光纤光缆制造工艺及设备(4)

OVD法的优点主要是生产效率高，其沉积速度是MCVD法的10倍，光纤预制棒的尺寸不

受母棒限制，尺寸可以做得很大，生产出的大型预制棒一根可重达2---3Kg，甚至更重，可拉制100—200Km或更长的光纤，不需要高质量的石英管作套管，全部预制棒材料均由沉积

-工艺生成，棒芯层中OH的含量很低，可低于0.01PPm，由于沉积是中心对称，光纤几何尺

寸精度非常高；易制成损减少，强度高的光纤产品；可进行大规模生产，生产成本低。若采用中心石英靶棒作为种子模，则其可与沉积玻璃层熔为一体，成为芯层的一部分。其缺点是若采用氧化铝陶瓷或高纯石墨作靶棒，在抽去靶棒时，将引起预制棒中心层折射率分布紊乱，而导致光纤传输性能的降低。

总之，OVD法可以用来制造多模光纤，单模光纤，大芯径高数值孔径光纤，单模偏振保

持光纤等多种光纤产品。此工艺在国际上已被广泛应用。

5.2.4.轴向气相沉积法

轴向气相沉积法，简称VAD法。于1977年，由日本电报电话(NTT Lab)公司茨城电气通

信研究所的伊泽立男等人发明。VAD法的反应机理与OVD法相同，也是由火焰水解生成氧化物玻璃。但与OVD法有两个主要区别：

1.靶棒沉积方向是垂直的，氧化物玻璃沉积在靶棒的下端；

2.芯层和层包玻璃同时沉积在靶棒上，预制棒折射率剖面分布型式是通过沉积部位的温

度分布、氢氧火焰的位置和角度、原料饱和蒸气的气流密度的控制等多因素来实现的。

从工艺原理上而言，VAD法沉积形成的预制棒多孔母材向上提升即可实现脱水、烧结，

甚至进而直接接拉丝成纤工序，所以这种工艺的连续光纤制造长度可以不受限制，这也是此工艺潜能所在。

VAD法光纤预制棒的制备工艺同样有二个工序：沉积和烧结。且二个工序是在同一设备

中不同空间同时完成，工艺示意图如图5-2-11所示。

图5-2-11轴向气相沉积法工艺示意图

沉积工序：

首先将一根靶棒垂直放置在反应炉上方的夹具上，并旋转靶棒底端面接受沉积的部位，

用高纯氧载气将形成的玻璃卤化物(SiCl4,GeCl4)饱和蒸气带至氢氧喷灯和喷嘴入口，在高温火焰中水解反应，生产玻璃氧化物粉尘SiO2-GeO2和SiO2,并沉积在边旋转边提升的靶棒底部内、外表面上，随着靶棒端部沉积层的逐步形成，旋转的靶棒应不断向上提升，使沉积面始终处于同一个位置。最终沉积生成具有一定机械强度和孔隙率圆柱形的多孔预制棒。整个反应必须在反应炉中进行，通过保持排气的恒速来保证氢氧焰的稳定。为获得所设计的不同芯层和包层的折射率分布，可以通过合理设计氢氧喷灯的结构、喷灯与靶棒的距离、沉积温度和同时使用几个喷灯等措施来实现。例如，在制作单模光纤预制棒时，由于包层很厚 (2a=8.3—9.6um,2b=125um)，可以用三个喷灯火焰同时沉积，一个火焰用于沉积芯层，另外二个用于沉积包层。，在芯层喷灯喷嘴处通入SiCl4、GeCl4,水解生成SiO2—GeO2玻璃粉尘，而在包层喷灯喷嘴处只通入SiCl4,水解生成SiO2玻璃粉尘，并使它们沉积在相应的部位，这样可得到满足折射率要求的光纤预制棒。

