Kako globalni val računarske inteligencije raste, optička vlakna-"krvni sudovi" komunikacionih mreža- doživljavaju potražnju bez presedana. Ipak, cijeli industrijski lanac je usko grlo naizgled neupadljivom staklenom šipkom, koja je sada izuzetno rijetka roba. Cijene predformi optičkih vlakana su skočile, a najveći rast se približava 550%. Zbog čega je teško doći do ovog materijala?
Nedavno, vođena eksplozijom potražnje za AI računarstvom i restrukturiranjem globalnog lanca snabdevanja, industrija optičkih vlakana i kablova je ušla u ciklus procvata „zajedno raste količina i cena“, sa punim knjigama narudžbi kompanija. Međutim, najveće usko grlo za proširenje kapaciteta u kompanijama za optička vlakna i kablove je preforma optičkih vlakana, opšte poznata kao "preformna šipka". Kao odgovor na snažnu potražnju, vodeći domaći igrači ubrzavaju vlastito istraživanje i razvoj i širenje proizvodnje preforma.
1. Nedostatak predformiranih šipki: Zašto je to postalo usko grlo u industriji?
Podrazumijeva se da je direktno ograničenje globalne opskrbe optičkim vlaknima gornji materijal-preforma optičkog vlakna, koja se obično naziva "šip predforme". Predforma je cilindrični štap od kvarcnog stakla visoke -čistoće, sa središnjim dijelom (jezgrom, koji se naziva i slojem jezgre) od staklenog materijala sa većim indeksom prelamanja i vanjskim slojem (obložni sloj) od stakla sa nižim indeksom prelamanja. Kao "majka" proizvodnje optičkih vlakana, prečnik štapa predforme kreće se od nekoliko desetina milimetara do 210 mm, a dužina od jednog do nekoliko metara. Jedna preformirana šipka može proizvesti hiljade kilometara optičkih vlakana. U zavisnosti od čistoće i kvaliteta sirovina, preciznosti tehnologije i procesa proizvodnje, kvalitet gotovih predformi značajno varira. Kvalitet predforme uvelike utiče na kvalitet i karakteristike dobijenog optičkog vlakna, kao što su čistoća, vlačna čvrstoća, efektivni indeks prelamanja i slabljenje. Predforma čini oko 70% distribucije dobiti u lancu industrije optičkih vlakana, daleko više od 20% vlakana i 10% kablova; ranije je to bio i materijal za koji je strana tehnologija držala utisak.
Industrija klasifikuje predforme u tri kategorije: A, B i C. Trenutno, najtraženiji proizvod-preforme je "preforma optičkih vlakana A2", koja daje vlakno sa jakom otpornošću na savijanje, široko korišteno u AI infrastrukturi i vlaknima-za--kućne aplikacije.
Potražnja za A2 preformama, visoko-kategorijom, je eksplodirala, s prosječnim cijenama koje su porasle za skoro 550% u odnosu na početak prošle godine. Podaci pokazuju da su kotacije A2 preforme porasle sa 22-30 juana po ekvivalentnom kilometru vlakana početkom 2025. na 160 juana po ekvivalentnom kilometru vlakana sredinom 2026., što je povećanje od skoro 550%.
2. Dešifriranje procesa: glavne proizvodne tehnologije za predforme optičkih vlakana
Izrada štapa jezgra
Tipične metode za proizvodnju šipke jezgre predforme optičkih vlakana spadaju u dvije kategorije:
Metode unutar{0}}unutarnje cijevi, uključujući modificirano hemijsko taloženje parom (MCVD) i plazma hemijsko taloženje parom (PCVD);
Metode vanjske{0}}cijevi, uključujući vanjsko taloženje parom (OVD) i aksijalno taloženje parom (VAD).
Modificirano hemijsko taloženje pare (MCVD)
MCVD koristi ultra-čist kisik kao plin za prijenos sirovina kao što su silicijum hlorid i dodatke kao što je cerij hlorid u rotirajuću, zagrijanu kvarcnu cijev (1400–1600 stepeni). Reaktanti se podvrgavaju hemijskoj reakciji za proizvodnju čađi-poput SiO₂ oksida, koji se taloži na unutrašnjem zidu obložne cijevi i zatim se zagrijavanjem sinteruje u prozirni stakleni sloj.
