MCVD工艺原理PPT课件

-,1,什么是MCVD?,MCVD是ModifiedChemicalVaporDeposition的简称，译称改良的化学气相沉积法。该预制棒生产方法是由美国AT&TBell实验室和英国南安普敦大学于二十世纪七十年代初期首先提出的。由于它在制备不同种类的光纤上具有很强的灵活性，所以如今它已经成为生产高品质通讯光纤用预制棒的四大主要方法之一。,-,2,MCVD预制棒的组成,MCVD法是一种在高质量（高纯度、低水分、低杂质）的石英管（我们称之为基管）的内壁沉积更高纯度的二氧化硅(SiO2)，并掺以可改变折射率或玻璃体粘度的其它一些高纯物质，如二氧化锗(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟氧化硅(SiO1.5F)等，形成不同折射率的芯层和包层，以实现光信号在光纤芯中传播时的全反射、低损耗、高容量等效果。,-,3,MCVD工艺的物流方向,MCVD工艺从基管的一头由氧气作为载气将待反应的原料载带进基管，而在基管的外面用氢氧焰加热到19000C以上，间接加热基管内的反应原料，生成的玻璃体，沉积在基管的内壁。没有沉积下来的玻璃体，由工艺气体载带，经由尾部的较大直径的灰粒收集管（俗称尾管），进入灰粒收集箱，甚至部分被直接抽吸到洗涤塔进行处理。,-,4,MCVD工艺示意图,-,5,OFC12沉积车床,-,6,MCVD的沉积机理,沉积的机理一般认为是热泳机理：即顺着温度梯度下降的方向沉积。所以沉积一般发生在燃烧器所在位置的下游。当燃烧器往下游移动，经过刚沉积上去的疏松体时，又将疏松体玻璃化成透明的玻璃体。燃烧器到达基管尾部后，又迅速返回到基管头部，开始下一遍沉积。,-,7,高度自动化的生产设备,由Nextrom提供的OFC12车床，可以实现补料、输料的自动控制，各种气体的流量都经过质量流量计的精确控制。使用过的管道还可以进行及时的吹扫。整个生产过程，除了上管、接管和卸棒等步骤需要人工干预外，其它大部分过程，如沉积、烧结和塌缩过程都由计算机自动控制。工艺控制程序在英文中称为recipe。为改善沉积的均匀性，一般还在沉积基管的不同位置，对工艺条件进行优化处理（英文中称ramping）。,-,8,MCVD沉积机理,沉积的机理一般认为是热泳机理：即顺着温度梯度下降的方向沉积。在燃烧器的上方，管壁的温度高于管子中心的温度，所以反应包络面中生成的玻璃体均向管子中心集中，但燃烧器的下游，管壁温度比管子中心低。当玻璃体被工艺气流载带到下游时，就在燃烧器所在位置下游的管壁沉积下来。,-,9,沉积示意图,-,10,沉积要求,一般先在基管内壁沉积几十层包层，其折射率比纯石英的折射率稍低，再在中心沉积十来遍折射率较高的芯层。沉积的要求是：塌缩后各层的厚度要恰当、均匀，纵向的沉积物分布也要均匀。沉积包层的含水率等指标应比基管的更少，这样才可有效地阻挡基管或ACVD法外沉积包层中的水份扩散到芯层和近芯包层，确保光纤的传输性能良好。,-,11,玻璃化的要求,MCVD工艺是一种在同一台设备上几乎同时进行沉积和烧结的工艺。当燃烧器往下游移动，经过刚沉积上去的疏松体时，又将疏松体玻璃化成透明的玻璃体。玻璃化的要求是：燃烧器经过后的石英管仍要是透明的。燃烧器到达基管尾部后，又迅速返回到基管头部，开始下一遍沉积和玻璃化。,-,12,塌缩要求,沉积完芯层的基管，其中心还有一个很大的孔。需要在更高的温度下，利用熔融玻璃体的表面张力，将其塌缩成实心的预制棒芯棒。MCVD有一个固有的缺陷，其在芯棒起始段的沉积相对来讲比较薄，该段被称为的“入口锥度”。所以塌缩时，一般不再塌缩该段不均匀的管子，这样塌缩的距离就比沉积的距离短。,-,13,沉积与塌缩距离示意图,塌缩距离,沉积距离,1234,-,14,MCVD工艺中的化学反应,SiCl4+O2=SiO2+2Cl2GeCl4+O2GeO2+2Cl22GeO22GeO(g)+O24POCl3+3O2=2P2O5+6Cl212SiO2+2SF6=12SiO1.5F(S)+2SO2+O2Cl2+H2OHCl+HClO或Cl2+Si-OHSi-Cl,-,15,各种原料所起的作用之一,SiCl4生成的SiO2在基管的内壁沉积形成高纯度的玻璃；GeCl4生成的GeO2可使SiO2玻璃基体折射率变大，是形成预制棒/光纤芯层的首选物质；POCl3用来改变玻璃粘度，以改善沉积条件，并可适当提高折射率；高纯O2用作沉积必须的载气和反应气体，以及日常工艺管路的吹扫；,-,16,各种原料所起的作用之二,SF6既可用于基管内壁的腐蚀，又可用于补芯时的腐蚀，还可用于降低SiO2的折射率，调节预制棒/光纤的折射率分布；Cl2用作腐蚀及塌缩时的干燥气体，