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Objectifs de conception critiques pour la fabrication de préformes en fibre optique

Comme nous le savons tous, des matières premières de haute pureté sont essentielles pour atteindre les objectifs de conception. Les faibles impuretés métalliques empêchent les pertes réfléchissantes et les matières premières sèches empêchent les absorptions. En outre, il existe de nombreuses tactiques de conception pour respecter la longueur d'onde de coupure, le diamètre de champ de mode (MFD) et l'ouverture numérique (NA). Les objectifs de fabrication de conception de guide d'ondes supplémentaires incluent une grande pureté, un faible OH, l'uniformité et la reproductibilité.

Au cours de mes années d'exploitation et de maintenance d'un système de fabrication MCVD chez 3M, j'ai travaillé en étroite collaboration avec les concepteurs et j'ai été intimement impliqué dans le processus de conception pour m'assurer que les conceptions étaient manufacturables en ce qui concerne les coefficients de dilatation, etc. En fait, l'équipe de concepteurs / opérateurs de la fabrication de préformes est similaire à la façon dont les architectes et les constructeurs de maisons travaillent ensemble. Le «plan» peut paraître superbe sur papier, mais les deux professionnels doivent travailler en étroite collaboration pour déterminer les spécificités du monde réel.

En plus de résoudre les problèmes de conception avec le concepteur, l'opérateur MCVD doit contrôler étroitement plusieurs équipements et variables de processus tout au long du processus de fabrication. Les paragraphes suivants offrent un examen de haut niveau des objectifs de conception critiques pour les préformes de fibre optique, ainsi que des conseils pour les opérateurs MCVD pour fabriquer les guides d'ondes en verre spécifiés et obtenir des conceptions reproductibles.

Le profileur de préformes est essentiel pour atteindre les objectifs de conception

En tant qu'opérateur MCVD, vous comptez sur le profileur pour mesurer l'indice de réfraction et les dimensions de la préforme terminée, comme l'épaisseur des couches de verre. Il s'agit d'informations essentielles pour analyser la préforme terminée et prédire la capacité à atteindre les objectifs de conception. En règle générale, le profileur dispose d'un logiciel pour prédire la longueur d'onde de coupure, le MFD et la NA de la fibre dessinée. En tant qu'opérateur, cela vous donne des informations vitales pour planifier les changements de processus MCVD qui répondront aux objectifs de conception spécifiés.

 

 

Considérations de conception supplémentaires

  • Les couches barrières ralentissent la migration d'OH, fournissent un substrat en verre de haute pureté pour les couches de dépôt critiques et créent du verre pur pour l'expansion des champs de mode – Comme vous le savez, les couches barrières de verre sont généralement adaptées à l'indice du tube de départ mais ont une pureté beaucoup plus élevée. Vous déposez généralement plusieurs couches de verre de haute pureté à l'intérieur du tube de substrat pour former une surface vierge pour vos couches de dépôt critiques, qui guideront la lumière. Le verre pur est important car, selon la conception du guide d'ondes, le champ de mode traversant le cœur de la fibre s'étendra en fonction de la longueur d'onde. Une certaine lumière peut être guidée dans la couche barrière en fonction de la conception optique. Si la couche barrière n'est pas assez épaisse, le champ de mode peut rencontrer le verre du tube de dépôt, avec des absorptions ou des réflexions potentielles conduisant à une perte de fibre accrue.
  • Des couches barrières à puits déprimé (indice <silice) (pour minimiser le noyau GeO2) peuvent être utilisées pour minimiser les pertes de verre du noyau - Les opérateurs MCVD savent que le germanium dans les noyaux augmente l'indice de réfraction. Cependant, plus vous en ajoutez, plus vos pertes de fibres augmentent. Une tactique consiste à réduire l'indice de réfraction des couches barrières de haute pureté autour du noyau. Les couches de puits déprimées peuvent être formées avec des dopants comme le fluor. Cette conception augmente la différence d'indice de réfraction entre les couches barrière et centrale sans augmenter le germanium central et augmente le NA. L'épaisseur du puits déprimé doit être soigneusement conçue pour éviter la coupure du mode principal.

Considérations importantes sur l'équipement pour atteindre les objectifs de conception

En tant qu'opérateur, que pouvez-vous faire pour vous assurer d'atteindre vos objectifs de conception? Comme indiqué, vous devez contrôler étroitement les couches barrières et les couches de puits déprimées. Le contrôle précis des flux de gaz est essentiel.

