Khi làn sóng toàn cầu về sức mạnh tính toán AI tăng cao, sợi quang-"mạch máu" của mạng truyền thông-đang có nhu cầu chưa từng có. Tuy nhiên, toàn bộ chuỗi công nghiệp đang bị tắc nghẽn bởi một thanh thủy tinh tưởng chừng như vô hình, giờ đây trở thành một mặt hàng cực kỳ khan hiếm. Giá phôi sợi quang đã tăng vọt, với mức tăng cao nhất lên tới 550%. Điều gì làm cho vật liệu này khó có được đến vậy?
Gần đây, do sự bùng nổ về nhu cầu điện toán AI và tái cấu trúc chuỗi cung ứng toàn cầu, ngành cáp quang và cáp quang đã bước vào chu kỳ bùng nổ với “số lượng và giá cả cùng tăng”, với lượng đơn đặt hàng của các công ty đầy ắp. Tuy nhiên, nút thắt lớn nhất trong việc mở rộng công suất ở các công ty cáp và cáp quang là phôi sợi quang, thường được gọi là "thanh phôi". Để đáp ứng nhu cầu mạnh mẽ, các công ty hàng đầu trong nước đang tăng cường hoạt động R&D và mở rộng sản xuất phôi.
1. Sự thiếu hụt thanh phôi: Tại sao nó trở thành điểm nghẽn của ngành?
Điều này được hiểu rằng hạn chế trực tiếp đối với việc cung cấp cáp quang toàn cầu là nguyên liệu đầu nguồn-dạng phôi sợi quang, thường được gọi là "thanh phôi". Khuôn phôi là một thanh hình trụ bằng thủy tinh thạch anh có độ tinh khiết cao-, với phần trung tâm (thanh lõi, còn gọi là lớp lõi) được làm bằng vật liệu thủy tinh có chiết suất cao hơn và lớp ngoài (lớp ốp) làm bằng thủy tinh có chiết suất thấp hơn. Là "mẹ" của sản xuất sợi quang, đường kính thanh phôi dao động từ vài chục mm đến 210 mm và chiều dài từ một đến vài mét. Một thanh phôi đơn có thể tạo ra hàng nghìn km sợi quang. Tùy thuộc vào độ tinh khiết và chất lượng của nguyên liệu thô, độ chính xác của công nghệ và quy trình sản xuất, chất lượng của phôi thành phẩm có sự khác biệt đáng kể. Chất lượng của phôi ảnh hưởng lớn đến chất lượng và đặc tính của sợi quang thu được, chẳng hạn như độ tinh khiết, độ bền kéo, chỉ số khúc xạ hiệu quả và độ suy giảm. Phôi chiếm khoảng 70% mức phân bổ lợi nhuận trong chuỗi công nghiệp cáp quang, cao hơn nhiều so với 20% của cáp quang và 10% của cáp; trước đây, nó cũng là loại vật liệu mà công nghệ nước ngoài nắm giữ.
Ngành này phân loại phôi sợi thành ba loại: A, B và C. Hiện tại, sản phẩm-được ưa chuộng nhất là "dạng phôi sợi quang A2", tạo ra sợi có khả năng chống uốn mạnh, được sử dụng rộng rãi trong cơ sở hạ tầng AI và sợi quang-cho các ứng dụng gia đình.
Nhu cầu về phôi A2, một{1}}danh mục cao cấp, đã bùng nổ với giá trung bình tăng gần 550% so với đầu năm ngoái. Dữ liệu cho thấy báo giá phôi A2 đã tăng từ 22–30 nhân dân tệ trên mỗi km cáp quang tương đương vào đầu năm 2025 lên 160 nhân dân tệ trên mỗi km cáp quang tương đương vào giữa năm 2026, tăng gần 550%.
2. Giải mã quy trình: Công nghệ sản xuất chủ đạo dành cho phôi sợi quang
Chế tạo thanh lõi
Các phương pháp điển hình để sản xuất thanh lõi của phôi sợi quang được chia thành hai loại:
Các phương pháp-bên trong ống, bao gồm Lắng đọng hơi hóa học biến đổi (MCVD) và Lắng đọng hơi hóa học trong huyết tương (PCVD);
Các phương pháp-ống bên ngoài, bao gồm Lắng đọng hơi bên ngoài (OVD) và Lắng đọng dọc trục hơi (VAD).
Lắng đọng hơi hóa học biến đổi (MCVD)
MCVD sử dụng-oxy siêu tinh khiết làm khí mang để cung cấp các nguyên liệu thô như clorua silicon và các chất tạp chất như xeri clorua vào ống lót thạch anh quay nóng (1400–1600 độ). Các chất phản ứng trải qua phản ứng hóa học để tạo ra bồ hóng-như oxit SiO₂, chất này lắng đọng trên thành trong của ống lót và sau đó được thiêu kết thành một lớp thủy tinh trong suốt bằng cách đun nóng.
