气相沉积法.ppt

第2章光纤拉制及成缆光纤是如何拉制的，又是如何成缆的？本章内容：光纤种类、材料、制作方式及光缆的类型等方面2.1光纤的分类光纤基本结构：折射率较高的纤芯+折射率较低的包层原理：在纤芯和包层率差异引起光在纤芯发生全内反射，光在纤芯内传播。为保护光纤和免受环境影响，有涂敷层。涂覆层直径195～250um；包层直径一般125um；纤芯直径根据光纤类型而不同，一般通信用单模光纤直径为8um～10um1.光纤的种类（2）据折射率沿径向的分布，分为阶跃光纤和渐变（梯度）光纤
阶跃折射率：多模光纤、单模光纤
渐变折射率：多模光纤；特点：光纤芯较小，抗弯曲性好，色散小，衰减低，其性能比阶跃型好。不足：与光波长有关的折射率微小变化引起残余色散，不同模式间产生模噪声，不适长距离通信。

在通信复用技术中，光纤的色散和非线性效应影响大。为此，有几种折射率特殊分布的单模光纤：色散位移光纤、截止波长位移光纤、色散平坦光纤、色散补偿光纤。（3）按材料组成不同，分为石英光纤、多组分玻璃光纤、液芯光纤、塑料光纤、氟化物光纤等。
（4）按横截面上折射率分布状况，可分为阶跃光纤、梯度光纤、W型光纤、三角形光纤等。
（5）按传输光的工作波长可分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。
（6）按光纤用途不同，通信用光纤，军事上的高强度导弹用光纤，医学上激光手术刀用的传能光纤，内窥镜用的传像光纤，特种传感器用的偏振光纤等。2.2光纤材料气体材料：可见和近红外区光衰减小，但折射率难控制。

液体材料：光衰减小，但折射率随温度变化大，折射率难精确控制。

固体材料：光衰减较大，但光学特性稳定，易控制折射率，使用最多。
固体材料中，SiO2为主的石英对可见光和近红外光的透光性好，且有好的化学稳定性和机械强度。通过掺杂（锗、硼、氟、磷等），也易改变石英折射率，来源充足，价格低，是光纤的首选材料2.光纤材料的提纯提纯技术：精馏法(去金属)、吸附法(去OH-)或精馏吸附混合。常用精馏吸附混合法：（1）氢氧焰燃烧SiCl4，产生氯化物气体和二氧化硅（粉尘状）。因温度上升在57.6℃时，SiCl4变成蒸气与氧气反应，而其它铁、铜等金属氯化物沸点高(液态)。该法将杂质降至十亿分之一的水平。（2）精馏不能除去某些极性杂质。例如：SiCl4溶液的OH—有极性，源于含氢化合物，对损耗影响大。但它易形成化学键被吸附剂吸收。而SiCl4是非极性分子，不易被吸附剂吸收。因此，选择适当吸附剂，用吸附法可提纯。精馏+吸附混合法的流程如下图所示。活性氧化铝吸附柱对于气态原料，采用吸附法除去杂质（净化器，如：钯管、分子筛等）。通过一级或多级净化可达要求纯度。

目前通过蒸馏、吸附方法，可将过渡金属杂质减少至10-9以下，可忽略金属离子对损耗的影响。通过改进工艺，基本可消除OH-离子的影响。3.光纤材料的折射率控制目前匹配包层、凹陷包层、塑料包层阶跃等石英光纤的掺杂（如图2.3）匹配包层光纤:纤芯掺杂(锗)后折射率高于纯石英，纯石英用于包层；(常制造单模阶跃光纤)凹陷包层光纤:以少量掺杂(锗)使纤芯折射率约增加，同时包层掺杂(氟)降低包层的折射率；(常制造单模阶跃光纤)塑料包层光纤:以纯石英作纤芯，折射率低于石英的塑料作包层。(可制造多模阶跃光纤)复杂折射率分布(色散位移光纤、渐变折射率多模光纤）的折射率控制方法与简单阶跃光纤相同（掺杂）。图2.3三种阶跃光纤掺杂方式和折射率曲线2.3光纤的拉制1.制棒CVD/MCVD的化学反应图2.5改进的化学气相沉积法制造预制棒(2)等离子气相沉积法（PCVD）
荷兰菲利浦公司、消费电子和电信公司在1975年开发。
与MCVD的区别是加热反应区的方法。
过程：喷灯预热气体（更易离子化），在微波（射频）区激活气体（气体电离为等离子），带电离子重新结合时释放热量（高温），使原料反应，光纤材料直接沉积熔化在基管上。炉体温度1200℃时，离子重新组合时释放热能，等离子的热量（高温）使SiCl4、掺杂和氧反应，氧化物沉积在基底硅（非粉尘）。优点：适于精密、复杂折射率分布的光纤。
PCVD最后跟MCVD相似：基底管塌缩形成玻璃预制棒。(3)棒外气相沉积法（OVD）
康宁（Corning）1972年研发第一个批量光纤制作工艺。
OVD法包括沉积和固化，A.沉积:高纯氧+SiCl4气体送进喷灯，在高温水解成氧化物粉尘(纤芯和包层材料)，粉尘沉积于旋转棒周围(图2.7)成多孔预制棒。改变掺杂种类和浓度,先芯后包层制成预制棒。B.固化:取出旋转棒的预制棒，在14000-16000℃，烧缩成透明、无泡和中心孔的预制棒。（氯气作干燥剂脱水）1977年日本开发VAD法，与OVD相似。
VAD法:(A)SiCl4、掺杂送入氢氧喷灯，石英微粒沉积在种子棒的轴端部（OVD是侧面）如图2.8。(B)先沉