  • Étalonnage du contrôle du débit massique - Comme vous le savez, vous avez besoin d'un bon équipement et de bonnes procédures d'étalonnage, car vous devez connaître le débit massique exact.
  • Contrôles de vaporisation chimique - J'ai un peu parlé des bubblers dans mes articles précédents (voir les liens à la fin de cet article). En outre, je prévois de discuter de cette fonctionnalité critique plus en détail dans un prochain article.
  • Test de fuite pour assurer un débit et des rapports de vapeur constants - De toute évidence, vous avez besoin d'une bonne procédure / système de test d'étanchéité et de l'assurance que l'équipement fonctionne correctement pour obtenir un débit constant et de bons rapports de vapeur. Cela contribue à des conceptions reproductibles.

 

 

Considérations importantes sur les processus pour atteindre les objectifs de conception

Pour les fabricants de préformes, certains contrôles de processus peuvent aider à garantir que les spécifications de conception sont toujours respectées. Voici 4 points clés du processus qui vous aident à atteindre vos objectifs de conception.

  1. Contrôlez soigneusement le diamètre du tube avec une épaisseur de couche constante pour chaque passage - Lorsque vous déposez des couches de barrière et de noyau, votre objectif est une épaisseur constante à chaque fois. Cependant, comme vous le savez bien, la pression de la flamme du brûleur provoque un rétrécissement du tube de dépôt. Sans contrôle du diamètre, ce retrait réduit la surface intérieure. Avec des flux de vapeur constants, l'épaisseur de la couche déposée diminuera. Si le diamètre du tube de dépôt varie d'une série à l'autre ou au cours d'une série, l'épaisseur de la couche ne se reproduira pas. Il est absolument essentiel de contrôler soigneusement le diamètre du tube. En ce qui concerne les dépôts, la cohérence est essentielle.Voici une autre façon de penser à cela: le retrait du tube augmente la section transversale du tube (CSA), ce qui réduit la température de réaction interne (impact des dépôts) et entraîne une réduction de la surface de l'oxyde. déposition. Dans un monde parfait, si vous fabriquez 10 préformes avec des tubes de dépôt CSA identiques qui rétrécissent exactement au même rythme, alors vous pouvez vivre avec le rétrécissement du tube. Ces préformes seront toutes identiques, en supposant que les autres variables sont constantes. Mais cela se produit rarement, car les tubes de départ ont généralement des CSA différents et chaque processus implique une certaine variabilité.

Une astuce pour améliorer la reproductibilité: La température interne du tube de dépôt est ce qui compte puisque la réaction se produit à l'intérieur. Cependant, le pyromètre de procédé lit la température externe. SG Controls propose un système de contrôle du diamètre, qui contrôle et fournit une mesure optique du diamètre du tube. Ce système est en boucle fermée, le système de pressurisation contrôlant la contre-pression du tube avec retour de la mesure du diamètre et du point de consigne. Avoir un système automatisé pour contrôler le diamètre du tube est très important. Même si j'ai réussi à contrôler manuellement le diamètre, cette approche n'est pas aussi reproductible qu'un système automatisé.

  1. La faible température de dépôt réduit la diffusion d'OH vers le noyau du tube et du brûleur, et empêche le rétrécissement du tube - Comme nous l'avons vu, le manque de contrôle du diamètre provoque un épaississement de la paroi du tube. Avec une paroi de tube plus épaisse, plus de chaleur du brûleur doit être appliquée pour maintenir une température de dépôt constante. Le tube de dépôt et le brûleur sont des sources d'eau qui peuvent se diffuser à travers les couches de verre vers le noyau. Garder la température de dépôt aussi basse que possible empêche le rétrécissement du tube ET empêche l'eau de se déplacer vers le noyau, ce qui entraînera des absorptions dans les mesures finales de la fibre.

Un conseil pour maintenir la température basse: Comme vous le savez probablement, l'ajout de dopants tels que le phosphore et le fluor réduit la température de dépôt.

  1. La température du tube de dépôt est critique dans ce processus, ce qui signifie que l'étalonnage est essentiel pour atteindre des objectifs de conception reproductibles - Il est absolument essentiel que votre pyromètre de process soit calibré. En fait, pour garantir la précision, j'ai utilisé un étalon d'étalonnage portable indépendant du pyromètre de procédé. J'ai regardé à travers le viseur du pyromètre, me déplaçant à travers la zone chaude jusqu'à ce que la température maximale soit détectée. Cette température maximale est la température réelle. Je comparerais cette lecture au pyromètre de processus et vérifierais les décalages d'étalonnage. L'étalonnage est essentiel - un processus reproductible dépend de températures précises.

Un conseil concernant les pyromètres à main: Vous n'avez pas besoin d'acheter un corps noir coûteux. Achetez plutôt un étalon portatif étalonné avec un étalon de corps noir. De plus, vous pouvez monter temporairement le pyromètre portatif sur le chariot d'incendie pour vérifier sur place l'étalonnage du pyromètre de processus.

