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氦气（He）因其化学惰性、极高的热导率、低密度、低沸点等特性，在光纤与光学产业链中扮演着从上游预制棒制备、拉丝、器件封装到薄膜镀膜与检漏等环节的关键“工艺介质”。合理选择氦气纯度与供气方案，可显著提升产品良率、降低缺陷率，并稳定关键参数（如纤芯/包层几何尺寸、薄膜应力与折射率一致性）。
二、为什么在光学领域偏爱氦气？
惰性 & 高纯：不与石英玻璃、金属或光学镀膜材料反应，降低夹杂与污染风险。
高热导率：是常见气体中热导率数一数二的，可更快带走热量、改善对流换热，用于快速冷却或温场均匀化。
低密度、低黏度：有利于层流输送与快速吹扫，缩短气氛置换时间。
极低沸点：在低温/冷屏应用中表现突出（如极低温器件测试、探测器冷却等）。
三、光纤制造环节的氦气应用
1）预制棒制备（MCVD/OVD/VAD 等）
载气/保护气：在沉积与烧结阶段，以高纯氦气作为载气/保护气可减少水分和活性杂质引入，降低 OH⁻ 含量，改善衰减性能。
温场与颗粒控制：氦气的热导率有助于均匀温场与稳定火焰流场，抑制颗粒粗化与团聚，使折射率掺杂（Ge、F、P 等）更均匀。
快速吹扫：工序切换时以氦气短时间置换腔体，缩短节拍、降低交叉污染。
选型建议：
预制棒工序建议使用 5.0（99.999%）及以上纯度；对超低损耗或特种光纤，推荐 6.0（99.9999%）级。
将 **露点（H₂O）与总烃（THC）**列为采购与验收的关键指标。
2）光纤拉丝与涂覆
炉区冷却与气氛控制：拉丝炉出口区常用氦气形成稳定、洁净、可控的冷却环境，快速带走石英丝的高温热量，帮助维持外径波动在目标范围内（例如 ±0.1 μm 级别控制）。
雾化与界面稳定：在一次/二次涂覆前后，氦气吹扫可降低悬浮颗粒、改善涂层润湿与圆整度，降低微弯/微缺陷。
在线检测配合：稳定的氦气流场有利于激光测径、偏心与椭圆率在线监测的信噪比。
工艺要点：
冷却段氦气流量与喷口结构需与牵引速度联动优化；
结合氮气/空气分区供气时，保证 氦气区域正压，避免回流。
3）光纤器件与连接器封装
惰性封装气氛：氦气用于熔接点、微结构器件（如 FBG、微结构光纤）封装腔体的惰性保护，降低氧化/水汽侵入。
微泄漏检漏（见第六节）：器件回流焊、钎焊后用氦质谱检漏把关，确保长期密封可靠性。
四、光学薄膜与精密光学制造
1）真空镀膜（PVD/IBS/PECVD）
工艺气体/共混气：在磁控溅射、离子束溅射（IBS）或等离子体沉积中，常以 Ar 为主气，按需少量混入 He：
调控薄膜应力与致密度；
优化折射率与散射；
改善基底热管理与沉积均匀性。
真空腔体吹扫：开机/换材/维护后，用氦气快速置换腔体并辅以抽空，可缩短达标时间。
2）光学元件冷却与清洗
高热流密度工位（如高功率激光光学件加工/检测）采用氦气冷却可更快带走热量，抑制热透镜与面形漂移。
干燥/除尘：氦气干燥不留水迹、惰性不残留反应物，适合镀膜前清洁与最终装配。
五、激光与精密仪器中的氦气
He-Ne 激光器：经典的氦氖气体激光器以 He 为能量转移介质，提高 Ne 的受激辐射效率，是计量、指示、干涉仪等领域的“常青树”。
冷却与低温实验：在极低温（如超导探测器、红外焦平面阵列测试）相关场景，氦气（或液氦系统）用于实现和维持低温环境。
气体纯度标定与载气：质谱/色谱联用、残余气体分析（RGA）中，氦气常用作高纯载气或标定介质。
六、氦质谱检漏（全产业链的质量基线）
