保偏光纖的制造工藝直接決定其性能穩定性、成本及量產(chǎn)能力。傳統保偏光纖因依賴(lài)SAP（應力施加部），存在母材熱應力大、易破裂、制造流程復雜等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足光開(kāi)關(guān)、數據中心等場(chǎng)景的大規模應用需求。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）基于新型保偏光纖結構，優(yōu)化設計了兩套高效制造工藝，既解決了傳統工藝的痛點(diǎn)，又能保障產(chǎn)品與光開(kāi)關(guān)的適配性，本文將詳細解析保偏光纖的制造流程、工藝要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施。

一、制造工藝的核心設計理念

新型保偏光纖制造工藝的核心目標是：在保證產(chǎn)品性能（低連接損耗、穩定保偏性能）的前提下，降低制造難度、提升量產(chǎn)能力，同時(shí)確保產(chǎn)品與光開(kāi)關(guān)、標準光纖的適配性。其設計理念主要包括：

1.      材料兼容性?xún)?yōu)化：選用熱膨脹系數差異≤5×10??/K的玻璃材質(zhì)，避免母材一體化過(guò)程中因熱應力導致的破裂。

2.      結構可制造性提升：采用圓筒對稱(chēng)的母材的母材設計，通過(guò)鉆孔、插入低折射率部母材的方式形成非對稱(chēng)折射率分布，無(wú)需復雜的非圓形加工。

3.      流程簡(jiǎn)化：合并關(guān)鍵工序，縮短制造周期，降低生產(chǎn)成本，為光開(kāi)關(guān)等設備提供高性?xún)r(jià)比的配套產(chǎn)品。

二、第1實(shí)施方式制造工藝（光學(xué)母材+低折射率部母材一體化）

第1實(shí)施方式制造工藝的核心是先形成保偏光學(xué)母材，再附加共通物理包層，適用于單纖芯、多纖芯等多種保偏光纖類(lèi)型，流程清晰、可控性強。

圖1 第1實(shí)施方式所涉及的制造方法流程圖

1.工序分解與操作要點(diǎn)

（1）母材準備工序（S1a）

4.      光學(xué)母材：由纖芯部和光學(xué)包層部組成，采用圓筒對稱(chēng)結構，纖芯部折射率高于光學(xué)包層部，材料為含GeO?的二氧化硅玻璃（GeO?含量根據折射率需求調整），熱膨脹系數與后續低折射率部母材差異≤5×10??/K。

5.      共通物理包層母材（第2包層母材）：采用不含GeO?的二氧化硅玻璃，外周沿規定軸具有平移對稱(chēng)性（優(yōu)選圓筒對稱(chēng)），熱膨脹系數與光學(xué)母材纖芯部差異≤5×10??/K，避免一體化時(shí)產(chǎn)生熱應力。

6.      低折射率部母材：采用含氟或氯的二氧化硅玻璃，折射率低于光學(xué)母材纖芯部，圓筒對稱(chēng)結構，外徑可根據后續鉆孔尺寸調整，熱膨脹系數與光學(xué)母材差異≤5×10??/K。

（2）光學(xué)母材鉆孔工序（S1b）

在光學(xué)母材上加工一對圓筒狀孔，孔的中心軸與光學(xué)母材中心軸平行，且關(guān)于光學(xué)母材中心軸點(diǎn)對稱(chēng)（圖6）：

7.      鉆孔位置：孔的一部分位于纖芯部，剩余部分延伸至光學(xué)包層部，確保低折射率部插入后能與纖芯有效接觸。

8.      尺寸控制：孔的內徑與低折射率部母材外徑匹配，誤差≤±0.1μm，避免插入后產(chǎn)生間隙影響性能。

（3）低折射率部母材插入工序（S1c）

將低折射率部母材逐根插入光學(xué)母材的孔中：

9.      預處理：對低折射率部母材進(jìn)行外徑精磨，確保與孔徑的適配性，表面粗糙度Ra≤0.1μm。

10.    插入方式：采用機械輔助插入，確保低折射率部母材中心軸與孔中心軸重合，避免偏心導致的性能不均。

（4）保偏光學(xué)母材一體化工序（S1d）

將插入低折射率部母材的光學(xué)母材加熱一體化：

11.    加熱參數：溫度控制在1500℃-1600℃，保溫時(shí)間2-4小時(shí)，確保玻璃完全熔融結合。

12.    質(zhì)量控制：一體化后檢查保偏纖芯的結構完整性，低折射率部與纖芯的接觸面積≥設計值的95%，無(wú)氣泡、裂紋等缺陷。

（5）共通物理包層母材鉆孔工序（S1e）

在共通物理包層母材上加工至少一個(gè)圓筒狀孔，孔的中心軸與包層母材規定軸平行：

13.    鉆孔數量：根據保偏光纖的纖芯配置確定，單纖芯產(chǎn)品加工1個(gè)孔，多纖芯產(chǎn)品加工對應數量的孔（如8纖芯產(chǎn)品加工8個(gè)孔）。

