Herstellung dotierter Faser -Preforms

Jeder Schritt erfordert Präzision, beginnend mit dem Kernstab

Dies ist der dritte in der neuen Serie von FOC über dotierte Fasertechnologie. Der erste Artikel, " Seltener erd dotiertes Fasern ", überprüfte die Hauptmethoden, um dotierte Faser-Preforms herzustellen. In dem zweiten Artikel, " Thulium-dotiertes Fasern ", wurde die Merkmale von Thulium als Dotierung erörtert und den Wunsch, höhere Dopanzkonzentrationen zu erreichen, kommentiert. In dem folgenden Artikel werden Schritte ausführlicher ausgelegt, um dotierte Faservorformungen ab MCVD-Kernstäben von Halogenidprozess zu machen.

Viele High-Tech-Produkte werden mit einer Abfolge von Verfahren hergestellt, so dass jeder Schritt auf der Genauigkeit und Präzision des vorhergehenden Schritts aufbaut. Dies gilt insbesondere für dotierte Faser mit seltenen Erds, die Kenntnisse über die Herstellung von Vorformungen, Faserentzündungen, Messungen und grundlegendes Verständnis der Wellenleiterausbreitung und Lasergrundlagen erfordert. Durch das Vorformpunkt beispielsweise werden Schritte beteiligt, die Wissen und Erfahrung in mehreren Bereichen erfordern: Umgang mit Chemikalien, Verwaltung des Abscheidungsprozesses, Verständnis von Glasmaterialien und deren Eigenschaften sowie Fähigkeiten zur Glasarbeit, z. B. Schleifen, Gestalten, Dehnen, Glätten und sich anschließen.

Einige der Schritte bei der Herstellung von dotierten Faser -Vorformen finden Sie auf Maschinen unter Softwarelegelung. Andere Teile des Prozesses hängen von den Entscheidungen der Betreiber und in einigen Fällen von ihren Fähigkeiten in der Arbeit mit heißem Glas ab. Die Schritte umfassen sowohl Technologie als auch Technik. Dieser Artikel führt Sie durch die kritischen Schritte, beginnend mit der Kernstange. Wie in den vorherigen Artikeln erwähnt, sind wir der Ansicht, dass der Halid -MCVD -Prozess in Halid für viele Anwendungen besonders gut geeignet ist.

Kern und Verkleidungen verlassen sich auf verschiedene Prozesse

Eine MCVD-dotierte Faser-Preform verfügt über mehrere Schichten von Glasmaterialien. Der dotierte Faserkern wird in einem hochpurigen Quarzrohr abgelagert. Der Quarz dieses Startrohrs wird zur ersten Schicht mit dem Schlupfglas. Nachfolgende Schritte verwenden Ärmrohre, um die Menge an verschlossenem Glas zu erhöhen. Für viele Anwendungen wird diese Vorform "geformt", indem Flats auf der Außenoberfläche gemahlen wird. Diese sechseckige oder achteckige Formung wird durchgeführt, um die Mischung von Modi in der ersten Verkleidung zu maximieren und somit die Absorption im Kern zu maximieren.

Die geformte Preform wird dann gezogen, polymerbeschichtet und geprüft. Für einige dotierte Fasern, die als "Doppelklad" bezeichnet werden, ist die Polymerbeschichtung ein Material mit niedrigem Index, das als sekundäre Verkleidung dient. Das Quarzmaterial aus dem Startrohr und den Ärmeln ist die primäre Verkleidung.

Die Größe und Form vor der Form variieren zwischen Anwendungen

Viele Elemente des Vorformungsprozesses sind auf die erforderliche Fasergeometrie zugeschnitten. Die Menge an Kernmaterial, die abgelagert werden soll, die Menge der zugefügten Verkleidungsglässe und die endgültige Formung kann mit dem Design der Faser variieren, was wiederum von der Anwendung dotiertes Faser angetrieben wird. Erbium-dotierte Fasern für Telekommunikationsverstärker haben beispielsweise den gleichen Außendurchmesser und ähnliche Kernverkleidungsverhältnisse wie Telekommunikationsübertragungsfasern.

Dotierte Fasern für Laser und Sensoren hingegen können signifikant unterschiedliche Kern- und Verkleidungsdurchmesser, numerische Öffnungen und Verkleidungsformen aufweisen. Diese Variablen werden von Faktoren wie der Art des Pumpens, der Absorption und Verstärkung, der Temperatur, der modalen Eigenschaften, der Wellenlänge des Betriebs und vielen anderen Betriebseigenschaften angetrieben. Einige Faserlaser verwenden beispielsweise dotierte Fasern mit einem 20-µm-Kern und einer 400 & mgr; m-Verkleidung. Für Fasern mit einer achteckigen Primärverkleidung ist die Messung von 400 µm Durchmesser die diagonale von einem Scheitelpunkt zum anderen.

