拉丝工艺-光纤的制造

预制棒的预处理
预制棒
预制棒和把棒连接
氢氧焰
氢氧焰
拉丝塔工艺控制过程
拉丝塔主要部件介绍（送棒机构）
XY
1 手动控制盒可控制送棒机构可上 下左右移动 2 将预制棒向下送入拉丝炉内，目 测预制棒与拉丝炉的间隙。当发 现其偏离中心位置时，用手动控 制盒上的〔XY位置调整〕按钮进 行调整
拉丝塔各部件介绍（拉丝炉）
制造商
缺点
1. 原料要求纯度高 2. 沉积速率低 1. 原料利用率低 2. 折射率剖面不够精确 1.折射率剖面粗糙 2.原料利用率低
结论
擅长制造纤芯 擅长制造包层， 纤芯制造仅次 于 PCVD 擅长制造包层
1.折射率剖面粗糙 2.原料利用率低
擅长制造包层
外部化学气相沉积法（OVD）
OVD实物图
等离子体管内化学气相沉积法（PCVD）
拉丝操作步骤四（涂覆和加速）
1.涂覆开始和加速
5. 当二涂层直径测量仪显示光纤直径在220um以上时，用 手牵引光纤，将光纤挂线到舞蹈轮后到达收线机传动轮， 保持吸尘器在收线机A盘一侧继续吸引光纤 6. 按下控制柜上的[加速]按钮使速度提高到25m/min，同 时保持光纤的直径大约125±5µm，并继续升高炉温 2175ºC。 7. 启动第一次涂覆。确定气控柜上第一次涂覆CO2流量，确 定一次涂覆初始压力，确定气控柜上一次涂覆UV固化灯 氮气喷入和喷出流量. 8. 在电脑主操作面上的〔自动启动运行设定〕中选择〔一次 涂覆压力〕和〔二次涂覆压力〕为[自动]
炉内壁
预制棒 间隙要均匀
卡盘 预制棒 加热炉 退火管 纤径测量仪
拉丝操作步骤二（拉丝炉升温）
3. 拉丝炉升温
① ② ③ ④ 在拉丝炉退火管下放一铁桶，将底门关闭 打开拉丝炉的电源 在辅助牵引轮下放一铁桶 设定预制棒母棒长和母棒直径的数值。其中，母 棒长=（预制棒有效长度+263）mm ⑤ 设定下料温度。使用新预制棒时，下料炉温应设 定到2150ºC；拉过丝的旧棒下料炉温设定到 2100 ºC。确定拉丝炉氩气流量设定正确；确定 〔拉丝炉〕中的气压和冷却水的指示灯均为绿色。 ⑥ 确定拉丝炉升温前检查各项正常后，按下主控柜 [拉丝炉]〔开〕，拉丝炉开始升温
普通光纤拉丝塔
特种光纤拉丝塔
光纤直径控制原理
已知在正常状态，若预制棒的馈送速度 为V送，光纤的拉丝速度为V拉,预制棒的外径 为D，裸光纤的外径为d。 熔化前的棒体容积： [π*(D/2）²](*V送*t) 等于熔化拉丝后光纤的容积： [π*(d/2）²](*V拉*t)
化简后关系： V拉=V送*D² /d²
底门
卡盘 预制棒 加热炉
拉丝操作步骤三（穿丝）
2.穿丝
1. 安装涂覆器的模具。。 2. 一次穿丝。 3. 在辅助牵引轮的正下方剪断光纤，移走废纤盒， 在一次。 4. 涂覆器处开始穿丝。不要插入光纤太急，而要 缓慢插入。 5. 当光纤被卡住时，轻轻抽回光纤并进行重新 插入。 6. 在光纤顺利通过模具之后，从模具底部拉紧光 纤，并同时挂上牵坠。 7. 在光纤穿过一次固化UV固化灯时，半关闭UV 固化灯门，注意：光纤不要摩擦灯门。
收线轮
冷却管