14.    孔徑控制：孔徑與保偏光學(xué)母材外徑匹配，誤差≤±0.2μm，確保插入后包層的圓度。

（6）保偏光學(xué)母材插入工序（S1f）

將保偏光學(xué)母材逐根插入共通物理包層母材的孔中：

15.    定位精度：保偏光學(xué)母材中心軸與孔中心軸重合度誤差≤±0.1μm，多纖芯配置時(shí)，各保偏光學(xué)母材的相對位置偏差≤±0.2μm。

（7）保偏光纖母材一體化工序（S1g）

將插入保偏光學(xué)母材的共通物理包層母材加熱一體化：

16.    加熱工藝：溫度1450℃-1550℃，保溫3-5小時(shí)，實(shí)現包層與保偏光學(xué)母材的緊密結合。

17.    殘留應力控制：一體化后母材的殘留應力絕對值最大值≤100MPa，避免后續紡絲過(guò)程中破裂。

（8）紡絲工序（S1h）

將保偏光纖母材加熱熔融并延伸紡絲：

18.    紡絲參數：加熱溫度1600℃-1700℃，延伸速度5-10m/min，光纖外徑控制在125μm±2μm（標準規格）。

19.    性能檢測：紡絲過(guò)程中實(shí)時(shí)監測光纖的模場(chǎng)扁平率、雙折射等參數，確保f=0.05-0.40，雙折射≥5×10??。

2.工藝變形例（邊一體化邊紡絲）

為進(jìn)一步縮短制造周期，可將共通物理包層母材與保偏光學(xué)母材的一體化和紡絲工序合并：

圖2 第1實(shí)施方式變形例所涉及的制造方法流程圖

20.    關(guān)鍵調整：在共通物理包層母材的孔一端封堵后，插入保偏光學(xué)母材，直接加熱使兩者熔融一體化并延伸紡絲（工序S1i）。

21.    優(yōu)勢：減少單獨的一體化保溫工序，生產(chǎn)效率提升30%以上，適合大批量生產(chǎn)，降低光開(kāi)關(guān)配套產(chǎn)品的供應成本。

三、第2實(shí)施方式制造工藝（基本光纖母材+低折射率部母材）

第2實(shí)施方式制造工藝的核心是先制備包含纖芯部和包層部的基本光纖母材，再在基本母材上鉆孔插入低折射率部母材，流程更簡(jiǎn)潔，尤其適合多纖芯保偏光纖的制造。

圖3 第2實(shí)施方式所涉及的制造方法流程圖

1.工序分解與操作要點(diǎn)

（1）母材準備工序（S2a）

22.    纖芯母材：采用含GeO?的二氧化硅玻璃，圓筒對稱(chēng)結構，折射率高于后續包層母材，半徑根據最終產(chǎn)品需求調整（3μm-6μm）。

23.    包層母材：包含光學(xué)包層部和共通物理包層部，采用不含GeO?的二氧化硅玻璃，外周沿規定軸具有平移對稱(chēng)性，熱膨脹系數與纖芯母材差異≤5×10??/K。

24.    低折射率部母材：與第1實(shí)施方式相同，采用含氟或氯的二氧化硅玻璃，圓筒對稱(chēng)結構，熱膨脹系數與纖芯母材、包層母材差異均≤5×10??/K。

（2）包層母材鉆孔工序（S2b）

在包層母材上加工至少一個(gè)圓筒狀孔，孔的中心軸與包層母材規定軸平行：

25.    鉆孔位置：孔的分布根據保偏纖芯配置確定，多纖芯產(chǎn)品需保證各孔的相對位置精度≤±0.2μm。

26.    孔徑控制：孔徑與纖芯母材外徑匹配，誤差≤±0.1μm，確保纖芯母材插入后定位精準。

（3）纖芯母材插入工序（S2c）

將纖芯母材逐根插入包層母材的孔中：

27.    定位要求：纖芯母材中心軸與孔中心軸重合度誤差≤±0.1μm，多纖芯配置時(shí)，各纖芯母材的保偏方向需符合設計要求（如平行、旋轉對稱(chēng)）。

（4）基本光纖母材一體化工序（S2d）

將插入纖芯母材的包層母材加熱一體化：

28.    加熱參數：溫度1500℃-1600℃，保溫2-4小時(shí)，確保纖芯與包層的緊密結合。

29.    質(zhì)量檢測：一體化后基本光纖母材的纖芯位置偏差≤±0.1μm，包層圓度≥95%，無(wú)氣泡、裂紋等缺陷。

（5）基本光纖母材鉆孔工序（S2e）

在基本光纖母材的每個(gè)纖芯部周?chē)庸ひ粚A筒狀孔：

30.    鉆孔位置：孔關(guān)于纖芯中心軸點(diǎn)對稱(chēng)，部分位于纖芯部，部分延伸至光學(xué)包層部，與第1實(shí)施方式的鉆孔要求一致。

