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Letzte Aktualisierung: November 15, 2021

Hersteller von Spezialfasern aufgepasst: Nutzen Sie die Beratung bei der Preform-Fertigung von FOCs, um Fehler in Ihrem System zu beheben und Reproduzierbarkeit und hohe Ausbeuten zu erzielen - Fiber Optic Center

Anmerkung des Herausgebers: Mit der Aufnahme von Larry Donalds in das Team des Fiber Optic Center bieten wir Herstellern von optischen Spezialvorformlingen und -fasern jetzt Beratungsdienste für die Herstellung von Preforms an. Sie können sich an Larry wenden, um Anleitungen zur Auswahl des richtigen MCVD-Fertigungssystems für Ihre Anforderungen, zur Fehlerbehebung nach der Installation zu erhalten, um die genauen Produktspezifikationen zu erfüllen, kundenspezifische Lösungen zu entwickeln, Personal zu schulen und Standardarbeitsanweisungen (Standard Operating Procedures, SOPs) zu schreiben. Ein einzigartiger und besonders wertvoller Service ist das Know-how von Larry zur Fehlerbehebung, um die vielen Probleme bei der Herstellung von Vorformlingen und beim Ziehen von Fasern bei der Herstellung von optischen Spezialfasern zu lösen. Wir laden Sie ein, diesen Artikel von Larry Donalds zu lesen, in dem er mehrere Tipps zur Fehlerbehebung gibt, und seine beeindruckende Biografie am Ende dieses Artikels zu lesen.

Larry DonaldsWas hält Dich nachts wach?

Wenn Sie spezielle optische Vorformlinge und Fasern herstellen, wissen Sie, dass es schwierig sein kann, die Reproduzierbarkeit und die hohen Ausbeuten zu verbessern. Glaub mir, du bist nicht allein. Es scheint, dass jeder in diesem Geschäft ein Problem hat, das ihn nachts wach hält - ein Problem, das er nicht lösen kann, oder eine Technik, die er nicht beherrschen kann.

Beispielsweise:

  • Kämpfst du mit Stärke und Ablagerung? Durch eine ordnungsgemäße Rohrreinigung und Flammenpolitur können Festigkeits- und Ablagerungsprobleme vermieden werden.
  • Haben Sie Schwierigkeiten, gerade Preforms zu erzielen? Dies ist definitiv eine Kunst und erfordert etwas Übung. Ich habe Verfahren gefunden, die eine reproduzierbare Technik liefern. Zum Beispiel kann durch Einstellen des optimalen H2 / O2-Verhältnisses des Brenners ein Durchhängen des Vorformlings und ein Abbrennen des Glases während des Zusammenbruchs verhindert werden, was später im Prozess zu Variabilität führt.
  • Haben Sie Probleme mit Ablagerungsblasen der Spannungsschicht (Glas mit hohem Ausdehnungskoeffizienten) oder Rissen später im Prozess? Es gibt bewährte Techniken zur Minimierung dieser Probleme, die in Ihren Abscheidungsprozess programmiert werden können.
  • Haben Sie hochreine Rohstoffe? In Bezug auf ätzende Gase ist es wichtig, die Reinheitsgrade (Wassergehalt und metallische Verunreinigungen) anzugeben, die Sie während der Abscheidung an Ihren Vorformling abgeben. In Bezug auf flüssige Reagenzien führt das Durchperlen von Sauerstoff zum Verdampfen zu einer zusätzlichen Reinigung. Sie müssen jedoch sorgfältig metallarme Verunreinigungen in flüssigen Reagenzien angeben, um verlustarme Fasern zu erzielen.

Viele dieser Probleme können gelöst werden, und spezielle Vorformlinge können in Massenproduktion hergestellt werden, indem kundenspezifische Lösungen hinzugefügt, Verfahren standardisiert und sichergestellt werden, dass das Personal ordnungsgemäß geschult wird. In den 24 Jahren, in denen ich im Spezialfaserlabor der 3M Company gearbeitet habe, haben wir hochleistungsfähige optische Vorformlinge und Fasern entwickelt und hergestellt. Dabei haben wir Techniken zur Herstellung von Polarisationserhaltungs- (PM) und Polarisationsfasern (PZ) entwickelt und patentiert - Techniken, die Reproduzierbarkeit und hohe Ausbeuten bieten.

Ein kurzer Vergleich der beiden Arten von MCVD-Preform-Fertigungssystemen

Wenn Sie in den Markt für die Herstellung von Vorformlingen für optische Fasern eintreten, untersuchen Sie möglicherweise die beiden verfügbaren Systemtypen, um eine Kaufentscheidung zu treffen. Wenn Sie bereits über ein Fertigungssystem verfügen - unabhängig davon, welches System Sie verwenden -, können Sie uns anrufen, um technische Hilfe bei der Fehlerbehebung, Schulung des Personals, Schreiben von SOPs und Entwicklung kundenspezifischer Lösungen zu erhalten.

