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運營和(he)維護MCVD制(zhi)造(zao)系統的(de)(de)多年中，我與設計(ji)師(shi)緊密合作，并密切參與設計(ji)過程，以確(que)保設計(ji)在擴展系數(shu)等方(fang)面都是(shi)可制(zhi)造(zao)的(de)(de)。實際上，瓶(ping)坯(pi)制(zhi)造(zao)的(de)(de)設計(ji)者(zhe)/操作者(zhe)團隊類似于建筑師(shi)和(he)房屋建造(zao)者(zhe)共同工作的(de)(de)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(zuo)為MCVD操作(zuo)員，您依靠輪廓儀來測(ce)(ce)量完(wan)成的(de)瓶坯(pi)的(de)折射率和尺寸，例如玻璃(li)層(ceng)的(de)厚度。這是分析(xi)(xi)完(wan)成的(de)瓶坯(pi)和預(yu)測(ce)(ce)達到設計目標的(de)能力(li)的(de)關鍵信息。通常，分析(xi)(xi)器具有預(yu)測(ce)(ce)拉出光纖的(de)截止(zhi)波長，MFD和NA的(de)軟件。作為操作員，這將為您(nin)提供重要的(de)信息，以(yi)計(ji)(ji)劃(hua)將滿(man)足指定設計(ji)(ji)目標的(de)MCVD工藝變(bian)更。
作(zuo)為MCVD操作(zuo)員，您依靠輪廓儀來測(ce)(ce)量完(wan)成的(de)瓶坯(pi)的(de)折射率和尺寸，例如玻璃(li)層(ceng)的(de)厚度。這是分析(xi)(xi)完(wan)成的(de)瓶坯(pi)和預(yu)測(ce)(ce)達到設計目標的(de)能力(li)的(de)關鍵信息。通常，分析(xi)(xi)器具有預(yu)測(ce)(ce)拉出光纖的(de)截止(zhi)波長，MFD和NA的(de)軟件。作為操作員，這將為您(nin)提供重要的(de)信息，以(yi)計(ji)(ji)劃(hua)將滿(man)足指定設計(ji)(ji)目標的(de)MCVD工藝變(bian)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(ao)陷的(de)阱（折(zhe)(zhe)射(she)(she)率<二氧化(hua)(hua)硅）阻擋層（以最小化(hua)(hua)GeO2核心(xin)(xin)）可(ke)用(yong)于最小化(hua)(hua)玻璃芯的(de)損耗(hao)– MCVD操作人(ren)員知道，芯中的(de)鍺會增(zeng)加(jia)折(zhe)(zhe)射(she)(she)率。但是(shi)，添加(jia)的(de)數(shu)量越(yue)多，光纖的(de)損耗(hao)就越(yue)高。一種策略(lve)是(shi)降(jiang)低纖芯周圍的(de)高純度阻擋層的(de)折(zhe)(zhe)射(she)(she)率。凹(ao)陷的(de)阱層可(ke)以由諸如(ru)氟的(de)摻雜劑形成。這種設計(ji)(ji)可(ke)在不增(zeng)加(jia)芯鍺的(de)情(qing)況下(xia)增(zeng)加(jia)勢壘層與芯層之(zhi)間的(de)折(zhe)(zhe)射(she)(she)率差，并(bing)增(zeng)加(jia)NA。凹(ao)陷的(de)井壁厚度必(bi)須經過精心(xin)(xin)設計(ji)(ji)，以防止切斷主模(mo)。
實現(xian)設計目標的(de)重要設備注意(yi)事(shi)項
作為運營商，您(nin)(nin)該怎么做才能確保達到設(she)計目(mu)標？如(ru)上所(suo)述，您(nin)(nin)必(bi)須嚴格控制勢壘層和凹陷阱層。準確控制氣(qi)流至關重要。
質量(liang)流量(liang)控制校準(zhun)(zhun)–如您所知，您需(xu)要良好(hao)的(de)校準(zhun)(zhun)設備和程序，因為您必須知道確切的(de)質量(liang)流量(liang)。
化(hua)學汽化(hua)控制–我(wo)在(zai)之(zhi)前(qian)的文章中(zhong)(zhong)談到了起泡器（請參(can)閱本文結尾(wei)處的鏈接）。此外(wai)，我(wo)計(ji)劃在(zai)以后(hou)的文章中(zhong)(zhong)更(geng)詳細(xi)地討論此關鍵(jian)功能。
泄漏(lou)測試以確保一(yi)致(zhi)的(de)(de)流量和(he)蒸汽(qi)比–顯然，您需要一(yi)個(ge)良好的(de)(de)泄漏(lou)測試程序/系統，并確保設(she)備正常運行以實現(xian)一(yi)致(zhi)的(de)(de)流量和(he)良好的(de)(de)蒸汽(qi)比。這(zhe)有助于可重復的(de)(de)設(she)計。
實現設計目標的重(zhong)要過程注意事項
對于(yu)瓶坯(pi)制(zhi)造商，某些過程(cheng)控制(zhi)可(ke)以幫(bang)助(zhu)確保始(shi)終滿(man)足設(she)計規范(fan)。在此過程(cheng)中(zhong)，有4個關鍵點可(ke)幫(bang)助(zhu)您實現設(she)計目(mu)標。
每次(ci)通(tong)過時(shi)(shi)都(dou)要用一致的(de)層(ceng)厚(hou)度小(xiao)心地控制(zhi)管子的(de)直(zhi)(zhi)徑–沉(chen)積(ji)阻(zu)擋層(ceng)和芯層(ceng)時(shi)(shi)，您(nin)的(de)目(mu)標是每次(ci)都(dou)保持一致的(de)厚(hou)度。但(dan)是，眾所周知(zhi)，燃燒器的(de)火焰壓力會(hui)導致沉(chen)積(ji)管收縮。如(ru)果沒(mei)有(you)直(zhi)(zhi)徑控制(zhi)，這種收縮會(hui)減(jian)小(xiao)內(nei)(nei)部表面積(ji)。在(zai)蒸氣流恒(heng)定的(de)情況下，沉(chen)積(ji)層(ceng)的(de)厚(hou)度將減(jian)小(xiao)。如(ru)果沉(chen)積(ji)管的(de)直(zhi)(zhi)徑在(zai)每次(ci)運行(xing)之間或在(zai)一次(ci)運行(xing)內(nei)(nei)變化，則(ze)層(ceng)厚(hou)度將不會(hui)復(fu)制(zhi)。仔細(xi)控制(zhi)管子的(de)直(zhi)(zhi)徑絕對至關(guan)重要。對于沉(chen)積(ji)，一致性是關(guan)鍵。
這(zhe)是對(dui)此進行思(si)考的(de)另一種方(fang)法：管(guan)子收縮會增加(jia)管(guan)子橫截(jie)面(mian)積（CSA），從而降低(di)內部反應(ying)溫度（影(ying)響沉(chen)積），并減少(shao)氧化物沉(chen)積的(de)表面(mian)積。在(zai)理想的(de)情況下，如果您使用完全相同的(de)收縮率制(zhi)造具(ju)有(you)相同沉(chen)積管(guan)CSA的(de)10個瓶(ping)坯，那么您可以忍受該(gai)管(guan)的(de)收縮。假定其他變量為(wei)常數，則這(zhe)些(xie)預(yu)成型坯將完全相同。但(dan)這(zhe)很少(shao)發(fa)生，因為(wei)起始試管(guan)通(tong)常具(ju)有(you)不同的(de)CSA，并且(qie)每個過程都涉及一些(xie)可變性。
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(jiao)低的沉(chen)積溫度可(ke)(ke)降低OH從燈管和燃(ran)燒器擴(kuo)散到芯子(zi)的可(ke)(ke)能性，并(bing)防止燈管收縮–正如(ru)我們所(suo)討(tao)論的，缺乏直徑控(kong)制會導致燈管壁(bi)變厚。管壁(bi)較(jiao)厚時，必須施加更多的燃(ran)燒器熱量(liang)(liang)以(yi)保持一致的沉(chen)積溫度。沉(chen)積管和燃(ran)燒器是水(shui)源，水(shui)可(ke)(ke)以(yi)通過玻璃層向核(he)心擴(kuo)散。保持盡可(ke)(ke)能低的沉(chen)積溫度可(ke)(ke)防止管子(zi)收縮，并(bing)防止水(shui)流向纖芯，這會在(zai)最終的纖維測量(liang)(liang)中引起(qi)吸收。
保持低溫(wen)的(de)技巧：您(nin)可能(neng)知道，添加(jia)磷和氟(fu)等(deng)摻雜劑會降低沉積溫(wen)度(du)。
