1、 长飞光纤观后感光实 1101 杜双成 U201110354开学后的第二节光纤光学课我们参观了长飞光纤光缆公司，在相关工程师的带领下参观了长飞光纤的制备，了解了光纤光缆的制备流程，这次参观收获很多，下面就谈谈自己参观后的感想。首先是对长飞公司的了解，俗话说“耳闻不如目见” ，之前还不曾了解这个公司，通过这次的参观，让我对这个公司有了一些了解。长飞公司是目前国内唯一具备规模化制棒-拉丝-成缆一条龙生产能力，并实现工业化生产的厂家；光缆产销量连续十六年居全国之首；全国份额最大：在“八横八纵”骨干网中占 50% ，其中 30%光纤产品出口到世界各地，多模光纤占领美国大约 30%的市场。光纤是如何在这
2、样一个优秀的公司诞生的？带着这样的疑问，我们走进了大厅里，在大厅里工程师详细的介绍了光纤的制备的流程，而且结合光纤预制棒，各种特种光纤，详细的介绍了他们的生产工艺流程。PCVD 拉丝熔缩 筛选 芯棒测试 光纤测试套棒 成品包装 先谈谈我对光纤的认识吧，第一次听说光纤还是在高中的时候学物理的时候，学到全反射时了解到的，接着 2009 年，光纤通信之父“高锟”获得了诺贝尔奖，我才知道光纤可以用到通信方面。最近通过课程的学习了解到一根头发丝大小的光纤可以高速，大容量地传输很多信息，我不禁好奇这么小小的光纤到底是什么样子？它究竟是怎么被制作出来的，这一次参观我得到了我想要的答案。根据工程师的介绍和大厅
3、里的工艺流程图，我逐渐了解了光纤是如何生产的。长飞的光纤生产流程主要是采用 PCVD（微波等离子体沉积法） ，这也是长飞光纤的核心工艺。在课堂上我已经听老师介绍过了石英光纤制备过程中的预制棒的制作方法，有 1，MCVD（改进型化学气相沉积法） ，主要是在 1800 度的高温下在石英管内发生 SiCl4+O2SiO2+2Cl2 的反应，在反应过程中旋转石英管，生成的氧化物颗粒可沉积在其内壁上。为确保其均匀性，火焰在石英管长度范围内来回移动，同时石英管以一定的角速度旋转。包层的折射率通过向管中通入氟加以控制。当内壁形成了充分的包层后，POCl3 等混合蒸汽中以形成纤芯。当各层均匀沉积后，提高火焰温
4、度，使石英管发生坍塌形成固态预制棒。2，OVD 棒外化学气相沉积法，将主要原料掺杂剂以气态形式送入氢氧火焰喷灯，使之在氢氧焰中发生水解反应，生成石英玻璃微粒粉尘，然后，经喷灯喷出，沉积于由石英，石墨或者氧化铝制作的木棒的外面，最后将中空的预制棒在高温下脱水，烧结形成透明的实心的玻璃棒，得到光纤预制棒。3，VAD 轴向气相沉积法，基本与 OVD 差不多，不同的地方在于，他不是在石英棒的外表面沉积而是在其端部轴向沉积，同时，种子石英棒不断旋转，通过提升杆向上慢速移动，牵引多孔粉尘预制棒通过一环状加热器进行烧结处理。参观中了解到石英光纤的拉制主要分为以下两个阶段，第一阶段：预制棒的制备，就是经过提纯
5、的原材料制成一根满足一定折射率的玻璃棒，根据光纤理论，这根棒子具有理想的折射率分布，内层为高折射率的芯层，外层为低折射率的包层。在参观中了解到长飞光纤主要采用的是 PCVD（微波等离子体沉积法）该过程与 MCVD 工艺法大致相同，不过是采用微波腔产生的等离子体加热，等离子体把中小功率的微波送入谐振腔中，使谐振腔中的石英反应管内的低压气体受激产生辉光放电所形成的。PCVD 法制备光纤预制棒的工艺有两个工序，即沉积和成棒。谐振腔等离子体SiCl4+GeCl4+C2F6+O2石英管真空泵磁控管PCVD 工艺炉体沉积工艺是借助 1Kpa 的低压等离子体使注入石英包皮管内气体卤化物和氧气，在约 1000