Hier ein kurzer Überblick über die Vor- und Nachteile der beiden Arten von MCVD-Gasversorgungssystemen. Wenn Sie weitere Ratschläge und Einblicke wünschen, empfehlen wir Ihnen, mich anzurufen. Wir können uns eingehender mit den Vor- und Nachteilen befassen - und das System identifizieren, das Ihren Anforderungen am besten entspricht.

  • Edelstahl - Dieses vollständig aus Edelstahl gefertigte Gasversorgungssystem gilt allgemein als dichter. Wenn Sie jedoch ein Problem mit der Feuchtigkeit in Ihren Gasströmen haben oder ein Leck entwickeln, können die internen Systemoberflächen korrodieren. In diesem Fall treten höchstwahrscheinlich hohe Faserverluste auf. Um die kontaminierten Abgabeleitungen zu entfernen, müssen Sie das System zerlegen und Komponenten und flüssige Reagenzien austauschen. Ein weiterer Nachteil von Edelstahl besteht darin, dass keine Chemikalien in den Sprudlern beobachtet werden können (Farbänderungen können auf Reinheitsprobleme hinweisen und schlechte Blasenströme können die Dampferzeugung beeinträchtigen).
  • Teflon und Glas – Teflon- und Glassysteme, hergestellt von Unternehmen wie SG Controls Ltd, sind korrosionsbeständig. Wenn ein Gastrockner ausfällt und den Chemikalien ein nasser Gasstrom zugeführt wird, steigt die Faserwasserspitze. In der Regel können Sie nur darauf warten, dass das System trocken ist, Sie wieder ins Geschäft einsteigen. Das Demontieren des Zufuhrschlauchs des Einführsystems ist nicht erforderlich. Möglicherweise besteht eine etwas höhere Wahrscheinlichkeit von Lecks, dies ist jedoch selten ein Problem. Ein „klarer“ Vorteil ist auch die Möglichkeit, Chemikalien in den Bubblern zu beobachten. Die Kombination mit SG Controls bietet mehrere zusätzliche Vorteile. Wenn man sich die Breite und Tiefe der angebotenen Technologie ansieht, bieten sie eine Gesamtlösung, einschließlich Preform-Abscheidung, Preform-Stretching auf der Drehmaschine und Ziehturmtechnologie. Auch neue Aufdampfanlagen für Seltenerdmaterialien werden entwickelt. In Bezug auf kundenspezifische Lösungen – für beide Systeme – ist ihr leistungsstarkes Engineering-Team in der Lage, jedes Problem anzugehen, das Sie ihnen stellen.

Nutzen Sie die Fähigkeiten des „Technical Troubleshooter“, um Ihr Preform-Design zu optimieren, die Reproduzierbarkeit sicherzustellen und hohe Erträge zu erzielen.

Nachdem ich 24 Jahre mit speziellen Preforms und Fasern (und anderen Technologien) gearbeitet habe, fasse ich meine Karriere oft als: „Technischer Troubleshooter“ zusammen. Ich habe den größten Teil meiner Karriere damit verbracht, Probleme zu beheben, um das Design zu optimieren, die Reinheit beizubehalten, um gute optische Eigenschaften im Herstellungsprozess zu erzielen, die Reproduzierbarkeit sicherzustellen und hohe Ausbeuten zu erzielen. Ein Großteil meiner Zeit war der Entwicklung, dem Betrieb und der Fehlerbehebung von MCVD-Fertigungsanlagen zur Herstellung spezieller Vorformlinge und Fasern gewidmet. Hier einige Highlights:

Aktivitäten im Zusammenhang mit der Entwicklung und Fehlerbehebung von Spezialvorformlingen und -fasern:

  • Entwickelte eine Rotationsdichtung
  • Errichtete ein Gasversorgungssystem
  • Umgang mit ätzendem Gas
  • Entwickelte Brenner
  • Verbesserte Drehfutter
  • Verbesserte Pyrometrie
  • Entwickelte Spannungsabscheidungstechniken für PM und PZ
  • Entwickelte Preform-Schleifvorrichtungen
  • Entwickelte Schleiftechniken sowie eine Tabelle, der die Techniker folgen können
  • Entwickelte Preform-Stretching-Techniken sowie eine Tabelle, der die Techniker folgen können
  • Entwicklung mehrerer Overjack- / Stretch-Techniken für Preforms
  • Entwickelte Lösungsdotiertechniken, einschließlich:
    • Oxidabscheidung
    • Seltenerdchloriddotierung
    • Oxidtrocknung
    • Lösungsdotierte Chloridumwandlung in Oxidverfahren
  • Spezifizierte Fertigungsausrüstung
  • Überwachung der Installation und Inbetriebnahme der Anlage
  • Rezeptübertragung vorformen

