Masalah kesucian dalam pembuatan serat optik jujur lebih kejam daripada kebanyakan orang menyedari. Kami bercakap mengenai tahap pencemaran yang perlu di bawah 1 ppb untuk ion logam - dan jika anda bekerja dengan serat optik gelombang - penuh, keperluan OH ion jatuh ke 0.8 ppb yang hampir tidak masuk akal. Sicl₄ dan Gecl₄ yang disucikan standard tidak memotongnya, bahkan tidak dekat.
Mengapa tekanan wap sebenarnya penting di sini
Jadi inilah perkara tentang semua proses preform ini - MCVD, PCVD, VAD, OVD - mereka semua bergantung pada pemendapan fasa wap. Tetapi apa yang benar -benar membuat kerja ini untuk pembersihan bukan hanya pemendapan itu sendiri. Ia adalah pengewapan selektif yang berlaku sebelum bahan -bahan bahkan mencapai zon reaksi.
Gambar sebotol gelembung duduk di sana, katakan, 55 darjah untuk SICL₄ (titik mendidih 57.6 darjah). Cecair sentiasa menguap, mewujudkan tekanan wap ini di atas permukaan, manakala tekanan atmosfera P₂ menolak. Apabila tekanan ini menyamakan kedudukan di P₃, anda memukul apa yang kita panggil tekanan wap tepu. Panaskannya sedikit lagi, dan P₁ melebihi p₂ - lebih banyak molekul melompat ke fasa gas. Kenaikannya, pemeluwapan mengambil alih.
Keindahan ini? Kebanyakan kekotoran logam mempunyai titik mendidih lebih tinggi daripada SICL₄ atau GECL₄ (yang mendidih pada 83.1 darjah). Mereka hanya duduk dalam fasa cecair manakala barangan tulen menguap. Pencemaran besi, misalnya, boleh turun dari 20 ppb ke 1 ppb melalui proses ini sahaja. Itulah pengurangan 20 kali ganda tanpa rawatan kimia yang kompleks.
MCVD mengambil penghantaran bahan
Dalam sistem MCVD, tinggi - oksigen kesucian mengalir melalui MFC ke dalam botol gelembung. Ia bertindak sebagai gas pembawa, menyapu wap tepu melalui garisan penghantaran dan ke dalam tiub kuarza di mana sihir sebenar berlaku - reaksi wap kimia dan lapisan - oleh pemendapan lapisan - di dinding dalaman.
Kawalan suhu di sini adalah halus. Terlalu panas, dan anda mula menguap kekotoran. Terlalu sejuk, dan anda tidak mendapat aliran bahan yang cukup. Tempat yang manis biasanya beberapa darjah di bawah titik mendidih, mengekalkan keseimbangan di mana anda mendapat wap murni maksimum tanpa menyeberang ke wilayah di mana bahan pencemar mula datang untuk perjalanan.
OVD dan VAD: Geometri yang berbeza, Fizik Sama
Proses OVD dan VAD mengendalikan perkara yang berbeza kerana persediaan pemendapan luaran mereka. Daripada satu kelalang gelembung yang memakan ke dalam tiub, anda mempunyai pelbagai aliran gas - o₂, h₂, ar - ditambah sicl₄ dan wap gecl₄ anda semua keluar dari muncung obor berasingan.
Sistem ini sebenarnya memanaskan bahan mentah di atas titik mendidih mereka untuk menghasilkan aliran gas yang betul. Sicl₄ mendapat ditolak masa lalu 57.6 darjah, Gecl₄ melewati 83.1 darjah. Tetapi - dan ini adalah penting - suhu masih tetap jauh di bawah titik mendidih kekotoran. Oleh itu, anda masih mendapat kesan penyulingan itu, hanya dalam konfigurasi yang lebih agresif. Persediaan obor memerlukannya kerana anda memerlukan jet gas yang ditakrifkan, bukan hanya wap yang dibawa dalam aliran.
Hasilnya? Zarah -zarah jelaga preform dengan tahap kesucian yang dituntut oleh spesifikasi serat moden.
Masalah kekotoran tidak ada yang cukup bercakap tentang
Ion logam adalah penjahat yang jelas. Besi, kromium, tembaga - Mereka semua menyerap cahaya dan membuat kerugian. Tetapi oh ion licik. Mereka membuat puncak penyerapan pada panjang gelombang tertentu, terutamanya sekitar 1383 nm, yang secara sejarah mencipta "puncak air" yang memaksa sistem serat awal untuk mengelakkan tingkap panjang gelombang tertentu sepenuhnya.
