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MCVD技巧:增强光纤预制棒强度,产量和重现性的14个构想
日期:2021-02-03 01:23:51
mcvd光纤预制棒

“反复试验。” 这两个词概括了我在开发和制造特种光纤预制棒光纤方面的24年经验,在这里我操作了MCVD气体输送系统。我们的团队一直在测试新的想法,以提高光纤强度和产量以及生产过程的可重复性。实际上,由于在解决问题上花费了大量时间来优化设计并在制造过程中实现光学性能,我将自己的角色视为“技术故障排除者”。
 
如果您使用MCVD系统,则可能已经经历了相当多的反复试验。如您所知,有时候问题是要克服的难题。也许这是一个难以解决的过程问题,或者是一种难以掌握的技术。我整理了一些技巧,希望这些技巧可以帮助您优化设计并改善制造过程。如果您想更深入地了解这些快速提示中的任何一个,请随时与我联系。
 
提示1:想购买MCVD吗?首先比较两种气体输送系统
如果您要进入这个市场,您可能正在研究可用的两种类型的系统:不锈钢和聚四氟乙烯/玻璃。比较这两个系统是一个相当繁重的主题,因此,这里有个秘诀:确保高产量和可重复性的一个好方法是首先选择最能满足您需求的系统。我的深入文章是一个很好的资源,它探讨了两种类型的MCVD气体输送系统的优缺点。如果您想了解更多信息,建议您给我打电话。我们可以深入研究细节,并确定支持您的设计目标的系统。阅读更多:“比较两种MCVD气体输送系统。”

光纤预制棒

 
提示2:尝试这种方法进行管道清洁
管道清洁过程是准备工作的关键部分。我发现使用第一步清洁步骤去除金属杂质效果很好。如果要先进行HF蚀刻,则可以蚀刻金属杂质周围的玻璃,但不一定要去除它。如果仅进行HF蚀刻,则可能会残留一些金属杂质。这是我进行管道清洁过程的方法:
 
第一步,可以使用王水(盐酸,硝酸和水的酸混合物)。典型的酸清洗周期为30-60分钟,使用王水去除金属杂质,然后用​​去离子水冲洗。您可能要根据您的过程调整时间。
下一步是蚀刻玻璃表面,清洁内部和外部。大多数MCVD操作员使用氢氟酸。15%的浓度持续30-60分钟是一个很好的起点。您可能需要调整过程的时间和浓度。
按照该蚀刻周期进行最后的去离子水冲洗,然后用氮气干燥以防止水斑。
 
提示3:对旋转密封垫进行泄漏测试,以确保其密封性
在设置光纤预制棒之前,我建议对旋转密封进行泄漏测试。我是通过使氧气流过旋转密封件来实现的。首先用坚固的石英管塞住旋转密封的末端。接下来,将调节后的O2压力降低至〜5 psi,略高于系统在沉积过程中看到的压力。观察O2载气质量流量控制器,如果系统密封性好,它将变为零。从输入到旋转密封,此程序将对整个气体系统中的氧气载气管线进行泄漏测试。花时间进行泄漏测试是值得的。如果旋转密封中存在泄漏,则可能会增加水分和/或损失一部分气流,这会降低层厚度和潜在的折射率。如果在运行期间泄漏率发生变化,则可能导致轴向光纤预制棒变化。

光纤预制棒

 
提示4:使用高质量的旋转密封件修改系统
产生均匀且可重现且无变化的气流需要大量的工作。但是,如果旋转密封件泄漏,则可能会引入水分和潜在的腐蚀,并且可能会在被测光纤中看到较高的OH峰。常见的旋转密封设计通常会很快磨损,在这种设计中,轴会滑入外壳并在橡胶O形圈的内径上进行密封。当然,这会影响密封件的质量,并可能迫使经常进行翻修以防止污染。有更好的解决方案。SG Controls的旋转密封件的O形圈侧靠可调节的玻璃压板密封。在这种设计中,O形圈的磨损极低。这是一种可靠的旋转密封件,可与两种类型的气体输送系统一起使用。这些年来,
 
