光纤生产工艺培训.ppt

光纤生产工艺流程介绍,光通信历史,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20dB/km以下 第一根低耗光纤，康宁,70s 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（MCVD 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索。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，80s光棒制造技术，OVD,MCVD,VAD，70s,光通信简介,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,光纤基本知识,光纤的基本介绍光纤就是将信息以光的形式传输的一种传输介质,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,光纤的种类,通信光纤,特种光纤,多模光纤,单模光纤：,匹配型非色散位移单模光纤,玻璃光纤结构,涂层,包层,n1 n2,n3 n2,芯部,n1,n2,n3,应用领域1、全球的海底网络2、陆地网络3、卫星系统与光纤网络4、光纤到户和光纤到桌面5、局域网、城域网、广域网等,光纤优点,宽带通讯（超大容量）光纤：2.5 Gbps同轴电缆：5 bps 低损耗，中继距离长：光纤：公里同轴电缆：公里低通讯成本,无电磁波干扰通讯保密性好体积小、重量轻、便于施工维护原材料来源丰富，潜在价格低廉,光纤的模式,单模光纤(Single-Mode)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,从几何光学的观点,从量子学的观点,电磁波,光线或光束,光子流,1、电磁波,光物理学,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,光速,光是占据电磁波谱中特定范围的电磁波,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,光物理学,图2 电磁波谱,光物理学,2、光束（光线）,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,斯涅耳定律：n1sin1=n2sin2,2.1 折射率,2.2 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。,11c,玻璃：n1=1.5,空气：n1=1.0,光纤传导光的基本原理,临界入射角和临界传播角,光发射到光纤中,3、光子流 3.1 能级图,光物理学,原子的能量是量子化的,3.2光子,光物理学,一个量子的能量称为光子,一个量子的能量Ep 以光速C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，而频率通常是与波长相关的,光子的本质是什么？,电磁辐射,光子的频率F约为1014Hz,他是哪一类辐射？,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,Dmax,Dmin,光纤几何结构,芯包同心度偏差,不圆度,不圆度=,光纤几何特性,芯包同心度误差：纤芯和包层的几何中心的最大距离,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。该参数依赖于工作波长。,（Dmax-Dmin）,100%,D,光纤几何参数：1、光纤直径：1251m2、光纤芯经：,光纤产品标准,多模光纤50/62.5 m,单模光纤 810 m,3、涂敷层直径：,内涂层 19020m,外涂层 245 5m,4、包层不圆度：0.1%,5、涂敷层不圆度：6%,6、芯包同心度误差：0.6 m,7、包层/涂敷层同心度误差：12 