Didėjant pasaulinei AI skaičiavimo galios bangai, optinių skaidulų -ryšio tinklų „kraujagyslių“- paklausa yra neregėta. Vis dėlto visą pramonės grandinę kliudo iš pažiūros nepastebimas stiklinis strypas, kuris šiuo metu yra nepaprastai menka prekė. Šviesolaidžių ruošinių kainos išaugo, o didžiausias augimas artėjo prie 550%. Kodėl taip sunku gauti šią medžiagą?
Pastaruoju metu dėl išaugusios dirbtinio intelekto paklausos ir pasaulinės tiekimo grandinės restruktūrizavimo optinio pluošto ir kabelių pramonė įžengė į bumo ciklą, kai „kartu auga apimtis ir kaina“, o įmonių užsakymų knygos buvo pilnos. Tačiau didžiausia optinio pluošto ir kabelių įmonių pajėgumų didinimo kliūtis yra optinio pluošto ruošinys, paprastai žinomas kaip „ruošinio strypas“. Atsižvelgdami į didelę paklausą, pirmaujantys vietiniai žaidėjai spartina savo MTTP ir ruošinių gamybos plėtrą.
1. Ruošinių strypų trūkumas: kodėl tai tapo pramonės kliūtimi?
Suprantama, kad tiesioginis visuotinio optinio pluošto tiekimo apribojimas yra prieš srovę gaunama medžiaga{0}}optinio pluošto ruošinys, paprastai vadinamas „ruošinio strypu“. Ruošinys yra cilindrinis strypas iš didelio -grynumo kvarcinio stiklo, kurio centrinė dalis (šerdies strypas, dar vadinamas šerdies sluoksniu) pagamintas iš stiklo medžiagos, turinčios didesnį lūžio rodiklį, ir išorinis sluoksnis (apdengimo sluoksnis) iš stiklo, kurio lūžio rodiklis mažesnis. Kaip optinio pluošto gamybos „motina“, ruošinio strypo skersmuo svyruoja nuo kelių dešimčių milimetrų iki 210 mm, o ilgis – nuo vieno iki kelių metrų. Vienas ruošinio strypas gali pagaminti tūkstančius kilometrų optinio pluošto. Priklausomai nuo žaliavų grynumo ir kokybės, technologijos ir gamybos proceso tikslumo, gatavo ruošinio kokybė labai skiriasi. Ruošinio kokybė labai įtakoja gaunamo optinio pluošto kokybę ir charakteristikas, tokias kaip grynumas, atsparumas tempimui, efektyvus lūžio rodiklis ir slopinimas. Ruošinys sudaro apie 70 % pelno paskirstymo šviesolaidžio pramonės grandinėje, daug daugiau nei pluošto 20 % ir kabelio 10 %; Anksčiau tai taip pat buvo medžiaga, kurioje užsienio technologijos laikė smaugimą.
Pramonė skirsto ruošinius į tris kategorijas: A, B ir C. Šiuo metu geidžiamiausias -ruošinių gaminys yra „A2 optinio pluošto ruošinys“, iš kurio gaunamas pluoštas, pasižymintis dideliu atsparumu lenkimui, plačiai naudojamas AI infrastruktūroje ir šviesolaidžio -prie{4}}namų programoms.
A2 ruošinių – aukščiausios klasės{1}} kategorijos, paklausa išaugo – vidutinės kainos išaugo beveik 550 %, palyginti su praėjusių metų pradžia. Duomenys rodo, kad A2 ruošinių kainos pakilo nuo 22–30 juanių už ekvivalentinį pluošto kilometrą 2025 m. pradžioje iki 160 juanių už ekvivalentinį pluošto kilometrą 2026 m. viduryje, ty beveik 550 %.
2. Proceso iššifravimas: pagrindinės optinio pluošto ruošinių gamybos technologijos
Šerdies strypo gamyba
Tipiški optinio pluošto ruošinio šerdies strypo gamybos metodai skirstomi į dvi kategorijas:
Vidiniai-vamzdelio metodai, įskaitant modifikuotą cheminį nusodinimą garais (MCVD) ir plazminį cheminį nusodinimą garais (PCVD);
Išoriniai{0}}vamzdžių metodai, įskaitant išorinį garų nusodinimą (OVD) ir garų ašinį nusodinimą (VAD).
Modifikuotas cheminis nusodinimas garais (MCVD)
MCVD naudoja itin gryną deguonį kaip nešančias dujas, kad paduotų žaliavas, tokias kaip silicio chloridas ir priedus, pvz., cerio chloridą, į besisukantį, šildomą kvarco įdėklo vamzdelį (1400–1600 laipsnių). Reagentai patiria cheminę reakciją, kad susidarytų suodžiai{4}}, tokie kaip SiO₂ oksidas, kuris nusėda ant vidinės įdėklo vamzdžio sienelės ir kaitinant sukepinamas į skaidrų stiklo sluoksnį.