MCVD -Ablagerungs- und Ärmelrohre sind die Bausteine

1. Ablagerung der dotierten Kernmaterialien . Die meisten Faserhersteller beschaffen Startrohre aus externen Quellen. Es gibt mehrere Unternehmen, die sich auf hochpurige Quarzsubstrate, Stangen, Röhrchen und andere Formen für Faserhersteller spezialisiert haben. Eine typische Größe für das Ablagerungsrohr beträgt 25 mm außerhalb des Außendurchmessers und 1-Meter-Länge. Andere Größen sind verfügbar. Für benutzerdefinierte Größen kann der Prozess des Rohrherstellers bedeuten, dass der Kunde eine größere Menge kaufen muss. Eine typische Spezifikation für die Wandstärke beträgt 3 mm oder einen 19-mm-Durchmesser. Der Faserhersteller kann abhängig von der Menge an Kernmaterial und den geplanten geometrischen Merkmalen alternative Größen angeben. Das dotierte Kernmaterial wird an der inneren Wand des Rohrs in Dicken abgelagert, die sich in der Größenordnung von 100 uM (oder mehreren hundert Mikrometern) befinden.
2. Zusammenbruch des Core-Rod . Die Ablagerung führt zu einem hohlen Zylinder mit dem dotierten Material an der Innenwand. Dies muss zusammengebrochen werden, um eine feste Stange mit einem fest dotierten Kern zu bilden. Das Ziel ist es, eine gerade Stange mit einer guten Kernkonzentrik, geometrischer Konsistenz und ohne Verunreinigungen zu bekommen- keine Feuchtigkeit (niedrig oh-). Dieser Schritt erfolgt auf der Preform -Drehmaschine, während die Stange heiß ist und sich dreht. Die Abscheidungstemperatur beträgt typischerweise 1800 bis 1900 ° C während des Zusammenbruchs, die Temperatur ist um mehreren hundert Grad höher und der Brenner verläuft mit einer langsameren Geschwindigkeit entlang der Stange. Der Gasdruck im Röhrchen wird zusammen mit den Brennern sorgfältig gesteuert. Dies geschieht, um ein gutes Gleichgewicht mit den Oberflächenspannungskräften aufrechtzuerhalten, wodurch versichert wird, dass das Röhrchen mit einer gleichmäßigen zylindrischen Form zusammenbricht. Zu diesem Zeitpunkt ist die eingestürzte Stange fast zum Ärmel bereit, wodurch das Verkleidungsmaterial aufgebaut wird. Nach dem Zusammenbruch ist der Core-Rod möglicherweise nicht gerade. In einem solchen Fall muss die Kernstange geradet werden, damit sie in ein gerader Ärmelrohr eingefügt werden kann. Hier kommt eine Glasverbindungskunst ein. Dieser Vorgang erfolgt auf der Drehmaschine, wieder mit Wärme, und der Bediener verwendet Handwerkzeuge, um die Stange manuell zu begradigen. Dann sind die letzten Schritte vor dem Ärmelbetrieb die Stange zu reinigen und zu feuern.
3. Hinzufügen von Schläfen durch Ärmel . Ein wesentlicher Bestandteil all dieser Vorformungsschritte ist die sorgfältige Inspektion, Messung und Prüfung der mechanischen, geometrischen und optischen Eigenschaften. Beispielsweise sind die genauen Abmessungen des zusammengebrochenen Kernstabs für die Planung der Ärmelschritte erforderlich, um den gewünschten Faser-Kerndurchmesser und das Kernverkleidungsverhältnis zu erreichen. Eine häufig verwendete Ärmelrohrgröße hat einen Außendurchmesser von 32 mm, 20,5 mm Innendurchmesser und 1-Meter-Länge. Verschiedene Durchmesser und Wandstärken sind verfügbar, aber die Optionen des Preform Maker können durch die Größe der Brenner und anderer Drehparameter begrenzt sein. Abhängig von den Abmessungen des Core-Rod- und Ärmelsrohrs kann es erforderlich sein, das Vorformpunkt zu dehnen, bevor sie in den Röhrchen passt. Die Streckung kann auf einer Drehmaschine mit einem beweglichen Heckstock durchgeführt werden, aber dieser Vorgang ist durch die Länge und die Drehleiste begrenzt und begrenzt durch Schwerkraft durch SACHEN. Eine Alternative ist die vertikale Dehnung auf einem Turm wie ein Zeichenturm. Dies ermöglicht größere Längen und eine bessere geometrische Kontrolle. In beiden Fällen werden die Wärme- und Dehnungsbewegung sorgfältig kontrolliert. Der Prozess des Zusammenbruchs des Ärmelsrohrs auf den Kernstab kann auch auf einer horizontalen Drehmaschine mit einem sich bewegenden Brenner oder auf vertikaler Ausrüstung mit einem Brenner oder Ofen mit vorsichtiger Temperatur erfolgen und Bewegungskontrolle. Nach dem Zusammenbruch des Ärmelsrohrs ist das Ergebnis ein fester Glasstab. Abhängig vom Plan und den gewünschten Abmessungen kann es sich um eine Vorformung für die Zeichnung oder eine Zwischeneinheit handeln, die mehr Ärmelrohre erhält.
4. Caning, um mehrere Vorformungen von einer Kernstange zu erhalten . In vielen Fällen werden die geometrischen Ziele erreicht, indem diese vorläufige Einheit gestreckt oder "hingelegt", sie in kürzere Längen geschnitten und Ärmelröhrchen auf jeden von diesen kollabiert. In einigen Fällen kann eine Stange mit einem Ärmelrohr auf Längen in der Größenordnung von 10 Metern gestreckt und in mehrere Segmente geschnitten werden. Für solche Längen erfolgt der Dehnungsprozess auf einem vertikalen Turm, wobei eine Prozessgeschwindigkeit verwendet wird, die viel langsamer ist als die zum Zeichnen von Fasern. Es gibt verschiedene Verfahren zum "Schneiden" der längeren Stange in Segmente. Die Wahl hängt von den Kerndotierstoffen, der Geometrie und anderen Glaseigenschaften ab. Die Optionen beinhalten unterschiedliche Temperaturen und mechanische Prozesse. Daher kann die Ärmel viele komplexe Schritte beinhalten, die vier oder mehr Vorformungen von einer MCVD-abgetragenen Kernstange ergeben. Auch dies erfordert all dies genaue Messungen, sorgfältige Handhabung und Reinigung.
5. Endgültige Form vor dem Zeichnen . Einige Vorformungen können nach dem vorherigen Schritt mit einem runden Querschnitt gezeichnet werden. Für einige Faserlaseranwendungen wird jedoch eine geformte Vorform-beispielsweise hexagonal oder achteckig-bevorzugt, um eine bessere Mischung von Pumpenlaserausgangsmodi im Kern zu erzielen. Warum ist das forming vorteilhaft? In einer zylindrischen Faser mit einem konzentrischen Kern kann sich die Pumpenergie in der Verkleidung ausbreiten und den dotierten Kern völlig fehlen.

Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Geometrien entwickelt, um die Absorption der Pumpenleistung zu verbessern. Eine Strategie besteht darin, eine oder mehrere Wohnungen an der Außenkante der Preform zu mahlen. Dies muss sorgfältig durchgeführt werden, um Oberflächenfehler zu minimieren, was beim Zeichnen und Beschichten zu Problemen führen kann. Dann muss die Zeichentemperatur optimiert werden, um zu vermeiden, dass die gewünschte Form abgerundet wird. Zusammen mit der Temperatur muss die Ziehgeschwindigkeit und -spannung gesteuert werden, um den rechten Faserdurchmesser und die richtige Festigkeit zu erreichen. (Wie bei der Herstellung von Vorformungen hat der Zeichnungsprozess für dotierte Faser mit seltenen Erds viele Variablen und Komplexitäten. Ziehbezogene Themen werden in zukünftigen Artikeln in dieser Serie behandelt.)

Schlussfolgerungen:

Wir haben gezeigt, dass es eine Folge von Schritten gibt-Ablagerung, Zusammenbruch, Ärmel, Klanging, Schneiden, Wiederverkleidungen und endgültige Formungen-, um vom Startrohr zu einer Vorformung zu gelangen, die zum Zeichnen bereit ist. Jeder Schritt beinhaltet sorgfältige Messung und Prüfung. Und es gibt Ertragsfaktoren bei jedem Schritt. Zum Beispiel gehen ein Teil des Glass an den Enden des Kernstreifens und der Röhren in jeder Phase verloren. Und die Testprozesse können die Gesamtmenge an abgelagerten oder gezogenen Glasglas weiter verringern. Mit diesen verschiedenen Ertragsfaktoren hängt der Erfolg jedes Schritts vom Erfolg der vorhergehenden Schritte ab. Daher ist es wichtig, dass der Prozess mit guten Kernstäben beginnt. Für viele der Seltenerds-Dotiermittel und die gewünschten Fasereigenschaften wie Indexprofile, NA usw. kann der Halogenid-Prozess maßgeblich dazu beigetragen, gute Kernstangen zu erhalten.

Die Menge an Faser aus einer Vorform hängt vom Faserdurchmesser, den Zeichnen von Ertragsfaktoren und anderen Variablen ab. Im Allgemeinen kann eine ein Meter-Faser-Preform ein Meter-Seltenerd-dotiertes Faser im Bereich von ein bis fünf Kilometern Faser ergeben. Wenn also ein Kernstab vier oder mehr Vorformungen ergeben kann, kann er in der Größenordnung von 10 km Faser ergeben. Oder abhängig von der Menge an Faser, die in einem Verstärkungsmedium eines Lasers oder Verstärkers angegeben ist, kann eine Kernstange genügend Faser für Hunderte von Lasern oder Verstärkern liefern.

Das Erreichen dieser Ausgabestufe beinhaltet bei jedem Schritt sorgfältige Messungen, Maschinenaufbau, Prozesssteuerung und manchmal sogar Handwerkskunst. FOC verfügt über die Erfahrung, alle Schritte im Prozess zu unterstützen. Bitte kontaktieren Sie uns für die Unterstützung bei Fragen zu jedem Schritt, von der Planung Ihres Prozesses bis hin zur ausgehenden Inspektion.