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Letzte Aktualisierung: März 5, 2021

""Versuch und Irrtum." Diese beiden Worte fassen meine 24 Jahre Entwicklung und Herstellung von Spezialvorformlingen und -fasern zusammen, in denen ich ein MCVD-Gasversorgungssystem betrieben habe. Unser Team testete ständig neue Ideen, um die Faserfestigkeit und -ausbeute sowie die Reproduzierbarkeit unseres Herstellungsprozesses zu verbessern. Tatsächlich habe ich meine Rolle dort als „technische Fehlerbehebung“ angesehen, da viel Zeit für die Fehlerbehebung aufgewendet wurde, um das Design zu optimieren und optische Eigenschaften im Herstellungsprozess zu erzielen.

Wenn Sie ein MCVD-System betreiben, haben Sie wahrscheinlich einen angemessenen Anteil an Versuch und Irrtum erlebt. Wie Sie wissen, ist ein Problem manchmal eine wirklich schwierige Nuss. Vielleicht ist es ein Prozessproblem, das schwer zu lösen ist, oder eine Technik, die schwer zu beherrschen ist. Ich habe einige Tipps zusammengestellt, die Ihnen hoffentlich dabei helfen werden, das Design zu optimieren und Ihren Herstellungsprozess zu verbessern. Zögern Sie nicht, mich zu kontaktieren, wenn Sie einen dieser schnellen Tipps genauer kennenlernen möchten.

Tipp 1: Möchten Sie einen MCVD kaufen? Vergleichen Sie zunächst die beiden Arten von Gasversorgungssystemen

Wenn Sie in diesen Markt eintreten, untersuchen Sie möglicherweise die beiden verfügbaren Systemtypen: Edelstahl und Teflon / Glas. Der Vergleich der beiden Systeme ist ein ziemlich wichtiges Thema, daher hier mein kurzer Tipp: Ein guter Weg, um hohe Erträge und Reproduzierbarkeit sicherzustellen, besteht darin, zunächst das System auszuwählen, das Ihren Anforderungen am besten entspricht. Eine gute Ressource ist mein ausführlicher Artikel, der sich mit den Vor- und Nachteilen der beiden Arten von MCVD-Gasversorgungssystemen befasst. Wenn Sie mehr Einblick wünschen, ermutige ich Sie, mich anzurufen. Wir können uns mit den Details befassen und das System identifizieren, das Ihre Entwurfsziele unterstützt. Weiterlesen: "Vergleich der beiden Arten von MCVD-Gasversorgungssystemen"

Tipp 2: Probieren Sie diesen Ansatz für Ihre Rohrreinigung aus

Der Rohrreinigungsprozess ist ein kritischer Bestandteil der Vorbereitung. Ich finde, dass die Verwendung des ersten Reinigungsschritts zum Entfernen metallischer Verunreinigungen gut funktioniert. Wenn Sie zuerst HF-Ätzen möchten, können Sie das Glas um die metallische Verunreinigung herum ätzen, aber nicht unbedingt entfernen. Wenn Sie nur HF-Ätzen verwenden, können einige metallische Verunreinigungen zurückbleiben. Hier ist meine Herangehensweise an den Rohrreinigungsprozess:

  • Für den ersten Schritt kann Königswasser verwendet werden (eine Säuremischung aus Salzsäure, Salpetersäure und Wasser). Ein typischer Säurereinigungszyklus dauert 30 bis 60 Minuten mit Königswasser, um metallische Verunreinigungen zu entfernen, gefolgt von einer DI-Wasserspülung. Möglicherweise möchten Sie die Zeit abhängig von Ihrem Prozess anpassen.
  • Der nächste Schritt besteht darin, die Glasoberflächen zu ätzen und innen und außen zu reinigen. Die meisten MCVD-Betreiber verwenden Flusssäure. Eine Konzentration von 15% für 30-60 Minuten ist ein guter Ausgangspunkt. Möglicherweise möchten Sie die Zeit und Konzentration für Ihren Prozess anpassen.
  • Folgen Sie diesem Ätzzyklus mit einer abschließenden DI-Spülung und trocknen Sie ihn mit Stickstoff, um Wasserflecken zu vermeiden.

