1、n许多厂家均以许多厂家均以SiCl4为原料为原料生产石英光纤，原生产石英光纤，原因是因是Fe、Ni、Cu等氯化物易于用精馏法除去。等氯化物易于用精馏法除去。某些多晶硅生产厂家在用某些多晶硅生产厂家在用SiHCl3氢还原生产氢还原生产多晶硅的过程中产生大约多晶硅的过程中产生大约30的副产物的副产物SiCl4，用这种副产物生产光纤显著降低了成本。用这种副产物生产光纤显著降低了成本。n为了获得纤芯与包层折射指数呈阶跃变化为了获得纤芯与包层折射指数呈阶跃变化(SI型型)或梯度变化或梯度变化(GI型型)的光纤，生产芯料时皆的光纤，生产芯料时皆在高纯在高纯SiCl4(99.9999)中加入百分之几的中加入
2、百分之几的GeCl4，也有掺，也有掺锗烷锗烷的。的。表：表： MCVD和和VAD工艺水平比较工艺水平比较方法方法最高沉积速率最高沉积速率（g/min）沉积效率沉积效率（%）拉丝长度拉丝长度（km）MCVDVAD2.3950%(SiO2) 15% (GeO2)70%40300光纤光缆制造流程图光纤光缆制造流程图材料提纯预制棒熔炼材料分析检验拉丝套塑成缆预制棒检验光纤测试一、光纤材料的提纯工艺一、光纤材料的提纯工艺制造石英光纤的主体原料是四氯化硅，掺杂材料主要是四氯化锗辅助原料：高纯氧(用于氧化成二氧化硅)；氦(增强热传导，提高沉积效率)；氯气(脱水用)杂质：铁，钴，铜，锰，铬，钒，氢氧根等。(影
3、响光纤损耗，必须使其总浓度下降到几个ppb,即负6次方量级)提纯方法：提纯方法：多次精馏多次精馏+选择性吸附选择性吸附以四氯化硅的提纯为例，说明其提纯原理以四氯化硅的提纯为例，说明其提纯原理四氯化硅中可能存在的杂质有金属氧化物，非金属氧化物，含氢化合物。金属氧化物和非金属氧化物的沸点 与四氯化硅(57.6度)相差很大，可用精馏法提纯；含氢化合物沸点与其接近，但一般有极性，容易被吸附，适当的吸附剂可以实现分离精馏：利用原料和杂质沸点不同，通过反复蒸馏，达到提纯目的(可达到99.9999%)高纯四氯化硅提纯工艺示意图高纯四氯化硅提纯工艺示意图一级精馏塔二级精馏塔简单蒸馏塔三级精馏塔四级精馏塔精料槽
4、活性氧化铝吸附柱活性硅胶吸附柱二、二、熔炼工艺：将超纯的化学原料经过高温化学反应，合成一个熔炼工艺：将超纯的化学原料经过高温化学反应，合成一个具一定折射率分布的预制棒。具一定折射率分布的预制棒。常用方法：常用方法：MCVD法(改进的化学汽相沉积法)；PCVD(微波等离子体法)；VAD和OVD法等(汽相轴向沉积法和管外汽相沉积法)MCVD法熔炼过程：MCVD法熔炼工艺示意图法熔炼工艺示意图计算机流量控制高纯氧四氯化硅四氯化锗辅助掺杂剂配好比例的反应物混合气体移动火焰旋转石英反应管同步卡盘排气22242closoclsii高温232236234cloBoBcl高温MCVD法熔炼过程：分为3个阶段1
5、、混合阶段：高纯氧以一定的流量在四氯化硅和四氯化锗中鼓泡，使其以适当的比例配送到石英反应管2、沉积阶段：高纯氧和四氯化硅和四氯化锗进行反应，沉积在石英管子内壁，先沉积包层，改变掺杂剂，再沉积纤芯。包层沉积过程中，常使用的掺杂剂有三溴化硼，三氯化硼等，反应方程式为：232236234BroBoBBr高温22242closoclsii高温纤芯材料的反应方程式为：22242cloGoclGee高温3、缩棒过程：经过外包层，纤芯的沉积，形成一根中空壁厚的石英管，此时升高火焰温度到1700-2000摄氏度，保持石英管旋转，软化，在表面张力作用下收缩而将管子中心填满，形成中心区折射率较高而包层折射率较低的
6、预制棒三、拉丝工艺：示意图三、拉丝工艺：示意图预制棒高温炉测温仪炉温控制非接触式测径仪固化炉调速设备收线轮(拉丝机)三、套塑工艺：三、套塑工艺：套上一层尼龙。 目的：目的：进一步保护光纤，提高光纤的机械强度分为松套和紧套：松套：光纤可以在套管中松动，机械性能好(套管先承受压力)；防水性能好(光纤与外套之间有油膏，因此可以防水)紧套：不能活动，结构相对简单 2.4.1 光缆的结构 1光缆的结构 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 （1）缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，可分为单芯型和多芯型两种。 （2）护层 护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或
7、聚氯乙烯等）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等）。 （3）加强芯 加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 2各种典型结构的光缆 （1）层绞式结构光缆 把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。 图2-20图2-24所示是目前在市话中继和长途线路上采用的几种层绞式结构光缆的示意图（截面）。 图2-21 12芯松套层绞式直埋光缆图2-20 6芯紧套层绞式光缆 图2-22 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆 图2-23 648芯松套层绞式水底光缆图2-24 12芯松套+8芯2线对层绞式直埋光缆 （2）骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是
