ऑप्टिकल फाइबर विनिर्माण में शुद्धता की समस्या ईमानदारी से अधिकांश लोगों की समझ से कहीं अधिक क्रूर है। हम संदूषण के स्तर के बारे में बात कर रहे हैं जो धातु आयनों के लिए 1 पीपीबी से कम होना चाहिए और यदि आप पूर्ण तरंग ऑप्टिकल फाइबर के साथ काम कर रहे हैं, तो ओएच आयन की आवश्यकता लगभग बेतुके 0.8 पीपीबी तक गिर जाती है। मानक शुद्ध SiCl₄ और GeCl₄ बस इसे काटते नहीं हैं, बंद भी नहीं करते हैं।
यहाँ वाष्प दबाव वास्तव में क्यों मायने रखता है?
तो यहाँ इन सभी प्रीफ़ॉर्म प्रक्रियाओं के बारे में बात है {{0}MCVD, PCVD, VAD, OVD-ये सभी वाष्प चरण जमाव पर निर्भर हैं। लेकिन जो चीज वास्तव में शुद्धिकरण के लिए यह काम करती है वह सिर्फ जमाव ही नहीं है। यह चयनात्मक वाष्पीकरण है जो सामग्री के प्रतिक्रिया क्षेत्र तक पहुंचने से पहले होता है।
मान लीजिए, SiCl₄ के लिए 55 डिग्री (क्वथनांक 57.6 डिग्री) पर बैठे एक बुलबुले फ्लास्क की कल्पना करें। तरल लगातार वाष्पित हो रहा है, जिससे वाष्प का दबाव P₁ सतह के ऊपर बनता है, जबकि वायुमंडलीय दबाव P₂ नीचे की ओर धकेलता है। जब ये दबाव P₃ पर बराबर हो जाते हैं, तो आप उस पर पहुँच जाते हैं जिसे हम संतृप्त वाष्प दबाव कहते हैं। इसे थोड़ा और गर्म करें, और P₁, P₂ से अधिक हो जाता है, अधिक अणु गैस चरण में कूद जाते हैं। इसे ठंडा करें, संक्षेपण हावी हो जाता है।
इसका सौंदर्य? अधिकांश धात्विक अशुद्धियों का क्वथनांक SiCl₄ या GeCl₄ (जो 83.1 डिग्री पर उबलता है) से कहीं अधिक होता है। वे बस तरल अवस्था में रहते हैं जबकि शुद्ध पदार्थ वाष्पीकृत हो जाता है। उदाहरण के लिए, अकेले इस प्रक्रिया से लौह संदूषण 20 पीपीबी से घटकर 1 पीपीबी तक हो सकता है। यह बिना किसी जटिल रासायनिक उपचार के 20 गुना कमी है।
सामग्री वितरण पर एमसीवीडी की राय
एमसीवीडी प्रणालियों में, उच्च शुद्धता वाली ऑक्सीजन एमएफसी के माध्यम से बबल फ्लास्क में प्रवाहित होती है। यह एक वाहक गैस के रूप में कार्य करता है, जो संतृप्त वाष्प को डिलीवरी लाइनों के माध्यम से और क्वार्ट्ज ट्यूब में ले जाता है जहां वास्तविक जादू होता है {{2}रासायनिक वाष्प प्रतिक्रिया और आंतरिक दीवार पर परत {{3} द्वारा परत जमाव होता है।
यहां तापमान नियंत्रण बहुत ही जटिल है। बहुत अधिक गर्मी, और आप अशुद्धियाँ वाष्पीकृत करना शुरू कर देते हैं। बहुत ठंड है, और आपको पर्याप्त सामग्री प्रवाह नहीं मिलता है। मीठा स्थान आम तौर पर क्वथनांक से कुछ डिग्री नीचे होता है, जिससे वह संतुलन बना रहता है जहां आपको उस क्षेत्र में प्रवेश किए बिना अधिकतम शुद्ध वाष्प मिल रहा है जहां से दूषित पदार्थ आना शुरू हो जाते हैं।
ओवीडी और वीएडी: अलग ज्यामिति, समान भौतिकी
ओवीडी और वीएडी प्रक्रियाएं अपने बाहरी जमाव सेटअप के कारण चीजों को अलग-अलग तरीके से संभालती हैं। एक बुलबुला फ्लास्क को एक ट्यूब में डालने के बजाय, आपको कई गैस धाराएँ मिलती हैं {{1}O₂, H₂, Ar-साथ ही आपके SiCl₄ और GeCl₄ वाष्प सभी अलग-अलग टॉर्च नोजल से निकलते हैं।