Spezifische Aufgaben im Zusammenhang mit der Vorbereitung des Abscheidungsrohrs:

  • Fixierverlängerungsgriff mit gleichbleibender Glasdicke
  • Metallische Verunreinigungen entfernen
  • Ätzen der Rohroberfläche
  • Auspuffrohr mit gleichmäßiger Glasdicke verschmelzen
  • Richten und Entlasten des Ablagerungsrohrs
  • Flammenpolieren des Abscheidungsrohrs

Spezifische Aufgaben im Zusammenhang mit der Reproduzierbarkeit:

  • Ventilleckerkennung
  • Pyrometerkalibrierung
  • Temperaturkontrolle
  • Kalibrierung des Massendurchflussreglers
  • Durchmesserkontrolle
  • Glasabbrandkontrolle

BEISPIELE: Fehlerbehebung bei speziellen Vorformlingen und Fasern

Beispiel 1 zur Fehlerbehebung: Durch Lösungsdotierung werden Erbium und andere Seltene Erden in einen Glaskern gegeben. Wenn das Verhältnis des dotierten Kerns zum Außendurchmesser des Vorformlings zu groß ist, werden unerwünschte optische Eigenschaften erhalten. Wenn Sie das falsche Verhältnis korrigieren, erhalten Sie auch mehr gezogene Fasern. Durch Zusammenklappen eines weiteren Glasrohrs auf den Vorformling kann das Verhältnis von Kern zu Mantel korrigiert werden. Wenn eine größere Verhältnisänderung erforderlich ist und ein größerer Durchmesser nicht gezeichnet werden kann, kann das Dehnen des Vorformlings verwendet werden, um den Kerndurchmesser zu verringern, gefolgt von einem zusätzlichen Überkollaps. Ich habe aktive Excel-Programme für Techniker geschrieben, die den Überkollaps- und Dehnungsdurchmesser berechneten, um das erforderliche Verhältnis von Kern zu Mantel zu erreichen, um die optischen Spezifikationen in gezogenen Fasern zu erfüllen. Dieser Prozess kann die Faserausbeute pro Vorformling von 8 bis 10 km auf 40 bis 50 km mit Erbium dotierte Fasern erhöhen.

Beispiel 2 zur Fehlerbehebung: Bestimmte Schritte sind bei der Herstellung des Vorformlings äußerst wichtig. Beispielsweise erzeugen Sie Chloriddämpfe, die dem Abscheidungsrohr in der Drehmaschine zugeführt werden. Die Dämpfe werden im rotierenden Quarzrohr mit einem H1700 / O2-Brenner an der Außenseite auf ~ 2 ° C erhitzt. Die Chloriddämpfe werden in ein Oxid umgewandelt, das dann zu klarem Glas verschmolzen wird. Die genaue Kontrolle dieses Prozesses ist unglaublich wichtig. Massendurchflussregler steuern den Gasfluss. Angenommen, Sie möchten 100 CCs pro Minute eines bestimmten Gases. Sie stellen die Durchflussrate auf 100 CCs ein und stellen 8 oder 10 Vorformlinge her. Schließlich stellen Sie fest, dass Sie nicht die gleichen optischen Ergebnisse erzielen. Was ist los? Sie können die Flüsse ändern, um dies zu kompensieren. Wenn der Durchflussregler irgendwann nicht mehr funktioniert, haben Sie keine Ahnung von dem tatsächlichen Durchfluss, der in der Vergangenheit verwendet wurde. Das Wiederholen des Vorformlings wird jetzt sehr zeitaufwändig. Ein routinemäßiger MFC-Kalibrierungsplan ist wichtig, um dieses Problem zu vermeiden und die Reproduzierbarkeit zu verbessern. Unternehmen wie SG Controls haben automatische Kalibrierungssysteme entwickelt, um sicherzustellen, dass die Kalibrierungen routinemäßig durchgeführt werden.

Das Gleiche gilt für die Temperaturregelung - das Pyrometer kann sagen, dass es 1700 Grad Celsius hat, aber ist es wirklich so? Ich habe Handheld-Pyrometer-Standards verwendet, damit wir die tatsächliche Temperatur der heißen Zone während der Abscheidung beobachten und mit der Anzeige des Prozesspyrometers vergleichen können. Wenn Sie Ihre Prozessausrüstung sorgfältig kontrollieren, steigt die Reproduzierbarkeit Ihres Produkts erheblich - und Sie verlieren keine Zeit für den Produktionsprozess.

