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運營和維護MCVD制造系統的多年中，我與設計師緊密合作，并密切參與設計過程，以確保設計在擴展系數等方面都是可制造的。實際上，瓶坯制造的設計者/操作者團隊類似于建筑師和房屋建造者共同工作的方式。
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成的瓶坯的折射率和尺寸，例如玻璃層的厚度。這是分析完成的瓶坯和預測達到設計目標的能力的關鍵信息。通常，分析器具有預測拉出光纖的截止波長，MFD和NA的軟件。作為操作員，這將為您提供重要的信息，以計劃將滿足指定設計目標的MCVD工藝變更。
作為MCVD操作員，您依靠輪廓儀來測量完成的瓶坯的折射率和尺寸，例如玻璃層的厚度。這是分析完成的瓶坯和預測達到設計目標的能力的關鍵信息。通常，分析器具有預測拉出光纖的截止波長，MFD和NA的軟件。作為操作員，這將為您提供重要的信息，以計劃將滿足指定設計目標的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。
凹陷的阱（折射率<二氧化硅）阻擋層（以最小化GeO2核心）可用于最小化玻璃芯的損耗– MCVD操作人員知道，芯中的鍺會增加折射率。但是，添加的數量越多，光纖的損耗就越高。一種策略是降低纖芯周圍的高純度阻擋層的折射率。凹陷的阱層可以由諸如氟的摻雜劑形成。這種設計可在不增加芯鍺的情況下增加勢壘層與芯層之間的折射率差，并增加NA。凹陷的井壁厚度必須經過精心設計，以防止切斷主模。
實現設計目標的重要設備注意事項
作為運營商，您該怎么做才能確保達到設計目標？如上所述，您必須嚴格控制勢壘層和凹陷阱層。準確控制氣流至關重要。
質量流量控制校準–如您所知，您需要良好的校準設備和程序，因為您必須知道確切的質量流量。
化學汽化控制–我在之前的文章中談到了起泡器（請參閱本文結尾處的鏈接）。此外，我計劃在以后的文章中更詳細地討論此關鍵功能。
泄漏測試以確保一致的流量和蒸汽比–顯然，您需要一個良好的泄漏測試程序/系統，并確保設備正常運行以實現一致的流量和良好的蒸汽比。這有助于可重復的設計。
實現設計目標的重要過程注意事項
對于瓶坯制造商，某些過程控制可以幫助確保始終滿足設計規范。在此過程中，有4個關鍵點可幫助您實現設計目標。
每次通過時都要用一致的層厚度小心地控制管子的直徑–沉積阻擋層和芯層時，您的目標是每次都保持一致的厚度。但是，眾所周知，燃燒器的火焰壓力會導致沉積管收縮。如果沒有直徑控制，這種收縮會減小內部表面積。在蒸氣流恒定的情況下，沉積層的厚度將減小。如果沉積管的直徑在每次運行之間或在一次運行內變化，則層厚度將不會復制。仔細控制管子的直徑絕對至關重要。對于沉積，一致性是關鍵。
這是對此進行思考的另一種方法：管子收縮會增加管子橫截面積（CSA），從而降低內部反應溫度（影響沉積），并減少氧化物沉積的表面積。在理想的情況下，如果您使用完全相同的收縮率制造具有相同沉積管CSA的10個瓶坯，那么您可以忍受該管的收縮。假定其他變量為常數，則這些預成型坯將完全相同。但這很少發生，因為起始試管通常具有不同的CSA，并且每個過程都涉及一些可變性。
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。
較低的沉積溫度可降低OH從燈管和燃燒器擴散到芯子的可能性，并防止燈管收縮–正如我們所討論的，缺乏直徑控制會導致燈管壁變厚。管壁較厚時，必須施加更多的燃燒器熱量以保持一致的沉積溫度。沉積管和燃燒器是水源，水可以通過玻璃層向核心擴散。保持盡可能低的沉積溫度可防止管子收縮，并防止水流向纖芯，這會在最終的纖維測量中引起吸收。
保持低溫的技巧：您可能知道，添加磷和氟等摻雜劑會降低沉積溫度。
沉積管溫度在此過程中至關重要，這意味著校準對于可再現的設計目標至關重要–校準過程高溫計絕對至關重要。實際上，為了確保準確性，我使用了獨立于過程高溫計的手持式校準標準。我穿過高溫計取景器，穿過熱區，直到檢測到最高溫度。此最高溫度是實際溫度。我會將讀數與過程高溫計進行比較，并檢查校準偏差。校準至關重要–可重復的過程取決于準確的溫度。
有關手持式高溫計的提示：您無需購買昂貴的黑體儀器。取而代之的是，購買用黑體標準品校準的手持標準品。此外，您可以將手持式高溫計臨時安裝在消防車上，以抽查過程高溫計的校準。
在管子塌陷期間，控制燃燒器的H2 / O2比例，以達到可重現的芯/包層比，并最大程度地減少玻璃燃燒 –按時間順序執行此過程，您已經完成了沉積，現在必須將中空管塌縮成固體預成型坯。為此，必須增加燃燒器的H2 / O2流量以產生較高的火焰壓力和溫度。火焰壓力將力和熱量施加到管子上，迫使其塌陷。在足夠的內部管壓力下，管保持圓形。燃燒器的H2 / O2比率至關重要，因為它直接影響您燃燒掉的玻璃量。在崩潰溫度下，您正在蒸發玻璃，并且會注意到白氧化物在燃燒器之前凝結。控制燃燒器的氣體比率和塌陷期間的玻璃燃燒非常重要。在纖維拉伸過程中，預成型坯正好按比例縮小。
在塌落時保持瓶坯筆直的提示： SG Controls等公司提供帶有氮簾的不銹鋼水冷式燃燒器，以減小熱區寬度，從而防止塌落時瓶坯下垂。燃燒器外側邊緣上的可調氮氣流吹向燃燒管，以均勻減小熱區寬度。這使操作員可以在折疊過程中調整熱區寬度。該設備可以提高均勻性和纖維產量。
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。
