光纤通信是以光波为信号载体，以光导玻璃纤维为传输媒质的一种通信方式，既能大容量、低损耗地传输信号，在现代通信网中起着举足轻重的作用。光纤是光导纤维（OPTIC FIBER）的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。目前通信用的光纤，基本上是石英系光纤，其主要成分是二氧化硅，达到99.99%以上。光纤生产工艺主要分为预制棒制备和光纤拉制两大核心工序，其中预制棒制造是技术难度最高、附加值最高的环节。
预制棒制备工艺
预制棒是光纤的“母体”，其制造方法可分为化学气相沉积法（CVD）和外部沉积法两大类。
1. 化学气相沉积法（CVD）
MCVD（改进化学气相沉积法）：以石英玻璃管为衬管，通过氢氧焰加热使SiCl₄等气体在管内壁沉积二氧化硅，最终熔缩成实心预制棒。
PCVD（等离子体化学气相沉积法）：利用等离子体替代氢氧焰，沉积速率更高，但设备复杂度高。 PCVD工艺在光纤预制棒的精度控制、原材料利用率上具有先天优势，更适合生产剖面结构复杂、技术要求更高的光纤预制棒芯棒。
VAD（气相轴向沉积法）：通过轴向沉积在旋转种棒上形成疏松体，再经烧结成棒，适合大尺寸预制棒生产。VAD工艺由于其较高的沉积速率和灵活的掺杂控制，在生产剖面结构简单的单模光纤预制棒芯棒更具优势。
OVD（管外气相沉积法）：在种棒外表面沉积二氧化硅粉末，再熔缩成棒。OVD技术属于化学合成工艺，制备的石英衬套管的产品纯度极高，可达到杂质含量ppb的级别。随着制备技术的不断发展，其制造成本也在逐步降低。在沉积过程中，由于可采用一排甚至两排灯同时进行沉积，沉积速率可达到200g/min以上，同时随着沉积的进行，靶棒外径的增加，沉积效率会进一步增加，制造外径为150mm的大套管，平均沉积效率可达到60%以上，高沉积速率和高沉积效率使采用OVD工艺制得的套管具有较低的成本。缺点是合成工艺路线流程冗长，原材料利用率低，脱水烧结工艺复杂，能耗高，资金投入大。另外生产过程中使用SiCl4和卤素气体，产生大量HCl尾气，具有较大的环境压力，且生产中需要使用稀有He气，这些都是增加成本的因素。
2. 天然石英工艺
PSOD（等离子固相沉积法）：以高纯石英砂为原料，通过等离子体熔制厚壁石英管，再拉制成衬套管。该工艺的特点是以洁净干燥的空气等离子体为热源，能量集中温度高，可将石英砂直接玻璃化，生产过程不会引入羟基且不会产生有毒有害气体，无需脱水、烧结、脱羟等过程以及尾气的环保处理，工艺路线短，具有明显的成本优势。
氢氧气炼法：利用氢气和氧气，使用特殊设计的燃烧器，在专用设备上熔制石英玻璃的方法。早期较大口径的透明石英玻璃管和坩埚是用石英粉料在专用设备上利用氢氧焰直接熔制。氢氧气炼法工艺设备简单，不需要二次加热、综合能耗低。但制成的砣料尺寸波动较大，而且表面波纹严重，羟基含量高。
电熔法：以电为动力源，以天然石英砂粉料为原料熔融制备。电熔石英玻璃的制备和成型方法通常有真空电熔法、连续熔制法和离心电熔法。电熔二步法拉管工艺，理论上可制备衬套管主材和辅助管棒材，但商业化应用较少，主要用于半导体、特种光源、红外光学等。人们常用真空电熔法制备石英玻璃，再用两步法制备尺寸相对小些的管材、棒材等。真空电熔工艺制备的石英玻璃羟基含量较低；连续连熔法机械自动化程度高、生产周期长（不适合小批量多品种），具有生产成本低，产品尺寸一致性好等特点。但产品羟基含量高，需要进一步脱羟处理；离心电熔法可以制备大口径石英玻璃，此外，该方法物耗能耗低。
光纤拉制工艺和保偏光纤特殊工艺
光纤拉制是将预制棒在高温炉中加热至2000°C以上，通过精密控温、张力等参数，拉制成直径约125微米的光纤。拉丝过程需使用高纯石英靶材，但提纯难度较大。
保偏光纤需在预制棒中引入应力棒（如硼掺杂材料），通过对称打孔或沉积应力区实现双折射效应，工艺复杂度高于常规光纤。
光纤用石英材料要求
光纤用石英玻璃主要分为石英材料和石英制品；石英材料又分为天然石英材料（主材和辅材）和合成石英材料（主材）；石英制品一般指天然石英制品，只作辅材。
光纤核心需高纯二氧化硅，金属杂质需低于ppb级。合成石英材料（如CVD法）因纯度高、羟基含量低，成为主流选择。
在预制棒制作阶段，石英中的羟基会扩散到芯层内，导致光纤衰减超标；过渡金属离子会导致微观不均匀，增加光纤损耗，严重时会导致信号失真。因此必须对光纤制程用高纯石英砂的性能进行控制。
2024年7月，由中国建筑材料联合会提出，全国工业玻璃和特种玻璃标准化技术委员会（SAC/TC447）归口，久智光电子材料科技有限公司、天津富通信息科技股份有限公司等公司起草的标准《JC/T 2832-2024光纤制程用高纯石英砂》公示。文件适用于光纤主材、光纤辅材制程用高纯石英砂，包括以天然石英矿为原料通过加工、提纯等生产工艺制备的石英砂，以及以含硅化合物为原料、采用物理、化学方法制备的合成石英砂。
来源：石英产业