Lắng đọng hơi hóa học plasma (PCVD)
PCVD về cơ bản giống MCVD nhưng thay vì sử dụng nguồn nhiệt bên ngoài, khoang vi sóng tạo ra plasma để cung cấp nhiệt cho phản ứng. Nguyên liệu được đưa vào ống lót thủy tinh thạch anh; vi sóng truyền vào ống, kích thích khí phản ứng chuyển sang trạng thái plasma. Phản ứng tạo ra một lớp thủy tinh trên bề mặt bên trong của ống lót. Sau khi đã lắng đọng đủ lớp kính, ống lót được nung nóng trong nguồn nhiệt và co lại thành dạng phôi rắn, trở thành thanh lõi.
Lắng đọng hơi bên ngoài (OVD)
Trong OVD, nguyên liệu thô (chủ yếu là SiCl₄ và GeCl₄ tạp chất) được cấp dưới dạng khí vào lò đốt hydro-oxy. Chúng thủy phân trong ngọn lửa oxy-hydro để tạo thành SiO₂ và các sản phẩm khác, tồn tại dưới dạng bồ hóng và đọng lại trên một thanh bia gốm quay liên tục. Sau nhiều lần đi qua để đạt được kích thước mong muốn, phôi xốp được lấy ra khỏi thanh mục tiêu, thu được thanh lõi xốp. OVD có thể được sử dụng để chế tạo lớp lõi của khuôn phôi hoặc kết hợp với các phương pháp sản xuất thanh lõi khác để tạo ra lớp bọc bên ngoài.
Lắng đọng trục hơi (VAD)
VAD về cơ bản tương tự như OVD, ngoại trừ việc lắng đọng xảy ra không phải theo hướng xuyên tâm trên bề mặt bên ngoài của thanh mục tiêu mà theo hướng trục trên đầu của thanh thạch anh hạt.
Sản xuất ống lót và ống bọc thạch anh cho phôi
Ống lót thạch anh được sử dụng làm chất nền lắng đọng trong các quy trình bên trong ống như MCVD và PCVD. Lớp bọc bên trong và vật liệu lõi được tuần tự đưa vào bên trong ống lót thạch anh, sau đó được thu gọn thành một thanh phôi; ống lót thạch anh trở thành một phần của lớp bọc bên ngoài.
Quá trình lắp thanh lõi vào ống bọc và thu gọn chúng vào khuôn phôi sợi quang cuối cùng được gọi là phương pháp lồng (RIC hoặc thanh trong ống trụ). Ống bọc thạch anh trở thành một phần của sợi quang trong quá trình kéo, vì vậy chúng phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác, độ tinh khiết và chất lượng.
Để sản xuất các lớp lót và ống bọc thạch anh cho phôi phôi, công nghệ chủ đạo trên thế giới là quy trình OVD, trong khi quy trình PSOD (Plasma Soot Outside Deposition) ở Trung Quốc được sử dụng.
Lắng đọng hơi bên ngoài (OVD)
OVD là một quá trình lắng đọng hơi hóa học bên ngoài với các ứng dụng rộng rãi, bao gồm sản xuất trực tiếp các thanh lõi và quan trọng là kỹ thuật lắng đọng lớp phủ bên ngoài. Đối với lớp phủ bên ngoài, OVD có thể lắng đọng các lớp bên ngoài trực tiếp lên thanh lõi để tạo phôi hoặc có thể sản xuất ống lót thạch anh một cách độc lập (không có thanh lõi) để sử dụng sau này làm lớp lót trong chế tạo thanh lõi MCVD hoặc PCVD hoặc làm ống bọc khớp với thanh lõi trong quy trình RIT hoặc RIC.
Lắng đọng chất rắn bên ngoài plasma tần số cao (PSOD)
Quy trình PSOD sử dụng plasma kết hợp cảm ứng tần số cao để ion hóa không khí, tạo ra ngọn lửa plasma làm tan chảy cát thạch anh tự nhiên và lắng đọng nó vào ống trung tâm. Sau khi lắng đọng, phôi thô thu được sẽ được gia công nguội thành ống bọc rỗng có kích thước chính xác. Lớp bọc này đóng vai trò là lớp bọc bên ngoài; nó được ghép với một thanh lõi có hình dạng và kích thước phù hợp, sau đó được xử lý thông qua kỹ thuật RIC (thanh trong hình trụ) để tạo thành khuôn sơ sợi quang có đường kính lớn, sau đó được kéo thành sợi. Để đảm bảo chất lượng sợi, chất lượng nóng chảy của cát thạch anh trong quá trình PSOD, hàm lượng tạp chất và độ chính xác khi gia công nguội của sản phẩm thạch anh đều rất quan trọng.