提示5:安装玻璃起泡器以观察化学颜色和水平
多年来,我发现化学能见度是真正的优势。在玻璃起泡器中,您可以确认适当的化学水平,确认均匀的气泡流并查看化学颜色。(颜色变化可能表示输送系统已腐蚀。)玻璃起泡器具有以下其他优点:
 
可以观察到气泡流,可以检测到熔块堵塞,而不是假设一切都很好。
POCl3与不锈钢长期不兼容。如果使用这种液体并具有不锈钢气体输送系统,则可能需要安装玻璃起泡器以创建混合系统。
在极少数情况下,您可能希望将起泡器中的化学温度提高到40摄氏度以上。这种做法可以将金属离子从不锈钢中拉入您的气泡流中。显然,这会降低光纤的光学性能,因此在选择MCVD系统时应予以考虑。
 
 
提示6:为您的质量流量控制器实施自动校准程序
校准至关重要。假设您认为流速为每分钟200 CC,但尚未校准质量流量控制器。您制造大量的光纤预制棒,其中一个质量流量控制器发生故障。您购买并安装了新的控制器,并按照自己的想法设置了流量。但是,事实证明您的实际流量不是每分钟200 CC。光纤预制棒无法复制。您需要重新开始,实验和更改流量,直到获得所需的光学特性为止。同时,浪费时间和材料。始终了解您的绝对流量至关重要。我建议使用SG Controls的自动校准软件界面,以确保对此过程中的关键步骤有较高的保证。
 
提示7:保持低温以防止管子收缩
保持尽可能低的沉积温度可防止管子收缩,并防止水流向纤芯,这会在最终的光纤测量中引起吸收。添加诸如磷和氟的掺杂剂降低了所需的沉积温度。
 
提示8:使用经过黑体标准校准的手持式高温计来检查沉积管的温度精度
沉积管的温度至关重要,这意味着您必须校准过程高温计。为确保准确性,我使用独立于过程高温计的手持式校准标准。查看高温计取景器,在高温区域中移动,直到检测到最高温度为止。此最高温度是实际温度。将此读数与过程高温计进行比较,并检查校准偏差。您无需购买昂贵的黑体单元。取而代之的是,购买用黑体标准品校准的手持标准品。此外,您可以将手持式高温计临时安装在消防车上,以抽查过程高温计的校准。阅读更多:“制造光纤预制棒的关键设计目标。”
 
提示9:在车床沉积过程中避免“下冲/过冲”
对PID进行编程以将管温保持在所需的设定点,同时避免下冲/过冲是至关重要的。这是一个下冲/过冲振荡的示例。假设您将温度设置为1700摄氏度,但PID并未优化。当温度降至1699摄氏度时,PID会增加氢气流量。温度上升到1710度。PID通过还原氢进行反应。现在温度骤降至1690度。差值间隙已扩大,温度波动剧烈。正确编程的高质量PID将严格控制整个预成型坯长度上的沉积温度。为了实现沿光纤预制棒长度的一致性和可重复性,我建议严格控制+/- 1至2摄氏度。
 
提示10:确定最佳的H2 / O2水平以帮助获得直的光纤预制棒
您很难获得直的光纤预制棒吗?这绝对是一门艺术,需要一些实践。我发现提供可复制技术的程序。例如,设定最佳的H2 / O2比可以防止光纤预制棒下垂和玻璃塌陷时烧毁,这会导致工艺后期发生变化。
 
提示11:主管矫直技术
操作MCVD是一项动手操作。对于初始沉积和最终的管校直过程尤其如此。多年来,我已经开发出非常具体的技术来控制过程和结果。以下是一些快速提示:
 