8、把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。 骨架结构有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元型，图2-25（b）为螺旋型结构，图2-26为基本单元结构。目前，我国采用的骨架式结构光缆，都是采用如图2-25所示的结构。图2-27所示是采用骨架式结构的自承式架空光缆。图2-25 12芯骨架式光缆 图2-26 70芯骨架式光缆 图2-27 骨架式自承式架空光缆 （3）束管式结构光缆 把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成。 图2-28所示的光缆结构即属护层增强构件配制方式。 图2-29、2-30所示是属于分散加强构件配置方式的束管式结构光缆。
9、另图2-34所示的浅海光缆实际上就是双层加铠装束管式光缆。图2-28 12芯束管式光缆 图2-29 648芯束管式光缆 图2-30 LEX束管式光缆 （4）带状结构光缆 把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。如图2-31、2-32所示。图2-31 中心束管式带状光缆图2-32 层绞式带状光缆 （5）单芯结构光缆 单芯结构光缆简称单芯软光缆，如图2-33所示。 这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表测试软线和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯软光缆的光纤。图2-33 单芯软光缆 （6）特殊结构光缆 特殊结构的光
10、缆，主要有光/电力组合缆、光/架空地线组合缆和海底光缆和无金属光缆。这里只介绍后两种。 海底光缆 有浅海光缆和深海光缆两种，图2-34所示为典型的浅海光缆，图2-35所示是较为典型的深海光缆。 无金属光缆 无金属光缆是指光缆除光纤、绝缘介质外（包括增强构件、护层）均是全塑结构，适用于强电场合，如电站、电气化铁道及强电磁干扰地带。 图2-34 浅海光缆 图2-35 深海光缆 1按传输性能、距离和用途分 可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。 2按光纤的种类分 可分为多模光缆、单模光缆。 3按光纤套塑方法分 可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。 4按光纤芯数多少分 可分
11、为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等。 5按加强件配置方法分 光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和PE外护层加一定数量的细钢丝的PE细钢丝综合外护层光缆。 6按敷设方式分 光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。 7按护层材料性质分 光缆可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆。 8按传输导体、介质状况分 光缆可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。 9按结构方式分 光缆可分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架
12、式结构光缆、铠装结构光缆（包括单、双层铠装）和高密度用户光缆等。 10目前通信用光缆可分为 （1）室(野)外光缆用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设的光缆。 （2）软光缆具有优良的曲挠性能的可移动光缆。 （3）室（局）内光缆适用于室内布放的光缆。 （4）设备内光缆用于设备内布放的光缆。 （5）海底光缆用于跨海洋敷设的光缆。 （6）特种光缆除上述几类之外，作特殊用途的光缆。 光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。 （1）光缆型式由五个部分组成，如图2-36所示。图2-36 光缆型式的组成部分 图中： ：分类代号及其意义为： GY通信用室（野）外光缆； GR通信用软光
13、缆； GJ通信用室（局）内光缆； GS通信用设备内光缆； GH通信用海底光缆； GT通信用特殊光缆。 ：加强构件代号及其意义为： 无符号金属加强构件； F非金属加强构件； G金属重型加强构件； H非金属重型加强构件。 ：派生特征代号及其意义为： D光纤带状结构； G骨架槽结构； B扁平式结构； Z自承式结构。 T填充式结构。 ： 护层代号及其意义为； Y聚乙烯护层； V聚氯乙烯护层； U聚氨酯护层； A铝-聚乙烯粘结护层； L铝护套； G钢护套； Q铅护套； S钢-铝-聚乙烯综合护套。 ：外护层的代号及其意义为： 外护层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代号及其意义如表2-2所示。 表2