沉積管溫(wen)度(du)(du)(du)在此過(guo)程(cheng)中至關(guan)(guan)重(zhong)要，這(zhe)意味著校(xiao)(xiao)準(zhun)(zhun)(zhun)對于可(ke)(ke)再現(xian)的設計(ji)目(mu)標(biao)至關(guan)(guan)重(zhong)要–校(xiao)(xiao)準(zhun)(zhun)(zhun)過(guo)程(cheng)高(gao)溫(wen)計(ji)絕(jue)對至關(guan)(guan)重(zhong)要。實際上，為了確(que)保準(zhun)(zhun)(zhun)確(que)性，我使用了獨立于過(guo)程(cheng)高(gao)溫(wen)計(ji)的手持(chi)式校(xiao)(xiao)準(zhun)(zhun)(zhun)標(biao)準(zhun)(zhun)(zhun)。我穿過(guo)高(gao)溫(wen)計(ji)取景器，穿過(guo)熱區，直到檢測到最高(gao)溫(wen)度(du)(du)(du)。此最高(gao)溫(wen)度(du)(du)(du)是(shi)實際溫(wen)度(du)(du)(du)。我會將(jiang)讀數與過(guo)程(cheng)高(gao)溫(wen)計(ji)進行比較(jiao)，并檢查校(xiao)(xiao)準(zhun)(zhun)(zhun)偏(pian)差(cha)。校(xiao)(xiao)準(zhun)(zhun)(zhun)至關(guan)(guan)重(zhong)要–可(ke)(ke)重(zhong)復的過(guo)程(cheng)取決于準(zhun)(zhun)(zhun)確(que)的溫(wen)度(du)(du)(du)。
有關手(shou)持式(shi)高溫(wen)計(ji)的(de)(de)提示：您無需(xu)購買昂貴(gui)的(de)(de)黑體(ti)儀器。取而代之的(de)(de)是，購買用黑體(ti)標(biao)準(zhun)品校(xiao)準(zhun)的(de)(de)手(shou)持標(biao)準(zhun)品。此外，您可以將手(shou)持式(shi)高溫(wen)計(ji)臨時(shi)安(an)裝在消防車上，以抽(chou)查過程高溫(wen)計(ji)的(de)(de)校(xiao)準(zhun)。
在(zai)(zai)管子塌(ta)陷(xian)期(qi)間，控制(zhi)燃(ran)燒(shao)器(qi)(qi)的(de)H2 / O2比例，以(yi)達到(dao)可重(zhong)現的(de)芯/包層比，并最大程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)地減少玻璃燃(ran)燒(shao) –按時間順序(xu)執行此過程(cheng)(cheng)(cheng)，您已經完(wan)成了沉(chen)積，現在(zai)(zai)必須將中(zhong)空管塌(ta)縮成固體預(yu)成型坯。為此，必須增(zeng)加燃(ran)燒(shao)器(qi)(qi)的(de)H2 / O2流量(liang)(liang)以(yi)產生較高的(de)火焰(yan)壓(ya)(ya)力和溫度(du)。火焰(yan)壓(ya)(ya)力將力和熱量(liang)(liang)施加到(dao)管子上，迫使其塌(ta)陷(xian)。在(zai)(zai)足夠的(de)內部管壓(ya)(ya)力下(xia)，管保持圓形。燃(ran)燒(shao)器(qi)(qi)的(de)H2 / O2比率至關(guan)重(zhong)要，因為它(ta)直接(jie)影響您燃(ran)燒(shao)掉的(de)玻璃量(liang)(liang)。在(zai)(zai)崩潰溫度(du)下(xia)，您正在(zai)(zai)蒸發玻璃，并且會(hui)注(zhu)意到(dao)白(bai)氧化(hua)物在(zai)(zai)燃(ran)燒(shao)器(qi)(qi)之(zhi)前凝結。控制(zhi)燃(ran)燒(shao)器(qi)(qi)的(de)氣體比率和塌(ta)陷(xian)期(qi)間的(de)玻璃燃(ran)燒(shao)非常(chang)重(zhong)要。在(zai)(zai)纖(xian)維拉伸(shen)過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)，預(yu)成型坯正好按比例縮小。
在塌落時保持瓶(ping)坯(pi)筆直的提(ti)示： SG Controls等公司提(ti)供帶(dai)有氮(dan)簾的不(bu)銹鋼水冷式(shi)燃燒器，以(yi)減小熱(re)(re)區(qu)寬度，從而防(fang)止塌落時瓶(ping)坯(pi)下垂。燃燒器外側邊緣上的可(ke)調(diao)氮(dan)氣流吹向燃燒管，以(yi)均勻(yun)減小熱(re)(re)區(qu)寬度。這使操(cao)作員(yuan)可(ke)以(yi)在折疊過程(cheng)中調(diao)整熱(re)(re)區(qu)寬度。該設備可(ke)以(yi)提(ti)高均勻(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。