Penuh - Serat gelombang mengubah permainan dengan menuntut kandungan sub-1 ppb OH, dan jujur, sampai di sana memerlukan pemikiran semula keseluruhan rantaian pengendalian bahan. Ia bukan hanya mengenai suhu botol gelembung lagi. Setiap injap, setiap baris, setiap meterai dalam sistem penghantaran menjadi sumber pencemaran yang berpotensi.
Anda boleh mempunyai penyulingan sempurna dalam botol gelembung dan masih berakhir dengan tinggi OH jika ada kebocoran kecil yang membiarkan kelembapan ke dalam garisan penghantaran anda. Inilah sebabnya makmal fabrikasi gentian serat kelihatan seperti bilik bersih semikonduktor - Kerana pada tahap kesucian ini, mereka pada dasarnya.
Kecerunan suhu dan pengewapan selektif
Terdapat kesan penyucian sekunder yang tidak mendapat perhatian yang cukup: pemisahan kecerunan terma. Malah dalam kelalang gelembung itu sendiri, anda mendapat variasi suhu. Permukaan cecair paling hangat, manakala kawasan berhampiran dinding botol mungkin satu ijazah atau dua sejuk.
Ini mencipta arus konveksi mikro - yang sebenarnya membantu menumpukan kekotoran di zon sejuk manakala bahan tulen secara sengaja menguap dari permukaan yang lebih panas. Ia adalah kesan kecil, mungkin menyumbang 10 - 15% kepada pemurnian keseluruhan, tetapi apabila anda mengejar kesucian tahap PPB, setiap tuduhan kecil.
Sesetengah sistem juga menggunakan zon suhu yang sengaja dipentaskan di garisan penghantaran mereka untuk membuat beberapa langkah penyulingan. Wap mengalir secara ringkas pada titik yang lebih sejuk, kemudian semula - menguap pada zon yang dipanaskan seterusnya, meninggalkan satu lagi lapisan kekotoran setiap kali.
Apa maksudnya nombor
Apabila kita mengatakan "di bawah 1 ppb ion logam," kita bercakap tentang satu bahagian dalam 10 ⁹. Untuk meletakkan perspektif itu, jika anda mempunyai kolam renang yang penuh dengan SICL₄, satu PPB akan bersamaan dengan kurang daripada satu setitik pencemar.
Teknik analisis untuk mengukur kesucian pada tahap ini - icp - MS, GDMS - cukup canggih bahawa pengendalian sampel menjadi cabarannya sendiri. Anda boleh mencemarkan sampel anda semasa proses pengukuran jika anda tidak berhati -hati.
Dan inilah bahagian yang mengecewakan: mencapai 0.8 ppb OH secara penuh - serat gelombang memerlukan bukan hanya membersihkan bahan mentah, tetapi mengawal keseluruhan atmosfera proses. Malah ultra - nitrogen tulen boleh mempunyai kelembapan jejak. Malah oksigen "kering" dari silinder tidak cukup kering. Operasi preform yang paling serius akhirnya menjalankan sistem pembersihan gas mereka sendiri untuk memenuhi spesifikasi.
Dinamik aliran bahan
Kadar aliran sebenar melalui gelembung gelembung ini berbeza -beza bergantung kepada proses pemendapan dan tahap doping yang dikehendaki. MCVD mungkin menjalankan kadar aliran yang agak rendah kerana anda mendepositkan di kawasan permukaan dalaman yang kecil. Pemendapan luaran OVD menggunakan bahan lebih cepat kerana anda membina boule jelaga yang boleh menjadi diameter beberapa inci.
Kadar aliran ini menjejaskan keseimbangan dalam botol gelembung. Kadar cabutan yang lebih tinggi sebenarnya boleh menyejukkan cecair melalui penyejukan penyejatan, yang memerlukan pampasan suhu aktif untuk mengekalkan tekanan wap yang konsisten. Sesetengah sistem menggunakan garisan penghantaran yang dipanaskan bukan hanya untuk mengelakkan pemeluwapan, tetapi untuk secara aktif mengawal komposisi fasa wap - melalui pemeluwapan selektif dan pengewapan semula -.
Kejuruteraan menjadi cepat kompleks, yang mungkin mengapa kebanyakan kertas memberi tumpuan kepada keseimbangan tekanan wap mudah dan gloss ke atas kesan dinamik.
Seluruh sistem pada dasarnya adalah lajur penyulingan berterusan yang beroperasi pada suhu yang agak rendah, mengambil kesempatan daripada fakta bahawa silikon dan germanium tetrachlorides tidak menentu sementara kekotoran mereka tidak. Sederhana pada dasarnya, mimpi buruk dalam pelaksanaan apabila anda mengejar 0.8 ppb OH dalam preform serat gelombang penuh -.