Plazma hemijsko taloženje pare (PCVD)
PCVD je u osnovi sličan MCVD-u, ali umjesto korištenja vanjskog izvora topline, mikrovalna šupljina stvara plazmu koja osigurava toplinu za reakciju. Sirovine se unose u cijev za oblaganje od kvarcnog stakla; mikrotalasi se spajaju u cev, pobuđujući reakcione gasove u stanje plazme. Reakcija nanosi stakleni sloj na unutrašnju površinu cijevi za oblaganje. Nakon što se nanese dovoljno staklenih slojeva, cijev obloge se zagrijava u izvoru topline i slaže u čvrstu predformu, koja postaje jezgra.
Vanjsko taloženje pare (OVD)
U OVD-u, sirovine (uglavnom SiCl₄ i dopant GeCl₄) se ubacuju kao gasovi u gorionik vodonik-kiseonik. Oni hidroliziraju u plamenu kisika i vodika kako bi formirali SiO₂ i druge proizvode, koji postoje u obliku čađi i talože se na keramičku ciljnu šipku koja se neprekidno okreće. Nakon višestrukih prolaza kako bi se postigla željena veličina, porozna predforma se uklanja sa ciljne šipke, čime se dobiva porozna šipka s jezgrom. OVD se može koristiti za izradu osnovnog sloja predforme ili u kombinaciji s drugim metodama proizvodnje jezgre i šipke za proizvodnju vanjske obloge.
Aksijalno taloženje pare (VAD)
VAD je u osnovi sličan OVD, osim što se taloženje ne događa radijalno na vanjsku površinu ciljnog štapa, već aksijalno na vrh sjemene kvarcne šipke.
Proizvodnja kvarcnih cijevi i navlaka za predforme
Kvarcna cijev se koristi kao supstrat za taloženje u procesima unutar cijevi kao što su MCVD i PCVD. Unutrašnja obloga i materijal jezgre se uzastopno talože unutar kvarcne cijevi, koja se zatim skuplja u šipku predforme; cijev kvarcne obloge postaje dio vanjske obloge.
Proces umetanja šipke sa jezgrom u cijev s navlakom i njihovog sažimanja u konačnu predformu optičkog vlakna naziva se metoda navlake (RIC ili šipka u cilindru). Kvarcne navlake postaju dio optičkog vlakna tokom izvlačenja, tako da moraju ispunjavati stroge zahtjeve za tačnost dimenzija, čistoću i kvalitet.
Za proizvodnju kvarcnih košuljica i navlaka za predforme, mejnstrim tehnologija na međunarodnom nivou je OVD proces, dok se kod kuće (Kina) koristi PSOD (plasma čađi vanjsko taloženje) proces.
Vanjsko taloženje pare (OVD)
OVD je eksterni proces hemijskog taloženja parom sa širokom primenom, uključujući direktnu proizvodnju šipki jezgra i, što je još važnije, kao tehniku taloženja spoljašnje obloge. Za vanjsku oblogu, OVD može ili postaviti vanjske slojeve direktno na šipku jezgre da bi proizveo predformu, ili može proizvesti kvarcne cijevi sa jezgrom neovisno (bez šipke jezgre) za kasniju upotrebu kao obloge u MCVD ili PCVD proizvodnji jezgre-šip, ili kao navlake usklađene sa šipkom jezgra u RIT ili RIC procesima.
Visokofrekventna plazma čvrsta vanjska taloženja (PSOD)
PSOD proces koristi visokofrekventnu induktivno spregnutu plazmu za jonizaciju zraka, stvarajući plazma plamen koji topi prirodni kvarcni pijesak i taloži ga na centralnu cijev. Nakon taloženja, rezultujuća gruba obrada se hladno obrađuje u šuplji rukav sa preciznim dimenzijama. Ovaj rukav služi kao vanjski omotač; uparuje se sa jezgrom odgovarajuće geometrije i veličine, a zatim se obrađuje tehnikom RIC (šipka u cilindru) kako bi se formirala predforma optičkog vlakna velikog prečnika, koja se zatim uvlači u vlakno. Kako bi se osigurao kvalitet vlakana, kritični su kvalitet topljenja kvarcnog pijeska tokom PSOD-a, sadržaj nečistoća i preciznost hladne obrade kvarcnog proizvoda.