光纖如何製造：預製棒、拉絲、塗覆與張力篩選

電信光纖是一根直徑 125 µm 的玻璃絲，由一根棒球棒大小的預製棒以每秒數十米的速度拉製而成，在不到一秒的時間內完成塗覆，出廠前沿全長施加 1 % 應變的張力篩選。製造工藝解釋了工程師日後遇到的大多數數字：為甚麼模場直徑的公差是 ±0.4 µm，為甚麼不同廠商的光纖接續損耗會略高，為甚麼安裝應變被限制在篩選張力的一小部分，為甚麼現代光纖具有氫老化安全性，以及為甚麼 200 µm 光纖需要不同的熔接機設定。本頁跟隨從原料化學品到成品盤纖的全過程，並說明這些工藝在現場意味著甚麼。

材料

材料	作用
SiCl₄（四氯化矽）	超純二氧化矽原料；在火焰或爐內氧化或水解生成 SiO₂ 煙灰
GeCl₄ → GeO₂	提高折射率——幾乎所有電信光纖的纖芯摻雜劑；略微增加瑞利散射
氟（SiF₄、C₂F₆、SF₆）	降低折射率——用於凹陷包層、耐彎曲 G.657 光纖的溝槽、純矽芯光纖的包層
POCl₃ → P₂O₅	降低黏度，用於 MCVD 包層；使玻璃對氫敏感——老式光纖老化差的原因之一
Al₂O₃、Er、Yb、Tm	用於放大器和激光器的有源光纖，通過對多孔煙灰進行溶液摻雜加入
Cl₂ 和 He	乾燥與燒結固化：氯將 OH 降至 1 ppb 以下（低水峰），氦氣吹掃多孔體
紫外固化丙烯酸酯	雙層塗覆：軟的一次塗層（模量約 1 MPa）緩衝玻璃，硬的二次塗層（約 1 GPa）保護玻璃
色標油墨、光纖帶基質	識別（12 種顏色）與光纖帶組裝

預製棒工藝

工藝	原理	使用者	優勢
MCVD（改進化學氣相沉積，貝爾實驗室 1974 年）	蒸氣在由外部火炬加熱的旋轉石英管內流動；煙灰逐層沉積（先包層後纖芯）；石英管隨後塌縮為實心棒	大多數廠商，所有特種光纖製造商	靈活：可製作摻鉺光纖、保偏光纖、色散補償光纖；預製棒尺寸中等
PCVD（等離子體增強化學氣相沉積）	與 MCVD 類似，但用微波等離子體代替火炬；沉積數千層極薄的層	漸變折射率多模光纖製造商	折射率分佈精確——用於 OM3/OM4/OM5
OVD（外部氣相沉積法）	火焰產生的煙灰沉積在旋轉的靶棒上，先沉積纖芯層；取出靶棒後，多孔體在 Cl₂ 中乾燥並燒結為透明玻璃	大批量單模和多模光纖生產	OH 含量極低，預製棒大，纖芯與包層一次成型
VAD（軸向氣相沉積法）	煙灰在向上提拉的旋轉棒端部生長；連續工藝	大批量單模光纖生產	預製棒極長，OH 含量低，產量高
外包層法（RIC——套管法；煙灰外包；套管法）	承載全部折射率分佈的芯棒外部包覆廉價合成石英——拉絲時熔覆的套管，或額外的煙灰	所有廠商	昂貴的摻雜玻璃僅佔體積的百分之幾

成品預製棒直徑 100–200 mm，長 1–3 m。一根 150 mm × 2 m 的預製棒可拉製出約 2 500–3 000 km 的 125 µm 光纖；現代最大的預製棒產量超過 5 000 km。

拉絲

步驟	發生的過程	數值
爐區	預製棒尖端在石墨或氧化鋯感應爐中軟化	1 900–2 100 °C
縮頸與拉絲	從熔融尖端拉出細絲；速度決定直徑	20–40 m/s（1 200–2 500 m/min），現代拉絲塔更快
直徑控制	激光測徑儀測量裸光纖直徑，並反饋給捲繞輪速度	標稱 125 ± 0.7 µm，實際可達 ± 0.1 µm
冷卻	充氦套管將玻璃冷卻到足以塗覆的溫度	不到一米內降溫數百攝氏度
一次塗覆	軟丙烯酸酯通過加壓模具塗敷，紫外燈固化	達約 190 µm
二次塗覆	硬丙烯酸酯，固化	標準 245 ± 10 µm；高密度光纜用 200 ± 10 µm
加撚	拉絲過程中光纖交替順時針和逆時針扭轉，混合雙折射軸	PMD 係數 < 0.1 ps/√km，而 1980 年代光纖為 0.5–2 ps/√km
捲繞輪與收線	張力控制下捲繞到光纖盤上	每盤 25–50 km；拉絲塔高 20–40 m

