2.8.1.Vật liệu chế tạo sợi
Cấu trúc cơ bản của sợi dẫn quang nhìn chung gồm có lõi và vỏ phản xạ, toàn bộ tạo nên sợi dẫn quang dài và rất mảnh, chúng có vai trò truyền thông tin cho cự ly xa và tốc độ lớn nên phải được cấu tạo từ các vật liệu phù hợp với bản chất truyền tín hiệu của chúng. Như vậy, trong qúa trình chọn vật liệu sợi quang cần phải thoả mãn yêu cầu sau:
- Vật liệu phải đảm bảo tạo được các sợi dẫn quang dài, mảnh và mềm dẻo
- Vật liệu phải đảm bảo trong suốt tại các bước sóng hoạt động thông dụng, tạo cho sợi truyền tín hiệu tốt, ít bị suy hao và méo.
- Các vật liệu chế tạo ra lõi và vỏ sợi phải có bản chất vật lý tương thích để tạo ra sự chênh lệch về chỉ số chiết suất giữa lõi và và khá nhỏ.
Vật liệu thích ứng và dùng nhiều nhất là thuy tinh và chất dẻo trong suốt. Các sợi làm bằng chất dẻo ít được dùng hơn vì suy hao của nó thường là lớn hơn các sợi thuỷ tinh. Nó chỉ được dùng cho cự ly ngắn, tốc độ thấp, và những nơi có tác động cơ học mạnh, ít quan tâm tới chất lượng truyền dẫn, thực chất thì sợi chất dẻo đôi khi bị lạm dụng trong các
2.8.2.Các phương pháp chế tạo sợi quang
Có hai phương pháp chế tạo sợi quang:
Phương pháp thứ nhất: là vật liệu làm ruột và làm vỏ được đưa vào lò nấu chảy rồi cho kéo chảy ra ngoài thành dạng sợi
Phương pháp thứ hai: Sử dụng phôi có sẵn cũng gồm có vỏ và ruột đêm kéo nóng thành sợi.
Yêu cầu nhiệt độ và tốc độ kéo rất ổn định để đảm bảo kích thước hình học và dạng của đường cong biến thiên theo yêu cầu.Phải chú ý tránh bụi bẩn và tạp chất để không làm hỏng bề mặt của sợi. Khi sợi kéo ra còn đang óng sẽ được phủ lớp bảo vệ luôn, để sau khi nguội đã có lớp bảo vệ hoàn chỉnh và đồng đều
2.8.3.Các phương pháp chế tạo phôi sợi 2.8.3.1.Phương pháp thanh ống cổ điển
Phương pháp này được sủ dụng vào thời kỳ đầu thử nghiệm chế tạo sợi quang có tiêu hao bé. Sử dụng một thanh thủy tinh hoặc thanh thạch anh, dự kiến làm vật liệu ruột sợi luồn vào một ống thủy tinh có chiết suất bé hơn định để làm vỏ sợi. Đường kính ngoài của thanh phải rất khít với đường kính trong của ống, không cũn khe hở cho khụng khớ lọt vào. Phương pháp này chỉ để chế tạo sợi đa mốt SI
Phương pháp này có nhược điểm là nếu trên bề mặt phân cách của vỏ và ruột phôi có khuyết tật, không đồng đều hoặc không tinh khiết thỡ khi kộo thành sợi vẫn cũn lại cỏc khuyết tật đó, gây nên tổn hao tán xạ lớn.
Hỡnh 2.17. Phương phỏp nấu nồi đụi
Dùng phương pháp này để chế tạo ra sợi chứ không để chế phụi. *Ưu điểm:
- Tránh được cỏc chỗ khuyết tật trờn lớp phõn cỏch- ruột sợi mà phương pháp thanh ống gặp phải
Trờn hỡnh vẽ giới thiệu tổng quát phương pháp này. Thủy tinh làm vỏ và ruột sợi được nấu riờng thành cỏc chất lỏng rồi đưa vào nồi hai lớp riờng rẽ. Đầu ra nồi nấu đôi này có van hai lớp để kộo sợi ra. Nhờ đổ thờm thủy tinh liờn tục nờn trong quỏ trỡnh nấu và kộo liờn tục cú thể đạt được sợi rất dài. Sợi nóng được kộo qua bề phủ chất bảo vệ trước khi được cuốn thành cuộn. Dùng phương pháp này có thể chế sợi SI và sợi GI. Lũ nấu chế từ chất Platin tinh khiết để khụng gõy tạp chất. Tuy nhiờn nồi nấu cũng vẫn cú thể mang tạp chất vào thủy tinh nấu, làm cản trở việc chế tạo cỏc sợi cú suy hao bộ. Sự biến thiờn của chiết suất sợi đạt được nhờ sự khuyếch tỏn của thủy tinh núng chảy tại lớp phõn chia vỏ lừi và nhờ sự kết hợp của hai loại thủy tinh. Để chế tạo sợi đơn mốt có đường kớnh rất bộ thỡ phương pháp này chưa thực hiện được.
2.8.3.3.Phương pháp đọng hơi hóa chất
Các phương pháp chế tạo sợi quang hiện đại đều cú chung một nguyờn lý cơ bản là dung phương pháp đọng hơi để chế tọa phôi, sau đó kéo thành sợi tức là chế tạo phụi sợi từ
thể hơi. Yêu cầu phải đạt được tức là phụi cũng phải cú hai lớp vỏ và lừi, kớch thước tỷ lệ vỏ và lừi cũng như sự biến thiờn của chiết suất của phụi phải theo đúng giá trị như của loại sợi định chế tạo. Đây chính là một thành cụng của cụng nghệ mới. Như thế cú thể chế tạo được sợi dưới dạng thô sau đó kéo nhỏ sợi thành sợi cần cú. Nhờ cụng nghệ mới này mới cú thể chế được sợi đơn mốt SM cú tổn hao bộ vỡ sợi tạo thành từ thể khớ khụng mang lẫn tạp chất. Trong phương pháp đọng hơi hóa chất xuất hiện một số phương pháp dẫn xuất khác nhau, nhưng đếu khụng chệch khỏi nguyờn lý cơ bản này.
