光纤预制棒是制造光纤的核心原材料，其生产工艺决定了最终光纤的性能。这些工艺都属于气相沉积法，其核心思想是利用高温化学反应，将高纯度气态原料转变为玻璃微粒，然后沉积并烧结成透明的玻璃棒。

我们将详细解说三种主流的光纤预制棒生产工艺：MCVD、OVD和VAD。

改良化学气相沉积法（MCVD）

MCVD工艺在石英管内部进行化学沉积，是制造高质量光纤的经典技术。

• 核心原理：
  • 将高纯度的原料气体（如 SiCl4, GeCl4）通入一根高速旋转的石英管内部。
  • 管外有一把移动的氢氧焰加热炬，当加热炬扫过时，管内气体在高温下发生氧化反应，生成纳米级的玻璃微粒（烟灰）。
  • 这些微粒在热泳效应的作用下，从高温区域向低温区域移动，沉积在管内壁上。
  • 加热炬再次扫过时，将疏松的烟灰层烧结成透明致密的玻璃层。
• 工艺步骤：
  1. 沉积： 在旋转的石英管内分层沉积，首先沉积纯净的包层，然后通过加入掺杂剂 (GeCl4) 沉积纤芯。
  2. 塌缩： 沉积完成后，提高温度，使中空的石英管完全收缩成实心的预制棒。
• 优缺点：
  • 优点： 沉积在封闭环境，纯净度极高；折射率分布控制非常精确。
  • 缺点： 沉积效率低，属于批次生产，产量有限。

外部气相沉积法（OVD）

OVD工艺与MCVD相反，是在靶棒外部进行沉积，以实现更高的生产效率。

• 核心原理：
  • 高纯度原料气体从喷灯喷出，在氢氧火焰中发生水解反应。
  • 生成的玻璃烟灰沉积在一根不断旋转且可轴向移动的靶棒外部，形成一个多孔的烟灰预制体。
• 工艺步骤：
  1. 沉积： 喷灯来回移动，首先沉积纤芯，然后通过改变气体配方沉积包层，形成一个多孔的烟灰棒。
  2. 取出靶棒： 沉积完成后，将中心的靶棒小心取出。
  3. 烧结： 将烟灰棒放入烧结炉中，在高温下烧结成透明、致密的实心预制棒。
• 优缺点：
  • 优点： 沉积速率快，可以制造大尺寸预制棒，生产效率高。
  • 缺点： 沉积过程在开放环境中，易受污染；烧结过程复杂，可能影响精度。

轴向气相沉积法（VAD）

VAD工艺是一种可以实现连续生产的高效方法。

• 核心原理：
  • 使用多个喷灯，在石英籽棒的端面垂直喷射原料气体。
  • 在火焰中水解反应生成的玻璃烟灰，连续不断地在籽棒端面沉积，使其沿着轴向不断生长，形成一个多孔的烟灰预制体。
• 工艺步骤：
  1. 生长： 籽棒以恒定速度向上拉起，同时喷灯持续喷射气体。烟灰不断沉积在籽棒端面，形成一个连续生长的烟灰棒。
  2. 脱水与烧结： 生长完成的烟灰棒被送入炉中，在高温下进行脱水和烧结，变成致密的玻璃预制棒。
• 优缺点：
  • 优点： 连续生产，自动化程度高，生产效率和产量最高，生产成本低。
  • 缺点： 折射率分布控制相对复杂，对工艺稳定性要求高。