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神奇!光纤是怎样制造出来的?

 泰荣林黑皮 2017-06-15

19世纪初,人类发现光可以利用全内反射原理在水和玻璃等介质内传播后,有人开始意识到,如果我们能拉出超细的玻璃丝,实现光导长距离传输,必将应用无限。



但是科学家们尝试了无数办法,怎么也拉不出又长又细、均匀而坚韧的玻璃纤维。


一位叫C.V.Boys的物理学家出现了。



C.V.Boys首先将玻璃放入一个极小的容器里,加热融化再气吹。




▲C.V.Boys设计的弩


1887年的某一天,C.V.Boys将一根加热的玻璃棒放在弩上,当玻璃棒熔化,扣动扳机,在实验室里拉出了一道长长的玻璃纤维。


▲实验场景无法还原,漫画代替


C.V.Boys终于拉出了世界上第一根光纤,足足有9英尺长。


100多年过去了,如今光纤已成为地球的血管,密密麻麻的分布于世界,为我们编织出丰富精彩的信息生活。今天的光纤是怎么制造出来的呢?同样不简单。




光纤由纯度极高的光学玻璃制成。我们家里的玻璃窗是透明,通常玻璃越厚就越不透明,这是因为玻璃中有杂质。


光纤用的玻璃有多纯呢?即使有几公里厚,你也能透过这个玻璃看清物体。


▲光纤结构:纤芯和包层是不可分离的,纤芯与包层合起来组成裸光纤


光纤的制作过程主要分为:预制棒制备、光纤拉丝和测试三个过程。


预制棒制备


预制棒生产主要有MCVD、OVD、VAD和PCVD等工艺,本文只介绍MCVD工艺。



MCVD(modified chemical vapor deposition)工艺由贝尔实验室于1974年开发。它将由SiCl4(氯化硅)、GeCl4(氯化锗)和其它化学物质组成的气态混合物导入到石英玻璃管(包层)中,并在石英管外旋转加热,硅和锗氧化反应,形成SiO2(二氧化硅)和GeO2(二氧化锗),并驻留在石英管内构成光纤的主要部分。





针对光纤的折射率、膨胀系数和熔点等,可通过气态混合物的成分浓度来控制。


当预制棒冷却后,要进行质量(折射率)测试。


▲预制棒


光纤拉丝


将预制棒放入光纤拉丝塔,进行拉丝。预制棒经拉丝,被拉成125μm粗细的光纤,并涂上二层树脂以保护光纤的强度。


▲光纤拉丝塔组成






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