ये प्रणालियाँ वास्तव में उचित गैस धाराएँ बनाने के लिए कच्चे माल को उनके क्वथनांक से ऊपर गर्म करती हैं। SiCl₄ 57.6 डिग्री से आगे बढ़ जाता है, GeCl₄ 83.1 डिग्री से आगे निकल जाता है। लेकिन -और यह महत्वपूर्ण है-तापमान अभी भी अशुद्धियों के क्वथनांक से काफी नीचे रहता है। तो आपको अभी भी वह आसवन प्रभाव प्राप्त हो रहा है, बस अधिक आक्रामक विन्यास में। टॉर्च सेटअप के लिए इसकी आवश्यकता होती है क्योंकि आपको परिभाषित गैस जेट की आवश्यकता होती है, न कि केवल एक धारा में वाष्प की।
नतीजा? आधुनिक फाइबर विशिष्टताओं द्वारा मांग की गई शुद्धता के स्तर के साथ कालिख कणों को प्रीफॉर्म करें।
अशुद्धता की समस्या के बारे में कोई भी पर्याप्त बात नहीं करता
धातु आयन स्पष्ट खलनायक हैं। लोहा, क्रोमियम, तांबा-ये सभी प्रकाश को अवशोषित करते हैं और हानि पैदा करते हैं। लेकिन OH आयन डरपोक हैं। वे विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण शिखर बनाते हैं, विशेष रूप से 1383 एनएम के आसपास, जिसने ऐतिहासिक रूप से एक "जल शिखर" बनाया जिसने शुरुआती फाइबर सिस्टम को कुछ तरंग दैर्ध्य खिड़कियों से पूरी तरह से बचने के लिए मजबूर किया।
पूर्ण {{0}वेव फ़ाइबर ने उप-1 पीपीबी ओएच सामग्री की मांग करके खेल को बदल दिया, और ईमानदारी से कहें तो, वहां पहुंचने के लिए संपूर्ण सामग्री प्रबंधन श्रृंखला पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता थी। यह अब केवल बुलबुला फ्लास्क तापमान के बारे में नहीं है। वितरण प्रणाली में प्रत्येक वाल्व, प्रत्येक लाइन, प्रत्येक सील एक संभावित संदूषण स्रोत बन जाता है।
आप बबल फ्लास्क में सही आसवन कर सकते हैं और फिर भी यदि कोई छोटा सा रिसाव आपकी डिलीवरी लाइनों में नमी दे रहा है तो उच्च ओएच के साथ समाप्त हो सकता है। यही कारण है कि फ़ाइबर प्रीफ़ॉर्म फैब्रिकेशन लैब सेमीकंडक्टर क्लीनरूम की तरह दिखते हैं -क्योंकि इन शुद्धता स्तरों पर, वे मूल रूप से होते हैं।
तापमान प्रवणता और चयनात्मक वाष्पीकरण
एक द्वितीयक शुद्धिकरण प्रभाव है जिस पर पर्याप्त ध्यान नहीं दिया जाता है: थर्मल ग्रेडिएंट पृथक्करण। यहां तक कि बबल फ्लास्क के भीतर भी, आपको तापमान में भिन्नता मिलती है। तरल सतह सबसे गर्म होती है, जबकि फ्लास्क की दीवारों के पास का क्षेत्र एक या दो डिग्री ठंडा हो सकता है।
इससे सूक्ष्म संवहन धाराएं बनती हैं जो वास्तव में ठंडे क्षेत्रों में अशुद्धियों को केंद्रित करने में मदद करती हैं जबकि शुद्ध सामग्री अधिमानतः गर्म सतह से वाष्पीकृत हो जाती है। यह एक छोटा सा प्रभाव है, हो सकता है कि समग्र शुद्धिकरण में 10{3}}15% का योगदान दे, लेकिन जब आप पीपीबी-स्तर की शुद्धता का पीछा कर रहे हैं, तो हर छोटा सा हिस्सा मायने रखता है।