Plazminis cheminis nusodinimas iš garų (PCVD)
PCVD iš esmės yra panašus į MCVD, tačiau vietoj išorinio šilumos šaltinio mikrobangų ertmė generuoja plazmą, kad suteiktų šilumą reakcijai. Žaliavos įvedamos į kvarcinio stiklo įdėklo vamzdelį; mikrobangos susijungia į vamzdelį, sužadindamos reakcijos dujas į plazmos būseną. Reakcijos metu ant vidinio įdėklo vamzdžio paviršiaus nusėda stiklo sluoksnis. Nusodinus pakankamai stiklo sluoksnių, įdėklo vamzdis kaitinamas šilumos šaltinyje ir sutraukiamas į vientisą ruošinį, kuris tampa šerdies strypu.
Išorinis nusodinimas iš garų (OVD)
OVD žaliavos (daugiausia SiCl₄ ir priedas GeCl4) tiekiamos kaip dujos į vandenilio ir deguonies degiklį. Jie hidrolizuojasi deguonies ir vandenilio liepsnoje, sudarydami SiO₂ ir kitus produktus, kurie egzistuoja kaip suodžiai ir nusėda ant nuolat besisukančio keraminio taikinio strypo. Po kelių važiavimų, kad būtų pasiektas norimas dydis, akytas ruošinys pašalinamas iš tikslinio strypo ir gaunamas poringas šerdies strypas. OVD gali būti naudojamas gaminant ruošinio pagrindinį sluoksnį arba derinamas su kitais šerdies strypų gamybos būdais, kad būtų pagamintas išorinis apvalkalas.
Garų ašinis nusodinimas (VAD)
VAD iš esmės yra panašus į OVD, išskyrus tai, kad nusėdimas vyksta ne radialiai ant išorinio taikinio strypo paviršiaus, o ašine kryptimi ant sėklinio kvarco strypo galo.
Kvarcinių įdėklų vamzdžių ir įvorių ruošiniams gamyba
Kvarcinis įdėklo vamzdelis naudojamas kaip nusodinimo substratas vamzdeliuose vykstančiuose procesuose, tokiuose kaip MCVD ir PCVD. Vidinė danga ir šerdies medžiaga paeiliui dedamos į kvarco įdėklo vamzdelį, kuris vėliau sutraukiamas į ruošinio strypą; kvarco įdėklo vamzdis tampa išorinio apvalkalo dalimi.
Šerdies strypo įkišimas į movinį vamzdelį ir sulenkimas į galutinį optinio pluošto ruošinį vadinamas įvorės metodu (RIC arba strypas cilindre). Kvarcinės movos tampa optinio pluošto dalimi piešiant, todėl turi atitikti griežtus matmenų tikslumo, grynumo ir kokybės reikalavimus.
Gaminant kvarcinius įdėklus ir ruošinių įvores, pagrindinė technologija tarptautiniu mastu yra OVD procesas, o šalyje (Kinija) naudojamas PSOD (plazmos suodžių pašalinimo iš išorės) procesas.
Išorinis nusodinimas iš garų (OVD)
OVD yra išorinis cheminio nusodinimo garais procesas, plačiai naudojamas, įskaitant tiesioginę šerdies strypų gamybą ir, svarbiausia, kaip išorinio apvalkalo nusodinimo techniką. Išoriniam apvalkalui OVD gali nusodinti išorinius sluoksnius tiesiai ant šerdies strypo, kad pagamintų ruošinį, arba gali gaminti kvarcinius įdėklų vamzdžius atskirai (be šerdies strypo), kad vėliau būtų naudojami kaip įdėklai gaminant MCVD arba PCVD šerdies strypus, arba kaip įvores, suderintas su šerdies strypu RIT arba RIC procesuose.
Aukšto dažnio plazmos kietas išorinis nusodinimas (PSOD)
PSOD procese orui jonizuoti naudojama aukšto dažnio indukciniu būdu sujungta plazma, sukurianti plazmos liepsną, kuri ištirpdo natūralų kvarcinį smėlį ir nusodina jį ant centrinio vamzdžio. Po nusodinimo gautas grubus ruošinys šaltai apdirbamas į tuščiavidurę, tikslių matmenų įvorę. Ši rankovė tarnauja kaip išorinis apvalkalas; jis suderinamas su tinkamos geometrijos ir dydžio šerdies strypu, tada apdorojamas taikant RIC (cilindre strypas) techniką, kad būtų suformuotas didelio skersmens optinio pluošto ruošinys, kuris vėliau įtraukiamas į pluoštą. Siekiant užtikrinti pluošto kokybę, labai svarbu kvarcinio smėlio lydymosi kokybė PSOD metu, priemaišų kiekis ir kvarco gaminio šaltojo apdirbimo tikslumas.