Оскільки глобальна хвиля обчислювальної потужності ШІ зростає, оптичні волокна-«кровоносні судини» комунікаційних мереж-відчувають безпрецедентний попит. Проте весь ланцюжок промисловості обмежений, здавалося б, непомітною скляною паличкою, яка зараз є надзвичайно дефіцитним товаром. Ціни на преформи оптичних волокон різко зросли, причому найбільше зростання наблизилося до 550%. Чому цей матеріал так важко знайти?
Нещодавно під впливом різкого зростання попиту на обчислення зі штучним інтелектом і реструктуризації глобального ланцюга постачання галузь оптичних волокон і кабелів увійшла в цикл буму «обсяг і ціна зростають разом», а книги замовлень компаній переповнені. Однак найбільшим вузьким місцем для розширення потужностей оптичних волокон і кабельних компаній є преформа оптичного волокна, широко відома як «стрижень преформи». У відповідь на високий попит провідні вітчизняні гравці прискорюють власні дослідження та розробки та розширюють виробництво преформ.
1. Дефіцит преформованих стрижнів: чому це стало вузьким місцем у галузі?
Зрозуміло, що прямим обмеженням глобального постачання оптичного волокна є вихідний матеріал-преформа оптичного волокна, яку зазвичай називають «стрижнем преформи». Преформа являє собою циліндричний стрижень із високо-чистого кварцового скла, центральна частина якого (стрижень серцевини, також званий серцевиною) виготовлена зі скляного матеріалу з вищим показником заломлення, а зовнішній шар (шар оболонки) виготовлений зі скла з нижчим показником заломлення. Діаметр стрижня преформи коливається від кількох десятків міліметрів до 210 мм, а довжина – від одного до кількох метрів, як «мати» виробництва оптичних волокон. Один стрижень преформи може виготовити тисячі кілометрів оптичного волокна. Залежно від чистоти та якості сировини, точності технології та процесу виробництва якість готової преформи значно коливається. Якість преформи значною мірою впливає на якість і характеристики отриманого оптичного волокна, такі як чистота, міцність на розрив, ефективний показник заломлення та загасання. На преформу припадає близько 70% розподілу прибутку в ланцюжку промисловості оптичного волокна, що набагато більше, ніж 20% волокна та 10% кабелю; Раніше це також був матеріал, де іноземні технології тримали душну хватку.
Промисловість класифікує преформи за трьома категоріями: A, B і C. Наразі найбільш затребуваним-продуктом преформ є «преформа оптичного волокна A2», яка дає волокно з високою стійкістю до вигину, яке широко використовується в інфраструктурі штучного інтелекту та оптоволокно-для--дому.
Попит на преформи формату A2, високо-категорію, різко зріс, середні ціни зросли майже на 550% порівняно з початком минулого року. Дані показують, що ціни на преформи A2 зросли з 22–30 юанів за еквівалентний волоконний кілометр на початку 2025 року до 160 юанів за еквівалентний волоконний кілометр у середині 2026 року, тобто збільшення майже на 550%.
2. Дешифрування процесу: основні технології виробництва преформ оптичних волокон
Виготовлення сердечника
Типові способи виготовлення сердечника заготовки оптичного волокна поділяються на дві категорії:
Методи внутрішньо{0}}трубки, зокрема модифіковане хімічне осадження з парової фази (MCVD) і плазмове хімічне осадження з парової фази (PCVD);
Методи-зовнішньої трубки, зокрема осадження з парової фази (OVD) і осьове осадження з парової фази (VAD).
Модифіковане хімічне осадження з парової фази (MCVD)
MCVD використовує надзвичайно чистий кисень як газ-носій для подачі сировини, як-от хлорид кремнію, і легуючих добавок, як-от хлорид церію, у обертову нагріту кварцову трубку (1400–1600 градусів). Реагенти вступають у хімічну реакцію з утворенням сажі-, як оксид SiO₂, який осідає на внутрішній стінці труби вкладиша, а потім спікається в прозорий скляний шар шляхом нагрівання.
