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神奇!光纤是怎样制造出来的?

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19世纪初,人类发现光可以利用全内反射原理在水和玻璃等介质内传播后,有人开始意识到,如果我们能拉出超细的玻璃丝,实现光导长距离传输,必将应用无限。

神奇!光纤是怎样制造出来的?插图

但是科学家们尝试了无数办法,怎么也拉不出又长又细、均匀而坚韧的玻璃纤维。

一位叫C.V.Boys的物理学家出现了。

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C.V.Boys首先将玻璃放入一个极小的容器里,加热融化再气吹。

失败!

接下来,他造了一把。与一般的枪不同,这把枪火力更集中,希求通过瞬间的爆发力拉出玻璃纤维丝。

失败!

那就造一支火箭筒。他认为火箭筒的速度更快,一定可以拉出均匀的玻璃丝。

失败!

C.V.Boys看着他的火箭筒,表情沮丧,怎么办呢?

终于,他想出了一个高度科学的解决方案——

C.V.Boys专门设计了一把用于拉光纤的弩…

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▲C.V.Boys设计的弩

1887年的某一天,C.V.Boys将一根加热的玻璃棒放在弩上,当玻璃棒熔化,扣动扳机,在实验室里拉出了一道长长的玻璃纤维。

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▲实验场景无法还原,漫画代替

C.V.Boys终于拉出了世界上第一根光纤,足足有9英尺长。

100多年过去了,如今光纤已成为地球的血管,密密麻麻的分布于世界,为我们编织出丰富精彩的信息生活。今天的光纤是怎么制造出来的呢?同样不简单。

光纤由纯度极高的光学玻璃制成。我们家里的玻璃窗是透明,通常玻璃越厚就越不透明,这是因为玻璃中有杂质。

光纤用的玻璃有多纯呢?即使有几公里厚,你也能透过这个玻璃看清物体。

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▲光纤结构:纤芯和包层是不可分离的,纤芯与包层合起来组成裸光纤

光纤的制作过程主要分为:预制棒制备、光纤拉丝和测试三个过程。

预制棒制备

预制棒生产主要有MCVD、OVD、VAD和PCVD等工艺,本文只介绍MCVD工艺。

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MCVD(modified chemical vapor deposition)工艺由贝尔实验室于1974年开发。它将由SiCl4(氯化硅)、GeCl4(氯化锗)和其它化学物质组成的气态混合物导入到石英玻璃管(包层)中,并在石英管外旋转加热,硅和锗氧化反应,形成SiO2(二氧化硅)和GeO2(二氧化锗),并驻留在石英管内构成光纤的主要部分。

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针对光纤的折射率、膨胀系数和熔点等,可通过气态混合物的成分浓度来控制。

当预制棒冷却后,要进行质量(折射率)测试。

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▲预制棒

2光纤拉丝

将预制棒放入光纤拉丝塔,进行拉丝。预制棒经拉丝,被拉成125µm粗细的光纤,并涂上二层树脂以保护光纤的强度。

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▲光纤拉丝塔组成

光纤拉丝塔内有一个石墨炉,可产生17000-2000度的高温,使预制棒软化,再由拉丝轮卷绕而拉成细长的光纤。拉丝塔有一个信息反馈系统,用来反馈炉温和绕速等,以通过激光测微计来精确控制光纤直径。

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为增强光纤强度,在拉丝过程中还要及时为光纤涂上一层很薄的树脂,并及时烘干避免相互黏附。

拉丝完成后,还需要对成品光纤进行测试,内容主要包括:抗拉强度、折射率、光纤结构、衰减、信息承载能力(带宽)、色散、工作温度和湿度范围等。

光纤就是这样制造出来的!

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正是这根小小的玻璃丝,今天彻底改变了人类的生活。毫不夸张的讲,光纤通信是人类史上一次超越时间和空间的奇迹,从蒸汽机的发明,到轮船、火车,人类从来没有如此拉近过时空距离。正是小小的光纤,成就了我们今天远在千里、近在咫尺的通信生活。

神奇的光纤!

原文来自微信公众号:网优雇佣军

本文链接:http://www.yunweipai.com/20046.html

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