Mae gweithgynhyrchu erbium-ffibrau optegol wedi'u dopio drwy fethodoleg VAD yn cynnwys pum cam gwahanol:
(1) gwneuthuriad gwialen graidd mandyllog gan ddefnyddio'r dull VAD
(2) dopio ac impregnation broses
(3) preform ffurfio broses
(4) proses gorchuddio
(5) arlunio ffibr optegol optegol
Mae pob cam yn cyflwyno ei set ei hun o heriau
Gwneuthuriad Mandrelau Mandyllog trwy Ddull VAD
Mae'r broses yn dechrau gyda gosodiad VAD confensiynol, er bod ei alw'n "gonfensiynol" bron yn tanddatgan pa mor gyfyng y gall y cam hwn fod. Rydych chi'n dechrau gyda gwialen darged silica-20mm mewn diamedr, dim byd ffansi wedi'i leoli'n fertigol. Mae ffroenell y dortsh yn dod yn brif system ddosbarthu i chi, gan fwydo SiCl₄ ar gyfraddau rhwng 450-550 litr y funud. Mae honno'n ffenestr weithredu eithaf eang, ac mae lle rydych chi'n glanio yn yr ystod honno'n effeithio ar eich cyfradd adneuo yn fwy na'r rhan fwyaf o ddalennau penodol a osodir ymlaen.
Mae ocsigen yn llifo i mewn ar 15 litr y funud, hydrogen ar 10. Mae'r adwaith hydrolysis fflam yn digwydd yn gyflym-rydym yn sôn am dymheredd digon uchel nad yw'r SiCl₄ yn dadelfennu, mae'n ffrwydro bron i'r gronynnau silica bach hyn sy'n dechrau cronni ar y rhoden darged. Mae'r holl beth yn dibynnu ar ocsidiad thermol yn digwydd ar yr un pryd â'r hydrolysis, a dyna pam mae'r cymarebau nwy mor bwysig. Eu cael yn anghywir a byddwch yn ei weld yn yr amrywiadau dwysedd eich strwythur mandyllog.
Yr hyn a gewch yn y pen draw, ar ôl digon o amser dyddodi, yw mandrel SiO₂ hydraidd tua 60mm mewn diamedr. Mae'r wialen darged yn codi i fyny yn ystod y broses hon ar 55-60mm yr awr - yn araf ac yn gyson. Rhuthrwch ef a daw dyddodiad y gronynnau yn anwastad; mynd yn rhy araf ac rydych mewn perygl o orboethi ardaloedd crynodedig. Mae yna lecyn melys, ac mae dod o hyd iddo weithiau'n cymryd ychydig o rediadau methu. Mae'r strwythur mandyllog sy'n deillio o hyn yn hollbwysig oherwydd mae ei morffoleg yn pennu pa mor effeithiol y bydd yn amsugno'r toddiant dopio yn ddiweddarach. Rhy drwchus ac ni fydd yr hydoddiant erbium yn treiddio'n ddigon dwfn; yn rhy rhydd a byddwch yn cael graddiannau canolbwyntio a fydd yn eich poeni yn ystod y cyfnod sintro.
Proses Trwytho Cyffuriau
Dyma lle mae pethau'n mynd yn gemegol. Mae'r wialen graidd SiO₂ mandyllog yn mynd yn syth i gynhwysydd wedi'i lenwi â'ch toddiant dopio, y cyfan wedi'i wneud ar dymheredd yr ystafell oherwydd byddai gwresogi ar hyn o bryd yn wrthgynhyrchiol. Mae'r hydoddiant ei hun yn dwyllodrus o syml: ethanol fel y toddydd, ErCl₃ fel y dopant.
Nawr, mae gan ErCl₃ hydoddedd cyfyngedig mewn ethanol-gallwch ei wthio i tua 0.54% yn ôl pwysau, a dyna'ch nenfwd fwy neu lai. Ceisiwch gyfyngu mwy ac rydych chi'n gwastraffu dopant oherwydd ni fydd yn aros mewn datrysiad. Mae rhai labordai wedi arbrofi gyda gwahanol doddyddion i gynyddu'r nifer hwn, ond mae ethanol yn parhau i fod y safon oherwydd ei fod yn anweddu'n lân ac nid yw'n gadael halogion sy'n ymyrryd â'r strwythur gwydr ar ôl.
