆｉｅｄ
１ ＭＣＶＤ．Ｔ．艺 波 导材 料 演 变
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ的简称，１９７３年 ，由贝尔实验室
ＳｉＯ 是制造光波 导玻璃的最主要成分 ，其他元素都是掺
的 Ｍａｃｈｅｓｎｅｙ等人首先提出。ＭＣＶＤＩ艺可 以生产折射率机构 杂元素，通过改变预制棒芯层或包层 的折射率 ，在预制棒芯
复杂的光纤结构 。在光纤制造方面 ，它拥有极大 的灵活性 ， 层 和包 层形成一定的折射 率差从而建立光波 导结构。在ＭＣＶＤ
率ｎ１略高于包层 的折射 率ｎ２，芯层与包层 的折射 率差为ｎ卜
△为光纤折射率差， 由此可以看出，紫外吸收与 △成正
ｎ２，ｄｅｌｔａ为 Ａ＝Ａ ｎ／ｎｌ，欲使光纤获得理想 单模传输 ，必须 比 （也可 以看做与掺杂浓度成正比），与波长 成反 比。
Ｖ＜２．４０５。光纤变 为单模的波导截止波长是 Ｃ。截止频率Ｖ与
相 比，Ｐ已经渐渐取代 了Ｂ，￣Ｓｉ０２－ＧｅＯ２－Ｆ—Ｐ２０５玻璃体系为基 璃光纤紫外吸收系数可 以表示为：
础 的各种结构的纤芯和包层沉积进行不 同尝试研究 。 光纤 导光 的基 本原理 是全 反射 ，这就 要求 纤芯 的折射
＝ １５４２ Ａ （４４６ Ａ＋６０００） １０ ｅｘｐ（４．６３／Ａ）式 （２—５）
比如光纤材料选择和光纤尺寸设计等。利用ＭＣＶＤ￣作 的多模 工 艺中主要掺杂ＧｅＯ ，ＧｅＯ。的掺杂可以提高ＳｉＯ 的折射率。
光纤预制棒的制备技术
11
a
(7)光纤拉制:
预制棒拉制成光纤的示意图如图2.3所示， 当预制棒由送料机 构以一定的速度均匀地送往环状加热炉中加热， 且预制棒尖端加热 到一定的温度时， 棒体尖端的粘度变低， 靠自身重量逐渐下垂变 细而成纤维， 由牵引棍绕到卷筒上。 光纤外径和圆的同心度由激 光测径仪和同心度测试仪监测， 其监测结果控制送棒机构和牵引辊 相互配合， 以保证光纤的同心度和外径的均匀性。 目前， 光纤的 外径波动可控制在±0.5 μm以内， 拉丝速度一般为600 m/min。
●80年代的VAD工艺是先做出大直径芯棒,然后把该大直径芯棒拉细成多根小芯棒, 再用套管法制成预制棒,从“一步法”发展到“二步法”。
●90年代改成用SOOT外包代替套管法制成光纤预制棒。
●90年代以来,使用VAD的生产厂家增多了,除了日本古河、滕仓之外,信越、日立、 三菱、昭和等公司从日本NTT获得了使用VAD工艺生产光纤的许可,并实施了再 开发,实现了商业化VAD工艺,朗讯也从住友公司购得了使用VAD工艺的许可,另 外还与住友在美国建立了VAD法的合资光纤厂,从而有机会多年观察VAD光纤生 产,此后,朗讯将VAD工艺引进到它的亚特兰大光纤厂。
凹陷或空眼，因此其带宽要比MCVD法高一些。 • 其单模光纤损耗也比较小，可达到0.25~0.5dB/km。
• 价格便宜，大约20$/km左右。
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a
VAD法设备示意图
汽相轴向沉积法VAD
这种方法是在反应室里放 置一根基棒——石英玻璃棒， 基棒可以旋转并向反应室外 移动，如图所示：当反应气 体送入反应室后，就在基棒 上沉积，基棒的旋转运动保 证了芯棒的轴对称性，疏松 的预制棒在向上移动的过程 中经过一环形加热器，从而 生成玻璃预制棒。玻璃预制 棒沉积预制棒环形加热器反 应气体入孔反应室。
MCVD工艺原理PPT课件
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沉积示意图
工艺 气流
反应 包络面
等温线 温度梯 度方向
沉积处
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沉积要求
• 一般先在基管内壁沉积几十层包层，其折射率 比纯石英的折射率稍低，再在中心沉积十来遍 折射率较高的芯层。
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思考题
• 1. MCVD工艺中的几个基本步骤是什么？ • 2. MCVD工艺中要用到哪些原料？它们
的作用分别有哪些？
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• 玻璃化的要求是：燃烧器经过后的石英 管仍要是透明的。
• 燃烧器到达基管尾部后，又迅速返回到 基管头部，开始下一遍沉积和玻璃化。
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塌缩要求
• 沉积完芯层的基管，其中心还有一个很大的孔。 需要在更高的温度下，利用熔融玻璃体的表面 张力，将其塌缩成实心的预制棒芯棒。
• MCVD有一个固有的缺陷，其在芯棒起始段的沉 积相对来讲比较薄，该段被称为的“入口锥 度”。
• 沉积的要求是：塌缩后各层的厚度要恰当、均 匀，纵向的沉积物分布也要均匀。
