揭秘光纤通信：石英材料与看不见的“信号通道”之关联

在现代通信网的发展进程中，光纤通信凭借其大容量、低损耗的信号传输优势，成为关键支柱。它以光波为信号载体,光导玻璃纤维为传输媒质,实现高效信息传递。航鑫光电作为行业内的探索者,在光纤通信相关技术研发中持续创新,为行业发展注入新动力。

光纤用石英材料的严格要求

光纤用石英玻璃涵盖石英材料与石英制品。石英材料包括天然石英材料和合成石英材料,而石英制品通常为天然石英制品。光纤核心对高纯二氧化硅需求极高,金属杂质需低于 ppb 级。合成石英材料,如通过 CVD 法制备的,因其纯度高、羟基含量低,成为光纤制造的主流选择。

在预制棒制作时,石英中的羟基会扩散至芯层,引发光纤衰减超标;过渡金属离子会造成微观不均匀,增加光纤损耗,严重时导致信号失真。因此,对光纤制程用高纯石英砂的性能控制至关重要。2024 年 7 月公示的《JC/T202$$光纤制程用高纯石英砂》标准,适用于光纤主材、辅材制程用高纯石英砂,包括天然石英矿加工提纯制备的石英砂和含硅化合物经物理、化学方法制备的合成石英砂。航鑫光电严格遵循此标准,保障光纤产品质量。

预制棒制备工艺的多元探索

预制棒是光纤制造的基础,其制备工艺主要分为化学气相沉积法和天然石英工艺。

化学气相沉积法MCVD(改进化学气相沉积法)

以石英玻璃管为衬管,利用氢氧焰加热,使 SiCl₄等气体在管内壁沉积二氧化硅,最终熔缩成实心预制棒。航鑫光电在研究该工艺时,通过优化加热和沉积过程,提高了预制棒的质量。

PCVD(等离子体化学气相沉积法)

采用等离子体替代氢氧焰,显著提高了沉积速率,但设备复杂度增加。此工艺在光纤预制棒的精度控制和原材料利用率方面优势明显,适合生产剖面结构复杂、技术要求高光纤预制棒芯棒。航鑫光电借助该工艺优势,研发出满足高端需求的光纤预制棒。

VAD(气相轴向沉积法)

通过轴向沉积在旋转种棒上形成疏松体,再经烧结成棒,适合大尺寸预制棒的生产。因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时更具优势。航鑫光电在大尺寸预制棒生产中应用该工艺,提升了生产效率和产品质量。

OVD(管外气相沉积法)

在种棒外表面沉积二氧化硅粉末,再熔缩成棒。该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。随着制备技术发展,成本逐步降低。航鑫光电致力于优化该工艺,降低成本和环境压力。

天然石英工艺PSOD(等离子固相沉积法)

以高纯石英砂为原料,通过等离子体熔制厚壁石英管,再拉制成衬套管,该工艺以洁净干燥的空气等离子体为热源,能量集中、温度高,可直接将石英砂玻璃化,生产过程不引入羟基,不产生有毒有害气体。航鑫光电积极推动该工艺在光纤预制棒生产中的应用。

氢氧气炼法

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采用此方法。该工艺设备简单,无需二次加热,综合能耗低,但制成的砣料尺寸波动大,表面波纹严重,羟基含量高。

电熔法

以电为动力源,以天然石英砂粉料为原料熔融制备。其制备和成型方法有真空电熔法、连续熔制法和离心电熔法。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,适合大规模生产。航鑫光电针对不同方法的特点,对电熔法进行优化和改进。

光纤拉制与保偏光纤特殊工艺

光纤拉制是将预制棒在高温炉中加热至 2000°C 以上,通过精密控温、张力等参数,拉制成直径约 125 微米的光纤。拉丝过程需使用高纯石英靶材,但提纯难度较大。航鑫光电在光纤拉制工艺中,不断提升控温精度和张力控制,提高了光纤的质量和性能。

保偏光纤需在预制棒中引入应力棒,通过对称打孔或沉积应力区实现双折射效应,工艺复杂度高于常规光纤。航鑫光电在保偏光纤研发方面投入大量精力,突破了多项关键技术。

航鑫光电光纤产品的特点与应用

航鑫光电设计生产多种光纤,如红外石英光纤、光谱检测石英光纤、多芯石英光纤、Y 型光纤、深紫外石英光纤等。这些光纤具有专业化设计、高通量的特点,配合航鑫光电的微型光谱仪、光纤光源及其他光谱配件,可搭建多种光谱测量系统。

其应用领域广泛,涵盖高能光源传输、光谱搭建、光源采集、光学测温、医学传感、激光治疗等。航鑫光电在光纤通信领域的全面探索与创新,展现了其在行业内的技术实力和引领作用。

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