Beispiel 3 zur Fehlerbehebung: Ihr Gasversorgungssystem verfügt möglicherweise über 100 Ventile, die sich öffnen und schließen lassen. Wenn eines dieser Ventile undicht ist und Sie nicht den Durchfluss erhalten, von dem Sie glauben, dass Sie es sind, haben Sie ein ernstes Problem. Sie müssen einen Weg finden, um Ihr System auf Dichtheit zu testen. Ich ließ SG Controls einen automatischen Dichtheitstest entwickeln. Wir schalteten es nachts ein und erhielten einen Bericht. In dem Bericht wurde festgestellt, ob und welche Ventile undicht waren. Zuvor haben wir bis zu zwei Tage damit verbracht, das System manuell zu testen, wenn Probleme aufgetreten sind.

Beispiel 4 zur Fehlerbehebung: Wie Sie wissen, erzeugen Sie die Gasströme mit dem Gasversorgungssystem. Einige Dinge sind auf dem Weg wichtig, um sicherzustellen, dass der hochreine Gasstrom an der Drehmaschine ankommt, an der die Ablagerung stattfindet. Um den Prozess zu unterstützen, entwickelte ich eine Rotationsdichtung für 3M, was zu einer Aufzeichnung der Erfindung führte. Es war dicht und korrosionsbeständig, mit einer Anzeige für geringen Durchfluss, um O-Ring-Leckagen zu erkennen, Gasstromverluste zu verhindern und die Wiederaufbauzeit anzuzeigen.

Fortschrittliche Anwendungen erhöhen den Bedarf an Hochleistungs-Spezialfasern. Nutzen Sie das Know-how von FOC, um den Herstellungsprozess für Preforms zu meistern.

Heute werden PM- und PZ-Spezialfasern in einer Vielzahl anspruchsvoller Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise wird die Polarisationserhaltungs-Lichtleitfaser in Gyroskopen für die Raketennavigation verwendet. Einige Telekommunikationsfasern erfordern Spezialfaserverstärker, um das Signal zu regenerieren. Die Herstellung von Spezialvorformlingen und -fasern zur Unterstützung fortgeschrittener Anwendungen erfordert ein hochspezifisches „Rezept“ von Seltenerdelementen, Gasgemischen und anspruchsvollen mechanischen Prozessen.

Wenn Sie Spezialfasern herstellen möchten, benötigen Sie möglicherweise Beratung, um das richtige MCVD-System auszuwählen, das Ihren Anforderungen am besten entspricht. Sobald das Preform-Fertigungssystem installiert ist, müssen Sie es schnell einsatzbereit machen. Hier kann ich helfen, Ihr Personal schulen und die Lernkurve erheblich verkürzen. Sie können nicht riskieren, 1-2 Jahre zu brauchen, um das System in Betrieb zu nehmen, bevor Sie das Endprodukt herstellen.

Autor

Larry Donalds begann seine Karriere 2017 beim Fiber Optic Center (FOC) als Experte für optische Spezialfasern, Prozessentwicklungs- und Fertigungsberater. Larry bringt mehr als 35 Jahre Erfahrung von der 3M Company in St. Paul, MN mit, nachdem er kürzlich in den Ruhestand getreten ist. Während seiner Zeit bei der 3M Company verbrachte er 24 Jahre in der Entwicklung und Herstellung von optischen Spezialfasern unter Nutzung der „Stimme des Kunden“ und half 3M bei der Entwicklung und Herstellung von optischen Fasern, um spezifische Kundenanwendungen und Leistungskriterien zu erfüllen. Zu den Projekten gehörten die Entwicklung und Produktion von PM-, PZ-, EDFA-Fasern (Erbium Doped Fiber Amplifier), strahlungsgehärteten Fasern für Gyroskope, Lösungsdotierung von Vorformen, Patententwicklung für Oxyfluorid-Erbium-Fasern, metallorganische Seltenerdabscheidung und eine Seltenerd-Singlemode-Faser Biege- und Positionssensor. In seiner Glasfaserposition bei 3M wartete und betrieb Larry MCVD-Geräte von SG Controls Ltd aus Cambridge, England, die FOC seit über 25 Jahren in Nordamerika vertritt. Larry hat im Laufe seiner Karriere mehrere Auszeichnungen erhalten, darunter den 3M Golden Step Award, den Photonics Circle of Excellence Award, den R&D 100 Award, die 3M Circle of Technical Excellence Awards 1983, 2001 und 2008 und den 3M Ideation Challenge Award 2017. Larry und seine Frau wohnen hier in Arizona. Außerhalb von FOC gehören zu Larrys Hobbys Angeln, Bootfahren, Schneemobilfahren, Landschaftsgestaltung im Freien sowie Design und Bau von Decks.

Larry Donalds
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