• 沉积包层的含水率等指标应比基管的更少，这 样才可有效地阻挡基管或ACVD法外沉积包层 中的水份扩散到芯层和近芯包层，确保光纤的 传输性能良好。
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玻璃化的要求
• MCVD工艺是一种在同一台设备上几乎 同时进行沉积和烧结的工艺。当燃烧器 往下游移动，经过刚沉积上去的疏松体 时，又将疏松体玻璃化成透明的玻璃体。
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MCVD工艺的物流方向
MCVD工艺制备光纤(制造工艺)PPT课件
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MCVD工艺步骤5—— Preform analysis
dimensional and optical parameter evaluation. important process and quality control tool
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More preform analysis
Preform dimensions Preform, cladding and core diameters from different angles and longitudinal positions
Purpose: to produce glass rod for jacketing and fiber drawing
Typically 2 to 5 forward and 1 backward steps Temperature: 2000-2400oC Chlorine used as a drying agent
Purpose: To clean tube outer and inner surface to improve preform quality.
Temperature: 1850-2200C Reactant flows: O2 + fluorine source for etching
SF6+O2
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Байду номын сангаас Gas Control and supply System
Lathe Hydrogen&Oxygen Supply
Sulphur Hexafluoride (SF6) Supply
Chlorine Supply
Oxygen Supply
MCVD 热区-沉积区分析
SiCl4
GeCl4
通入衬管内气体流量的不同会带来不同的结果：气体流量过小时，反应气体 充满整个衬管，衬管中部生成的微粒容易被带出衬管；气体流量大，热区上游温 度低，下游温度高，氧化反应主要发生在氢氧焰附近贴近管壁的位置，因此生成 的微粒不易被带出管外，沉积效率相对较高。
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3.竺逸年的研究结果 ：
四、参考文献
[1]SUZANNE R. NAGEL, J. B. MAcCHESNEY, AND KENNETH L. WALKER,An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. QE-18, NO. 4, APRIL,1982 [2]S.JOH,AND R.GRIEF,The effects of SiCl4 and GeCl4 oxidation, variable properties, buoyancy and tube rotation on the modified chemical vapor deposition process, Int.J.Heat Mass Transfer.VOL38, NO.10, (1995) 1911-1921 [3]竺逸年,光纤预制棒（MCVD 法）的工艺理论研究, 光通信技术，1990 年第二期
[3]
图 3 MCVD 沉积过程示意图 三、MCVD 沉积过程分析： （1） 温度分布： MCVD 制棒过程中的热量传递是通过热传导和热辐射两种方式实现的， 氢 氧焰的热量依次传递给衬管和管内气体。衬管受到氢氧焰的加热，随之将热 量向管内传递。因此，衬管截面方向的温度由管壁到衬管中轴逐渐降低，由 此产生了指向衬管中轴的温度梯度，衬管轴向的温度在氢氧焰处最高，氢氧 焰左右两侧温度较低。反应气体由氢氧焰左侧流向右侧，达到温度较高的反 应区，反应气体转化为细小微粒。在氢氧焰右侧，衬管壁和带有细小微粒的 气流的温度都下降，衬管导热性能差，温度下降速度快，而 SiO2 和 GeO2 的生 成反应是放热反应，一定程度上延缓了气流的温度下降速度，以致在某点衬 管壁的温度与气流温度相等，产生了一个等温点，如图 3，即公式（2）中的 Te。气流继续流动，产生了一个与反应区左侧反向的温度梯度。 （2） 沉积过程： 在未到达氢氧焰位置处时，反应气体在温度梯度的作用下向中轴区迁移， 迁移过程沿着等温线的法向。气体继续沿着轴向运动，到达反应区发生氧化