Плазмохімічне осадження з парової фази (PCVD)
PCVD принципово схожий на MCVD, але замість використання зовнішнього джерела тепла мікрохвильова порожнина генерує плазму, щоб забезпечити тепло для реакції. Сировина вводиться в гільзову трубку з кварцового скла; мікрохвилі поєднуються в трубку, збуджуючи реакційні гази в стан плазми. Реакція утворює скляний шар на внутрішній поверхні трубки вкладиша. Після нанесення достатньої кількості скляних шарів трубка вкладиша нагрівається в джерелі тепла та згортається в тверду заготовку, яка стає сердечником.
Зовнішнє осадження з парів (OVD)
У OVD сировина (головним чином SiCl₄ і допант GeCl4) подається у вигляді газів у воднево-кисневий пальник. Вони гідролізуються в киснево-водневому полум’ї з утворенням SiO₂ та інших продуктів, які існують у вигляді сажі та осідають на керамічному стрижні, що безперервно обертається. Після кількох проходів для досягнення бажаного розміру пористу преформу видаляють із цільового стрижня, утворюючи пористий сердечник. OVD можна використовувати для виготовлення основного шару преформи або в поєднанні з іншими методами виготовлення серцевинних стрижнів для виготовлення зовнішньої оболонки.
Осьове осадження з парової фази (VAD)
VAD принципово подібний до OVD, за винятком того, що осадження відбувається не радіально на зовнішню поверхню цільового стрижня, а аксіально на кінчик затравочного кварцового стрижня.
Виробництво кварцових вкладишів і гільз для преформ
Кварцова труба вкладиша використовується як субстрат для осадження в процесах усередині труби, таких як MCVD і PCVD. Внутрішня оболонка та матеріал серцевини послідовно осідають всередину кварцової труби вкладиша, яка потім згортається в стрижень преформи; кварцова трубка вкладиша стає частиною зовнішнього покриття.
Процес вставлення сердечника в трубку-гільзу та згортання їх у кінцеву преформу оптичного волокна називається методом гільзи (RIC або стрижень-у-циліндрі). Кварцові гільзи стають частиною оптичного волокна під час витягування, тому вони повинні відповідати суворим вимогам щодо точності розмірів, чистоти та якості.
Для виробництва кварцових вкладишів і рукавів для преформ основною міжнародною технологією є процес OVD, тоді як усередині країни (Китай) використовується процес PSOD (плазмове осадження сажі назовні).
Зовнішнє осадження з парів (OVD)
OVD — це процес зовнішнього хімічного осадження з парової фази, який має широке застосування, включаючи безпосереднє виробництво сердечників і, що важливо, як техніку осадження зовнішньої оболонки. Для зовнішньої оболонки OVD може або наносити зовнішні шари безпосередньо на стержень серцевини для виготовлення преформи, або він може виробляти кварцові труби вкладишів незалежно (без стрижня сердечника) для подальшого використання як вкладиші при виготовленні стрижня сердечника MCVD або PCVD, або як рукави, узгоджені з стержнем сердечника в процесах RIT або RIC.
Високочастотне плазмове осадження твердого тіла (PSOD)
Процес PSOD використовує високочастотну плазму з індуктивним зв’язком для іонізації повітря, утворюючи плазмове полум’я, яке плавить природний кварцовий пісок і осідає його на центральній трубі. Після осадження отримана груба заготовка піддається холодній обробці в порожнисту гільзу точних розмірів. Цей рукав служить зовнішньою обшивкою; він узгоджується зі стержнем серцевини відповідної геометрії та розміру, а потім обробляється за допомогою технології RIC (стрижень у циліндрі) для формування заготовки оптичного волокна великого діаметру, яка потім витягується у волокно. Для забезпечення якості волокна якість плавлення кварцового піску під час PSOD, вміст домішок і точність холодної обробки кварцового продукту є критичними.