m,8、光纤长度：2.1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：11801360nm,4、零色散波长：13021322nm,3、模场直径：9.20.4m/1310nm,10.40.5m/1550nm,1、衰减：0.344dB/km(1310nm)0.204dB/km(1550nm),5、色散斜率：0.09ps/(nm2km),6、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,预制棒的预处理,预制棒,预制棒和把棒连接,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250um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,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：2100-2300 C,环境条件洁净度：10000级 温度：20C30 C湿度：40%70%,拉丝工序的主要辅料及工具,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：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：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,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,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,拉丝炉的清洁,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。,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,UV胶,拉丝塔各部件介绍-涂覆装置,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。,为什么要进行涂覆,光纤的材料是石英玻璃，是脆性断裂材料不加涂覆材料时，光纤在空气当中裸露，表面缺陷的扩大，局部的应力在此集中，造成强度极低，光纤极易断裂为了保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲强度，及便于实用，需要给光纤涂覆树脂材料一次涂覆和二次涂敷的作用：内涂层较软，用于保护裸光纤表面免受机械损伤，并且在光纤使用中起到缓冲外界应力的作用；折射率比石英玻璃偏大，用来吸收透过包层的多余的光外涂层较硬则有利于光纤耐磨损，有利于提高光纤的低温性能和抗弯性能,拉丝塔各部件介绍-涂覆装置,模具的清洗拆开模具取下的密封圈用蘸有乙醇的洁净纸擦试密封圈上的树脂。将擦干净的密封圈放在洁净纸上备用 将模具放入装有乙醇的容器中浸泡约30分钟（注意乙醇液面必须没过模具。）之后将容器放入超声波清洗机中清洗约30分钟。用洁净纸将模具内外表面的乙醇擦净，用吸有乙醇的注射器从模具孔注入乙醇，如果从另一端模具孔射出的乙醇通畅，表明模具清洗干净；否则，重新进行清洗。用氮气吹枪清洁模具孔,同时用显微镜观察模具孔，如果模具孔圆整无污物，表明模具通畅；否则，用微型针疏通后重新清洗 将其放入干燥器中备用,拉丝塔各部件介绍-涂覆装置,模具的安装从干燥器中取出模具,用显微镜观察模具内孔，应为正圆形将模具组装，确保相同的标志线对齐安装O型圈从涂覆器底部插入模具，并用锁扣固定。从顶部插入模具导向器，并推向锁扣安装涂覆器的顶盖,返回,拉丝塔各部件介绍-光固装置,UV石英灯管：避免通过的光纤受空气的污染和振动N2气：惰性气体氮气来避氧以加速固化。洁净干燥的氮气从石英管底部被引入，并以层流的方式向上到炉子顶端，这将起着排除氧气的作用，同时还可带出涂料中的挥发组分，使光纤免受污染，还可避免光纤因受灯源的红外辐射所致的过热问题抽风装置：确保紫外固化炉在正常工作时不至于因温度过高而烧坏炉子。,返回,拉丝塔各部件介绍-光固装置,UV石英灯管的清洁和安装用清洁刷把沾有乙醇的洁净纸（或直接用清洁刷沾乙醇）推入玻璃管内擦拭。打开UV固化灯底部的C型夹，取下底部连接件，用沾有乙醇的洁净纸擦拭，尤其是O型密封圈。将O型密封圈安装在连接部位的密封槽内，同时将UV灯管插入UV固化灯内，注意：必须垂直插入，防止灯管破裂。将灯管的一头插入到底部连接件内，双手托住连接件往上轻推，当底部连接件与UV固化灯紧密连接时，关闭C型夹。注意：关闭C型夹时防止石英灯管夹裂。,洁净纸,灯管,拉丝操作步骤,操作准备拉丝炉升温穿丝涂覆和加速拉丝终止,拉丝操作步骤-操作准备,1.