辅助牵引轮 一次涂覆 UV固化灯 纤径测量仪 冷却管 二次涂覆 同心度监控仪 UV固化灯 纤径测量仪
导向轮 张力 测量轮 牵引轮
拉丝操作步骤四（涂覆和加速）
1.涂覆开始和加速
1. 打开UV固化灯和送排风开关。 2. 检查并确定主控柜上[一次涂覆] 和[二次涂覆]树脂温 度 3. 当牵引速度为15m/min时，启动第二次涂覆。确定气 控柜上第二次涂覆CO2流量，确定二次涂覆初始压力, 确定气控柜上二次涂覆UV固化灯氮气喷入和喷出流量. 4. 根据直径测量仪的显示检查涂覆的进行情况，观察牵 引轮并判断涂覆进行是否顺利
冷却管
辅助牵引轮 一次涂覆 UV固化灯 纤径测量仪 冷却管 二次涂覆 同心度监控仪 UV固化灯 纤径测量仪
导向轮 张力 测量轮 牵引轮 收线轮
拉丝操作步骤三（穿丝）
1.在辅助牵引轮处牵引
① 当炉温达到下料温度时，每5分钟左右稍微打开炉底门，用 有色玻璃片观察拉丝炉内光纤状态；如果发现拉丝光纤料头 从退火管中滴下，马上打开拉丝炉底门，进行下面操作，否 则，关闭炉底门 ② 料头直径小于10mm，不必剪断料头，让料头自然下落，当 在炉底门处的光纤直径大概在1-2mm时，关闭炉底门；如 果料头直径较大，则要用斜口钳剪断光纤,再用镊子夹住光 纤，轻轻往下拉，当在炉底门处的光纤直径大概在1-2mm 时，关闭炉底门。注意：不要碰到光纤。 ③ 当料头到辅助牵引轮处时，先将手放置在光纤旁，感觉光纤 是否冷却，如果光纤温度较高，不要用手触摸，而用斜口钳 往废纤盒内拉光纤，并将料头切掉；待光纤冷却可以用手触 摸时，再用手拉细光纤 ④ 用手牵引光纤端头使其变细(约200um)，按下辅助牵引轮 控制盒上的[关]，合上辅助牵引轮, 由辅助牵引轮挟持并牵 引光纤，同时，将一废纤盒放在辅助牵引轮下收集光纤
拉丝操作步骤四（涂覆和加速）
1.涂覆开始和加速
9. 按住收线机上B盘一侧的〔线盘闭〕，直至闪烁指示灯灭。 然后按住控制柜上的收线[自动]按钮，光纤将自动缠绕在 收线机B盘上 10.在控制柜上手动调整光纤的速度和炉温, 保持裸光纤的直 径为125±1µm。 11.当炉温升到运行温度（2100-2300ºC）,牵引速度大于 40m/min, 裸光纤的直径为125±1µm时，按下控制柜上 [牵引盘] 中的〔自动〕按钮和〔XY位置调整〕中的[自动] 按钮。 12.完全关闭UV固化灯光纤出入口的灯门。 13.在拉丝速度达到100m/min时，设定电脑主操作面上 〔母棒推进装置〕中拉丝速度〔自动〕，设定拉丝速度数 值为500m/min。
光纤的制造
光纤成品
芯层: SiO2+Ge+F 包层: SiO2+F 内涂覆层:丙烯酸树脂 外涂敷层:丙烯酸树脂
纤芯和包层是不可分离的，纤芯与包层合起来组成裸光纤。
光纤原理（全反射）
光纤的制造主要工艺步骤：
1 光纤预制棒制备 2 光纤拉丝（原材料：预制棒）
生产工艺
PCVD
MCVD
OVD
VAD
拉丝操作步骤二（拉丝炉升温）
2.预制棒进给
XY