Mae'r trwytho ei hun yn fecanyddol syml-rydych chi'n gadael i weithred capilari a thrylediad wneud eu gwaith wrth i'r hydoddiant suddo i'r mandyllau hynny. Ond mae unffurfiaeth y defnydd yn dibynnu'n llwyr ar ba mor gyson oedd y strwythur hydraidd hwnnw o gam un. Mae'r dull hwn hefyd yn gweithio gydag AlCl₃, sydd weithiau'n cael ei gyd-dopio ag erbium i addasu'r nodweddion allyriadau. Gall alwminiwm symud y brig allyriadau erbium ychydig ac effeithio ar oes y cyflyrau cynhyrfus, sy'n bwysig ar gyfer cymwysiadau mwyhadur.
Un peth nad yw'r llenyddiaeth dechnegol bob amser yn sôn amdano: mae'r amser socian yn bwysicach nag y byddech chi'n ei feddwl. Gadewch hi'n rhy fyr ac rydych chi'n cael treiddiad anghyflawn i du mewn y wialen. Gadewch hi'n rhy hir a... wel, mewn gwirionedd, anaml y mae hynny'n broblem oni bai bod eich datrysiad yn dechrau diraddio, a gall hynny os bydd lleithder yn mynd i mewn.
Proses Ffurfio Preform
Y cam hwn yw pan fydd amynedd yn dod yn rhinwedd. Mae gennych wialen fandyllog wedi'i mwydo â hydoddiant dopant, ac mae angen ichi ei thrawsnewid yn wialen wydr solet heb golli'ch erbium na chreu diffygion. Mae'r broses yn rhannu'n dair triniaeth thermol, pob un â'i phwrpas ei hun.
Yn gyntaf mae tynnu toddyddion. Mae'r rhoden yn mynd i mewn i ffwrnais o dan atmosffer nitrogen-mae amgylchedd anadweithiol yn hollbwysig yma-ac rydych chi'n ei gynhesu i rywle rhwng 60-70 gradd . Mae hyn yn ymddangos yn dyner, ac y mae, yn fwriadol felly. Rydych chi'n anweddu ethanol, sydd â phwynt berwi o 78 gradd, ond rydych chi'n cadw'r tymheredd yn is na hynny i osgoi berwi, a fyddai'n creu craciau neu sianeli a achosir gan bwysau yn y strwythur mandyllog. Mae'r cam hwn yn cymryd unrhyw le rhwng 24 awr a 240 awr yn dibynnu ar faint y wialen a pha mor ddirlawn ydoedd yn ystod y trwytho. Does dim rhuthro. Rwyf wedi gweld peirianwyr yn ceisio cyflymu hyn drwy granc y tymheredd, ac maent bob amser yn difaru pan fyddant yn dod o hyd i leoedd gwag yn y preform terfynol.
Unwaith y bydd yr ethanol wedi mynd, byddwch yn gadael erbium clorid wedi'i adneuo trwy'r matrics silica hydraidd. Nawr mae angen i chi drosi'r clorid hwnnw'n ocsid a gyrru'r clorin allan, oherwydd bydd cloridau gweddilliol yn achosi gwanhad yn y ffibr gorffenedig-maent yn amsugno golau yn yr union donfeddi nad ydych chi eu heisiau. Dyma'r cyfnod dadhydradu.
Tymheredd yn neidio'n sylweddol: 950-1050 gradd mewn awyrgylch amonia. Nid yw'r amonia yn bur serch hynny - mae'n cynnwys 0.25% -0.35% ocsigen, sy'n ymddangos fel swm bach iawn ond mae'n cael ei reoli'n ofalus. Gormod o ocsigen a byddwch yn cael sintro cynamserol; rhy ychydig ac mae'r diffyg hylif yn anghyflawn. Mae'r amonia yn helpu i ddileu grwpiau hydrocsyl a fyddai fel arall yn aros yn y strwythur gwydr. Mae grwpiau OH⁻ yn ddrwg-enwog am achosi brigau amsugno o gwmpas 1.39 μm, sy'n broblematig ar gyfer telathrebu. Rydych chi'n dal yr amodau hyn am 2.5-3.5 awr. Mae'r erbium clorid yn trosi i erbium ocsid yn ystod y cyfnod hwn.
Yna daw sintro, y cydgrynhoi terfynol. Nawr rydych chi mewn nitrogen eto-dim amonia, dim ocsigen-ar 1400-1600 gradd am 3-5 awr. Dyma lle mae'r strwythur mandyllog yn cwympo ac mae'r silica yn gwydro'n llawn i wydr tryloyw. Mae'r erbium ocsid yn cael ei ymgorffori yn y rhwydwaith silica, yn ddelfrydol yn dosbarthu ei hun yn gymharol unffurf ar y lefel foleciwlaidd. Mae angen i'r tymheredd fod yn ddigon uchel ar gyfer dwysedd llwyr ond nid mor uchel nes bod yr erbium yn dechrau mudo neu glystyru, a fyddai'n creu anhomogeneddau crynodiad.
