《探秘百亿光纤市场：石英材料“登顶”背后的密码》

在当今电子信息技术迅猛发展的时代，信息通信传输面临着前所未有的挑战，对通信设备的性能要求也越来越高。光谱检测石英光纤作为信息通信传输的核心载体，以及数字经济信息底座的关键基础之一，其重要性不言而喻。相较于其他通信材料，光谱检测石英光纤凭借传输距离远、速度快、信号损耗率低以及不受电磁信号干扰等显著优势，成为了当下通信光纤的主流选择。其中，光纤预制棒在光纤光缆产业链中占据着附加值最高的位置，堪称光纤工艺的核心所在。

一、光纤用石英材料的分类与工艺概述

光纤用石英玻璃主要可分为石英材料和石英制品。石英材料又细分为天然石英材料（包括主材和辅材）以及合成石英材料（主材）；而石英制品一般指天然石英制品，仅作为辅材使用。

光纤用石英材料（管棒材）的制备工艺主要分为天然石英工艺和CVD合成石英工艺。天然石英工艺涵盖PSOD、气炼、电熔、连熔等方法，其中PSOD是主材的主流工艺（也可应用于辅材），气炼和连熔则是辅材的主流工艺（但进气管主流工艺是PSOD）。CVD合成石英工艺包括OVD、VAD、POD、气炼CVD等，其中OVD、VAD、POD是主材的主流工艺。

二、天然石英工艺解析1. PSOD工艺原理

等离子固相沉积法（PSOD）工艺以等离子体为强大的热源，选用高纯石英砂作为原料，以低羟基厚壁石英管作为基础管，将其水平固定于卧式玻璃车床上。通过等离子熔制、机械冷加工，或者配套后续中频无接触二步法拉管等一系列步骤，制备出光纤预制棒用石英衬套管。对于生产单模光纤预制棒所需的大尺寸石英套管（外径Φ150以上），仅需PSOD一步工艺即可完成；而多模光纤预制棒用小尺寸石英套管及预制棒用石英衬管则需要进一步通过中频无接触二步法拉管装置拉伸制得。

特点

该工艺以洁净干燥的空气等离子体为热源，具有能量集中、温度高的特性，能够直接将石英砂玻璃化。其显著优势在于生产过程中不会引入羟基，也不会产生有毒有害气体，无需进行脱水、烧结、脱羟等复杂过程以及尾气的环保处理，工艺路线相对较短，成本优势明显。例如，景颐光电在相关研发中，对PSOD工艺进行了深入研究和优化，以提高产品质量和生产效率。久智科技也是国内能够采用PSOD工艺生产光纤预制棒用衬管和套管的企业之一，其采用进口特制专用IOTA高纯石英砂为原料，生产的产品具有高纯度、超高尺寸精度、低羟基、表面无疵点的特点。

2. 气炼法原理

氢氧气炼法是利用氢气和氧气，通过特殊设计的燃烧器，在专用设备上熔制石英玻璃。早期较大口径的透明石英玻璃管和坩埚就是用石英粉料在专用设备上利用氢氧焰直接熔制而成。

特点

氢氧气炼法工艺设备相对简单，不需要二次加热，综合能耗较低。然而，其制成的砣料存在尺寸波动较大、表面波纹严重以及羟基含量高的问题。

3. 电熔法原理

电熔法以电为动力源，以天然石英砂粉料为原料进行熔融制备。电熔石英玻璃的制备和成型方法通常有真空电熔法、连续熔制法和离心电熔法。电熔二步法拉管工艺理论上可用于制备衬套管主材和辅助管棒材，但在商业化应用方面较少，主要应用于半导体、特种光源、红外光学等领域。人们常用真空电熔法制备石英玻璃，然后再用两步法制备尺寸相对较小的管材、棒材等。真空电熔工艺制备的石英玻璃羟基含量较低；连续连熔法机械自动化程度高、生产周期长（不适合小批量多品种），具有生产成本低、产品尺寸一致性好等特点，但产品羟基含量高，需要进一步脱羟处理；离心电熔法可以制备大口径石英玻璃，且物耗能耗低。