Tipp 3: Prüfen Sie die Dichtung auf Dichtheit, um sicherzustellen, dass sie dicht ist

Bevor Sie den Vorformling einrichten, empfehle ich, die Rotationsdichtung auf Dichtheit zu prüfen. Ich mache das, indem ich Sauerstoff durch die Rotationsdichtung fließe. Beginnen Sie, indem Sie das Ende der Rotationsdichtung mit einem massiven Quarzrohr verschließen. Als nächstes senken Sie den geregelten O2-Druck auf ~ 5 psi, etwas über dem, was das System während der Abscheidung sehen wird. Wenn Sie den Massendurchflussregler des O2-Trägers beobachten, sehen Sie, dass er auf Null geht, wenn das System dicht ist. Durch dieses Verfahren wird die Sauerstoffträgerleitung im gesamten Gassystem vom Eingang bis zur Rotationsdichtung auf Dichtheit geprüft. Es lohnt sich, sich Zeit für die Durchführung dieser Dichtheitsprüfung zu nehmen. Wenn in der Rotationsdichtung ein Leck vorhanden ist, können Sie möglicherweise Feuchtigkeit hinzufügen und / oder einen Teil des Gasstroms verlieren, was die Schichtdicke und den potenziellen Brechungsindex verringern würde. Wenn sich die Leckrate während des Laufs ändert, kann dies zu einer Variabilität des axialen Vorformlings führen.

Tipp 4: Ändern Sie Ihr System mit einer hochwertigen Rotationsdichtung

Es erfordert viel Arbeit, um gleichmäßige und reproduzierbare Gasströme ohne Variation zu erzeugen. Wenn Ihre Rotationsdichtung jedoch undicht ist, kann dies zu Feuchtigkeit und potenzieller Korrosion führen, und Sie können einen höheren OH-Peak in den gemessenen Fasern feststellen. Gängige Rotationsdichtungskonstruktionen, bei denen die Welle in ein Gehäuse rutscht und den Innendurchmesser des Gummi-O-Rings abdichtet, verschleißen normalerweise schnell. Dies wirkt sich natürlich auf die Qualität der Dichtung aus und kann häufige Umbauten erzwingen, um eine Kontamination zu verhindern. Eine bessere Lösung ist verfügbar. Die Rotationsdichtung von SG Controls dichtet mit der O-Ringseite gegen eine einstellbare Glasdruckplatte ab. Bei dieser Konstruktion ist der O-Ring extrem verschleißarm. Dies ist eine zuverlässige Rotationsdichtung, die mit beiden Arten von Gasversorgungssystemen funktioniert. Im Laufe der Jahre habe ich bei dieser Art von Rotationsdichtung keine Korrosionsprobleme und minimale Leckageprobleme festgestellt.

Tipp 5: Installieren Sie einen Glas-Bubbler, um die chemische Farbe und den chemischen Füllstand zu beobachten

Im Laufe der Jahre habe ich festgestellt, dass die chemische Sichtbarkeit ein echter Vorteil ist. In einem Glas-Bubbler können Sie den richtigen chemischen Füllstand bestätigen, einen gleichmäßigen Blasenstrom bestätigen und die chemische Farbe anzeigen. (Eine Farbänderung kann auf Korrosion des Abgabesystems hinweisen.) Glasblasen bieten folgende zusätzliche Vorteile:

  • Der Blasenstrom kann beobachtet werden und das Verstopfen der Fritten kann erkannt werden, anstatt davon auszugehen, dass alles in Ordnung ist.
  • POCl3 ist für lange Zeit nicht mit Edelstahl kompatibel. Wenn Sie diese Flüssigkeit verwenden und über ein Gaszufuhrsystem aus Edelstahl verfügen, möchten Sie möglicherweise einen Glas-Bubbler installieren, um ein Hybridsystem zu erstellen.
  • In seltenen Fällen möchten Sie möglicherweise die chemische Temperatur in den Sprudlern über 40 ° C erhöhen. Diese Vorgehensweise kann Metallionen aus Edelstahl in Ihren Blasenstrom ziehen. Dies kann natürlich die optischen Eigenschaften der Faser beeinträchtigen und sollte bei der Auswahl eines MCVD-Systems berücksichtigt werden.