动力供给打开控制柜上的主开关，启动微机，显示光纤拉丝塔的主操作界面 打开气体管路阀门，确定气控柜各种气体压力参数（Ar、N2、He、CO2和压缩空气）打开冷却水阀门，确定冷却水压力和流量 2.拉丝炉的清洁3.涂覆模具的清洁4.其他部件的清洁 用蘸有乙醇的洁净纸擦试冷却管内侧、涂覆器内侧辅助牵引轮、导向轮和牵引轮等光纤通过的地方5.UV灯管的清洁和安装,拉丝操作步骤-拉丝炉升温,安装炉顶盖插入炉底塞并用底门固定在主操作界面上设置Ar气流量（上中下）当拉丝炉压力表读数为0时，按下手动控制盒上的抽真空开，当拉丝炉压力表读数稳定在为-0.09MPa时，按下手动控制盒上的Ar气开，使压力表从0.09MPa升到0。反复进行三次，完成抽真空操作取出炉底塞，关闭炉底门。,为什么要抽真空,1.拉丝炉抽真空,拉丝操作步骤-拉丝炉升温,2.预制棒进给在把棒的顶端套两个喉箍 用三角卡盘夹好预制棒把棒，并用2公斤的力矩扳手将预制棒卡紧。（如听到咔嗒一声即松，不得继续用力以免夹裂把棒）去掉炉底塞，关闭拉丝炉底门 揭开炉顶盖在预制棒进给机构的开关盒上按下寸动下降以降低预制棒。,拉丝操作步骤-拉丝炉升温,2.预制棒进给降低预制棒，新棒以起始端为零点，拉过丝的旧棒以其与拉丝炉顶相切处的外径大约为10mm作为零点，按住复位键清零，开始记数 在上述条件下将预制棒插入拉丝炉263mm。降低预制棒的同时应检查预制棒不能碰到拉丝炉。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,拉丝操作步骤-拉丝炉升温,3.拉丝炉升温在拉丝炉退火管下放一铁桶，将底门关闭打开拉丝炉的电源在辅助牵引轮下放一铁桶设定预制棒母棒长和母棒直径的数值。其中，母棒长=（预制棒有效长度+263）mm 设定下料温度。使用新预制棒时，下料炉温应设定到2150C；拉过丝的旧棒下料炉温设定到2100 C。确定拉丝炉氩气流量设定正确；确定拉丝炉中的气压和冷却水的指示灯均为绿色。确定拉丝炉升温前检查各项正常后，按下主控柜拉丝炉开，拉丝炉开始升温,拉丝操作步骤-穿丝,1.在辅助牵引轮处牵引当炉温达到下料温度时，每5分钟左右稍微打开炉底门，用有色玻璃片观察拉丝炉内光纤状态；如果发现拉丝光纤料头从退火管中滴下，马上打开拉丝炉底门，进行下面操作，否则，关闭炉底门 料头直径小于10mm，不必剪断料头，让料头自然下落，当在炉底门处的光纤直径大概在1-2mm时，关闭炉底门；如果料头直径较大，则要用斜口钳剪断光纤,再用镊子夹住光纤，轻轻往下拉，当在炉底门处的光纤直径大概在1-2mm时，关闭炉底门。注意：不要碰到光纤。当料头到辅助牵引轮处时，先将手放置在光纤旁，感觉光纤是否冷却，如果光纤温度较高，不要用手触摸，而用斜口钳往废纤盒内拉光纤，并将料头切掉；待光纤冷却可以用手触摸时，再用手拉细光纤 用手牵引光纤端头使其变细(约200um)，按下辅助牵引轮控制盒上的关，合上辅助牵引轮,由辅助牵引轮挟持并牵引光纤，同时，将一废纤盒放在辅助牵引轮下收集光纤,拉丝操作步骤-穿丝,2.穿丝安装涂覆器的模具。一次穿丝 在辅助牵引轮的正下方剪断光纤，移走废纤盒，在一次 涂覆器处开始穿丝。不要插入光纤太急，而要缓慢插入。当光纤被卡住时，轻轻抽回光纤并进行重新插入。在光纤顺利通过模具之后，从模具底部拉紧光纤，并同时挂上牵坠。在光纤穿过一次固化UV固化灯时，半关闭UV固化灯门，注意：光纤不要摩擦灯门。,模具安装,UV固化灯,拉丝操作步骤-穿丝,2.穿丝二次穿丝（在穿丝时光纤断过三次，应清理模具后才可重新穿丝）光纤穿过二次固化UV固化灯时，半关闭UV固化灯门，注意：光纤不要摩擦灯门光纤穿过二次UV固化灯底门后，卸下牵坠用手牵引使光纤经过导向轮、张力轮，然后到达牵引轮。打开牵引轮保护盘，并将光纤导入牵引轮和传送带之间后，打开辅助牵引轮，再按下吸引器开，使吸尘器吸入光纤设定预制棒推进速度为3mm/min。按下电控柜上牵引盘中的加速，提高牵引速度，同时升高炉温并保持光纤直径为1355m。,拉丝操作步骤-涂覆和加速,1.涂覆开始和加速打开UV固化灯和送排风开关。检查并确定主控柜上一次涂覆 和二次涂覆树脂温度当牵引速度为15m/min时，启动第二次涂覆。确定气控柜上第二次涂覆CO2流量，确定二次涂覆初始压力,确定气控柜上二次涂覆UV固化灯氮气喷入和喷出流量.根据直径测量仪的显示检查涂覆的进行情况，观察牵引轮并判断涂覆进行是否顺利,拉丝操作步骤-涂覆和加速,1.