眾所周知，高純度原材料對于實現設計目標至關重要。低金屬雜質可防止反射損失，干燥的原材料可防止吸收。另外，有許多設計策略可以滿足截止波長，模場直徑（MFD）和數值孔徑（NA）的要求。額外的波導設計制造目標包括高純度，低OH，均勻性和可再現性。
在3M運(yun)營和(he)(he)維護MCVD制(zhi)造系(xi)統的多年中，我與設計(ji)師(shi)緊(jin)密合作，并密切(qie)參與設計(ji)過程，以確(que)保設計(ji)在擴展系(xi)數等(deng)方(fang)面都是(shi)可制(zhi)造的。實際上(shang)，瓶坯制(zhi)造的設計(ji)者/操(cao)作者團(tuan)隊類似于建筑師(shi)和(he)(he)房(fang)屋建造者共(gong)同(tong)工作的方(fang)式。
除了與設計人員解決設計問題外，MCVD操作員還必須在整個制造過程中嚴格控制多個設備和工藝變量。以下各段對光纖預制棒的關鍵設計目標進行了高級綜述，并為MCVD操作人員提供了制造特定玻璃波導并實現可重復設計的提示。
瓶胚輪廓儀對于實現設計目標至關重要
作為MCVD操作員，您依靠輪廓儀來測量完(wan)成(cheng)的(de)瓶坯的(de)折射率和尺寸，例如玻璃層的(de)厚度。這是分(fen)析完(wan)成(cheng)的(de)瓶坯和預測達到設計目(mu)標的(de)能力的(de)關(guan)鍵信息。通常(chang)，分(fen)析器具有預測拉出光纖的(de)截(jie)止波(bo)長，MFD和NA的(de)軟(ruan)件。作(zuo)為操作(zuo)員，這將(jiang)為您提供重要的(de)信息(xi)，以計(ji)劃將(jiang)滿足(zu)指定設計(ji)目標(biao)的(de)MCVD工藝變更。
作為MCVD操作員，您依靠輪廓儀來測量完(wan)成(cheng)的(de)瓶坯的(de)折射率和尺寸，例如玻璃層的(de)厚度。這是分(fen)析完(wan)成(cheng)的(de)瓶坯和預測達到設計目(mu)標的(de)能力的(de)關(guan)鍵信息。通常(chang)，分(fen)析器具有預測拉出光纖的(de)截(jie)止波(bo)長，MFD和NA的(de)軟(ruan)件。作(zuo)為操作(zuo)員，這將(jiang)為您提供重要的(de)信息(xi)，以計(ji)劃將(jiang)滿足(zu)指定設計(ji)目標(biao)的(de)MCVD工藝變更。
其他設計注意事項
阻擋層減慢了OH的遷移，為關鍵的沉積層提供了高純度的玻璃基板，并為擴展模式場產生了純玻璃–如您所知，玻璃阻隔層通常與起始管折射率匹配，但純度更高。通常，您會在基管內沉積幾層高純度玻璃，以形成關鍵的沉積層的原始表面，從而引導光線。純玻璃非常重要，因為根據波導設計，通過光纖纖芯傳輸的模場將根據波長擴展。取決于光學設計，一些光可以在阻擋層中被引導。如果阻擋層的厚度不夠大，則模場可能會遇到沉積管玻璃，并且可能會吸收或反射，從而導致纖維損耗增加。
凹陷的(de)阱(jing)（折(zhe)(zhe)(zhe)射率(lv)<二氧化(hua)硅）阻(zu)擋層(ceng)（以(yi)(yi)最(zui)小化(hua)GeO2核心(xin)）可(ke)用于最(zui)小化(hua)玻璃芯(xin)(xin)的(de)損耗– MCVD操作人(ren)員知道(dao)，芯(xin)(xin)中的(de)鍺會增加(jia)折(zhe)(zhe)(zhe)射率(lv)。但(dan)是，添(tian)加(jia)的(de)數量越多(duo)，光纖的(de)損耗就(jiu)越高(gao)。一(yi)種策略是降低纖芯(xin)(xin)周圍的(de)高(gao)純度阻(zu)擋層(ceng)的(de)折(zhe)(zhe)(zhe)射率(lv)。凹陷的(de)阱(jing)層(ceng)可(ke)以(yi)(yi)由諸(zhu)如氟的(de)摻雜劑形成。這種設(she)計(ji)可(ke)在不增加(jia)芯(xin)(xin)鍺的(de)情況(kuang)下增加(jia)勢(shi)壘層(ceng)與芯(xin)(xin)層(ceng)之間的(de)折(zhe)(zhe)(zhe)射率(lv)差(cha)，并增加(jia)NA。凹陷的(de)井壁厚度必須經過精心(xin)設(she)計(ji)，以(yi)(yi)防止切斷主模(mo)。
實現設計目標的重要設備注意事項
作(zuo)為(wei)運營商(shang)，您(nin)該怎(zen)么(me)做才能確(que)保達(da)到設計目標？如上(shang)所述，您(nin)必須嚴格控制勢壘(lei)層(ceng)和凹(ao)陷阱層(ceng)。準確(que)控制氣流至關重要。
質量(liang)流量(liang)控制校(xiao)準–如您(nin)所(suo)知，您(nin)需要良好的(de)(de)校(xiao)準設備(bei)和程序，因為您(nin)必須知道確切的(de)(de)質量(liang)流量(liang)。
化學汽(qi)化控制–我在之前的文章中(zhong)談到了(le)起泡器（請參(can)閱本文結尾處的鏈接(jie)）。此(ci)外，我計劃(hua)在以后的文章中(zhong)更(geng)詳細地討論(lun)此(ci)關鍵功能。
泄(xie)漏(lou)測試(shi)以(yi)(yi)確保(bao)一致的(de)(de)流量和蒸汽(qi)比–顯(xian)然，您(nin)需(xu)要一個良(liang)好(hao)的(de)(de)泄(xie)漏(lou)測試(shi)程序/系統，并確保(bao)設備(bei)正常運行(xing)以(yi)(yi)實現一致的(de)(de)流量和良(liang)好(hao)的(de)(de)蒸汽(qi)比。這有助于可(ke)重復的(de)(de)設計(ji)。