原理：以氦气作为示踪气（分子小、背景低、惰性），使用 氦质谱检漏仪可将检出灵敏度做到 10⁻⁹～10⁻¹² mbar·L/s 量级。
应用：
光纤器件壳体、陶瓷—金属封接、玻封件、阀体与真空腔体；
真空镀膜设备的腔体、法兰、焊缝与密封圈；
拉丝炉与气路系统的微漏点排查。
方法：嗅探法、喷氦/包围法、全充氦法（依器件体积与合格标准选择）。
七、纯度与供气方案
1）推荐纯度等级（示例）
| 应用环节 | 建议纯度 | 关键杂质控制 |
|---|---|---|
| 预制棒沉积/烧结 | ≥5.0（99.999%）/特种≥6.0 | H₂O、O₂、THC、CO/CO₂ |
| 拉丝冷却/吹扫 | ≥4.8（99.998%）/高端≥5.0 | 颗粒、H₂O |
| 真空镀膜共混 | ≥5.0 | H₂O、O₂、油蒸汽 |
| 氦质谱检漏 | ≥4.8～5.0 | 背景稳定性 |
注：实际指标以工艺窗口与客户规范为准，超低损耗与航天级器件建议订制更严露点与总烃指标。
2）供气与储配
钢瓶/集装格：适合多工位或中小用量；为拉丝线体与镀膜线配置稳压器+质量流量控制器（MFC）。
液体储罐/高压缓冲：大用量场景采用站房集中供气，分区稳压，冗余切换保障连续生产。
回收与再利用：镀膜与检漏工位可规划回收—净化—回用闭环，降低 He 单耗与成本波动风险。
八、与替代气体的对比
氮气（N₂）：成本低、来源广，但热导率远低于 He；在高洁净/快速冷却与极低露点场景，He 更胜一筹。
氩气（Ar）：溅射主力气体；但在热管理与快速吹扫方面不及 He。很多镀膜配方采用 Ar+He 协同以优化薄膜应力与光学常数。
九、EHS 与合规要点
窒息风险：高浓度惰性气体可置换空气中的氧气；车间与站房应配置 可燃/氧含量监测与通风。
压力容器安全：气瓶固定、防倾倒；减压器匹配、定检在有效期；遵守当地特种设备法规与危化品管理要求。
洁净度管理：氦气管路与阀件需脱脂与颗粒控制，防止油污引发真空污染或膜缺陷。
十、采购与验收清单
目标纯度与露点/总烃/氧含量指标；是否附带第三方分析报告。
阀口与接口标准（国标/美制/欧标），是否配套减压器、MFC、过滤器。
连续供气冗余方案与切换逻辑（含压力/流量/露点在线监测）。
若涉及检漏：检漏仪灵敏度标定、示踪气比例、治具与纪录模板。
若规划回收：回收点位、缓冲罐、净化单元（脱水/除油/吸附）与安全联锁。
十一、典型应用案例
超低损耗通信光纤：预制棒沉积—高纯 He 载气降低 OH⁻ 与金属杂质背景；拉丝段 He 冷却稳定外径，改善微弯损耗。
宽带增透/高反镀膜：Ar+He 共混调应力，使多层膜在大尺寸光学件上保持后固化应力低、均匀性优。
高可靠器件封装：全充氦法+质谱检漏，将合格线收紧到 10⁻⁹ mbar·L/s，长期密封率显著提升。
十二、我们能提供什么
多纯度等级：4.8～6.0 级氦气与配套检漏用示踪混合气。
一站式供气系统：站房设计、集中供气、MFC 流量控制、在线露点/氧含量监测与报警。
工艺联合优化：与客户工艺团队共同评估 He 与 N₂/Ar 的协同配比、流场与温场优化、节能与回收方案。
合规与培训：氦气使用安全、检漏标准作业指导书（SOP）、现场人员培训。
在光纤与光学产业中，氦气不仅是“惰性气体”，更是良率与一致性的放大器。围绕纯度、流量与供气系统的系统性优化，往往能在不更改核心设备的情况下，取得立竿见影的质量提升与成本优化。
粤公网安备 44060502002754号