Tipp 6: Implementieren Sie automatisierte Kalibrierungsverfahren für Ihre Massendurchflussregler

Die Kalibrierung ist kritisch. Angenommen, Sie glauben, Ihre Durchflussrate beträgt 200 CC pro Minute, aber Sie haben die Massendurchflussregler nicht kalibriert. Sie stellen eine große Menge von Preforms her, und einer Ihrer Massendurchflussregler fällt aus. Sie kaufen und installieren einen neuen Controller und stellen den Ablauf so ein, wie Sie es sich vorgestellt haben. Es stellt sich jedoch heraus, dass Ihre tatsächliche Durchflussrate nicht 200 CC pro Minute betrug. Der Preform kann nicht reproduziert werden. Sie müssen neu beginnen, experimentieren und die Flüsse ändern, bis Sie die gewünschten optischen Eigenschaften erreicht haben. Inzwischen gehen Zeit und Material verloren. Es ist wichtig, dass Sie jederzeit Ihre absolute Durchflussrate kennen. Ich empfehle die Schnittstelle der automatisierten Kalibrierungssoftware von SG Controls, um ein hohes Maß an Sicherheit für diesen kritischen Schritt im Prozess zu gewährleisten.

Tipp 7: Halten Sie die Temperatur niedrig, um ein Schrumpfen des Rohrs zu verhindern

Wenn Sie Ihre Abscheidungstemperatur so niedrig wie möglich halten, wird ein Schrumpfen des Rohrs verhindert UND verhindert, dass sich Wasser in Richtung des Kerns bewegt, was zu Absorptionen bei den endgültigen Fasermessungen führt. Die Zugabe von Dotierstoffen wie Phosphor und Fluor verringert die erforderliche Abscheidungstemperatur.

Tipp 8: Verwenden Sie ein mit einem Schwarzkörperstandard kalibriertes Handpyrometer, um die Temperaturgenauigkeit des Abscheidungsrohrs zu überprüfen

Die Temperatur des Ablagerungsrohrs ist kritisch, was bedeutet, dass Ihr Prozesspyrometer kalibriert werden muss. Um die Genauigkeit zu gewährleisten, verwende ich einen vom Prozesspyrometer unabhängigen Handkalibrierungsstandard. Schauen Sie durch den Pyrometer-Sucher und bewegen Sie sich durch die heiße Zone, bis die maximale Temperatur erreicht ist. Diese maximale Temperatur ist die tatsächliche Temperatur. Vergleichen Sie diesen Wert mit dem Prozesspyrometer und prüfen Sie, ob sich die Kalibrierung verschoben hat. Sie müssen keine teure Schwarzkörpereinheit kaufen. Kaufen Sie stattdessen einen Handstandard, der mit einem Schwarzkörperstandard kalibriert ist. Darüber hinaus können Sie das Handpyrometer vorübergehend am Feuerwehrauto montieren, um die Kalibrierung des Prozesspyrometers vor Ort zu überprüfen. Weiterlesen: "Kritische Designziele für die Herstellung von Glasfaser-Preforms"

Tipp 9: Vermeiden Sie während des Abscheidungsprozesses der Drehmaschine ein „Unter- / Überschwingen“

Es ist wichtig, die PID so zu programmieren, dass die Röhrentemperatur auf dem gewünschten Sollwert bleibt und gleichzeitig ein Unter- / Überschwingen vermieden wird. Hier ist ein Beispiel für eine Unterschwingungs- / Überschwingerschwingung. Angenommen, Sie stellen die Temperatur auf 1700 ° C ein, aber die PID ist nicht optimiert. Wenn die Temperatur auf 1699 ° C abfällt, erhöht der PID den Wasserstoffstrom. Die Temperatur steigt auf 1710 Grad. Die PID reagiert durch Reduktion von Wasserstoff. Jetzt sinkt die Temperatur auf 1690 Grad. Der Differenzspalt hat sich mit starken Temperaturschwankungen vergrößert. Eine ordnungsgemäß programmierte Qualitäts-PID steuert die Abscheidungstemperatur über die gesamte Länge des Vorformlings genau. Um Konsistenz und Reproduzierbarkeit entlang der Länge des Vorformlings zu erreichen, empfehle ich eine strenge Kontrolle von +/- 1 bis 2 ° C.

