光纤生产工艺培训.ppt
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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,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)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。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纤的衰耗系数降低到20dB/km以下以下第一根低耗光纤,康宁第一根低耗光纤,康宁,70s 一九七年美国康宁玻
2、璃公司根据高锟文章的设想,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(用改进型化学相沉积法(MCVD 法)制造出当时世界上第法)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。索。第一条商用光纤通讯线路,美国,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,第一条越洋光通讯线路,美国,80s光棒制造技术,光棒制造技术,OVD,MCVD,VAD,70s光通信简介n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发送器接收器信息信息信息信息链路链路(
3、语音、视频、数据语音、视频、数据)(语音、视频、数据)(语音、视频、数据)传输介质传输介质光纤基本知识光纤的基本介绍光纤光纤就是将信息以光的形式传输的一种就是将信息以光的形式传输的一种传输介质传输介质光纤的材料:二氧化硅石英玻璃材料光纤的材料:二氧化硅石英玻璃材料光纤的结构:纤芯、包层、涂敷层光纤的结构:纤芯、包层、涂敷层光纤的种类光纤的种类通信光纤通信光纤特种光纤特种光纤多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤:匹配型非色散位移单模光纤匹配型非色散位移单模光纤玻璃光纤结构玻璃光纤结构 涂层涂层 包层包层n1 n2,n3 n2 芯部芯部n1n2n3n应用领域应用领域1、全球的海底网络全球的海底网络2、
4、陆地网络陆地网络3、卫星系统与光纤网络卫星系统与光纤网络4、光纤到户和光纤到桌面光纤到户和光纤到桌面5、局域网、城域网、广域网等局域网、城域网、广域网等光纤优点光纤优点宽带通讯(超大容量)宽带通讯(超大容量)n光纤:光纤:2.5 Gbpsn同轴电缆:同轴电缆:5 bps 低损耗,中继距离长:低损耗,中继距离长:n光纤:公里光纤:公里n同轴电缆:同轴电缆:公里公里低通讯成本低通讯成本无电磁波干扰无电磁波干扰通讯保密性好通讯保密性好体积小、重量轻、便于施工维护体积小、重量轻、便于施工维护原材料来源丰富,潜在价格低廉原材料来源丰富,潜在价格低廉 光纤的模式光纤的模式单模光纤(Single-Mode)
5、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波的观点从几何光学的观点从几何光学的观点从量子学的观点从量子学的观点电磁波电磁波光线或光束光线或光束光子流光子流1、电磁波、电磁波E(V/m)TabE(V/m)ab光物理学
6、波长:一个波的两个连续周期中两个相波长:一个波的两个连续周期中两个相同点(具有相同相位点)间的距离同点(具有相同相位点)间的距离光速光速 光是占据电磁波谱中特定范围的电磁波光是占据电磁波谱中特定范围的电磁波n周期:一个波中两个(具有相同相位点)顺周期: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)、光束(光线)1 13 32 2空气:空气:n1=1.0玻璃:玻璃:n1=1.51 13 32 2空气:空气:n1=1.0玻璃:玻璃:n1=1.51 13 3空气:空气:n1=1.0玻璃:玻璃:n1=1.5基本的
7、光学原理:所有的光在真空中的特性在折射率为基本的光学原理: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的材料中会放生变化斯涅耳定律:斯涅耳定律:n1sin1 1=n2sin22.1折射率2.2 全内反射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的介质而且入射角超过临界角的时候,所有的光返回入射率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。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光纤传导光的基本原理临界入射角和临界传播角光
8、发射到光纤中3、光子流、光子流 3.1能级图光物理学能量E1E2E0E3E4基态原子的能量是量子化的原子的能量是量子化的3.2光子光子光物理学一个量子的能量称为一个量子的能量称为光子光子一个量子的能量一个量子的能量Ep 以光速以光速C传播的基本微粒,一个光子的能量传播的基本微粒,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是与波长相关的光子的本质是什么?光子的本质是什么?电磁辐射电磁辐射光子的频率光子的频率F约为约为1014Hz,他是哪一类辐射?他是哪一类辐射?
9、光就是光子流光就是光子流Ep单位:eV单位: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DmaxDmin光纤几何结构芯包同心度偏差不圆度不圆度不圆度=光纤几何特性n芯包同心度误差:纤芯和包层的几何中心的最大距离芯包同心度误差:纤芯和包层的几何中心的最大距离n模场直径模场直径MFD:单模光纤的模式是由光纤横截面上模场的分布决: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。该参数依赖横截面积尺寸。该参数依赖于工作波长。于工作波长。(Dmax-Dmin)100%(Dmax+Dmin)2平均直径
10、平均直径D=D光纤几何参数:光纤几何参数:1、光纤直径:、光纤直径:1251m2、光、光纤芯芯经:光纤产品标准多模光纤多模光纤50/62.5 m单模光纤单模光纤 810 m3、涂敷层直径涂敷层直径:内涂层内涂层 19020m外涂层外涂层 245 5m4、包层不圆度:包层不圆度:0.1%5、涂敷层不圆度:涂敷层不圆度:6%6、芯包同心度误差:芯包同心度误差:0.6 m7、包层包层/涂敷层同心度误差:涂敷层同心度误差:12 m8、光纤长度:光纤长度:2.1公里的整数倍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:截止波长:11801360nm4、零色散波长:、零色散波长:13021322n
11、m3、模场直径:模场直径:9.20.4m/1310nm10.40.5m/1550nm1、衰减:衰减:0.344dB/km(1310nm)0.204dB/km(1550nm)5、色散斜率:色散斜率:0.09ps/(nm2 km)6、色散系数: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1检验2切割3接把棒4抛光5拉丝切割把棒酸洗6检验7张力筛选8检验9复绕10包装11入库内外UV固化涂料光纤盘光纤预制棒预处理工序预制棒的预处理预制棒预制棒和把棒连接氢氧焰氢氧焰注意事项:氢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250
12、um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外涂覆层内涂覆层芯层包层裸 光纤G652单单模光模光纤纤直径直径裸光纤(um)1251一次涂覆后光纤(um)1955二次涂覆后光纤(um)2455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/d2D: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:2100-2300C张力测量轮导向轮卡盘预制棒加热炉退火管纤径测量仪冷却管辅
13、助牵引轮一次涂覆UV固化灯纤径测量仪冷却管二次涂覆UV固化灯同心度监控仪纤径测量仪牵引轮收线轮环境条件环境条件洁净度:10000级温度:20C30C湿度:40%70%拉丝工序的主要辅料及工具原料原料: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
14、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
15、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X-Y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炉底门拉丝炉的清洁确保电源关闭打开拉丝炉底部的门,在拉丝炉退火管底部套一塑料袋将一清洁刷插入拉丝炉,抽出中心管,用洁净纸擦净中心管外壁,用清
16、洁刷清洁中心管内壁,同时用氮气吹枪清洁表面灰尘用清洁刷清洁拉丝炉内的中心管外套管。由于中心管套管会在炉内上下移动,清洁时可用手轻轻地扶住其端头。(注意:操作时要戴一次性手套。)清洁刷中心管炉体清洁刷注意事项:不可用手直接接触中心体和外套管炉底细管(退火管)炉底门塑料袋为什么要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。长臂刷洁净纸拉丝炉的清洁将检查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
17、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标记底门炉底塞UV胶拉丝塔各部件介绍-涂覆装置锁扣模具导向器顶盖涂覆器CO2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:一涂和二涂的胶要放入相应的一涂和二涂胶罐中,绝不能放错。UV胶为什么
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