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1、2023/3/6,Fabrication of large mode area fiber by MCVD,组员介绍,1.大模场光纤分类,2.大模场光纤主要制备方法,3.MCVD工艺简介,4.MCVD工艺反应机理,5.气相掺杂MCVD 工艺,6.MCVD法制备大模场光纤,1.大模场光纤分类,2.大模场光纤主要制备方法,改进化学沉积法（MCVD）,等离子体化学气相沉积法（PCVD）,外部气相沉积（OVD）,轴向气相沉积（VAD）,四种工艺的比较,3.MCVD工艺简介,.Recipe Development Main variables for each process steps are fol
2、lowing:Gas flows:bubbler carrier gas,O2,He,Cl2 etc.Preform temperature Carriage speed Sootbox pressure Ramping of relevant parameters,Typical MCVD production tube is constructed from 3 quartz tubes,which are welded together prior to MCVD processInlet tube:low quality quartzSubstrate tube:high qualit
3、y synthetic silica forms final preformExhaust tube:low quality quartzSleeving tube:synthetic silica,.Tube preparation,.Fire Polishing/Etching,Purpose:to clean tube outer and inner surface to improve preform qualityTemperature:1850-2200Reactant flows:O2+fluorine source for etching,.Cladding and Core
4、Deposition,Cladding deposition Purpose:deposition of protection barrier for coreTemperature:1900-2100Typical reactant flows：SiCl4,O2,HeCore deposition Purpose:deposition of refractive index differenceTemperature:1900-2200Typical reactant flows：SiCl4,O2,He,4.MCVD工艺反应机理,SiCl4+O2=SiO2+2Cl2GeCl4+O2=GeO2
5、+2Cl24POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2,热泳效应,热泳现象指温度梯度不为零的气体或悬浮体中，粒子向较冷去域运动的现象,化学试剂首先是要通过量可控制的载体气体，通过这些载体气体如O2控制化学试剂的量。高纯度气体混合物通入到装在车床上的旋转石英管中，气流穿过此石英管时经过氢氧火炬区被加热。当石英管内的气体温度达到1300时发生均匀化学反应，反应生成颗粒状玻璃随后在热区下游沉积，移动火炬的热使物质融合并形成一个透明的玻璃状薄膜。,MCVD工艺原理图,实验室MCVD设备,5.气相掺杂MCVD 工艺,通过这一气体输送单元，以He气为载气，将加热为气体的稀土螯合物及AlCl3 等物质输送至反
6、应沉积区，与另一管道中输送过来的SiCl4 等玻璃形成物质气体同时发生沉积反应，沉积到沉积管内壁上，从而实现掺杂,系统示意图带有气相输送单元的 MCVD,该工艺中，为得到均匀的掺杂效果，对沉积管头部带状燃烧器温度的调控至为关键若温度过高，稀土化合物会在到达反应沉积区之前发生分解，进而以不可控的行为在反应沉积区沉积，还有可能在输送管内发生碳沉积若温度过低，稀土化合物会在尚未到达带状燃烧器前在输送管内发生冷凝、重结晶等，影响反应区的沉积效率,6.MCVD法制备大模场光纤,光纤设计如根据单模传输和工作波段,最先确定纤芯半径V=2a/*NA设计参数确定为:2a=51m NA=0.15 0.01根据数值
7、孔径的定义：N A=(n12-n22)1/2,成分设计对于单模光纤：纤芯：SiO2 GeO2 包层：F-P5O2-SiO2以SiO2-GeO2-F-P2O5 玻璃体系为基础进行结构和沉积探究其中GeO2是为了提高折射率：F是为了降低折射率，P2O5可以提高折射率，降低玻璃黏度和固有散射，通过控制掺杂的量就可以使玻璃折射率大于，小于或等于SiO2的折折率原料：SiCl4、SiF4、GeCl4、BCl3、BBr3、PCl3、POCl3、SF6、CF4、CCl2F2选择卤化物原料的原因：卤化物具有很高的饱和蒸汽压，在蒸发过程中可以去除过渡金属杂质，进一步提纯原料R.L.Barns在The photo
8、chemical purification of reagents used in the MCVD process详细讲了卤化物去杂机制,1、石英反应管紧固在玻璃车床上不断旋转2、由高纯O2把液态原料SiCl4,GeCl4,POCl3等鼓泡载入反应管内3、由氢、氧火焰提供2000左右高温并沿反应管方向往复运动4、进入反应管的原料在高温下氧化反应沉积在管内壁上,经过若干次沉积后形成一定厚度的沉积层5、按常规工艺沉积隔离层,然后降低火焰温度到适宜范围去沉积SiO2-GeO2-P2O5芯层,未烧结的芯层呈不透明的疏松多孔状,参考文献：1Jain,Deepak,et.Scaling the mode
9、 area of rare-earth doped step index fiber under current state of the art MCVD technologyJCLEO:Science and Innovations,CLEO-SI 20152Peng,Kun,et.Yb-doped large-mode-area laser fiber fabricated by halide-gas-phase-doping techniqueJLaser Physics,20153Fermann,M.E.,et.Ultrafast fibre lasersJNature Photonics,20134张明慧，基于MCVD的光纤预制棒制备及其特性研究，20125James edgar phillips,Modified chemical vapor deposition and characterization of rare earth ions in heavy metal-doped silica glasses.6Gabriel puc,Rare earth doped silica fibers fabricated by vapor transport of rare earth chelates.,2023/3/6,谢谢观看,