कुछ प्रणालियाँ कई आसवन चरण बनाने के लिए अपनी डिलीवरी लाइनों में जानबूझकर चरणबद्ध तापमान क्षेत्रों का भी उपयोग करती हैं। वाष्प ठंडे बिंदु पर संक्षेप में संघनित होता है, फिर अगले गर्म क्षेत्र में पुनः वाष्पित हो जाता है, जिससे हर बार अशुद्धियों की एक और परत निकल जाती है।
संख्याओं का वास्तव में क्या मतलब है
जब हम कहते हैं "1 पीपीबी धातु आयन से नीचे," तो हम 10⁹ में एक भाग के बारे में बात कर रहे हैं। इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, यदि आपके पास SiCl₄ से भरा स्विमिंग पूल है, तो एक पीपीबी संदूषक की एक बूंद से भी कम के बराबर होगा।
इन स्तरों पर भी शुद्धता मापने की विश्लेषणात्मक तकनीकें {{0}ICP{1}}MS, GDMS{{2}इतनी परिष्कृत हैं कि नमूना संभालना अपने आप में एक चुनौती बन जाती है। यदि आप सावधान नहीं हैं तो माप प्रक्रिया के दौरान आप अपना नमूना दूषित कर सकते हैं।
और यहाँ निराशाजनक हिस्सा है: पूर्ण रूप से 0.8 पीपीबी ओएच प्राप्त करने के लिए वेव फाइबर के लिए न केवल कच्चे माल को शुद्ध करने की आवश्यकता होती है, बल्कि संपूर्ण प्रक्रिया वातावरण को नियंत्रित करने की भी आवश्यकता होती है। यहां तक कि अति शुद्ध नाइट्रोजन में भी थोड़ी नमी हो सकती है। यहां तक कि सिलेंडरों से निकलने वाली "सूखी" ऑक्सीजन भी पर्याप्त रूप से सूखी नहीं होती है। अधिकांश गंभीर प्रीफॉर्म ऑपरेशन केवल विशिष्टताओं को पूरा करने के लिए अपने स्वयं के गैस शोधन सिस्टम को चलाने लगते हैं।
सामग्री प्रवाह गतिशीलता
इन बुलबुला फ्लास्क के माध्यम से वास्तविक प्रवाह दर जमाव प्रक्रिया और वांछित डोपिंग स्तर के आधार पर भिन्न होती है। चूंकि आप एक छोटे से आंतरिक सतह क्षेत्र पर जमा कर रहे हैं, इसलिए एमसीवीडी की प्रवाह दर अपेक्षाकृत कम हो सकती है। ओवीडी बाह्य निक्षेपण तेजी से सामग्री का उपभोग करता है क्योंकि आप एक कालिख का गोला बना रहे हैं जिसका व्यास कई इंच हो सकता है।
यह प्रवाह दर बुलबुला फ्लास्क में संतुलन को प्रभावित करती है। उच्च निकासी दरें वास्तव में वाष्पीकरणीय शीतलन के माध्यम से तरल को ठंडा कर सकती हैं, जिससे लगातार वाष्प दबाव बनाए रखने के लिए सक्रिय तापमान मुआवजे की आवश्यकता होती है। कुछ प्रणालियाँ गर्म वितरण लाइनों का उपयोग न केवल संक्षेपण को रोकने के लिए करती हैं, बल्कि चयनात्मक संघनन और पुनः वाष्पीकरण के माध्यम से वाष्प चरण संरचना को सक्रिय रूप से नियंत्रित करने के लिए भी करती हैं।
इंजीनियरिंग तेजी से जटिल हो जाती है, शायद यही कारण है कि अधिकांश पेपर सरल वाष्प दबाव संतुलन पर ध्यान केंद्रित करते हैं और गतिशील प्रभावों पर प्रकाश डालते हैं।
पूरी प्रणाली मूल रूप से एक सतत आसवन स्तंभ है जो अपेक्षाकृत कम तापमान पर काम करती है, इस तथ्य का लाभ उठाते हुए कि सिलिकॉन और जर्मेनियम टेट्राक्लोराइड अस्थिर होते हैं जबकि उनकी अशुद्धियाँ नहीं होती हैं। सिद्धांत रूप में सरल, निष्पादन में दुःस्वप्न जब आप पूर्ण तरंग फाइबर प्रीफॉर्म में 0.8 पीपीबी ओएच का पीछा कर रहे हों।