染色工序添加一層油墨（或採用有色二次塗層）；光纖帶將 4–12 根有色光纖黏合在基質中，可捲曲光纖帶則採用間歇黏合，以便捲成管狀。

篩選試驗與品質保證

測試	方法（IEC 60793-1-xx）	G.652.D 規格
篩選試驗	每米光纖承受 0.69 GPa（100 kpsi，約 1 % 應變）張力持續 ≥ 1 s（第 1-30 部分）；海底光纖和特種光纖為 1.38 GPa	會在該應力下斷裂的任何缺陷都在此斷裂，而不是在地下斷裂
幾何參數	包層直徑、不圓度、纖芯-包層同心度（第 1-20 部分）	125 ± 0.7 µm；≤ 1 %；≤ 0.6 µm——連接器和熔接對準依賴於此
衰減	在 1310/1550/1625 nm 處截斷法（第 1-40 部分）加光譜掃描；每盤均做 OTDR 檢測均勻性和點缺陷	典型值 ≤ 0.35 / 0.21 / 0.23 dB/km；點缺陷 ≤ 0.05 dB
模場直徑	遠場掃描法（第 1-45 部分）	1310 nm 處 9.2 ± 0.4 µm
截止波長	第 1-44 部分	成纜截止波長 ≤ 1 260 nm
色度色散	相移法（第 1-42 部分）	λ₀ = 1 300–1 324 nm，斜率 ≤ 0.092 ps/(nm²·km)
PMD	第 1-48 部分	鏈路設計值 ≤ 0.20 ps/√km
宏彎損耗	第 1-47 部分	30 mm 半徑纏繞 100 圈 ≤ 0.1 dB（1625 nm）
塗層	剝離力 1.3–8.9 N（第 1-32 部分）、塗層幾何形狀、捲曲度	現場剝除的一致性
氫老化	IEC 60793-2-50	暴露後增量 ≤ 0.01 dB/km——現代光纖具有氫老化安全性

每盤光纖出廠時都附有實測數據表。光纜廠商保留光纖盤→光纜→纖芯編號的對應關係；驗收時應索取這些光纖數據表——它們是你線路網絡的第一份基線數據（參見文件與標示）。

特種光纖及其製造差異

光纖	製造差異	用途
耐彎曲 G.657	在纖芯周圍沉積一層摻氟溝槽環（MCVD/PCVD 或 OVD）	FTTH 入戶、高密度配線架、200 µm 光纜
漸變折射率多模 OM3–OM5	數千層拋物線形（α ≈ 2）折射率分佈；每根預製棒都測量差分模時延	短距 VCSEL 鏈路
摻鉺（EDF）	多孔纖芯煙灰在燒結前浸泡於鉺/鋁溶液中；每個放大器用長度很短（數米）	EDFA
保偏（PANDA、蝶形）	在預製棒中鑽孔並插入硼摻雜應力棒，或製作異形應力區	相干收發器內部、傳感器、泵浦合束器
色散補償（DCF）	纖芯小、折射率差大，產生很大的負色散	老式 10G/40G 色散補償
純矽芯 G.654	未摻雜纖芯，摻氟包層；大有效面積變體（G.654.E）	海底與長途相干傳輸：0.15–0.17 dB/km
空芯（NANF 及同類）	堆疊拉絲法製作的石英毛細管束形成空氣纖芯；光速快 1.46 倍，非線性效應極低	時延敏感鏈路、科研；2020 年代已有低於 0.2 dB/km 的損耗報道
多芯	125–200 µm 包層內含 4–7 個纖芯，由堆疊預製棒拉製	空分複用、2020 年代以來的海底系統
耐輻射	摻氟纖芯和包層，不含鍺	核工業、航天、加速器
碳或金屬塗層	在拉絲塔上、塗覆丙烯酸酯之前施加密封碳層	石油天然氣、富氫及高溫環境

為甚麼網絡工程師需要關心這些

製造事實	現場影響
MFD 公差為 ± 0.4 µm	不同廠商或不同年代光纖之間的接續可能多損耗 0.02–0.05 dB；在 OTDR 上表現為增益或損耗（參見接續與端接）
篩選試驗採用 1 % 應變	長期安裝應變限制在篩選值的 20 %（0.2 %），施工應變限制在 60 %（參見可靠性與老化）
同心度 ≤ 0.6 µm	連接器損耗主要由插芯和研磨工藝決定，而非玻璃本身
1990 年代末以來的加撚工藝	2000 年後生產的任何光纖都可運行 100G 相干傳輸；1995 年前的光纖需要做 PMD 測試（參見光纖特性測試）
低 OH 乾燥工藝	1383 nm 水峰已消除：E 波段 CWDM 和 1625/1650 nm 監測均可使用（參見衰減與窗口）
200 µm 塗層	光纜更細，但夾具、剝線器設定和切割刀夾持器必須與之匹配；200/250 µm 混合熔接需要正確的夾具
成纜衰減 > 光纖衰減	應按光纜數據表中的成纜值設計，而非光纖本身的數值（參見光纜結構）
光纖帶	採用大芯數熔接機，每次熔接 12 根光纖；按光纖帶位置識別

在 CodingBox 中

光模組對光纖是如何製造的一無所知，但它為 SMF、OM3 和 OM4 標定的長度都假定光纖符合這些公差 ——即 G.652.D 或標稱的 OM 等級。CodingBox 會顯示這些長度欄位；對於非常規光纖（G.654、G.653、空芯光纖），標定距離並不適用，鏈路預算須依據光纖自身的數據表重新構建（參見 Check transceiver、光纖類型）。

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