Erbium{0}}legeeritud optiliste kiudude tootmine VAD-metoodika abil hõlmab viit erinevat etappi:
(1) poorse südamikuga varda valmistamine VAD-meetodil
(2) dopingu ja immutamise protsess
(3) tooriku vormimise protsess
(4) katteprotsess
(5) optilise kiu joonistamine
Iga etapp esitab oma väljakutsed
Poorsete südamike valmistamine VAD-meetodi abil
Protsess algab tavapärase VAD-i seadistusega, kuigi selle "tavapäraseks" nimetamine peaaegu alahinnab, kui peen see samm võib olla. Alustate ränidioksiidist -20 mm läbimõõduga sihikupulgaga, mis ei ole vertikaalselt väljamõeldud. Põleti düüsist saab teie peamine väljastussüsteem, mis toidab SiCl4 kiirusega 450–550 liitrit minutis. See on üsna lai tööaken ja see, kus te sellesse vahemikku maandute, mõjutab teie sadestuskiirust rohkem, kui enamik tehnilisi lehti lubavad.
Hapnik voolab sisse kiirusega 15 liitrit minutis, vesinik 10 liitrit minutis. Leegi hüdrolüüsi reaktsioon toimub kiiresti-me räägime piisavalt kõrgetest temperatuuridest, et SiCl₄ mitte ainult ei laguneks, vaid plahvatab praktiliselt nendeks pisikesteks ränidioksiidi osakesteks, mis hakkavad sihtvardale kogunema. Kogu asi põhineb termilisel oksüdatsioonil, mis toimub samaaegselt hüdrolüüsiga, mistõttu on gaasi suhted nii olulised. Tehke need valesti ja näete seda oma poorse struktuuri tiheduse variatsioonides.
Pärast piisavat sadestusaega saate lõpuks umbes 60 mm läbimõõduga poorse SiO₂ südamiku. Sihtvarras tõuseb selle protsessi käigus ülespoole kiirusega 55-60 mm tunnis – aeglaselt ja ühtlaselt. Kiirustage seda ja osakeste sadestumine muutub ebaühtlaseks; minna liiga aeglaselt ja riskite kontsentreeritud alade ülekuumenemisega. Seal on magus koht ja selle leidmiseks kulub mõnikord paar ebaõnnestunud jooksu. Saadud poorne struktuur on kriitiline, kuna selle morfoloogia määrab, kui tõhusalt see dopingulahust hiljem absorbeerib. Liiga tihe ja erbiumi lahus ei tungi piisavalt sügavale; liiga lõtv ja te saate kontsentratsioonigradiente, mis jäävad teid paagutamisfaasis kummitama.
Dopingu immutamise protsess
Siin muutuvad asjad keemiliseks. Poorse SiO₂ südamikuga varras läheb otse dopingulahusega täidetud anumasse ja seda kõike tehakse toatemperatuuril, kuna kuumutamine selles etapis oleks kahjulik. Lahendus ise on petlikult lihtne: etanool kui lahusti, ErCl3 kui lisand.
Nüüd on ErCl₃ etanoolis piiratud lahustuvus{0}}võite viia selle umbes 0,54 massiprotsendini ja see on peaaegu teie ülemmäär. Proovige rohkem sisse toppida ja te raiskate lisaainet, sest see ei jää lahusesse. Mõned laborid on selle arvu suurendamiseks katsetanud erinevate lahustitega, kuid etanool jääb standardiks, kuna see aurustub puhtalt ega jäta maha saasteaineid, mis segavad klaasi struktuuri.
Impregneerimine ise on mehaaniliselt lihtne,{0}}lasete lihtsalt kapillaaril ja difusioonil teha oma tööd, kui lahus imbub nendesse pooridesse. Kuid omastamise ühtsus sõltub täielikult sellest, kui järjepidev see poorne struktuur oli esimesest etapist alates. See meetod töötab ka AlCl₃-ga, mida mõnikord lisatakse erbiumiga, et muuta heiteomadusi. Alumiinium võib erbiumi emissiooni tippu veidi nihutada ja mõjutada ergastatud olekute eluiga, mis on võimendirakenduste jaoks oluline.
Ühte asja tehnilises kirjanduses alati ei mainita: leotusaeg on olulisem, kui arvate. Jätke see liiga lühikeseks ja te ei tungi varda sisemusse täielikult. Jätke see liiga kauaks ja... tegelikult on see harva probleem, kui teie lahendus ei hakka lagunema, mis võib niiskuse sattumisel tekkida.
Toorikute moodustamise protsess
Selles etapis saab kannatlikkusest voorus. Teil on lisandilahusega immutatud poorne varras ja peate selle muutma tahkeks klaaspulgaks, ilma et see kaotaks oma erbiumi või tekitaks defekte. Protsess jaguneb kolmeks termotöötluseks, millest igaühel on oma eesmärk.
Kõigepealt tuleb lahusti eemaldamine. Varras läheb lämmastikuatmosfääris olevasse ahju-inertne keskkond on siin ülioluline-ja te soojendate selle kuskil 60-70 kraadini. See tundub õrn ja nii see on meelega. Aurutate etanooli, mille keemistemperatuur on 78 kraadi, kuid hoiate temperatuuri sellest madalamal, et vältida keemist, mis tekitaks poorses struktuuris rõhust tingitud pragusid või kanaleid. See etapp võtab 24 tunnist 240 tunnini olenevalt varda suurusest ja sellest, kui küllastunud see immutamise ajal sai. Sellega pole kiirustamist. Olen näinud, kuidas insenerid üritavad seda temperatuuri vändates kiirendada, ja nad kahetsevad seda alati, kui leiavad lõplikus toorikus tühimikud.