改进化学沉积法(MCVD)合成大模场光纤
4. MCVD工艺反应机理
SiCl4+O2=SiO2+2Cl2 GeCl4+O2=GeO2+2Cl2
4POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2
热泳效应
热泳现象指温度梯度不为零的气体或悬浮体中，粒子向较冷去域运动 的现象
MCVD工艺原理图
化学试剂首先是要通过量可控制的载体气体，通过这些载体气体如 O2控制化学试剂的量。高纯度气体混合物通入到装在车床上的旋转 石英管中，气流穿过此石英管时经过氢氧火炬区被加热。当石英管 内的气体温度达到1300℃时发生均匀化学反应，反应生成颗粒状玻 璃随后在热区下游沉积，移动火炬的热使物质融合并形成一个透明 的玻璃状薄膜。
光纤设计 如根据单模传输和工作波段,最 先确定纤芯半径 V=2π a/λ *NA
设计参数确定为: 2a=5±1μ m NA= 0.15± 0.01 根据数值孔径的定义： N A = (n12 - n22 ) 1 /2
成分设计 对于单模光纤：
纤芯：SiO2 –GeO2 包层：F-P5O2-SiO2 以SiO2-GeO2-F-P2O5 玻璃体系为基础进行结构和沉积探究 其中GeO2是为了提高折射率：F是为了降低折射率，P2O5可以提高折射率，降低玻璃 黏度和固有散射，通过控制掺杂的量就可以使玻璃折射率大于，小于或等于SiO2的折 折率 原料：SiCl4、SiF4、GeCl4、BCl3、BBr3、PCl3、POCl3、SF6、CF4、CCl2F2 选择卤化物原料的原因：卤化物具有很高的饱和蒸汽压，在蒸发过程中可以去除过渡 金属杂质，进一步提纯原料 R.L.Barns在《The photochemical purification of reagents used in the MCVD process》详细讲了卤化物去杂机制
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MCVD沉积机理
• 沉积的机理一般认为是热泳机理：即顺 着温度梯度下降的方向沉积。
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各种原料所起的作用之二
• SF6既可用于基管内壁的腐蚀，又可用于 补 芯 时 的 腐 蚀 ， 还 可 用 于 降 低 SiO2 的 折 射率，调节预制棒/光纤的折射率分布；
• Cl2用作腐蚀及塌缩时的干燥气体，它可 有效降低反应物和沉积物中的水份 (OH-)；
• He气用来改善气相混合物的热扩散性能。
• 玻璃化的要求是：燃烧器经过后的石英 管仍要是透明的。
• 燃烧器到达基管尾部后，又迅速返回到 基管头部，开始下一遍沉积和玻璃化。
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塌缩要求
• 沉积完芯层的基管，其中心还有一个很大的孔。 需要在更高的温度下，利用熔融玻璃体的表面 张力，将其塌缩成实心的预制棒芯棒。
• MCVD有一个固有的缺陷，其在芯棒起始段的沉 积相对来讲比较薄，该段被称为的“入口锥 度”。
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MCVD预制棒的组成
• MCVD法是一种在高质量（高纯度、低 水分、低杂质）的石英管（我们称之为 基管）的内壁沉积更高纯度的二氧化硅 (度Si的O2其)，它并一掺些以高可纯改物变质折，射如率二或氧玻化璃锗体粘 ((层GSi，eOO1以.25)F、实)等五现，氧光形化信成二号不磷在同(光P折2纤O射5芯)、率中氟的传氧芯播化层时硅和的包 全反射、低损耗、高容量等效果。
• 所以塌缩时，一般不再塌缩该段不均匀的管子， 这样塌缩的距离就比沉积的距离短。
-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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沉积与塌缩距离示意图
塌缩距离
沉积距离
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MCVD工艺中的化学反应
• SiCl4+O2=SiO2+2Cl2↑ • GeCl4+ O2 GeO2+2Cl2↑
• 2GeO2 2GeO(g)+O2↑
• 4POCl3+3 O2=2P2O5+6 Cl2↑ • 12SiO2+2SF6=12SiO1.5F(S)+2SO2+O2 • Cl2+H2O→HCl↑+HClO↑或
什么是MCVD?
