改进化学沉积法(MCVD)合成大模场光纤

1、2022-2-27Fabrication of large mode area fiber by MCVD姓名学号黎宇SC15014002曹亚斌SC15014003张宗辉SC15014004韩帅SC15014005俞小哲SC15014006焦孟珺SC15014010陈思SC15014011杨以娜SC15014082李善明 SC15038003组员介绍 1. 大模场光纤分类2. 大模场光纤主要制备方法 3. MCVD工艺简介4. MCVD工艺反应机理 5. 气相掺杂MCVD 工艺 6. MCVD法制备大模场光纤1. 大模场光纤分类2. 大模场光纤主要制备方法改进化学沉积法 （MCVD）等离子体化

2、学气相沉积法 （PCVD）外部气相沉积 （OVD）轴向气相沉积 （VAD）四种工艺的比较3. MCVD3. MCVD工艺简介工艺简介. Recipe Development. Recipe Development Main variables for each process steps are following: Gas flows Gas flows : bubbler carrier gas,O: bubbler carrier gas,O2 2,He,Cl,He,Cl2 2 etc. etc. Preform temperature Preform temperature Carri

3、age speed Carriage speed Sootbox pressure Sootbox pressure Ramping of relevant parameters Ramping of relevant parametersTypical MCVD production tube is constructed from 3 quartz tubes,which are welded together prior to MCVD processInlet tube:low quality quartzSubstrate tube:high quality synthetic si

4、lica forms final preformExhaust tube:low quality quartzSleeving tube:synthetic silica. Tube preparation. Tube preparation. Fire Polishing/Etching. Fire Polishing/Etching Purpose: to clean tube outer and inner surface to improve preform qualityTemperature:1850-2200Reactant flows:O2+fluorine source fo

5、r etching. Cladding and Core Deposition. Cladding and Core DepositionCladding deposition Purpose:deposition of protection barrier for coreTemperature:1900-2100Typical reactant flows：SiCl4 ,O2,HeCore deposition Purpose:deposition of refractive index differenceTemperature:1900-2200Typical reactant flo

6、ws： SiCl4,O2,He4. MCVD4. MCVD工艺反应机理工艺反应机理SiCl4+O2=SiO2+2Cl2GeCl4+O2=GeO2+2Cl24POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2热泳效应热泳效应热泳现象指温度梯度不为零的气体或悬浮体中，粒子向较冷去域运动的现象化学试剂首先是要通过量可控制的载体气体，通过这些载体气体如O2控制化学试剂的量。高纯度气体混合物通入到装在车床上的旋转石英管中，气流穿过此石英管时经过氢氧火炬区被加热。当石英管内的气体温度达到1300时发生均匀化学反应，反应生成颗粒状玻璃随后在热区下游沉积，移动火炬的热使物质融合并形成一个透明的玻璃状薄膜。MCVD工艺原

7、理图实验室MCVD设备5. 5. 气相掺杂气相掺杂MCVD MCVD 工艺工艺通过这一气体输送单元，以He气为载气，将加热为气体的稀土螯合物及AlCl3 等物质输送至反应沉积区，与另一管道中输送过来的SiCl4 等玻璃形成物质气体同时发生沉积反应，沉积到沉积管内壁上，从而实现掺杂 系统示意图带有气相输送单元的 MCVD 该工艺中，为得到均匀的掺杂效果，对沉积管头部带状燃烧器温度的调控至为关键若温度过高，稀土化合物会在到达反应沉积区之前发生分解，进而以不可控的行为在反应沉积区沉积，还有可能在输送管内发生碳沉积若温度过低，稀土化合物会在尚未到达带状燃烧器前在输送管内发生冷凝、重结晶等，影响反应区的

8、沉积效率6. MCVD法制备大模场光纤光纤设计如根据单模传输和工作波段,最先确定纤芯半径V=2a/ *NA设计参数确定为: 2a=51m NA= 0.15 0.01根据数值孔径的定义：N A = (n12 - n22 ) 1 /2成分设计成分设计对于单模光纤：纤芯：SiO2 GeO2 包层：F-P5O2-SiO2以SiO2-GeO2-F-P2O5 玻璃体系为基础进行结构和沉积探究其中GeO2是为了提高折射率：F是为了降低折射率，P2O5可以提高折射率，降低玻璃黏度和固有散射，通过控制掺杂的量就可以使玻璃折射率大于，小于或等于SiO2的折折率原料：SiCl4、SiF4、GeCl4、BCl3、BB

9、r3、PCl3、POCl3、SF6、CF4、CCl2F2选择卤化物原料的原因：卤化物具有很高的饱和蒸汽压，在蒸发过程中可以去除过渡金属杂质，进一步提纯原料R.L.Barns在The photochemical purification of reagents used in the MCVD process详细讲了卤化物去杂机制1、石英反应管紧固在玻璃车床上不断旋转2、由高纯O2把液态原料SiCl4,GeCl4,POCl3等鼓泡载入反应管内3、由氢、氧火焰提供2000左右高温并沿反应管方向往复运动4、进入反应管的原料在高温下氧化反应沉积在管内壁上,经过若干次沉积后形成一定厚度的沉积层5、按常规

10、工艺沉积隔离层,然后降低火焰温度到适宜范围去沉积SiO2-GeO2-P2O5芯层,未烧结的芯层呈不透明的疏松多孔状参考文献：1Jain, Deepak,et.Scaling the mode area of rare-earth doped step index fiber under current state of the art MCVD technologyJCLEO: Science and Innovations, CLEO-SI 20152Peng, Kun,et.Yb-doped large-mode-area laser fiber fabricated by halide-gas-phase-doping techniqueJLaser Physics,20153Fermann, M. E.,et.Ultrafast fibre lasersJNature Photonics,20134张明慧，基于MCVD的光纤预制棒制备及其特性研究，20125James edgar phillips,Modified chemical vapor deposition and characterizati