光纤预制棒技术简介

　　 2.4 OVD工艺的发展

　　 ●从单喷灯沉积到多喷机同时沉积,沉积速率成倍提高。
　　 ●从一台设备一次沉积一根棒发展到一台设备同时沉积多根棒。
　　 ●从依次沉积芯、包层连续制成预制棒的“一步法”发展到“二步法”；即先用陶瓷棒或石墨棒为靶棒,只沉积芯材料(含少量包层)做出大直径芯棒,经去水烧结后,把该大直径芯棒拉细成多根小直径芯棒,再用这些小直径芯棒为靶棒来沉积包层,制成光纤预制棒,大大提高了生产率、降低了成本。
　　
　　 2.5 PCVD工艺的发展
　
　　 ●与MCVD一样,当前的PCVD工艺也采用了大直径合成石英管代替天然水晶熔制的石英管做为衬底管。
　　 ●荷兰POF公司已开发了四代PVCD工艺,衬底管内直径从最初的16mm增大到60mm以年,沉积速率提高到2~3g/min,沉积长度1.2~1.5m。
　　 ●目前仍是用套管法制做成大预制棒,但一根套管就重达几公斤。
　　 ●原则上与MCVD一样,也可形成PCVD与外沉积工艺相结合的混合工艺,但迄今未见报道。

　　 2.6 各种芯棒工艺的比较

　　 各种芯棒工艺生产同一种光纤产品的生产率有很大差别；生产特定品种的光纤将要求采用最适合的芯棒工艺,鉴于在最近的将来,国际上使用最多的光纤仍是SMF。因此,图2示出各种工艺生产SMF的最新经济分析结果。该分析比较了生产100万km光纤所需的设备数量；其中MCVD需6~12台(套)；VAD需4~6台(套)；OVD需1~2台(套)。显然,MCVD要求较多的机械设备投资。不过,各种设备的单价是不同的,以MCVD设备的单价最低。所以,设备总投资的差异不会如设备数量的差别那么大。

　　 2.7 小结

　　 从表1可见,MCVD芯棒占世界市场的份额连续减少,其它3种工艺则逐年增加。 据预测,今后10,多模光纤(MMF)和非零色散光纤(NZDSF)的市场份额都将持续增加,SMF的市场份额将有所下降,因为MMF和NZDSF的传输特性对径向折射率分布(RIP)的缺陷很敏感。在芯棒制造过程中要精确控制RIP,在这方面,MCVD、尤其是PVCD与OVD、VAD相比具有明显优势。NZDSF和MMF市场的扩大,意味着更多地应用MCVD、PCVD工艺。用OVD工艺的美国康宁和用VAD工艺的几家日本公司如住友、藤仓、古河、信越等,在80年代曾放弃了MCVD,据报道,当前,可能考虑在其工厂中重新起用MCVD或引进PCVD。

　　 三、外包技术的发展趋势
　　 3.1 各种外包技术从1980年到2000年的发展 80年代初,国际上开始用套管法制作大预制棒,对于MCVD和PCVD芯棒,这是采用最普遍的外包方法。同时,VAD工艺也采用了套管法,开始了SMF的商业化生产,这标志着预制棒制造工艺向“两步法”的转变,稍后,康宁公司将SOOT外包技术用于工业化生产,接着,用VAD生产光纤的厂家也用SOOT外包技术代替了套管法,在整个80年代,套管法的份额逐年下降。90年代,阿尔卡特用等离子喷涂技术取代了套管法；朗讯公司开发了溶胶--凝胶外包技术,几乎所有用VAD、OVD制造光纤芯棒的生产厂家都用了SOOT外包技术。这些都使套管法的份额继续下降。参见表2。
　　 套管法份额下降的根本原因是：合成石英管的价格高。首先,成本分析表明,套管法若要是与其它外包技术竞争,管子的价格必须下降到100$/kg。目前看来,管子的价格不大可能降低到这个水平。因此,用套管法制造预制棒的厂家将越来越少。其次,欲用套管 法做大预制棒,这需要大尺寸厚壁套管,而制造这种规格的套管很困难,因而价格很高。
　　 随着光纤价格的继续下降,光纤制造成本的高低将决定竞争的成败。而制造大预制棒有利于降低光纤制造成本(预制棒成本、拉丝成本、测试成本都会因预制棒的增大而降低)。因此,对于光纤制造者的生存,预制棒尺寸的增加日益关键,由于套管法难以做大预制棒,因此,继阿尔卡特之后,其它的单模光纤制造者也将放弃套管法,并选择可以高速率生产大预制棒的更经济的外包技术。其中绝大多数将选用SOOT外包,因其设备和技术已有商品

　　 3.2 对各种外包技术的分析 1985年以后,套管法一直在走下坡路;溶胶凝胶法尚未形成气候。因此,这里主要对等离子法和SOOT法做分析。这两种方法的主要差别如表3所示。
　　 ●原料方面:天然石英粉,来自优质水晶矿产,资源有限(我国目前生产光纤及石英管所用的天然石英粉尚需进口);天然石英粉的纯度有限。而四氯化硅是半导体行业的副产品,来源丰富;用SOOT工艺生产的是合成石英材料,纯度高,有利于光纤的强度和寿命参数。在这方面,SOOT工艺优于等离子工艺。
　　 ●工艺方面:SOOT工艺过程中产生氯化氢等废气(对其需要进行处理),而且,为了提高沉积速率,不得不牺牲沉积效率(远低于50%)，在烧结时需要用氯气(剧毒)和氨气(昂贵),这些都不利于降低成本。而等离子工艺没有上述问题,沉积之后就是透明的预制棒,在这方面,等离子工艺优于SOOT工艺。
　　 ●热源方面:等离子技术比较复杂,而氢--氧焰技术简单,在用天然气的情况下,费用很低．在这方面,SOOT工艺优于等离子工艺。 3.3小结 从表2可见,1985年以后,套管法占世界市场的份额连续减少,SOOT工艺的则逐年增加。
　　
　　 目前,各种工艺占世界市场的份额为:套管法28%,SOOT62%,等离子8%,溶胶-凝胶法2%。套管法的主要限制因素是合成石英管的价格高。事实上,当前采用套管法的几家公司已经表示,如果能得到大尺寸套管,他们将制造出更大的预制棒。只要合成石英管的价格降得足够低,这种方法最简单、最实用。 阿尔卡特等离子喷涂技术的主要限制因素是天然石英粉自然资源有限。
　　 溶胶-凝胶法正在发展中,溶胶-凝胶法合成石英粉与等离子喷涂的结合可能是很好的技术,这取决于投入的开发力度。
　　 SOOT工艺已占绝对的优势。因其设备和技术已有商品,其应用将日益广泛。对于已拥有OVD或VAD的厂家,采用SOOT外包工艺很方便;对于只有MCVD或PCVD的厂家则需投巨资购买设备和技术。