• MCVD是Modified Chemical Vapor Deposition的 简称，译称改良的化学气相沉积法。该预制棒 生产方法是由美国AT&T Bell 实验室和英国南 安普敦大学于二十世纪七十年代初期首先提出 的。
• 由于它在制备不同种类的光纤上具有很强的灵 活性，所以如今它已经成为生产高品质通讯光 纤用预制棒的四大主要方法之一。
• 沉积的要求是：塌缩后各层的厚度要恰当、均 匀，纵向的沉积物分布也要均匀。
• 沉积包层的含水率等指标应比基管的更少，这 样才可有效地阻挡基管或ACVD法外沉积包层 中的水份扩散到芯层和近芯包层，确保光纤的 传输性能良好。
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玻璃化的要求
• MCVD工艺是一种在同一台设备上几乎 同时进行沉积和烧结的工艺。当燃烧器 往下游移动，经过刚沉积上去的疏松体 时，又将疏松体玻璃化成透明的玻璃体。
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思考题
• 1. MCVD工艺中的几个基本步骤是什么？ • 2. MCVD工艺中要用到哪些原料？它们
的作用分别有哪些？
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• 在燃烧器的上方，管壁的温度高于管子 中心的温度，所以反应包络面中生成的 玻璃体均向管子中心集中，但燃烧器的 下游，管壁温度比管子中心低。当玻璃 体被工艺气流载带到下游时，就在燃烧 器所在位置下游的管壁沉积下来。
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沉积示意图
工艺 气流
反应 包络面
等温线 温度梯 度方向
沉积处
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沉积要求
• 一般先在基管内壁沉积几十层包层，其折射率 比纯石英的折射率稍低，再在中心沉积十来遍 折射率较高的芯层。
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MCVD工艺示意图
载气氧
六氟化硫 氦气 或氯气
三氯氧磷 四氯化锗 高温计
四氯化硅
旋转接头
导气管
顶座
基管 燃烧器
尾管 尾管
灰粒刮擦器 通向洗涤塔 灰粒收集箱
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OFC 12沉积车床
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MCVD的沉积机理
• 沉积的机理一般认为是热泳机理：即顺 着温度梯度下降的方向沉积。所以沉积 一般发生在燃烧器所在位置的下游。
• 当燃烧器往下游移动，经过刚沉积上去 的疏松体时，又将疏松体玻璃化成透明 的玻璃体。
• 燃烧器到达基管尾部后，又迅速返回到 基管头部，开始下一遍沉积。
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高度自动化的生产设备
• 由Nextrom提供的OFC 12车床，可以实现补料、 输料的自动控制，各种气体的流量都经过质量 流量计的精确控制。使用过的管道还可以进行 及时的吹扫。
• Cl2+Si-OH→Si-Cl
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各种原料所起的作用之一
• SiCl4生成的SiO2在基管的内壁沉积形成高纯度 的玻璃；
• GeCl4生成的GeO2可使SiO2玻璃基体折射率变 大，是形成预制棒/光纤芯层的首选物质；
• POCl3用来改变玻璃粘度，以改善沉积条件， 并可适当提高折射率；
• 高纯O2用作沉积必须的载气和反应气体，以及 日常工艺管路的吹扫；
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MCVD工艺的物流方向
• MCVD工艺从基管的一头由氧气作为载气将待 反应的原料载带进基管，而在基管的外面用氢 氧焰加热到19000C以上，间接加热基管内的反 应原料，生成的玻璃体，沉积在基管的内壁。
• 没有沉积下来的玻璃体，由工艺气体载带，经 由尾部的较大直径的灰粒收集管（俗称尾管）， 进入灰粒收集箱，甚至部分被直接抽吸到洗涤 塔进行处理。