  1. Pendant l'effondrement du tube, contrôlez le rapport H2 / O2 du brûleur pour obtenir un rapport cœur / gaine reproductible et minimiser la combustion du verre – En parcourant ce processus dans l'ordre chronologique, vous avez terminé vos dépôts et vous devez maintenant réduire le tube creux en une préforme solide. Pour ce faire, vous devez augmenter les débits de H2/O2 du brûleur pour créer une pression et une température de flamme élevées. La pression de la flamme applique une force et de la chaleur au tube, le forçant à s'effondrer. Avec une pression interne adéquate du tube, le tube reste rond. Le rapport H2/O2 du brûleur est essentiel, car il a un impact direct sur la quantité de verre que vous brûlez. Aux températures d'effondrement, vous vaporisez du verre et vous remarquerez que de l'oxyde blanc se condense devant le brûleur. Le contrôle du taux de gaz du brûleur et de la combustion du verre lors de l'effondrement est très important. La préforme se réduit exactement pendant le processus de fibrage. La vaporisation à haute température du verre (polissage à la flamme) peut être utilisée pour ajuster le rapport noyau/gaine des préformes terminées, si la conception l'exige.

Une astuce pour garder la préforme droite lors de l'effondrement: Des entreprises comme SG Controls proposent des brûleurs en acier inoxydable refroidis à l'eau avec des rideaux d'azote pour réduire la largeur de la zone chaude, ce qui empêche l'affaissement de la préforme lors de l'effondrement. Des jets d'azote à débit réglable sur les bords extérieurs du brûleur soufflent contre le tube pour réduire uniformément la largeur de la zone chaude. Cela permet à l'opérateur d'ajuster la largeur de la zone chaude pendant l'effondrement. Cet équipement peut améliorer l'uniformité et les rendements en fibres.

Résumé

Il s'agit clairement d'un examen de haut niveau des objectifs de conception critiques pour les préformes de fibres optiques. J'espère que vous avez choisi quelques astuces, afin que vous puissiez continuellement améliorer votre processus et votre reproductibilité. Si vous souhaitez discuter davantage de l'un de ces points ou si vous souhaitez des informations sur certains des équipements mentionnés dans cet article, je vous encourage à m'appeler.

Si vous avez des questions, nous vous encourageons à nous appeler - nous sommes là pour vous aider.

À propos de l’auteur
Larry Donald Larry Donalds a commencé sa carrière au Fiber Optic Center (FOC) en 2017 en tant que développement commercial, conception et fabrication de fibres, ventes techniques. Larry apporte plus de 35 ans d'expérience de la société 3M à St. Paul, MN, après avoir récemment pris sa retraite. Au cours de son passage chez 3M Company, il a passé 24 ans dans le développement et la fabrication de fibres optiques spécialisées utilisant la «voix du client», aidant 3M à concevoir et à produire des fibres optiques pour répondre aux applications et aux critères de performance spécifiques des clients. Les projets comprenaient le développement et la production de fibres PM, PZ, EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), de fibres durcies par rayonnement pour les gyroscopes, le dopage de préformes en solution, le développement de brevets pour la fibre Oxyfluoride Erbium, le dépôt de terres rares organométalliques et une fibre monomode de terres rares capteur de courbure et de position. Dans son poste de fibre chez 3M, Larry a entretenu et exploité l'équipement MCVD de SG Controls Ltd de Cambridge, en Angleterre, que FOC représente en Amérique du Nord depuis plus de 25 ans. Larry a remporté plusieurs prix au cours de sa carrière, notamment le 3M Golden Step Award, le Photonics Circle of Excellence Award, le R&D 100 Award, le 3M Circle of Technical Excellence Awards en 1983, 2001 et 2008 et le prix 3M Ideation Challenge en 2017. Larry et sa femme résident en Arizona. En dehors de FOC, les passe-temps de Larry incluent la pêche, la navigation de plaisance, la motoneige, l'aménagement paysager extérieur et la conception et la construction de terrasses.
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Fiber Optic Center, Inc., (FOC), est un leader international dans la distribution de composants, d'équipements et de fournitures de fibre optique et aide ses clients à fabriquer les meilleurs assemblages de câbles au monde depuis plus de deux décennies. Plusieurs domaines de spécialisation et d'expertise, dans lesquels ils sont le leader de l'industrie, en font le choix préféré de nombreux professionnels de la fibre dans le monde. Dans ces domaines technologiques clés, FOC est "au moins aussi technique que le fabricant" sur les produits qu'il vend. S'efforçant de "faciliter la partie commerciale", ils offrent un service client exceptionnel et personnalisé, des valeurs de commande minimales faibles ou nulles et une livraison en stock de produits et de technologies de pointe. FOC est la connexion de l'industrie aux produits, technologies et experts techniques optiques les plus innovants qui intègrent leurs connaissances de fabrication et leur vaste expérience dans les opérations mondiales des clients. @FiberOpticCntr

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