31.    尺寸精度：孔徑與低折射率部母材外徑匹配，誤差≤±0.1μm，孔的中心軸與纖芯中心軸距離d符合設計要求（0.2≤(d-r40)/r10≤0.6）。

（6）低折射率部母材插入工序（S2f）

將低折射率部母材逐根插入基本光纖母材的孔中，操作要點(diǎn)與第1實(shí)施方式的S1c一致，確保插入后低折射率部與纖芯有效接觸。

（7）保偏光纖母材一體化工序（S2g）

將插入低折射率部母材的基本光纖母材加熱一體化：

32.    加熱工藝：溫度1450℃-1550℃，保溫3-5小時(shí)，實(shí)現低折射率部與纖芯、包層的緊密結合。

33.    殘留應力控制：一體化后母材的殘留應力絕對值最大值≤100MPa，保障后續紡絲過(guò)程的穩定性。

（8）紡絲工序（S2h）

與第1實(shí)施方式的S1h一致，加熱熔融保偏光纖母材并延伸紡絲，實(shí)時(shí)監測光纖性能，確保產(chǎn)品符合光開(kāi)關(guān)適配要求。

2.工藝變形例（邊一體化邊紡絲）

將基本光纖母材與低折射率部母材的一體化和紡絲工序合并：

圖4：第2實(shí)施方式變形例所涉及的制造方法流程圖

34.    關(guān)鍵調整：在基本光纖母材的孔一端封堵后，插入低折射率部母材，直接加熱使兩者熔融一體化并延伸紡絲（工序S2i）。

35.    優(yōu)勢：省略單獨的一體化保溫工序，生產(chǎn)周期縮短20%-30%，同時(shí)減少母材轉移過(guò)程中的污染風(fēng)險，提升產(chǎn)品合格率。

四、工藝優(yōu)化要點(diǎn)與質(zhì)量控制

1.材料選擇與兼容性控制

36.    玻璃成分優(yōu)化：纖芯、包層、低折射率部均采用二氧化硅玻璃體系，B?O?質(zhì)量分數≤1%，避免因成分差異導致的熱膨脹系數不匹配。

37.    雜質(zhì)控制：玻璃中OH基含量≤10ppm，氯、氟等摻雜元素的分布均勻性≤±5%，確保折射率分布穩定，提升保偏性能。

2.尺寸精度控制

38.    鉆孔精度：采用激光鉆孔技術(shù)，孔徑誤差≤±0.1μm，孔的中心軸平行度誤差≤±0.05μm，確保低折射率部與纖芯的定位精度。

39.    紡絲外徑控制：采用激光測徑儀實(shí)時(shí)監測，光纖外徑誤差≤±2μm，包層圓度≥95%，適配光開(kāi)關(guān)的端口連接要求。

3.性能檢測與追溯

40.    在線(xiàn)檢測：紡絲過(guò)程中實(shí)時(shí)監測模場(chǎng)扁平率、雙折射、偏振串擾等參數，不合格產(chǎn)品實(shí)時(shí)剔除。

41.    離線(xiàn)檢測：對成品光纖進(jìn)行長(cháng)度、連接損耗、彎曲損耗等測試，彎曲半徑10mm時(shí)，彎曲損耗≤0.5dB/m，確保在光開(kāi)關(guān)設備中的布線(xiàn)適應性。

42.    追溯體系：建立每批次產(chǎn)品的材料、工藝、檢測數據追溯檔案，便于質(zhì)量問(wèn)題排查和客戶(hù)需求響應。

五、廣西科毅制造優(yōu)勢與產(chǎn)品保障

廣西科毅光通信科技有限公司憑借多年光開(kāi)關(guān)及光通信組件的生產(chǎn)經(jīng)驗，在保偏光纖制造方面形成了三大核心優(yōu)勢：

43.    工藝成熟：采用第2實(shí)施方式變形例工藝，實(shí)現邊一體化邊紡絲，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品合格率≥98%，能滿(mǎn)足光開(kāi)關(guān)配套產(chǎn)品的大規模供應需求。

44.    定制化能力強：可根據客戶(hù)光開(kāi)關(guān)的端口參數、傳輸距離要求，調整制造工藝參數，定制纖芯配置、性能指標符合需求的保偏光纖。

45.    質(zhì)量穩定：建立全流程質(zhì)量控制體系，從材料采購到成品出廠(chǎng)共設置12個(gè)檢測節點(diǎn)，確保產(chǎn)品的模場(chǎng)扁平率、雙折射、連接損耗等參數穩定達標，與光開(kāi)關(guān)的適配性?xún)?yōu)異。

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