2.8.3.3.1.Phương pháp đọng hơi hóa chất: (chemical vapour deposition- CVD)
Sơ đồ của phương pháp này cho trên hỡnh
Hỡnh 2.18. Phương phỏp đọng hơi hoỏ chất
Khi chế tạo để thay đổi chiết suất người ta phải sử dụng thờm chất phụ gia như GeO2, P2O5, B, F, trong đó GeO2 và P2O5 làm tăng chiết suất, cũn B, F thỡ làm giảm chiết suất cua thủy tinh thạch anh
Nguyờn liệu sử dụng là một ống thạch anh thuần khiết. Cỏc chất lỏng Tetra-clorit- silic SiCl4, Tetra-clorit-Giecmani GeCl4, cỏc chất khớ O2, PCl3, BCl3 (FCl3) tựy nhà sản xuất mà cú những loại phụi sợi với thành phần và vỏ ruột như sau:
a : Vỏ là thủy tinh SiO2, ruột là SiO2 + GeO2
Ống thạch anh được quay trũn quanh trục. Quanh ống cú nguồn đốt cú thể là một bộ cộng hưởng súng cực ngắn để cú thể đạt nhiệt độ 1500 ữ 0 1600 C. Cỏc nguyờn liệu được0 đưa vào ống, ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng húa học. Sau cỏc phản ứng cỏc vật liệu cấu thành vỏ và ruột rơi vào thành ống theo từng lớp. Sau đó nung chảy ống để ống co lại thành một phụi đặc.
2.8.3.3.2.Phương pháp đọng hơi hóa chất nhờ Plasma (Plasma chemical vapour Deposition- PCVD)
Khỏi quỏt về phương pháp này như hỡnh vẽ:
Hỡnh 2.19: Phương phỏp PCVD tạo phụi
Cũng là phương pháp đọng hơi hóa chất bờn trong. Cỏc nguyờn liệu ở thể hơi do một hệ thống cung cấp vào ống thủy tinh đặt trong lũ nung ở 11500C. Quỏ trỡnh phản ứng xảy ra nhờ một vựng Plasma sinh ra nhờ bộ cộng hưởng súng cực ngắn. Bộ này cú thể di chuyển dọc theo ống. Bơm để giữ ỏp lực trong ống để tạo Plasma và hỳt khớ thừa ra. Đường bao chiết suất rất chớnh xỏc nhờ tạo được hàng nghỡn lớp rất mỏng trờn thành ống sau đó ống này được nung chảy ở 20000C để tạo thành phôi đặc.
2.8.3.3.3.Phương pháp đọng hơi hóa chất bờn ngoài ( Outside Chemical Vapour Deposition- OCVD)
tinh được thay bằng một thanh thủy tinh. Cho cỏc vật liệu đọng hơi ở xung quanh thanh cũng theo phương pháp trên. Khi đó phủ đủ cỏc lớp yờu cầu, cho rỳt nhanh thanh thủy tinh ra cũn lại một ống phụi rỗng. Tiếp tục nung chảy ống ở 20000C để có phôi đặc. Theo phương pháp này có thể tạo ra được phụi khỏ lớn để kéo được sợi quang dài hàng chục kilomet.
2.8.3.3.4.Phương pháp đọng hơi hóa chất theo trục ( Vapour Axial Deposition- VAD)
- Đây là một phương pháp rất tốt được phỏt triển ở Nhật Bản và luôn được cải tiến. Cỏc vật liệu tạo ruột và vỏ sợi được bốc hơi và ngưng tụ vào đầu của một thanh thủy tinh xoay trũn liờn tục. Khi di chuyển thanh dọc trục sẽ tạo được phôi. Điều chỉnh hàm lượng cỏc chất phụ gia để cú chiết suất để cú chiết suất yờu cầu. Sau đó kéo phôi này qua lũ nung để tạo kích thước hỡnh học đều cho phụi sợi. Ưu điểm của phương pháp này là có tốc độ đọng hơi lớn và hiệu suất sử dụng nguyờn liệu cao tới 60- 80℅. Theo phương pháp này người ta chế được sợi có độ rộng băng truyền dẫn rất lớn
2.8.4.Quỏ trỡnh kộo sợi
Nguyờn lý của quỏ trỡnh kộo sợi từ phôi được mụ tả trờn hỡnh vẽ:
Hỡnh 2.20. Nguyờn lý của quỏ trỡnh kộo sợi từ phụi
Sợi kộo ra từ lũ nung cú đường kính ngoài đúng yêu cầu. Để có kích thước hỡnh học đều và đường bao chiết suất ổn định thỡ nhiệt độ của phụi và tốc độ kộo phải rất ổn định.
Lưu ý khụng cho bụi bẩn bỏm vào trờn mặt sợi cũn núng, cú thể sinh ra cỏc chỗ gẫy nhỏ sau này. Hai lớp phủ bảo vệ bờn trong mềm và bờn ngoài cứng, là loại quang húa chất. Nguồn bức xạ cực tím giúp cho đạt được tốc độ kộo sợi rất lớn.