在最初的沉积管矫直步骤中,重要的是要花一些时间正确地形成接头,以防止制造损失。如果接头区域变厚,未熔化的氧化物会凝结,有可能堵塞排气管和/或形成裂纹。
在最后的管道矫直过程中,有最后一个步骤,我称之为应力消除。在拉直过程中可能会产生一些应力。当燃烧器最初在过程开始点加热时,灯管可能会下垂。为避免这种情况,我将头架端加热到非常热的状态,并寻找下垂的现象。如果发生下垂,则在支撑主轴箱端的同时略微加热排气端,以消除跳动。
阅读有关管矫直的更多提示:“准备制造光纤预制棒。”
 
提示12:使用此火焰抛光提示
可以引入氟气以帮助玻璃汽化(去除内表面层),以提供非常干净的表面进行沉积。除了用于压力控制的氧气流外,氟气还将在高抛光温度下加速玻璃的蒸发。该最终制备步骤将提供原始表面,以防止沉积问题(例如气泡)和潜在的较弱的最终光纤。
 
提示#13:实施此光纤预制棒拉伸/过度折叠技术可提高光纤的产量
溶液掺杂将和其他稀土元素添加到玻璃芯中。如果掺杂芯与预型件外径的比例太大,则将获得不希望的光学性能。校正不正确的比例也会产生更多的拉伸光纤。将另一根玻璃管塌缩到预成型坯上可以校正芯层与包层的比率。如果需要更大的比率变化并且无法绘制更大的直径,则可以使用预成型坯拉伸来减小芯直径,然后进行额外的过度塌陷。我为技术人员编写了活动的Excel程序,该程序计算了过度折叠和拉伸直径,以达到所需的芯/包层比,从而满足拉伸光纤的光学规格。此过程可使每个预制棒的光纤产量提高5倍或更高。
 
提示14:添加MCVD选项以优化光纤预制棒设计,确保可重复性并获得高产量
在我从事MCVD的那几年中,我积极寻找各种附加控制设备来改善我们的工艺和光纤质量。实际上,有些功能是专门为我的需求而设计的。以下是推荐选项的简要概述。阅读更多:“ MCVD选项:这些附加功能可以增强光纤预制棒的强度,产量和重现性。”
 
多通道气体干燥器和露点监测器–清除输入气流中的水分,并包括一个露点监测器以跟踪水分含量。
自动阀门泄漏测试–将系统中的每个阀门循环至打开和关闭位置。这将我们的泄漏测试时间从手动测试的2天减少到自动测试的2小时。
自动校准软件界面–使您对质量流量控制器的操作绝对清晰。
大气压补偿–修改光纤预制棒配方以补偿大气压变化。
车床外壳–提供正压和经过过滤的空气的组合,以减少可能导致拉伸光纤中出现薄弱点的微粒。
辅助恒温鼓泡加热器–向鼓泡剂中添加热量,以补偿由于起泡作用引起的冷却,在不到5分钟的时间内使温度重新稳定。
扫描高温计–确保高温计正在读取最高管温度,以防止沉积管过热,这会降低沉积效率,并可能导致管过早收缩。
直径控制–使您能够在每次运行中以及一次运行中控制沉积管直径。
带电动尾座的加长床车床–允许您将预成型坯拉伸至较小的直径,这可能直接影响光纤产量。
夹克车床上的垂直拉伸–消除了因重力问题而导致的问题,当加热管时,管会下垂,并且可以加工更长的光纤预制棒
手动车床控制箱–允许您在设置过程中手动控制燃烧器温度。
自动化学加料系统–通常使操作员退出流程,这大大减少了出错的机会并将水分引入系统。
 
 
综上所述
无论您当前有MCVD气体输送系统还是即将要购买的,我都会在这里帮助您确定和安装所需的设备。除了成为“技术故障排除者”之外,我还认为自己是嘉富客户的拥护者。我在这里帮助您获得支持光纤预制棒制造目标的精确系统或附加功能。