Tipp 10: Ermitteln Sie den optimalen H2 / O2-Wert, um gerade Vorformlinge zu erzielen

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 das Einstellen des optimalen H2 / O2-Verhältnisses ein Durchhängen des Vorformlings und ein Abbrennen des Glases während des Zusammenbruchs verhindern, was später im Prozess zu Variabilität führt.

Tipp #11: Master-Rohrrichttechniken

Das Bedienen eines MCVD ist eine praktische Aktivität. Dies gilt insbesondere für die anfänglichen Abscheidungs- und Endrohrrichtungsprozesse. Im Laufe der Jahre habe ich sehr spezifische Techniken entwickelt, um den Prozess und das Ergebnis zu steuern. Hier einige kurze Tipps:

  • Während des anfänglichen Richtungsschritts des Ablagerungsrohrs ist es wichtig, sich Zeit zu nehmen, um die Verbindungen richtig zu formen, um verlorene Fertigungsläufe zu vermeiden. Wenn Sie einen verdickten Verbindungsbereich haben, können nicht verschmolzene Oxide kondensieren und möglicherweise das Auspuffrohr verstopfen und / oder Risse bilden.
  • Beim letzten Richten des Rohrs gibt es einen letzten Schritt, den ich nenne Entspannung. Während des Richtprozesses können sich einige Spannungen entwickelt haben. Wenn sich Ihr Brenner am Prozessstartpunkt anfänglich erwärmt, kann das Rohr durchhängen. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, erhitze ich das Spindelstockende sehr warm und suche nach Schlauchdurchhängen. Wenn ein Durchhängen auftritt, wird das Auspuffende leicht erwärmt, während das Spindelstockende abgestützt wird, um Unrundheit zu vermeiden.
  • Lesen Sie weitere Tipps zum Richten von Rohren: „Vorbereitung zur Herstellung eines Vorformlings für optische Fasern"

Tipp Nr. 12: Verwenden Sie diese Flammenpoliturspitze

Fluorgas kann eingeführt werden, um die Glasverdampfung (Entfernung der inneren Oberflächenschicht) zu unterstützen und eine sehr saubere Oberfläche für die Abscheidung bereitzustellen. Zusätzlich zum Sauerstoffstrom zur Druckregelung beschleunigt Fluorgas die Glasverdampfung bei hohen Poliertemperaturen. Dieser letzte Vorbereitungsschritt bietet eine makellose Oberfläche, um Ablagerungsprobleme wie Blasen und potenziell schwache Endfasern zu vermeiden.

Tipp #13: Implementieren Sie diese Vorformling-Streck- / Überkollaps-Technik, um die Ausbeute für Erbium-dotierte Fasern zu erhöhen

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 mehr Verhältnisänderungen erforderlich sind und ein größerer Durchmesser nicht gezeichnet werden kann, kann das Dehnen des Vorformlings verwendet werden, um den Kerndurchmesser zu verringern, gefolgt von einem zusätzlichen Überkollabieren. 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 Erbiumfaserausbeute pro Vorformling um den Faktor 5 oder besser erhöhen.

Tipp Nr. 14: Fügen Sie MCVD-Optionen hinzu, um das Preform-Design zu optimieren, die Reproduzierbarkeit sicherzustellen und hohe Erträge zu erzielen

Während meiner MCVD-Jahre suchte ich aktiv nach verschiedenen Zusatzsteuergeräten, um unsere Prozess- und Faserqualität zu verbessern. In der Tat wurden einige Funktionen speziell für meine Bedürfnisse entwickelt. Hier ist eine kurze Übersicht der empfohlenen Optionen. Weiterlesen: "MCVD-Optionen: Diese Zusatzfunktionen können die Festigkeit, Ausbeute und Reproduzierbarkeit Ihrer Glasfaser-Vorformlinge verbessern"

