Глава 3. изготовление световодов

3.1 Введение

Технологии производства оптоволокна всего три десятка лет. Это если считать от момента появления первых теоретических работ, в которых была показана принципиальная возможность создания световодов с приемлемым, менее 20 дБ/км, затуханием.

Первые образцы, удовлетворяющие этому требованию, были созданы в начале семидесятых годов. А до того ясность, из чего лучше всего делать световоды, полностью отсутствовала: ученые исследовали многокомпонентные составы стекла, предлагали даже использовать капилляры с жидкостью. В конце концов, основным материалом для изготовления оптического волокна выбрали кварцевое стекло.

Технологический процесс изготовления световодов на основе кварцевого стекла делится на два этапа.

Первый этап - получение заготовки, которая представляет собой стеклянный стержень длиной порядка метра и диаметром около 10 - 80 мм. Для этого существует несколько способов:

• Модифицированное химическое осаждение из газовой фазы на внутренней поверхности кварцевой трубки

• Метод осаждения из газовой фазы полученной путем плазменного распыления

• Внешнее осаждение из газовой фазы на внешней поверхности стержня

• Осевое осаждение из газовой фазы на торце стержня 

На втором этапе конец заготовки размягчают в печи и тянут из него волокно. При вытяжке не происходит смешивания отдельных слоев - при этом происходит, выражаясь математическим языком, преобразование подобия. То есть, если диаметры сердцевины и оболочки заготовки относились, как один к десяти, то так оно будет и в вытянутом волокне. Вытяжка световодов проводится в столько же чистых помещениях, как и при производстве микросхем, чтобы на их поверхность не попадали пылинки - те же самые включения.

После того как волокно остынет, на него наносится защитная пленка полимера. Полимер призван защитить волокно от механических воздействий и от окружающей среды, прежде всего от водорода и воды.  Дело в том, что вода ускоряет рост трещин, а водород, диффундируя вглубь волокна, повышает коэффициент затухания.  Однако по-настоящему могут защитить стекло только два покрытия: металлическое и углеродное. И японские фирмы сейчас начинают покрывать стекловидным углеродом каждое волокно в отдельности.

Рисунок 3.1 Оптические кабели

Пока же, для достижения полной защиты, лучше всего помещать уже готовый кабель в герметичную металлическую оболочку, но практически это реализуемо только в очень дорогих кабелях для трансокеанских линий. 

На рисунке 3.2 схематически изображен процесс получения оптоволокна методами осаждения из газовой фазы.

Рисунок 3.2 Схема производства оптоволокна

Перечисленные методы применимы к производству волокон из кварцевого стекла.

Существуют также различные методы для производства оптоволокна из других материалов, наиболее часто встречаемые из них:

• Способ двойного тигля - для комбинированных стекол,
• Вытяжка с покрытием - для волокон с ядром из кварцевого стекла и оболочкой из пластика,
• Метод формирования выдавливанием - для получения пластиковых оптоволокон,
• Золь-гелевая технология и др.

Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки.