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1、光纤生产工艺流程介绍,光通信历史,光纤通讯理论，高锟， 60s 理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波导结构（即阶跃光纤）。更重要的是科学地予言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下 第一根低耗光纤，康宁, 70s 一九七年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉积法（MCVD 法）制造出当时世界上第一根超低耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。 第一条商用光纤通讯线路，美国，70s 第一条越洋光通讯线路，美国，80s 光棒制造技术， OVD, MCVD, V
2、AD， 70s,光通信简介,电信（telecommunicaton） 借助某种设备在相隔一定距离的条件下进行信息交换,光纤基本知识,光纤的基本介绍 光纤就是将信息以光的形式传输的一种传输介质,光纤的材料：二氧化硅石英玻璃材料,光纤的结构：纤芯、包层、涂敷层,光纤的种类,通信光纤,特种光纤,多模光纤,单模光纤：,匹配型非色散位移单模光纤,玻璃光纤结构,涂层,包层,n1 n2, n3 n2,芯部,n1,n2,n3,应用领域 1、 全球的海底网络 2、 陆地网络 3、 卫星系统与光纤网络 4、 光纤到户和光纤到桌面 5、 局域网、城域网、广域网等,光纤优点,宽带通讯（超大容量） 光纤：2. 5 Gb
3、ps 同轴电缆： 5 bps 低损耗，中继距离长： 光纤：公里 同轴电缆： 公里 低通讯成本,无电磁波干扰 通讯保密性好 体积小、重量轻、便于施工维护 原材料来源丰富，潜在价格低廉,光纤的模式,单模光纤(Single-Mode) 只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式色散，使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用于大容量，长距离的光纤通讯。单模光纤使用的光波长为1310nm或1550nm。 多模光纤(Multi-Mode) 在一定的工作波长下，有多个模式在光纤中传输（850nm/1300nm）, 这种光纤称之为多模光纤。由于色散或像差，因此，这种光纤的传输性能较差，频带
4、比较窄，传输容量也比较小，距离比较短 。,光物理学,光现象,从波的观点,从几何光学的观点,从量子学的观点,电磁波,光线或光束,光子流,1、电磁波,光物理学,波长：一个波的两个连续周期中两个相同点（具有相同相位点）间的距离,光速 ,光是占据电磁波谱中特定范围的电磁波,周期：一个波中两个（具有相同相位点）顺次通过同一空间位置所需要的时间,光物理学,图2 电磁波谱,光物理学,2、光束（光线）,基本的光学原理：所有的光在真空中的特性在折射率为n的材料中会放生变化,斯涅耳定律：n1sin1= n2sin2,2.1 折射率,2.2 全内反射,光物理学,当光线从一个具有较高折射率的介质进入一个具有较低折射率
5、的介质而且入射角超过临界角的时候，所有的光返回入射介质中，这种现象称为全内反射。,11c,玻璃：n1=1.5,空气：n1=1.0,光纤传导光的基本原理,临界入射角和临界传播角,光发射到光纤中,3 、光子流 3.1 能级图,光物理学,原子的能量是量子化的,3.2光子,光物理学,一个量子的能量称为光子,一个量子的能量Ep 以光速C传播的基本微粒，一个光子的能量,Ep=hf=hc/,h：普朗克常数（6.6261034 ）,作为基本微粒的光子的能量与其频率有关，而频率通常是与波长相关的,光子的本质是什么？,电磁辐射,光子的频率F约为1014Hz,他是哪一类辐射？,光就是光子流,Ep单位 : eV,单位