烧结工序：

随着沉积的结束，多孔预制棒沿垂直方向提升到反应炉的上部石墨环状加热炉中，充入

氯气Cl2,氢气H2，以及氯化亚砜(SOCl2)进行脱水处理并烧结成透明的玻璃光纤预制棒。

VAD法的工艺特点：

1.依靠大量的载气送化学试剂的气体通过氢氧火焰，大幅度的提高氧化物粉尘

(SiO2,SiO2-GeO2)的沉积速度。它的沉积速度是MCVD法的10倍；

2.一次性形成纤芯层和沉积包层的粉尘棒，然后对粉尘棒分段熔融，并通入氢气、氯气

以及氯化亚砜进行脱水处理并烧结成透明的预制棒。工序紧凑，简洁，且潜在发展很大；

3.对制备预制棒所需的环境洁净度要求高，适于大批量生产，一根棒可拉数百公里的连

续光纤

4.可制备多模光纤，单模光纤且折射率分布截面上无MCVD法中的中心凹陷，克服了MCVD

法对光纤带宽的限制。

5.此工艺程序多，氢氧喷灯采用的多，3-8个，对产品的总成品率有一定的影响，成本

是OVD法的1.6倍。

总上所述，四种气相沉积的制备方法在本质上是十分相似的。表5-2-2列出四种气相沉

积工艺特点。

表5-2-2 四种气相沉积工艺的特点

方法 MCVD PCVD OVD VAD

反应机理 高温氧化 低温氧化 火焰水解 火焰水解 热源 氢氧焰 等离子体 甲烷或氢氧焰 氢氧焰 沉积方向 管内表面 管内表面 靶棒外径向 靶同轴向 沉积速率 中 小 大 大

沉积工艺 间歇 间歇 间歇 连续

预制棒尺寸 小 小 大 大

折射率分 单模：容易 布控制 容易 极易 容易 多模：稍难 原料纯度要求 严格 严格 不严格 不严格

现使用厂家(代表) 美国阿尔卡特公司 荷兰飞利浦公司 美国康宁公司 日本住友，日本西古公司， 古河等公司，天津46所，中国武汉长飞公司 中国富通公司

5.2.5.大棒组合法（或称二步法）

由表5-2-2可知，四种气相沉积工艺各有优劣，技术均已成熟，但尚有二个方面的问题

需要解决：

1.必须全力提高单位时间内的沉积速度；

2.应设法增大光纤预制棒的尺寸，达到一棒拉出数百乃至数千公里以上的连续光纤。

基于此种想法，可以将四种不同的气相沉积工艺进行不同方式的组合，可以派生出不同

的新的预制棒实用制备技术—大棒套管法。所谓大棒套管法意思是指沉积芯层时采用一种方法，然后利用另一种方法沉积包层或外包层，之后将沉积的内包层连同芯层一道放入到外包层内，在烧结成一体而成，现择其一、二说明之。

MCVD/OVD法：

由于MCVD法的沉积速度慢，而MCVD大棒套管技术要求的几何精度非常高 ，为适应大

棒法的需求，而开发出一种用MCVD法沉积制备芯层和内包层，用OVD法沉积外包层，实现大尺寸预制棒的制备方法-MCVD/OVD。这种组合的预制棒制备工艺可以避免大套管技术中存在的同心度误差的问题，又可以提高沉积速率，因而很有发展前途。

组合气相沉积法：

即HVD法(Hybrid Vaperr Deposition)，是美国Spectram光纤公司在1995年开发的预

制棒制备技术。它是用VAD法作光纤预制棒的芯层部分，不同处在于水平放置靶棒，氢氧焰在一端进行火焰水解沉积，然后再用OVD法在棒的侧面沉积、制作预制棒的外包层部分。HVD法是将VAD 和OVD法两种工艺巧妙地结合在一起，工艺效果十分显著。

光纤预制棒的几种气相沉积制作方法可以相互贯通，彼此结合。

5.2.6.非气相沉积技术

虽然利用气相沉积技术可制备优质光纤，但是气相沉积技术也存在着不足：原料资源、设备投入昂贵，工艺复杂，成品合格率较低，玻璃组份范围窄等。为此，人们经不断的努力研究开发出一些非气相沉积技术来制备SiO2光纤预制棒，并取得了一定的成绩。

5.2.6.1.溶胶---凝胶法

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