3.3. Метод парофазного осевого осаждения (VAD)

Схема процесса VAD, разработанного японскими фирмами (среди которых NTT, «Sumitomo» и др.), приведена на рис. 3.16. В отличие от метода OVD в методе VAD пары исходных галогенидов подают в неподвижную кислородно-водородную горелку, а образующиеся в результате гидролиза частицы оксиды осаждаются на торец затравочного штабика с образованием пористой заготовки, которая по мере роста поднимается таким образом, чтобы фронт роста оставался на од ном и том же месте. Схема установки VAD показана на рис. 3.17 видно, насколько эта установка является сложной в аппаратурном оформлении для автоматического контроля следующих основных параметров процесса:

— скорости поступления паров исходных галогенидов;

— местоположения торца пористой заготовки с точностью ±50 мкм, ибо изменение местоположения роста ведет к вариациям диаметра пористой заготовки и профиля ПП;

— температуры пламени горелки, от которой зависит состав частиц;

— температуры нагрева торца пористой заготовки, что определяет степень пористости заготовки;

— давления внутри реактора, которое влияет на форму пламени и, следовательно, на вариации диаметра пористой заготовки и профиль ПП;

— скорости вращения заготовки, при этом отклонение оси растущей заготовки от вертикали должно быть не более ± 0,1 мм на 1 м;

— температуры печи сушки и остекловывания пористой заготовки и т.д.

Рис. 3.16. Схема процесса VAD: 1 – затравочный штабик, 2 – графитовая печь, 3 -мелкие частицы SiO₂*GeO₂, 4 – горелки, 5 – пористая заготовка, 6 – остеклованная заготовка

Первоначально метод VAD использовался для формирования германосиликатной сердцевины заготовок многомодовых градиентных ОВ. Профиль ПП формировался путем пространственной диффузии оксидных частиц различного состава, образующихся при использовании либо двух горелок, либо одной многосопельной горелки, при этом в каждую горелку или сопло подают ПГС постоянного состава. Диаметр осаждающихся частиц составлял 0,05…0,2 мкм и зависел от концентрации легирующих компонентов, температуры пламени и торца пористой заготовки. Полученную заготовку из германосиликатного стекла затем вставляли в «сухую», чистую кварцевую трубку, которая служила в качестве светоотражающей оболочки.

Рис. 3.17. Схема установки VAD метода: 1 — реактор напыления; 2- горелка; 3- печь остекловывания; 4- механизмы подъема и вращения; 5- камера газовой защиты; 6- пористая заготовка; 7- прозрачная заготовка; 8- блок лазерного сканирования; 9- блок приема лазерного излучения; 10- блок регулирования диаметра; 11- датчик давления; 12- блок управления; 13- регулятор расхода газа; 14- накопительная емкость; 15- сканер; 16- пироприемник. Точность местоположения торца пористой заготовки ±50мкм, соосность элементов установки — менее ±50мкм

Исследование свойств частиц, осаждающихся из пламени горелки на поверхность кварцевой трубки, в системах SiO₂*GeO₂ и SiO₂*B₂O₃ показало, что в зависимости от температуры подложки (трубки) наблюдается образование кристаллической или стеклообразной фазы. Например, для системы SiO₂*GeO₂ при температуре ниже 400⁰С образуется кристаллический GeO₂, а при более высокой – стеклообразный диоксид германия. Японские исследователи предложили следующие модели для объяснения данного факта. При температуре подложки ниже 400⁰С вначале образуются твердые частицы диоксида кремния, между которыми находятся включения кристаллической фазы GeO₂ (рис. 3.18 а). При температуре подложки выше 400⁰С вначале образуются частицы диоксида кремния, которые затем покрываются стеклом SiO₂*GeO₂ (рис. 3.18 б).

На процесс получения пористой заготовки оказывает влияние множество факторов, таких как расстояние от горелки до поверхности роста, угол наклона горелки к оси вращения заготовки, характер течения газа из горелки и т.д., величины которых определяли экспериментально. Для иллюстрации в таблице 3.2.приведены данные о зависимости между углом наклона горелки и флуктуациями наружного диаметра пористой заготовки и скоростью ее роста в осевом направлении. Из таблицы 3.2 видно, что оптимальным является угол наклона горелки к оси заготовки 40⁰.

Рис. 3.18. Модель структуры частиц SiO2-GeO2, полученных при разных температурах: а- температура ниже 400 °С, б- температура выше 500°С

Таблица 3.2 Влияние угла наклона горелки на флуктуации диаметра и скорость роста пористой заготовки