實現設計目標的重要過(guo)程注意(yi)事項
對于瓶(ping)坯制(zhi)造(zao)商，某(mou)些過程控制(zhi)可(ke)以(yi)幫助(zhu)確保始終滿足設(she)計規范。在此過程中，有(you)4個關(guan)鍵點可(ke)幫助(zhu)您實現設(she)計目(mu)標。
每(mei)次(ci)通過時都要用一(yi)致(zhi)的層厚度小心地(di)控制管子的直徑(jing)(jing)–沉(chen)(chen)積阻擋層和芯層時，您的目(mu)標(biao)是(shi)每(mei)次(ci)都保(bao)持一(yi)致(zhi)的厚度。但是(shi)，眾所周(zhou)知，燃燒(shao)器的火焰(yan)壓力會(hui)(hui)導致(zhi)沉(chen)(chen)積管收(shou)縮。如果沒有直徑(jing)(jing)控制，這種收(shou)縮會(hui)(hui)減小內部表面積。在蒸氣流(liu)恒定的情況下，沉(chen)(chen)積層的厚度將減小。如果沉(chen)(chen)積管的直徑(jing)(jing)在每(mei)次(ci)運行之(zhi)間或在一(yi)次(ci)運行內變化(hua)，則層厚度將不會(hui)(hui)復(fu)制。仔細控制管子的直徑(jing)(jing)絕(jue)對至關重要。對于沉(chen)(chen)積，一(yi)致(zhi)性是(shi)關鍵。
這是對此進(jin)行思考的另一種方法：管(guan)(guan)(guan)子收縮會(hui)增加管(guan)(guan)(guan)子橫截(jie)面積(ji)（CSA），從而降低內部反應溫(wen)度（影(ying)響沉(chen)積(ji)），并減少氧化物沉(chen)積(ji)的表面積(ji)。在理(li)想的情況下，如果您使用完(wan)全相同(tong)的收縮率制(zhi)造具有(you)相同(tong)沉(chen)積(ji)管(guan)(guan)(guan)CSA的10個瓶坯，那么(me)您可以(yi)忍(ren)受該(gai)管(guan)(guan)(guan)的收縮。假定(ding)其他變(bian)量為(wei)(wei)常數，則這些預成型坯將(jiang)完(wan)全相同(tong)。但這很少發生，因為(wei)(wei)起始試管(guan)(guan)(guan)通(tong)常具有(you)不同(tong)的CSA，并且每個過程都涉及一些可變(bian)性(xing)。
提高重現性的技巧：沉積管的內部溫度至關重要，因為反應發生在內部。但是，過程高溫計正在讀取外部溫度。SG Controls提供了直徑控制系統，該系統控制并提供管直徑的光學測量。該系統為閉環系統，增壓系統通過直徑測量和設定點的反饋控制管子的背壓。擁有一個自動系統來控制管徑非常重要。雖然我在手動控制直徑方面取得了一些成功，但這種方法幾乎不像自動化系統那樣具有可重復性。
較低的(de)(de)沉(chen)積(ji)溫(wen)(wen)度(du)(du)可(ke)降低OH從(cong)燈管和燃(ran)(ran)燒器擴(kuo)(kuo)散(san)到芯子的(de)(de)可(ke)能性，并防(fang)止燈管收(shou)縮–正如我們(men)所討論的(de)(de)，缺(que)乏直徑(jing)控制會導致燈管壁(bi)變厚(hou)。管壁(bi)較厚(hou)時，必(bi)須施加更多的(de)(de)燃(ran)(ran)燒器熱(re)量以(yi)保持一致的(de)(de)沉(chen)積(ji)溫(wen)(wen)度(du)(du)。沉(chen)積(ji)管和燃(ran)(ran)燒器是水(shui)源(yuan)，水(shui)可(ke)以(yi)通過玻璃層(ceng)向(xiang)核心擴(kuo)(kuo)散(san)。保持盡(jin)可(ke)能低的(de)(de)沉(chen)積(ji)溫(wen)(wen)度(du)(du)可(ke)防(fang)止管子收(shou)縮，并防(fang)止水(shui)流(liu)向(xiang)纖(xian)芯，這(zhe)會在最終(zhong)的(de)(de)纖(xian)維(wei)測量中引起吸收(shou)。
保(bao)持(chi)低溫(wen)的技(ji)巧：您可能(neng)知道，添加磷和氟等摻雜劑會降低沉積溫(wen)度。
沉積管溫(wen)(wen)度(du)在(zai)此過(guo)(guo)程(cheng)中至關重(zhong)(zhong)要(yao)，這意味著校準對(dui)于(yu)可再現的設計(ji)目(mu)標至關重(zhong)(zhong)要(yao)–校準過(guo)(guo)程(cheng)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)計(ji)絕對(dui)至關重(zhong)(zhong)要(yao)。實際上，為了確保(bao)準確性，我使用了獨立于(yu)過(guo)(guo)程(cheng)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)計(ji)的手持(chi)式校準標準。