Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

3. Методы получения заготовок кварцевых ОВ

3.1. Метод модифицированного химического парофазного осаждения (MCVD)

Суть метода видна из рис. 3.2. В опорную кварцевую трубку подают пары четыреххлористого кремния (SiCl4) и галогенидов легирующих компонентов(GeCl4, BBr3, POCl3 и т. д.), а также очищенный и осушенный кислород. В зоне нагрева трубки кислородно-водородной горелкой, перемещающейся вдоль трубки с заданной скоростью, происходит окисление галогенидов с образованием оксидов кремния и легирующих компонентов.

Рис. 3.2. Схема процесса получения заготовки методом MCVD: а) химическое образование и осаждение оксидов, б) сжатие трубки, в) «схлопывание» трубчатой заготовки в стержень.

Частицы этих оксидов осаждаются за счет термофореза на внутреннюю поверхность опорной трубки перед горелкой и проплавляются ею с образованием прозрачных стеклообразных слоев (рис. 3.2а). Путем последовательного изменения состава исходной парогазовой смеси (ПГС) можно осаждать слои различного состава, причем во время каждого прохода горелки вдоль трубки состав ПГС остается постоянным, а изменение его происходит во время возвращения горелки к началу трубки. После осаждения слоев светоотражающей оболочки и сердцевины температура нагрева трубки увеличивается (до ~ 20000C) и силами поверхностного натяжения трубка сжимается до меньшего диаметра (рис. 3.2б). Когда внутренний диаметр становится малым (обычно 2…5 мм в зависимости от состава стекол оболочки и сердцевины), то трубка "схлопывается" в сплошной стержень-заготовку при медленном движении горелки от конца к началу (рис. 3.2 в). В этой заготовке осажденные слои формируют светоотражающую оболочку и сердцевину.

Схема установки MCVD приведена на рис. 3.3. Эта установка состоит из следующих основных элементов:

-         блок очистки и осушки несущего газа- кислорода. Этот блок включает в себя платиновый катализатор для окисления водородсодержащих соединений в кислороде и колонки с цеолитом для поглощения паров воды (до точки росы менее –700С):

-         химический блок, в котором размещены регуляторы расхода несущего газа (О2) и ванна с термостатируемыми барботерами и в котором формируется исходная парогазовая смесь (ПГС). В барботеры залиты легкокипящие SiCl4 и галогениды легирующих компонентов. Скорость поступления каждого вещества определяется температурой ванны и потоком О2 через соответствующий барботер;

Рис. 3.3. Функциональная схема установки MCVD: а) – система осушки, б) – блок подготовки ПГС, в) – тепломеханический станок, г) – колонна нейтрализации продуктов реакции, 1 – опорная кварцевая труба, 2 – кислородно-водород-ная горелка, 3 – концевые переключатели, 4 – регуляторы расхода газа, 5 – дозаторы барботажного типа

-         тепломеханический станок, в патронах которого закреплена опорная кварцевая трубка, которая вращается с регулируемой скоростью. На суппорте станка установлены кислородно-водородная горелка и ИК-пирометр, измеряющий температуру нагрева трубки в зоне горелки. Скорость перемещения горелки в "прямом" и "обратном" направлениях ("прямое" направление совпадает с направлением движения ПГС в трубке) также регулируется, а изменение направления движения горелки происходит, когда суппорт достигает концевых переключателей;

-          скруббера, который включает в себя бак для сбора порошкообразных оксидов, не осевших внутри трубы, и колонну нейтрализации газообразных продуктов (хлор и другие) с помощью слабощелочного раствора.

        С физико-химической точки зрения процесс MCVD включает в себя протекание химических реакций окисления исходных галогенидов, перенос и осаждение окисных продуктов на стенки опорной кварцевой трубки, проплавление осевших порошкообразных слоев, сжатие трубки в штабик-заготовку и устранение возможности загрязнения осаждаемых слоев гидроксильными ионами, которые вызывают резкое увеличение потерь на длинах волн 0,95 и 1,38 мкм. Ниже рассмотрены указанные процессы.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.