Yr hyn sy'n dod i'r amlwg yw gwialen craidd gwydr tryloyw gydag erbium wedi'i ddosbarthu drwyddi draw. Os ydych chi wedi gwneud popeth yn iawn, dylai fod ganddo ychydig iawn o swigod, eglurder optegol da, a chrynodiad erbium sy'n cyfateb i'ch cyfrifiadau o'r cam impregnation-er nad yw byth yn cyfateb yn union. Mae rhywfaint o golled bob amser yn ystod y prosesu thermol.
Proses Gwain
Wedi'r holl waith gofalus hwnnw ar y craidd, mae'r cam gorchuddio bron yn teimlo'n wrthlimactig, er nad yw'n ddibwys. Mae angen cladin ar y wialen graidd-haen o wydr gyda mynegrif plygiant is a fydd yn cyfyngu golau i'r craidd trwy adlewyrchiad mewnol cyflawn.
Rydych chi'n cymryd eich gwialen graidd gorffenedig a'i gosod mewn tiwb cladin parod. Mae'r tiwb hwn fel arfer yn silica pur neu wedi'i ddopio ychydig i addasu'r cyferbyniad mynegai plygiannol. Mae'r ffit yn bwysig: yn rhy rhydd a byddwch yn dal aer; yn rhy dynn ac rydych mewn perygl o gracio rhywbeth wrth ei osod. Unwaith y bydd wedi'i ymgynnull, mae'r strwythur cyfan yn mynd yn ôl i ffwrnais lle maen nhw'n cael eu tanio gyda'i gilydd. Mae'r gwres yn achosi i'r ddau ddarn feddalu a ffiwsio, gan greu preform monolithig-un darn solet heb unrhyw fylchau rhyngwyneb a fyddai'n gwasgaru golau.
Mae angen i'r cyfernodau ehangu thermol craidd a chladin gydweddu'n weddol dda, neu fel arall byddwch yn cynnwys straen yn ystod oeri a all arwain at rwygedd neu, yn waeth, microdoriadau. Mae gan y rhan fwyaf o weithgynhyrchwyr gyfuniadau safonol y gwyddant eu bod yn gweithio'n ddibynadwy.
Arlunio Ffibr Optegol
Mae'r cam olaf yn digwydd ar dwr lluniadu ffibr optegol, lle mae'r preform yn cael ei fwydo i ffwrnais sy'n ddigon poeth i feddalu gwydr-rydym yn siarad tua 2000 gradd , rhoi neu gymryd. Wrth i'r blaen preform feddalu, mae disgyrchiant a thynnu mecanyddol yn ei dynnu i lawr yn ffibr tenau. Mae angen cydlynu'r cyflymder lluniadu, tymheredd y ffwrnais, a'r tensiwn i gyd yn ofalus i gyrraedd eich diamedr targed, fel arfer 125 μm ar gyfer y cladin.
Mae prosesau lluniadu confensiynol yn berthnasol yma, sy'n golygu bod gennych-monitro diamedr amser real, gosodwyr caenu i ychwanegu haenau amddiffynnol o bolymer tra bod y gwydr yn dal yn boeth, a chymryd{1}}sbŵau i fyny. Mae'r crynodiad erbium yn y craidd yn aros yr un fath yn y bôn yn ystod lluniadu-rydych chi'n crebachu popeth yn gymesur. Ond ni all y tensiwn lluniadu fod yn rhy uchel neu byddwch yn achosi straen yn y ffibr sy'n diraddio ei berfformiad.
Un peth sy'n werth ei nodi: mae'r holl waith i ddosbarthu erbium yn unffurf yn talu ar ei ganfed yma. Mae unrhyw amrywiadau crynodiad yn y preform yn cael eu cadw yn y ffibr, felly os cawsoch broblemau yng nghamau 2 neu 3, maen nhw'n barhaol nawr. Ni allwch eu trwsio, a dyna pam mae'r camau cynharach hynny yn gofyn am gymaint o sylw.
Mae'r ffibr canlyniadol, pe bai popeth yn mynd yn dda, yn ffibr optegol wedi'i dopio erbium sy'n addas ar gyfer mwyhaduron neu laserau ffibr, gyda nodweddion cynnydd yn y ffenestr 1530-1560 nm y mae systemau telathrebu yn dibynnu arnynt. Ddim yn ddrwg am yr hyn a ddechreuodd fel rhywfaint o halen clorid a gwialen mandyllog.