涂覆开始和加速当二涂层直径测量仪显示光纤直径在220um以上时，用手牵引光纤，将光纤挂线到舞蹈轮后到达收线机传动轮，保持吸尘器在收线机A盘一侧继续吸引光纤 按下控制柜上的加速按钮使速度提高到25m/min，同时保持光纤的直径大约1255m，并继续升高炉温2175C。启动第一次涂覆。确定气控柜上第一次涂覆CO2流量，确定一次涂覆初始压力，确定气控柜上一次涂覆UV固化灯氮气喷入和喷出流量.在电脑主操作面上的自动启动运行设定中选择一次涂覆压力和二次涂覆压力为自动,拉丝操作步骤-涂覆和加速,1.涂覆开始和加速按住收线机上B盘一侧的线盘闭，直至闪烁指示灯灭。然后按住控制柜上的收线自动按钮，光纤将自动缠绕在收线机B盘上 在控制柜上手动调整光纤的速度和炉温,保持裸光纤的直径为1251m。当炉温升到运行温度（2100-2300C）,牵引速度大于40m/min,裸光纤的直径为1251m时，按下控制柜上牵引盘 中的自动按钮和XY位置调整中的自动按钮。完全关闭UV固化灯光纤出入口的灯门。在拉丝速度达到100m/min时，设定电脑主操作面上母棒推进装置中拉丝速度自动，设定拉丝速度数值为500m/min。,拉丝操作步骤-涂覆和加速,2.光纤冷却拉丝速度达到100m/min时，在电脑主操作面上设定冷却He气为自动。同时按 下主控柜上的一次涂覆冷却管/二次涂覆冷却管中的氦气按钮，释放氦气。当He气实际流量值接近设定流量值时，关闭冷却管;然后,立即关闭冷却管上 面的门.注意：操作时不允许擦碰光纤。拉丝速度达到300m/min时，按下记录仪上的RCD按钮开始记录，同时在记录纸 上记录下当时的牵引速度、张力和拉丝长度；记录下拉丝速度达到1000m/min时 的速度、张力和拉丝长度；之后每10公里记录一次拉丝速度、张力和拉丝长度。拉丝速度达到500m/min时，自动更换收线盘，B盘下，A盘上从换下的收线盘B上的光纤末端截取5m光纤进行拉丝过程检验。拉丝速度达到800m/min时,按下电控柜上的母棒调整中的自动按钮。同时 检查电脑主操作面母棒推动装置界面中拉丝速度为手动 拉丝速度为1000m/min时,监控光纤在其速度下稳定运行。光纤张力为180-220g,拉丝操作步骤-拉丝终止,在电控柜下按下停止按钮，停止预制棒的推进，降低光纤的速度当拉丝速度降到500m/min时，在牵引轮后剪断光纤，同时关闭一次涂覆。当拉丝速度降到300m/min时，关闭二次涂覆；打开冷却管；关闭He气。当速度降到200m/min时，在辅助牵引轮下方剪断光纤。按下主控柜上拉丝炉中的关按钮。按下主控柜上牵引盘中的关按钮。提升预制棒。提升距离为100mm左右。按下记录仪上的RCD按钮，记录笔停止记录。关闭主控柜上的拉丝炉电源开关。,拉丝操作步骤-拉丝终止,关闭冷却器。（如连续生产则不必关闭）关闭UV固化灯和冷却风扇。关闭灯送排风开关 从涂覆器中取出模具，取出模具时会有树脂滴落，在模具口下面放置一接液盘。用沾有乙醇的洁净纸清洁涂覆器的模具插入口 取下收线机上的收线盘，将光纤盘送到筛选工序。在炉温降到1100以下，关闭提纯炉电源，同时将氧气提纯炉上氧分析仪的流量计关闭，大约30分钟之后关闭氩气。将将拉完的预制棒从拉丝炉内提出，卸下预制棒 关闭所有电源（如连续生产则不必关闭）。,筛选工艺及设备简介,筛选的目的 通过在光纤上施加一适当大小的张力，筛去低于或等于筛选强度的裂纹点，保证幸存光纤的机械可靠性，从而避免光纤在后续工序的使用过程中断纤；这主要是因为当光纤在成缆过程中和用于实际环境中时，必须经受住一定的机械应力和化学环境的侵蚀选择传输特性优良和张力合格的光纤,筛选工艺及设备简介-筛选设备,筛选工艺及设备简介-注意事项,筛选用洁净纸蘸酒精清洁每一个导线轮、收放线夹具和张力轮光纤筛选张力设定值为9N，速度为1600m/min。从拉丝大盘上取2m光纤送往检测，检测合格后筛选；如果不合格，先去掉100米，做过程检验 在往收线盘上的引线孔穿光纤时要注意光纤的绕向，要顺着光纤的方向绕，不要形成死弯，以免造成不通光现象 从放线部分到收线部分，仔细检查光纤所走的路径，确保光纤在导轮的导轨上，确保光纤处于正确的位置，没有与其它部件产生摩擦 将放线部分的防护罩，筛选部分的防护罩，收线部分的防护罩全部放下 在筛选过程中，要仔细观察光纤的排线，并根据具体情况，通过left和right按钮进行调整，确保光纤排线整齐。随时观测光纤的收线张力应在45g-55g的范围内.,