① 在把棒的顶端套两个喉箍 ② 用三角卡盘夹好预制棒把棒，并用2 公斤的力矩扳手将预制棒卡紧。 （如听到咔嗒一声即松，不得继续 用力以免夹裂把棒）去掉炉底塞， 关闭拉丝炉底门 ③ 揭开炉顶盖 ④ 在预制棒进给机构的开关盒上按下 [寸动下降]以降低预制棒。
锁扣
模具
导向器
涂覆材料：环氧丙烯酸酯或聚丙烯酸酯
CO2:消除涂覆过程中出现的气泡
拉丝塔各部件介绍（光固装置）
紧固开关
• UV石英灯管：避免通过的光纤受空气的污 染和振动
排风
N2
C型夹 连接件
• N2气：惰性气体氮气来避氧以加速固化。 洁净干燥的氮气从石英管底部被引入，并 以层流的方式向上到炉子顶端，这将起着 排除氧气的作用，同时还可带出涂料中的 挥发组分，使光纤免受污染，还可避免光 纤因受灯源的红外辐射所致的过热问题 • 抽风装置：确保紫外固化炉在正常工作时 不至于因温度过高而烧坏炉子。
套管
顶盖
电极
冷却 水 Ar 中心管
冷却水：起到冷却炉体、炉顶盖、 炉底盖、电极、和夹具的作用， 确保冷却水已开
Ar：确保炉内充满氩气，避免石 墨和氧气接触发生反应
退火管：消除光纤的应力 中心管：石墨体 顶盖：防止氧气进入拉丝炉 电极：电加热
退火管
炉底门
拉丝塔各部件介绍（涂覆装置）
涂覆器
CO2 UV胶 顶 丝工序的安全防护措施
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 在拉丝塔上作业时要穿戴好洁净服、防滑鞋和安全帽。 在拉丝塔上作业时，所用的工具用完后要立即放回工具箱内， 严防任何物品从高处坠落。 在拉丝塔正常运行时，牵引轮和收线机的防护罩必须关上。 高温操作时必须戴好隔热手套，避免被高温光棒及熔化料头烫 伤。 接触光纤碎屑（如光纤穿丝过程），要防止光纤扎伤皮肤；万 一光纤扎入皮肤，应立即用镊子将其夹出。 在UV固化灯和拉丝炉等强光处操作时要戴好防护墨镜，严禁 裸眼直视。 在进行接触化学品如涂覆树脂、乙醇等的操作时，要戴好乳胶 手套。 在升降机上操作时，当升降机在升降过程中，头手不要伸到护 栏外部。 防止拉丝炉及拉丝炉周围的水泄漏，一旦发现泄漏，立即切断 电源；在泄漏被查明和修复之前，拉丝炉不能通电。 防止UV固化灯内烟气进入工作间。
⑧
⑨ ⑩
拉丝工序的主要辅料及工具
原料：光纤预制棒(带把棒) 内涂UV固化涂料 外涂UV固化涂料。 辅料：收线盘 氩气 氮气 二氧化碳 氦气 乙醇 洁净纸 一次性手套 粘胶带等。 工具：光纤坠 力矩扳手 斜口钳 清洁刷 乙 醇瓶 手电筒 铁桶 吸尘器 镊子 螺 丝刀 卷尺 直尺 喉箍等。
拉丝操作步骤一（动力供给）
筛选工艺及设备简介（筛选设备）
张力轮
放线轮
收线轮
通过在光纤上施加一适当大小的张力，筛去低于或等于筛选强度的裂 纹点，保证幸存光纤的机械可靠性，从而避免光纤在后续工序的使用过 程中断纤；这主要是因为当光纤在成缆过程中和用于实际环境中时，必 须经受住一定的机械应力和化学环境的侵蚀,选择传输特性优良和张力合 格的光纤
最后工艺测试与包装
经过强度试验后， 合格光纤将进行传输 性能和几何性能的测 试。
卡盘
预制棒 加热炉 退火管 纤径测量仪
拉丝塔结构
冷却管