6、：nm,光纤几何特性,光纤的几何结构：纤芯、包层、涂敷层,外涂敷层,内涂敷层,包层,芯层,Dmax,Dmin,光纤几何结构,芯包同心度偏差,不圆度,不圆度=,光纤几何特性,芯包同心度误差：纤芯和包层的几何中心的最大距离,模场直径MFD：单模光纤的模式是由光纤横截面上模场的分布决定的，当光强度下降到它的峰值的1/e2横截面积尺寸。该参数依赖于工作波长。,（Dmax-Dmin）,100%,D,光纤几何参数： 1、光纤直径：1251m 2、光纤芯经：,光纤产品标准,多模光纤50/62.5 m,单模光纤 810 m,3、涂敷层直径：,内涂层 19020m,外涂层 245 5m,4、包层不圆度：0.1%
7、,5、涂敷层不圆度：6%,6、芯包同心度误差：0.6 m,7、包层/涂敷层同心度误差： 12 m,8、光纤长度：2.1公里的整数倍,光纤传输特性参数,光纤产品标准,2、截止波长：11801360nm,4、零色散波长：13021322nm,3、模场直径：9.20.4m/1310nm,10.40.5m/1550nm,1、衰减：0.344dB/km(1310nm) 0.204dB/km(1550nm),5、色散斜率：0.09ps/(nm2km),6、色散系数：18ps/(nmkm),光纤生产工序,预处理 拉丝 筛选 检测,简述光纤制造的工艺流程,预制棒的预处理,预制棒,预制棒和把棒连接,注意事项：氢
8、氧焰的点火和关火的顺序,拉丝简介,什么是拉丝 将直径为80mm的预制棒拉制成直径只有250um左右的光纤，而保持原来预制棒的芯包比和原有的折射率分布,拉丝的方法 当预制棒由送棒机构一定的速度均匀的送往电加热炉中，预制棒尖端受热到一定温度时，棒体尖端粘度降低，由于其自身的重量下垂而形成纤维，然后通过控制牵引的速度和预制棒下行的速度来控制拉丝的直径。,拉丝简介,V拉=V送 * D2/d2 D：预制棒的直径 d：光纤的直径,拉丝塔简介,工艺运行速度范围：800-1200m/min 运行温度：2100-2300 C,环境条件 洁净度：10000级 温度：20C30 C 湿度：40%70%,拉丝工序的主
9、要辅料及工具,原料：光纤预制棒(带把棒)、内涂UV固化涂料、外涂UV固化涂料。 辅料：收线盘、氩气、氮气、二氧化碳、氦气、乙醇、洁净纸、一次性手套、粘胶带等。 工具：光纤坠、力矩扳手、斜口钳、清洁刷、乙醇瓶、手电筒、铁桶、吸尘器、镊子、螺丝刀、卷尺、直尺、喉箍等。,拉丝工序的安全防护措施,在拉丝塔上作业时要穿戴好洁净服、防滑鞋和安全帽。 在拉丝塔上作业时，所用的工具用完后要立即放回工具箱内，严防任何物品从高处坠落。 在拉丝塔正常运行时，牵引轮和收线机的防护罩必须关上。 高温操作时必须戴好隔热手套，避免被高温光棒及熔化料头烫伤。 接触光纤碎屑（如光纤穿丝过程），要防止光纤扎伤皮肤；万一光纤扎入皮
10、肤，应立即用镊子将其夹出。 在UV固化灯和拉丝炉等强光处操作时要戴好防护墨镜，严禁裸眼直视。 在进行接触化学品如涂覆树脂、乙醇等的操作时，要戴好乳胶手套。 在升降机上操作时，当升降机在升降过程中，头手不要伸到护栏外部。 防止拉丝炉及拉丝炉周围的水泄漏，一旦发现泄漏，立即切断电源；在泄漏被查明和修复之前，拉丝炉不能通电。 防止UV固化灯内烟气进入工作间。,拉丝塔主要部件介绍,送棒机构 石墨加热炉 涂覆装置 UV固化装置,拉丝塔主要部件介绍-送棒机构,手动控制盒可控制送棒机构可上下左右移动 将预制棒向下送入拉丝炉内，目测预制棒与拉丝炉的间隙。当发现其偏离中心位置时，用手动控制盒上的XY位置调整按钮
11、进行调整,注意事项：安装预制棒时要戴一次性手套，不可污染棒,拉丝塔各部件介绍-拉丝炉,Ar,冷却水,中心管,套管,冷却水：起到冷却炉体、炉顶盖、炉底盖、电极、和夹具的作用，确保冷却水已开 Ar：确保炉内充满氩气，避免石墨和氧气接触发生反应 退火管：消除光纤的应力 中心管：石墨体 顶盖：防止氧气进入拉丝炉 电极：电加热,退火管,顶盖,电极,拉丝炉的清洁,为什么要清洁,拉丝炉的清洁,用吸尘器除去中心管内的灰尘。 用吸尘器除去拉丝炉内的灰尘 将蘸有乙醇的洁净纸包在长管的末端，将长管插入拉丝炉直到炉底出口，以清洁拉丝炉底部的退火管。 将清洁刷插入已清洁好的中心管并将其放回拉丝炉。,拉丝炉的清洁,将检查