14、-2外护层代号及其意义代 号铠装层（方式）代 号外护层（材料）0无0无11纤维层2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套4粗圆钢丝5单钢带皱纹纵包 （2）光缆规格由五部分七项内容组成，如图2-37所示。图2-37 光缆的规格组成部分 图中： ： 光纤数目用1、2、，表示光缆内光纤的实际数目。 ： 光纤类别的代号及其意义。 J二氧化硅系多模渐变型光纤； T二氧化硅系多模突变型光纤； Z二氧化硅系多模准突变型光纤； D二氧化硅系单模光纤； X二氧化硅纤芯塑料包层光纤； S塑料光纤。 ： 光纤主要尺寸参数 用阿拉伯数（含小数点数）及以m为单位表示多模光纤的芯径及包层直径，单模光纤的模场直径及包层直径
15、。 ：带宽、损耗、波长表示光纤传输特性的代号由a、bb及cc三组数字代号构成。 a表示使用波长的代号，其数字代号规定如下： 1波长在0.85m区域； 2波长在1.31m区域； 3波长在1.55m区域。 注意，同一光缆适用于两种及以上波长，并具有不同传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用“/”划开。 bb表示损耗常数的代号。两位数字依次为光缆中光纤损耗常数值（dB/km）的个位和十位数字。 cc表示模式带宽的代号。两位数字依次为光缆中光纤模式带宽分类数值（MHzkm）的千位和百位数字。单模光纤无此项。 ：适用温度代号及其意义。 A适用于40+40 B适用于30+50 C适用于20+60
16、D适用于5+60 光缆中还附加金属导线（对、组）编号，如图2-38所示。其符合有关电缆标准中导电线芯规格构成的规定。图2-38 光缆中附加金属导线编号示意图 例如，2个线径为0.5mm的铜导线单线可写成210.5；4个线径为0.9mm的铝导线四线组可写成440.9L；4个内导体直径为2.6mm，外径为9.5mm的同轴对，可写成42.6/9.5。 （3）光缆型号例题 设有金属重型加强构件、自承式、铝护套和聚乙烯护层的通信用室外光缆，包括12根芯径/包层直径为50/125m的二氧化硅系列多模突变型光纤和5根用于远供及监测的铜线径为0.9mm的四线组，且在1.31m波长上，光纤的损耗常数不大于1.0
17、dB/km，模式带宽不小于800MHzkm；光缆的适用温度范围为20+60。 该光缆的型号应表示为： GYGZL03-12T50/125（21008）C+540.9。光纤传输信息具有许多优点：光纤传输信息具有许多优点：载频为载频为31014Hz，约为电视通信所用超高频的，约为电视通信所用超高频的100000倍，从而使倍，从而使信息载带容量或带宽激增信息载带容量或带宽激增；传输损耗很小传输损耗很小，每单位传输距离只需要极少的放大，每单位传输距离只需要极少的放大器或中继站。与金属导线比起来，高频率下光纤损耗器或中继站。与金属导线比起来，高频率下光纤损耗低得多，它可以传输几十公里乃至上百公里不必增加
18、低得多，它可以传输几十公里乃至上百公里不必增加中继器，而金属同轴电缆没有中继器只能传输几公里。中继器，而金属同轴电缆没有中继器只能传输几公里。在理论上，光纤可以传送在理论上，光纤可以传送107路电视或路电视或1010路电话，可路电话，可以把一个特大图书馆储藏的全部图书信息在短时间内以把一个特大图书馆储藏的全部图书信息在短时间内全部传送完毕，其容量比金属同轴电缆大全部传送完毕，其容量比金属同轴电缆大5个数量级。个数量级。光纤是绝缘体光纤是绝缘体，不受邻近其它系统和其它物体产生，不受邻近其它系统和其它物体产生杂散电场的影响。因此杂散电场的影响。因此不受干扰不受干扰，基本上能防范电，基本上能防范电子
19、间谍。子间谍。 尺寸小、重量轻尺寸小、重量轻，有利于铺设和运输。光纤的芯径，有利于铺设和运输。光纤的芯径仅为单管同轴电缆的百分之一。仅为单管同轴电缆的百分之一。8芯光缆直径约芯光缆直径约10mm，而标准同轴电缆为，而标准同轴电缆为47mm。这样可以解决。这样可以解决地下管网由于通信电缆太多而造成的拥挤问题。地下管网由于通信电缆太多而造成的拥挤问题。光纤材料主要是光纤材料主要是石英石英(SiO2)，它在地球上，它在地球上非常丰富。非常丰富。2022-5-1944精品课件精品课件！2022-5-1945精品课件精品课件！n光纤发展趋势光纤发展趋势n光纤是在当今铜资源不足及高技术的迫切要求光纤是在当
20、今铜资源不足及高技术的迫切要求下，获得空前发展的。以下，获得空前发展的。以SiCl4为主要原料的为主要原料的石英光石英光纤纤，经历了，经历了0.85m多模多模(最低损耗最低损耗23dB/km，无，无中继距离一般中继距离一般8km)、1.3 m多模多模(最低损耗最低损耗0.41dB/km)、1.3 m单模单模(最低损耗最低损耗0.35dB/km，无中继距离无中继距离3050km)，1.5 m单模单模(最低损耗最低损耗0.140.16dB/km，无中继距离可达，无中继距离可达100km)几个几个阶段。阶段。损耗越来越小，无中继距离越来越长。损耗越来越小，无中继距离越来越长。1.3 m单模和多模光纤已发展成熟。单模和多模光纤已发展成熟。 光纤技术正向更长波长发展。因此光纤技术正向更长波长发展。因此研制长波长研制长波长光纤材料光纤材料，特别是氟化锆基等非石英光纤，对实现，特别是氟化锆基等非石英光纤，对实现洲际海底光缆的无中继通信具有重大战略意义。此洲际海底光缆的无中继通信具有重大战略意义。此外，光纤传感器在温度、压力、速度、液面、流量、外，光纤传感器在温度、压力、速度、液面、流量、位移、振动、电磁参数及核辐射等的测量中有广阔位移、振动、电磁参数及核辐射等的测量中有广阔的应用前景。的应用前景。