辅助牵引轮 一次涂覆 UV固化灯 纤径测量仪 冷却管 二次涂覆 同心度监控仪 UV固化灯 纤径测量仪
环境条件 ： 洁净度：10000级 温度：20ºC－30 ºC 湿度：40%－70%
1.打开控制柜上的主开关 ，启动微机，显示光纤拉丝塔的主 操作界面 2.打开气体管路阀门，确定气控柜各种气体压力参数 （Ar、 N2、He、CO2和压缩空气） 3.打开冷却水阀门，确定冷却水压力和流量
拉丝操作步骤二（拉丝炉升温）
1.拉丝炉抽真空
Ar气
真空器
底门 炉底塞
① 安装炉顶盖 ② 插入炉底塞并用底门固定 ③ 在主操作界面上设置Ar气流量（上中下） ④ 当拉丝炉压力表读数为0时，按下手动控制 盒上的抽真空[开]， 当拉丝炉压力表读数 稳定在为-0.09MPa时，按下手动控制盒上 的Ar气〔开〕，使压力表从－0.09MPa升 到0。反复进行三次，完成抽真空操作 ⑤ 取出炉底塞，关闭炉底门。
退火管
纤径测量仪
冷却管
辅助牵引轮 一次涂覆 UV固化灯 纤径测量仪 冷却管 二次涂覆 同心度监控仪 UV固化灯 纤径测量仪
导向轮 张力 测量轮 牵引轮 收线轮
卡盘 预制棒 加热炉 退火管 纤径测量仪
拉丝操作步骤三（穿丝）
2.穿丝
9. 二次穿丝 10. （在穿丝时光纤断过三次，应清理模具后才 可重新穿丝） 11. 光纤穿过二次固化UV固化灯时，半关闭UV 固化灯门，注意：光纤不要摩擦灯门 12.光纤穿过二次UV固化灯底门后，卸下牵坠用 手牵引使光纤经过导向轮、张力轮，然后到达 牵引轮。打开牵引轮保护盘，并将光纤导入牵 引轮和传送带之间后，打开辅助牵引轮，再按 下吸引器〔开〕，使吸尘器吸入光纤 13.设定预制棒〔推进速度〕为3mm/min。 14.按下电控柜上〔牵引盘〕中的〔加速〕，提高 牵引速度，同时升高炉温并保持光纤直径为 135±5µm。
优点 1.沉积层薄 2.工艺控制性强 POF, YOFC 3.折射率剖面精确 4.原材料利用率高 1.投资少 Lucent 2.操作运行较容易 3.工艺控制性好 1.沉积速率高 2.预制棒体积大 Corning 3.原料纯度要求较低 4.生产率高 1.沉积速率高 Japan 2.预制棒体积大 NTT 3.原料纯度要求较低 4.生产率高
经PCVD沉积好的管子在熔缩车床上熔缩成一实心预制棒
预制棒
拉丝
预制棒经拉丝，被拉成125µm 粗 细的光纤，并涂上二层树脂以保 护光纤的强度。
★ 芯径 单模光纤： <10um（长距离通信主干） 多模光纤： 50um/62.5um（通信局域网，一般是橘色外皮） ★包层直径 普通光纤：
125um
★涂覆层直径 普通光纤 内层 － 170～200um 外层 － 245um
拉丝操作步骤二（拉丝炉升温）
2.预制棒进给
⑤ 降低预制棒，新棒以起始端为零点，拉过 丝的旧棒以其与拉丝炉顶相切处的外径大 约为10mm作为零点，按住[复位]键清零， 开始记数 ⑥ 在上述条件下将预制棒插入拉丝炉 263mm。降低预制棒的同时应检查预制 棒不能碰到拉丝炉。 ⑦ 目测预制棒与拉丝炉的间隙。当发现其偏 离中心位置时，用手动控制盒上的〔XY位 置调整〕按钮进行调整