我穿過(guo)(guo)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)計(ji)取景器，穿過(guo)(guo)熱區，直到(dao)檢測到(dao)最(zui)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)度(du)。此最(zui)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)度(du)是實際溫(wen)(wen)度(du)。我會將讀數與過(guo)(guo)程(cheng)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)計(ji)進行比(bi)較，并檢查(cha)校準偏差。校準至關重(zhong)(zhong)要(yao)–可重(zhong)(zhong)復(fu)的過(guo)(guo)程(cheng)取決于(yu)準確的溫(wen)(wen)度(du)。
有關手(shou)持式高溫(wen)計(ji)的提示：您(nin)無需購買昂貴的黑體儀器(qi)。取而代之的是，購買用黑體標準品(pin)校準的手(shou)持標準品(pin)。此外，您(nin)可(ke)以(yi)將手(shou)持式高溫(wen)計(ji)臨時安裝在消防車上(shang)，以(yi)抽(chou)查過程高溫(wen)計(ji)的校準。
在(zai)管(guan)(guan)(guan)子(zi)塌(ta)(ta)陷期(qi)間(jian)，控制(zhi)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)器(qi)的H2 / O2比(bi)(bi)例，以達到可(ke)重(zhong)現的芯(xin)/包層(ceng)比(bi)(bi)，并最大程(cheng)度地減少玻(bo)璃(li)(li)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao) –按時間(jian)順序(xu)執行此(ci)過(guo)程(cheng)，您(nin)已(yi)經完成(cheng)了(le)沉積，現在(zai)必須將(jiang)中(zhong)(zhong)空(kong)管(guan)(guan)(guan)塌(ta)(ta)縮成(cheng)固(gu)體預成(cheng)型坯(pi)。為此(ci)，必須增(zeng)加燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)器(qi)的H2 / O2流量以產生較高的火焰(yan)壓(ya)力(li)和(he)溫度。火焰(yan)壓(ya)力(li)將(jiang)力(li)和(he)熱量施加到管(guan)(guan)(guan)子(zi)上，迫使其塌(ta)(ta)陷。在(zai)足(zu)夠的內部管(guan)(guan)(guan)壓(ya)力(li)下(xia)，管(guan)(guan)(guan)保(bao)持圓形。燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)器(qi)的H2 / O2比(bi)(bi)率至關重(zhong)要，因為它(ta)直(zhi)接影響(xiang)您(nin)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)掉的玻(bo)璃(li)(li)量。在(zai)崩潰溫度下(xia)，您(nin)正在(zai)蒸發玻(bo)璃(li)(li)，并且會注意到白氧化物在(zai)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)器(qi)之前凝結。控制(zhi)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)器(qi)的氣(qi)體比(bi)(bi)率和(he)塌(ta)(ta)陷期(qi)間(jian)的玻(bo)璃(li)(li)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)非常重(zhong)要。在(zai)纖維拉伸過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，預成(cheng)型坯(pi)正好按比(bi)(bi)例縮小(xiao)。
在(zai)塌落時(shi)保持瓶坯筆(bi)直的(de)提(ti)示： SG Controls等公司(si)提(ti)供帶有氮(dan)(dan)簾的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)水冷式燃燒器，以(yi)減小(xiao)熱(re)區(qu)寬度，從而防止(zhi)塌落時(shi)瓶坯下(xia)垂。燃燒器外側(ce)邊緣上的(de)可(ke)調(diao)氮(dan)(dan)氣流吹向燃燒管(guan)，以(yi)均勻(yun)減小(xiao)熱(re)區(qu)寬度。這使操(cao)作(zuo)員可(ke)以(yi)在(zai)折疊過程中調(diao)整熱(re)區(qu)寬度。該(gai)設備可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)均勻(yun)性和纖維產量。
概要
顯然，這是對光纖預制棒關鍵設計目標的高層審查。希望您掌握了一些技巧，以便可以不斷提高您的流程和可重復性。如果您想進一步討論這些要點，或者想獲得有關本文中提到的某些設備的信息，我建議您打電話給我。