6、下直接沉积一层所设计成份玻璃层，PCVD 法每层沉积层厚度约1um，沉积层数可高达上千层，因此它更适合用于制造精确和复杂波导光纤，例如：带宽大的梯度型多模光纤和衰减小单模光纤。 成棒是将沉积好的石英玻璃棒移至成棒车床上，利用氢氧火焰的高温作用将其熔缩成实心光纤预制棒。 PCVD 法工艺的优点，不用氢氧火焰加热沉积，沉积温度低于相应的热反应温度，石英包皮管不易变形；控制性能好，由于气体电离不受包皮管的热容量限制，所以微波加热腔体可以沿石英包皮管作快速往复运动，沉积层厚度可小于 1um，从而制备出芯层达上千层以上的接近理想分布的折射率剖面。以获得宽的带宽；光纤的几何特性和光学特性的重复性好，适于批
7、量生产，沉积效率高，对 SiCl4 等材料的沉积效率接近 100%，沉积速度快，有利于降低生产成本。工程师详细的介绍了这种工艺的优点：沉积层薄，工艺控制性强，折射率刨面精确，原材料利用率高，不过他们也介绍了这种工艺的缺点，就是原料的纯度要求很高，沉积率比较低。PCVD 过程中所发生的主要化学反应如下:其中，Si02 是玻璃的主体材料，Ge02 的加入则可以提高玻璃的折射率。而反应气体中 CZF6 的加入，一方面可以在沉积过程中有效去除 OH，另一方面通过与Si 结合形成 Si-F 来降低玻璃的折射率。由于等离子体的温度很高，因而物料间的化学反应可以充分完成，物料利用率可接近 100%。在参观车
8、间的过程中了解和发现到：制备内包层玻璃时，由于要求其折射率稍低于芯层的折射率，因此，主体材料选用四氯化硅，低折射率掺杂材料可以选择氟利昂、六氟化硫、四氟化二碳、氧化硼等化学试剂。并需要一根满足要求的石英包皮；同时需要载气、脱泡剂，干燥剂（POCl3 或 Cl2）等辅助材料。所需设备主要有可旋转玻璃车床、加热用氢氧喷灯、蒸化化学试剂用的蒸发瓶及气体输送设备和废气处理装置、气体质量流量控制器、测温装置等。首先利用超纯氧或氩气作为载运气体，通过蒸发瓶 1 将已汽化的饱和蒸气 SiCl4 和掺杂剂，经气体转输装置导入石英包皮管中，这里，纯氧气一方面起载气作用，另一方面起反应气体的作用，它的纯度一定要满
9、足要求。然后，启动玻璃车床，以几十转/分钟的转速使其旋转，并用高温氢氧火焰加热石英包皮管的外壁，这时管内化学试剂在高温作用下，发生氧化反应，形成粉尘状的化合物，并沉积在石英包皮管的内壁上。凡氢氧火焰经过的高温区，都会沉积一层均匀透明的掺杂玻璃 SiO2-SiF4，反应过程中产生的氯气和没有充分反应完的原料均被从石英包皮管的另一尾端排出，并通过废气处理装置进行中和处理。在沉积过程中，应按一定速度左右往复地移动氢氧喷灯，氢氧火焰每移动一次，就会在石英包皮管的内壁上沉积一层透明的玻璃薄膜，厚度约为 810m。不断从左到右缓慢移动，然后，快速返回到原处，进行第二次沉积，重复上述沉积步骤，那么在石英包皮
10、管的内壁上就会形成一定厚度的玻璃层，作为 SiO2 光纤预制棒的内包层。芯层经数小时的沉积，石英包皮管内壁上已沉积相当厚度的玻璃层，已初步形成了玻璃棒体，只是中心还留下一个小孔。为制作实心棒，必须加大加热包皮管的温度，使包皮管在更高的温度下软化收缩，最后成为一个实心玻璃棒。为使温度升高，可以加大氢氧火焰，也可以降低火焰左右移动的速度，并保证石英包皮管始终处于旋转状态，使石英包皮管外壁温度达到 1800。原石英包皮管这时与沉积的石英玻璃熔缩成一体，成为预制棒的外包层。外包层不起导光作用，因为依前几章的分析可知：激光束是在沉积的芯层玻璃中传播。工程师介绍说 PCVD 沉积结束后，带有沉积层的空心石