三、CVD合成石英工艺解析1. OVD法原理

OVD工艺以氢氧焰或硅烷为热源，使用单一或多组喷灯在靶棒上对SiCl4等反应气体进行气相水解并沉积，从而得到SiO2疏松体（SOOT体）。然后在Cl2和He气环境下经过脱水和烧结成为玻璃体，最后将靶棒抽走形成圆筒状玻璃管。这种石英圆筒经过机械加工，具有极高的几何精度，大尺寸圆筒（大尺寸套管）可拉成与各芯棒匹配的相应尺寸的小尺寸石英套管或玻璃管。

特点

由于OVD技术属于化学合成工艺，制备的石英衬套管产品纯度极高，杂质含量可达到ppb级别。随着制备技术的不断进步，其制造成本也在逐步降低。在沉积过程中，可采用一排甚至两排灯同时进行沉积，沉积速率可达到200g/min以上，并且随着沉积的进行，靶棒外径增加，沉积效率会进一步提高，例如制造外径为150mm的大套管，平均沉积效率可达到60%以上，高沉积速率和高沉积效率使得采用OVD工艺制得的套管成本较低。然而，该工艺也存在一些缺点，如合成工艺路线流程冗长，原材料利用率低，脱水烧结工艺复杂，能耗高，资金投入大。另外，生产过程中使用SiCl4和卤素气体，会产生大量HCl尾气，具有较大的环境压力，且生产中需要使用稀有He气（战略资源），这些因素都会增加成本。

2. PCVD工艺原理

PCVD工艺即等离子体化学气相沉积法，其利用微波将石英衬管内的原材料气体激发成等离子状态，然后进行化学气相沉积，在管内壁形成均一透明的玻璃层，最后通过加热和负压，将含有沉积层的管材熔缩成实心芯棒。

特点

PCVD工艺在光纤预制棒的精度控制、原材料利用率上具有先天优势，更适合生产剖面结构复杂、技术要求更高的光纤预制棒芯棒。PCVD技术是长飞光纤的核心技术之一，支撑着光纤预制棒芯棒的制造。长飞光纤通过PCVD工艺和掺杂技术，可以进一步降低光纤衰耗，优化产品性能指标，开发出包括低衰耗光纤和多模光纤等多种类型的光纤产品。

3. VAD工艺原理

VAD工艺是指轴向气相沉积法，其利用氢氧焰作为热源，将原材料气体转化成玻璃粉体，再通过高温进行脱水烧结获得均一透明的芯棒母棒，最后经过加热拉伸形成尺寸合适的VAD芯棒。

特点

VAD工艺由于其较高的沉积速率和灵活的掺杂控制，在生产剖面结构简单的单模光纤预制棒芯棒方面更具优势。长飞光纤公司掌握VAD生产工艺，通过该工艺，公司在不断提高常规单模光纤预制棒的尺寸和质量的同时，还能够通过实现高浓度掺氟工艺，降低光纤预制棒的损耗水平和生产成本，从而进一步降低光纤的损耗水平和制造成本。

四、光纤制程用高纯石英砂要求

在预制棒制作阶段，石英中的羟基会扩散到芯层内，导致光纤衰减超标；过渡金属离子会导致微观不均匀，增加光纤损耗，严重时会导致信号失真。为了生产零水峰光纤和消除过渡金属杂质对光纤衰减的影响，一般要求芯层内的羟基质量分数<1×10 -9，预制棒中金属杂质质量分数<1×10 -10，SiO2质量分数在99.997%以上。

石英材料在光纤领域的重要性日益凸显，其制备工艺的不断发展和优化将为光纤行业的持续进步提供坚实的技术支撑。景颐光电等企业也在不断探索和创新，推动着石英材料在光纤领域的应用和发展。

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