Wie werden optische Fasern hergestellt?

Die Herstellung von optischen Fasern bestimmt die mechanische Festigkeit, Übertragungseigenschaften und Lebensdauer der Faser, was für die Qualität der optischen Faser von großer Bedeutung ist.
 
Die Herstellung von Kommunikationsfasern umfasst zwei Prozesse: Stabherstellung und Drahtziehen. Der Herstellungsprozess von optischen Fasern unterteilt sich hauptsächlich in drei Schritte: Vorbereitung des Vorläufers, Ziehen der Faser und Testen. 

Vorbereitung des Vorläufers
Die Herstellung des Vorläufers umfasst hauptsächlich die MCVD-, OVD-, VAD- und PCVD-Verfahren. In diesem Artikel wird nur das MCVD-Verfahren vorgestellt.

Das MCVD (modified chemical vapor deposition) -Verfahren wurde 1974 von den Bell Labs entwickelt. Dabei wird eine gasförmige Mischung aus SiCl4 (Siliziumchlorid), GeCl4 (Germaniumchlorid) und anderen chemischen Substanzen in ein Quarzglasrohr (Mantel) eingeführt. Das Rohr wird außen gedreht und erhitzt, um Silizium und Germanium zu oxidieren und SiO2 (Siliziumdioxid) und GeO2 (Germaniumdioxid) zu bilden, die im Quarzglasrohr verbleiben und den Hauptteil der optischen Faser bilden.

Der Brechungsindex, der Ausdehnungskoeffizient und der Schmelzpunkt der optischen Faser können durch die Konzentration der Gasgemischkomponenten gesteuert werden. Nachdem der Vorläufer abgekühlt ist, erfolgt eine Qualitätsprüfung (Brechungsindex).

Faserziehen
Der Vorläufer wird in den Faserziehturm eingelegt, um die Faser zu ziehen. Der Vorläufer wird zu einer optischen Faser mit einer Dicke von 125 μm gezogen und mit zwei Schichten Harz beschichtet, um die Festigkeit der Faser zu schützen.

Im Faserziehturm befindet sich ein Graphitofen, der eine hohe Temperatur von 1700-2000 Grad erzeugen kann, um den Vorläufer zu erweichen. Anschließend wird er von einem Ziehrad aufgezogen, um eine dünne Faser zu ziehen. Der Ziehturm verfügt über ein Rückkopplungssystem, das verwendet wird, um die Ofentemperatur und die Wickelgeschwindigkeit usw. zurückzumelden und so den Faserdurchmesser genau durch einen Laser-Mikrometer zu kontrollieren.

Um die Festigkeit der optischen Faser zu erhöhen, muss sie während des Ziehvorgangs zeitnah mit einer dünnen Harzschicht beschichtet und rechtzeitig getrocknet werden, um gegenseitige Verklebungen zu vermeiden. Nach Abschluss des Ziehvorgangs muss die fertige Faser getestet werden. Die Tests umfassen hauptsächlich: Zugfestigkeit, Brechungsindex, Faserstruktur, Dämpfung, Informationskapazität (Bandbreite), Dispersion, Betriebstemperatur- und Feuchtigkeitsbereich usw. So wird eine optische Faser hergestellt! Mit dem Aufstieg und der Entwicklung der optischen Kommunikation und dem Ausbau und der Förderung von 5G explodiert die Marktnachfrage nach optischen Kommunikationsprodukten und -geräten, und es werden höhere Anforderungen an Qualität und Leistung gestellt.