11、英管被移到熔缩设备上。在熔缩设备上通过外部加热、内部形成负压的方法使玻璃管在表面张力的作用下产生收缩，逐步形成实心的玻璃棒(芯棒)。芯棒主要用于形成光纤的芯层部分，在与外套管进行组合后一起在拉丝塔上拉制成光纤。套棒法的工艺流程简图如下。接着工程师介绍了在预制棒制成后紧接着的拉丝工艺：玻璃预制棒加热到一定温度下软化，之后在外力的作用下以一定的速度被抽成丝，成为玻璃光纤。玻璃光纤的外径粗细通过测量单元进行实测，之后将测量结果反馈给 PLC 控制单元，通过调整预制棒进料速度和拉丝速度进行动态控制。为对玻璃光纤表面进行保护、防止使用过程中的机械损伤，在拉丝过程中玻璃光纤表面被涂覆上两层聚丙烯酸树脂涂层
12、。涂覆用的树脂为液体，装在专用容器之中。光纤从容器中经过时，通过粘附作用在表面涂覆上一层树脂。光纤表面的液态树脂经过固化单元，以紫外光固化或热固化的方式将液态树脂转化成为固态。带有固体涂层的光纤被收集到收线单元上。在后续的生产过程中进行各项检测。工程师说；拉丝过程中的关键因素是拉丝速度。拉丝速度的高低代表了光纤拉丝过程的工艺水平。为了提高拉丝速度，需要对拉丝过程进行相应的设备改进和工艺条件优化。此过程是由计算机通过程序控制的精确的控制光纤的直径在 125 微米。 之后需要冷却光纤，光纤的冷却过程包括自然冷却和强制冷却。自然冷却指光纤在运动过程中通过与周围环境中的空气进行热交换而被冷却。强制冷却
13、则是在光纤经过的通道上使用外加冷却装置，一般多使用冷却管。冷却管由金属制成，通过水冷的方式保持 20左右的恒定温度。光纤经过冷却管时，通过辐射和对流方式与冷却管进行热交换降低自身温度。光纤的涂敷和固化， 玻璃光纤在涂覆之后，表面的涂层仍为液态。在成为成品光纤之前，液态的涂层必须经过固化使之成为固态。目前光纤涂层的固化方式有两种，热固化和光固化。热固化的固化速度较慢，一般用于低速拉丝和特种光纤的制备过程。在高速拉丝过程中普遍采用光固化方式。在光固化过程中，有机涂层在高功率的紫外光照射下，涂层内部发生化学反应形成聚合物，由液态变为固态。在这次参观过程中了解到长飞光纤综合了光纤的 PCVD 高性能特
14、点和OVD 工艺的低成本优势，从而在保持光纤具有优异性能的同时，大幅度地降低光纤制造成本。长飞公司采用计算机模拟技术研究预制棒沉积过程中，改造关键生产没备，研制成功了具自一自主知识产权的新型高效多组管喷片设计开发出能精确控制光纤的折射率分布，同时采用激光控制系统，从而成功地掌握厂大尺寸光纤预制棒的量产化技术。原料气体纯度要求较低，原材料可全部实现国产化等优点，体现了我国在光纤制作工艺上的工艺水平，为我国有这样的大公司而感到骄傲。通过这次参观不仅使我进一步认识了光纤，成功地得到了我之前一直在想的问题的答案，认识到它在光纤通信中扮演的重要角色，熟悉了石英光纤制作流程和步骤，惊叹于一根普通的光纤的工艺的复杂程度，和它在传输信息的方面扮演的重要角色，加深了对课程知识了解，开阔了视野，而且进一步认识到理论与实践相结合的重要性，作为一名大学生不仅要努力学习课程知识，而且还要多做实验，多动手实践，参观相关企业，学到应用过程中的更多知识。作为光电的大学生，要学会学以致用，努力学习专业知识，更好的为社会做出贡献。