  • Mehrkanal-Gastrockner und Taupunktmonitor - Entfernt Feuchtigkeit aus den Eingangsgasströmen und enthält einen Taupunktmonitor zur Verfolgung des Feuchtigkeitsgehalts.
  • Automatische Ventilleckprüfung - Schaltet jedes Ventil im System in die geöffnete und geschlossene Position. Dies reduzierte unsere Dichtheitsprüfung von 2 Tagen manueller Prüfung auf 2 Stunden automatische Prüfung.
  • Software-Schnittstelle für die automatische Kalibrierung - Gibt Ihnen absolute Klarheit über die Funktionsweise Ihrer Massendurchflussregler.
  • Atmosphärendruckkompensation - Ändert das Rezept des Vorformlings, um Änderungen des atmosphärischen Drucks auszugleichen.
  • Drehgehäuse - Bietet eine Kombination aus Überdruck und gefilterter Luft, um Partikel zu reduzieren, die Schwachstellen in der gezogenen Faser verursachen können.
  • Zusätzliche isotherme Sprudlerheizung - Fügt der Bubbler-Chemikalie Wärme hinzu, um die Abkühlung aufgrund des Bubbling-Effekts auszugleichen und die Temperatur in weniger als 5 Minuten wieder zu stabilisieren.
  • Scan-Pyrometer - Stellt sicher, dass das Pyrometer die maximale Röhrentemperatur anzeigt, um eine Überhitzung des Ablagerungsrohrs zu vermeiden. Dies kann die Effizienz Ihrer Ablagerungen verringern und möglicherweise ein vorzeitiges Schrumpfen des Rohrs verursachen.
  • Durchmesserkontrolle - Bietet Ihnen eine bessere Möglichkeit, den Durchmesser des Ablagerungsrohrs von Lauf zu Lauf und innerhalb eines Laufs zu steuern.
  • Langbettdrehmaschine mit motorisiertem Reitstock - Ermöglicht das Dehnen von Preforms auf einen kleineren Durchmesser, was sich direkt auf die Faserausbeute auswirken kann.
  • Vertikale Dehnung über Jackendrehmaschine - Beseitigt das Problem der Schwerkraft, das beim Erhitzen zum Durchhängen der Rohre führt, und ermöglicht die Verarbeitung längerer Vorformlinge.
  • Schaltkasten für manuelle Drehmaschine - Ermöglicht die manuelle Steuerung der Brennertemperatur während des Setups.
  • Automatisches chemisches Nachfüllsystem - Meistens wird der Bediener aus dem Prozess herausgenommen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und das Einbringen von Feuchtigkeit in das System erheblich verringert wird.

Zusammenfassend …

Egal, ob Sie derzeit über ein MCVD-Gasversorgungssystem verfügen oder eines kaufen möchten, ich bin hier, um Ihnen bei der Identifizierung und Installation der benötigten Geräte zu helfen. Ich bin nicht nur ein „technischer Problemlöser“, sondern sehe mich auch als Anwalt für FOC-Kunden. Ich bin hier, um Ihnen zu helfen, das genaue System oder die Zusatzfunktion zu erhalten, die Ihre Fertigungsziele für Preforms unterstützt.

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.

Autor

Larry Donalds begann seine Karriere im Fiber Optic Center (FOC) im Jahr 2017 als Business Development, Fiber Design and Manufacturing, Technical Sales. Larry bringt mehr als 35 Jahre Erfahrung von 3M Company in St. Paul, MN, mit, nachdem er kürzlich in den Ruhestand getreten ist. Während seiner Zeit bei 3M Company verbrachte er 24 Jahre in der Entwicklung und Herstellung von optischen Spezialfasern unter Verwendung der „Stimme des Kunden“ und half 3M dabei, optische Fasern zu entwerfen und herzustellen, um bestimmte Kundenanwendungen und Leistungskriterien zu erfüllen. Die Projekte umfassten die Entwicklung und Produktion von PM-, PZ-, EDFA-Fasern (Erbium Doped Fiber Amplifier), strahlungsgehärteten Fasern für Gyroskope, Lösungsdotierung von Vorformlingen, Patententwicklung für Oxyfluorid-Erbiumfasern, metallorganische Seltenerdabscheidung und Seltenerd-Einmodenfasern Biege- und Positionssensor. In seiner Faserposition bei 3M unterhielt und betrieb Larry MCVD-Geräte von SG Controls Ltd aus Cambridge, England, die FOC seit über 25 Jahren in Nordamerika vertritt. Larry hat während 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 sowie den 3M Ideation Challenge Award 2017. Larry und seine Frau wohnen in Arizona. Außerhalb des FOC gehören zu Larrys Hobbys Angeln, Bootfahren, Schneemobilfahren, Landschaftsgestaltung im Freien sowie Decksdesign und -bau.

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