12、管沿外套管壁插入拉丝炉内，接触到中心管边缘，以检查中心管安放位置是否正确，检查完毕后，将炉顶盖安装好密封圈，盖在拉丝炉上。 解开拉丝炉退火管底部的塑料袋。 用蘸有乙醇的洁净纸清洁炉底门及退火管口。 在拉丝炉退火管底端插入装好密封圈的炉底塞并用底门固定,UV胶,拉丝塔各部件介绍-涂覆装置,涂覆材料：环氧丙烯酸酯或聚丙烯酸酯 CO2:消除涂覆过程中出现的气泡,拉丝塔各部件介绍-涂覆装置,UV胶在使用前应在405C恒温箱中保温16小时以上，回收UV胶保温时间在120小时以上,同时应该按照先进先出原则使用恒温箱中的UV胶。 将满足保存条件的胶从恒温箱中取出，放入拉丝塔的大胶罐中。注意：一涂和二涂的胶要
13、放入相应的一涂和二涂胶罐中，绝不能放错。,为什么要进行涂覆,光纤的材料是石英玻璃，是脆性断裂材料 不加涂覆材料时，光纤在空气当中裸露，表面缺陷的扩大，局部的应力在此集中，造成强度极低，光纤极易断裂 为了保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲强度，及便于实用，需要给光纤涂覆树脂材料 一次涂覆和二次涂敷的作用： 内涂层较软，用于保护裸光纤表面免受机械损伤，并且在光纤使用中起到缓冲外界应力的作用；折射率比石英玻璃偏大，用来吸收透过包层的多余的光 外涂层较硬则有利于光纤耐磨损，有利于提高光纤的低温性能和抗弯性能,拉丝塔各部件介绍-涂覆装置,模具的清洗 拆开模具取下的密封圈用蘸有乙醇的洁净纸擦试密封圈上的树
14、脂。将擦干净的密封圈放在洁净纸上备用 将模具放入装有乙醇的容器中浸泡约30分钟（注意乙醇液面必须没过模具。）之后将容器放入超声波清洗机中清洗约30分钟。 用洁净纸将模具内外表面的乙醇擦净，用吸有乙醇的注射器从模具孔注入乙醇，如果从另一端模具孔射出的乙醇通畅，表明模具清洗干净；否则，重新进行清洗。 用氮气吹枪清洁模具孔,同时用显微镜观察模具孔，如果模具孔圆整无污物，表明模具通畅；否则，用微型针疏通后重新清洗 将其放入干燥器中备用,拉丝塔各部件介绍-涂覆装置,模具的安装 从干燥器中取出模具,用显微镜观察模具内孔，应为正圆形 将模具组装，确保相同的标志线对齐 安装O型圈 从涂覆器底部插入模具，并用锁
15、扣固定。从顶部插入模具导向器，并推向锁扣 安装涂覆器的顶盖,返回,拉丝塔各部件介绍-光固装置,UV石英灯管：避免通过的光纤受空气的污染和振动 N2气：惰性气体氮气来避氧以加速固化。洁净干燥的氮气从石英管底部被引入，并以层流的方式向上到炉子顶端，这将起着排除氧气的作用，同时还可带出涂料中的挥发组分，使光纤免受污染，还可避免光纤因受灯源的红外辐射所致的过热问题 抽风装置：确保紫外固化炉在正常工作时不至于因温度过高而烧坏炉子。,返回,拉丝塔各部件介绍-光固装置,UV石英灯管的清洁和安装 用清洁刷把沾有乙醇的洁净纸（或直接用清洁刷沾乙醇）推入玻璃管内擦拭。 打开UV固化灯底部的C型夹，取下底部连接件，
16、用沾有乙醇的洁净纸擦拭，尤其是O型密封圈。 将O型密封圈安装在连接部位的密封槽内，同时将UV灯管插入UV固化灯内，注意：必须垂直插入，防止灯管破裂。将灯管的一头插入到底部连接件内，双手托住连接件往上轻推，当底部连接件与UV固化灯紧密连接时，关闭C型夹。注意：关闭C型夹时防止石英灯管夹裂。,洁净纸,灯管,拉丝操作步骤,操作准备 拉丝炉升温 穿丝 涂覆和加速 拉丝终止,拉丝操作步骤-操作准备,1.动力供给 打开控制柜上的主开关 ，启动微机，显示光纤拉丝塔的主操作界面 打开气体管路阀门，确定气控柜各种气体压力参数 （Ar、N2、He、CO2和压缩空气） 打开冷却水阀门，确定冷却水压力和流量 2.拉丝炉的清洁 3.涂覆模具的清洁 4.其他部件
