9.2.2. Методи виготовлення заготовок оптичного волокна

Для виготовлення заготовки оптичного волокна використовуються різні методи:

1) внутрішнє осадження з газової фази на внутрішній поверхні кварцевої трубки:

– модифіковане хімічне осадження з газової фази;

– плазмове хімічне осадження з газової фази;

2) зовнішнє осадження з газової фази на зовнішній поверхні стержня;

3) осьове осадження з газової фази на торці стержня.

9.2.2.1. Внутрішнє осадження з газової фази

Вперше про метод хімічного осадження з газової фази (Chemical vapor deposition – CVD) було повідомлено науково-дослідними лабораторіями Corning Glass Works і Bell Telephone (MCVD – modified chemical vapor deposition – модифікований метод хімічного осадження з газової фази).

У цьому методі суміш SiO2 наноситься шарами – починаючи з шару скла для оболонки оптичного волокна і закінчуючи шаром серцевини волокна – на внутрішній стороні трубки (рис.9.2), що обертається, нагрітої до 1600ºC зовнішнім пальником.

Оскільки кожен дискретний шар наноситься один на одного, то при нагріванні вони одночасно спікаються, щоб сформуватися у тверде скло. Це відбувається під дією пальника, шляхом переміщення його по трубі у напрямі викиду газу, оплавляючи шари кварцу, нанесені перед пальником.

Уявіть собі подібність токарного верстата, в якому на місце різця встановлений киснево-водневий пальник. У верстат затискається скляна трубка і через неї на першому етапі пропускається хлорид кремнію і кисень (насправді склад суміші складніший). У гарячій зоні навпроти пальника синтезується оксид кремнію. Утворюються бульбашки окислу, які дрейфують з гарячої області в холоднішу і прилипають до стінки. Цей процес називається термофорезом, він чудово описується і пояснюється кінетичною теорією.

9.2.2.2. Зовнішнє осадження з газової фази

Інший метод, яким користується фірма Corning, є метод зовнішнього осадження (на відміну від першого – внутрішнього): скло осідає на вогнетривкий стержень прямо з полум'я пальника, куди подаються хлориди вихідних речовин.

Оскільки осадження відбувається в атмосфері полум'я, в такому матеріалі залишається багато води, отриманої в результаті окислення водню. Тому, після того, як центральний стержень виймають, доводиться продувати заготовку хлором, який екстрагує воду. І лише після цього заготовка склиться.

Перераховані вище три фази процесу, а саме: осадження на вогнетривкий стержень, сушіння і склування – відбуваються послідовно. Тому кожна фаза може бути оптимізована окремо, що дозволяє досягнути високої швидкості осадження матеріалу.

Крім того, швидкість осадження збільшується, оскільки поверхня підкладки збільшується з кожним наступним шаром, що є позитивним коефіцієнтом у збільшенні відносної швидкості процесу. Висока продуктивність нанесення (4,3 г/хв) відповідає продуктивності 5 км/год.

9.2.2.3. Осьове осадження з газової фази

У третьому методі, розробленому японськими фірмами, серед яких NTT, “Sumitomo” та ін., реалізована складніша конструкція. Заготовка росте із затравки, яка розташована на певній відстані над полум'ям пальника і має складну шарову структуру, як у рулета.

У середину полум'я подають суміш хлоридів германію і кремнію, потім шар буферного газу, потім тільки хлорид кремнію для чистого скла, потім знову буферний газ і, врешті-решт, на краю пальника, кисень з воднем – те, що, власне кажучи, і горить.

Речовина осідає на тільки що створену в цьому ж процесі поверхню. Проте, відстань до цієї поверхні повинна бути строго фіксованою, тому заготовка постійно відсувається від полум'я пальника.

Таким методом можна виготовляти заготовки, яких вистачає на декілька тисяч кілометрів волокна, а в принципі, процес може бути безперервний – у міру виготовлення заготовки з неї ж можна витягати волокно. На сьогодні це єдиний метод, що дозволяє реалізувати виробництво безперервного оптичного волокна.