图5-2-3管内化学气相沉积法工艺示意图
首先利用超纯氧气O2或氩气Ar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(如CF2Cl2)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1400~1600℃高温氢氧火焰加热石英包皮管的外壁,这时管内的SiCl4和CF2Cl2等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SiO2与SiF4 (或B2O3),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(约8-10μm)均匀透明的掺杂玻璃SiO2-SiF4(或SiO2-B2O3),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SiO2-SiF4(或SiO2-B2O3)玻璃薄膜,厚度约为8~10μm。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,那么在石英包皮管的内壁上就会形成一定厚度的SiO2-SiF4、SiO2-B2O3玻璃层,作为SiO2光纤预制棒的内包层。
在内包层沉积过程中,可以使用的低折射率掺杂剂有CF2Cl2、SF6 、C2F4、B2O3等,其氧
化原理与化学反应方程式如下:
SiCl4+O2(5-2-1) 2+2Cl2SiCl4+2O2+2CF2Cl2(5-2-2) 4+2Cl2 +2 或 3SiCl4+2O2+2SF4+3Cl2 +或(5-2-3)
3O2+4BBr3+6Br2 (5-2-4) 第二步,熔炼芯层玻璃
光纤预制棒芯层的折射率比内包层的折射率要稍高些,可以选择高折射率材料(如三氯
氧磷POCl3、四氯化锗GeCl4等)作掺杂剂,熔炼方法与沉积内包层相同。用超纯氧(O2)气把蒸发瓶1、2中已汽化的饱和蒸气SiCl4、GeCl4或POCl3等化学试剂经气体输送系统送入石英包皮管中,进行高温氧化反应,形成粉末状的氧化物SiO2-GeO2或SiO2-P2O5,并沉积在气流下漩的内壁上,氢氧火焰经过的地方,就会在包皮管内形成一层均匀透明的氧化物SiO2-GeO2(或SiO2-P2O5)沉积在内包层SiO2-SiF4玻璃表面上。经
一定时间的沉积,在内包层上就会沉积出一定厚度的掺锗(GeO2)玻璃,作为光纤预制棒的芯层。沉积芯层过程中,高温氧化的原理与化学反应方程式如下:
SiCl4+ O(5-2-5) 2+GeCl4+O2 (5-2-6) 2+2Cl22POCl3+4O 2O5+3Cl(5-2-7)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
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