Kui etanool on kadunud, jääb kogu poorsesse ränidioksiidi maatriksisse ladestunud erbiumkloriid. Nüüd peate selle kloriidi oksiidiks muutma ja kloori välja tõrjuma, sest jääkkloriidid põhjustavad valmiskiu sumbumist -neelavad valgust täpselt sellistel lainepikkustel, mida te ei soovi. See on dehüdratsiooni faas.
Temperatuur hüppab märkimisväärselt: 950{2}}1050 kraadi ammoniaagi atmosfääris. Ammoniaak pole siiski puhas – see sisaldab 0,25–0,35% hapnikku, mis tundub olevat väike kogus, kuid seda kontrollitakse hoolikalt. Liiga palju hapnikku ja tekib enneaegne paagutamine; liiga vähe ja dehüdratsioon on puudulik. Ammoniaak aitab eemaldada hüdroksüülrühmad, mis muidu jääksid klaasi struktuuri. OH⁻ rühmad on kurikuulsad selle poolest, et põhjustavad neeldumispiike umbes 1,39 μm, mis on telekommunikatsiooni jaoks problemaatiline. Te hoiate neid tingimusi 2,5-3,5 tundi. Erbiumkloriid muundub selles faasis erbiumoksiidiks.
Siis tuleb paagutamine, lõplik konsolideerumine. Nüüd olete jälle lämmastikus-ei ammoniaaki ega hapnikku-1400–1600 kraadi juures 3–5 tundi. Siin variseb poorne struktuur kokku ja ränidioksiid klaasistub täielikult läbipaistvaks klaasiks. Erbiumoksiid lülitatakse ränidioksiidi võrku, ideaaljuhul jaotades end molekulaarsel tasemel suhteliselt ühtlaselt. Temperatuur peab olema täielikuks tihendamiseks piisavalt kõrge, kuid mitte nii kõrge, et erbium hakkaks migreeruma või koonduma, mis tekitaks kontsentratsiooni ebahomogeensust.
Ilmub läbipaistev klaasist südamikuga varras, mille erbium on jaotatud. Kui olete kõik õigesti teinud, peaks sellel olema minimaalne mull, hea optiline selgus ja erbiumi kontsentratsioon, mis vastab teie arvutustele immutamisetapis,{1}}kuigi see ei ühti kunagi täpselt. Termilise töötlemise ajal esineb alati mõningaid kadusid.
Katteprotsess
Pärast kogu seda hoolikat tööd südamiku kallal tundub kattekiht peaaegu antikliimatiline, kuigi see pole peaaegu tühine. Südamikvarras vajab katmist-madalama murdumisnäitajaga klaasikihiga, mis piirab valguse südamikuni läbi täieliku sisemise peegelduse.
Võtate valmis südamikuvarda ja sisestate selle eelnevalt-valmistatud kattetorusse. See toru on tavaliselt puhas ränidioksiid või murdumisnäitaja kontrasti reguleerimiseks kergelt legeeritud. Sobivus on oluline: liiga lõdvalt ja jääte õhku kinni; liiga pingul ja võite midagi sisestamise ajal mõraneda. Pärast kokkupanemist läheb kogu konstruktsioon tagasi ahju, kus need koos põletatakse. Kuumutamine põhjustab mõlema tüki pehmenemise ja sulandumise, luues monoliitse tooriku{5}}üks tahke detail, millel pole valgust hajutavaid liidese lünki.
Südamiku ja katte soojuspaisumise koefitsiendid peavad mõistlikult hästi sobima, vastasel juhul tekib jahutamise ajal pinge, mis võib põhjustada kaksikmurdmist või, mis veelgi hullem, mikromurde. Enamikul tootjatel on standardiseeritud kombinatsioonid, millest nad teavad, et need töötavad usaldusväärselt.
Optilise kiu joonistamine
Viimane samm toimub kiudoptilise tõmbetornis, kus toorik juhitakse ahju, mis on piisavalt kuum, et klaas pehmendada.{0}}Me räägime umbes 2000 kraadi, anna või võta. Kui tooriku ots pehmeneb, tõmbavad gravitatsioon ja mehaaniline tõmbamine selle õhukeseks kiuks. Tõmbekiirus, ahju temperatuur ja pinge vajavad hoolikat kooskõlastamist, et saavutada soovitud läbimõõt, tavaliselt kattekihi puhul 125 μm.
Siin kehtivad tavapärased tõmbamisprotsessid, mis tähendab, et teil on{0}}reaalajas läbimõõdu jälgimine, katteaplikaatorid, mis lisavad polümeeri kaitsvaid kihte, kui klaas on veel kuum, ja võtate{1}}poolid kokku. Erbiumi kontsentratsioon südamikus jääb joonistamise ajal sisuliselt muutumatuks-kahandate kõike proportsionaalselt. Kuid tõmbepinge ei tohi olla liiga suur, vastasel juhul tekitate kius stressi, mis halvendab selle jõudlust.
Üks asi väärib märkimist: kogu töö erbiumi ühtlaseks jaotamiseks tasub siin tõesti ära. Kõik tooriku kontsentratsiooni kõikumised kius säilivad, nii et kui teil oli 2. või 3. etapis probleeme, on need nüüd püsivad. Te ei saa neid parandada, mistõttu nõuavad need varasemad etapid nii palju tähelepanu.
Saadud kiud, kui kõik läks hästi, on erbium{0}}legeeritud optiline kiud, mis sobib võimendite või kiudlaserite jaoks ja mille võimendusomadused on 1530–1560 nm aknas, millest telekommunikatsioonisüsteemid sõltuvad. Pole paha selle kohta, mis algas kloriidsoola ja poorse vardaga.
