CN107540206A - Vad制备光纤预制棒母材的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种VAD制备光纤预制棒母材的装置和方法。该装置包括有反应腔体，反应腔体内上方安设有移动旋转吊杆，腔体内下方对应于移动旋转吊杆上下间隔安设有包层喷灯和芯层喷灯，其特征在于对应于包层喷灯和芯层喷灯安设有辅助喷灯。本发明通过辅助喷灯可动态调节芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰在沉积过程中的匹配，使芯、包层喷射火焰更趋稳定和均匀，消除了沉积过程中芯层喷灯和包层喷灯之间火焰间距过大而形成的冷态区域，从而减小芯包层交接处开裂的状况，以及因密度和温度差异而造成的芯层界面锗浓度的变化，从而提高粉棒的加工质量和生产效率。本发明不仅结构设置简单，稳定性强，使用可靠，而且易于操作使用，适用于规模化生产。

Description

VAD制备光纤预制棒母材的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种VAD制备光纤预制棒母材的装置及方法，属于光纤预制棒制造技术领域。

背景技术

VAD制备光纤预制棒母材的工艺由于相对简单，对设备要求较低，易于控制以及生产效率较高被日益广泛的使用。现有的VAD制备光纤预制棒母材的装置包括有反应腔体，反应腔体的侧向安设有进风装置和抽气装置，腔体内上方安设有能上下移动的旋转吊杆，腔体内下方对应于旋转吊杆上下间隔安设有包层喷灯和芯层喷灯，芯层喷灯和包层喷灯通过向玻璃靶棒喷射分别沉积形成粉棒的芯层和包层,制成预制棒母材。在实际生产中，用于制作粉棒的芯层喷灯和包层喷灯的位置间隔及喷口仰角都是相对固定的，但对于不同的喷射量和不同的粉棒芯包比芯层喷灯和包层喷灯的喷口火焰往往难以匹配，若包层喷灯与芯层喷灯间隔过大，火焰没有交接，则沉积形成的高温疏松体在上移过程中热量会散失进而冷却，会增加了粉棒芯子开裂的概率，不利于加工质量；而如果包层喷灯与芯层喷灯间隔不够，火焰会形成干扰区，该区域疏松体受火焰干扰密度不稳定，锗易挥发，也会影响了粉棒的质量稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高喷灯喷射沉积质量VAD制备光纤预制棒母材的装置及方法，它不仅结构设置简单，稳定性强，而且易于操作使用，适用于规模化生产。

本发明为解决上述所提出的问题所采用的装置技术方案为：

包括有反应腔体，反应腔体内上方安设有移动旋转吊杆，腔体内下方对应于移动旋转吊杆上下间隔安设有包层喷灯和芯层喷灯，其特征在于对应于包层喷灯和芯层喷灯安设有辅助喷灯。

按上述方案，所述的辅助喷灯安设在包层喷灯和芯层喷灯的一侧或对应侧。

按上述方案，所述的辅助喷灯沿垂直方向安设的高度与芯层喷灯平齐或位于芯层喷灯与包层喷灯之间。

按上述方案，所述的辅助喷灯包括有喷头与设置在喷头中间的氢气喷孔和围绕氢气喷孔外周设置的氧气喷孔。

按上述方案，所述的喷头呈长方形或长腰圆形，所述的氢气喷孔沿长轴线方向间隔设置，所述的氧气喷孔围绕氢气喷孔间隔设置其连线呈长方形或长腰圆形，且喷头的长轴线与垂直方向（粉棒轴线）一致或平齐。

按上述方案，所述的辅助喷灯的喷孔喷射方向呈水平方向或向上倾斜，倾斜角度为0~30°。

按上述方案，所述的辅助喷灯的火焰落在粉棒上芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰交接之处的环形一侧。

按上述方案，所述的芯层喷灯和包层喷灯喷口向上倾斜，其中芯层喷灯仰角为30~70°，包层喷灯仰角为20~65°。

按上述方案，在反应腔体喷灯侧设置有进气口，进气口与进气装置连通，在喷灯相对一侧设置有出气口，出气口与抽风装置相连通，用于维持沉积腔体内一定压力并抽出未沉积的颗粒。

本发明制备光纤预制棒母材的方法技术方案为：

采用上述的任一装置，打开反应腔体，将玻璃靶棒固定在移动旋转吊杆下端，开始初始化程序，旋转吊杆移动至初始位置高度并以一定速度旋转；

开启沉积原料供应***，先后点燃芯层喷灯和包层喷灯，供应***按照各自流量设定值在芯、包层原料流量控制器的控制下开始分别先后供应芯层喷灯和包层喷灯向玻璃靶棒喷射，经过水解反应后生成的二氧化硅和二氧化锗开始沉积在靶棒预设位置处，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大，当芯层直径到达预设值时，移动旋转吊杆开始往上提升玻璃靶棒；此前辅助喷灯只是处于点燃状态并未参与沉积形成；

待芯层逐步长大后辅助喷灯氢、氧气燃料逐渐加大至设定值，火焰逐步至稳定值，并能随着芯包层火焰实际情况调整辅助喷灯的氢、氧气燃料的流量，辅助喷灯的火焰落在粉棒上芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰交接之处的环形一侧；

随着沉积反应继续，粉棒长度不断增长，待芯层沉积到达预设长度时，先关闭芯层喷灯供料***，辅助喷灯和包层喷灯继续工作，直至包层沉积完成，将辅助喷灯和包层喷灯同时关闭，沉积结束。

按上述方案，所述的芯层喷灯与包层喷灯喷射的上下间距大于或略大于正常间距。

本发明的有益效果在于：1、通过设置辅助喷灯可以使芯层喷灯和包层喷灯的喷口火焰更好匹配，消除包层喷灯与芯层喷灯间隔过大，火焰没有交接，沉积形成的高温疏松体在上移过程中热量会散失进而冷却的问题，通过辅助喷灯可动态调节芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰在沉积过程中的匹配，使芯、包层喷射火焰更趋稳定和均匀，不仅消除了沉积过程中芯层喷灯和包层喷灯之间火焰间距过大而形成的冷态区域，从而减小芯包层交接处开裂的状况，以及因密度和温度差异而造成的芯层界面锗浓度的变化，而且也避免了沉积过程中芯、包层喷灯间因火焰干扰而形成的密度不稳定区域，从而提高粉棒的加工质量和生产效率；2、本发明不仅结构设置简单，稳定性强，使用可靠，而且易于操作使用，适用于规模化生产。

附图说明

图1为本发明一个实施例的总体结构示意图。

图2为本发明一个实施例的辅助喷灯结构示意图。

图3为本发明实施例与无辅助喷灯沉积的预制棒沿芯径方向上锗含量曲线对比图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

本发明装置的实施例如图1、2所示，包括有反应腔体1，反应腔体内上方安设有移动旋转吊杆8，玻璃靶棒7固定在旋转吊杆8下端，腔体内下方对应于移动旋转吊杆上下间隔安设有包层喷灯5和芯层喷灯4，所述的芯层喷灯和包层喷灯喷口向上倾斜，其中芯层喷灯仰角为40°，包层喷灯仰角为30°，对应于包层喷灯和芯层喷灯安设有辅助喷灯6，所述的辅助喷灯安设在包层喷灯和芯层喷灯的对应侧，辅助喷灯沿垂直方向安设的高度位于芯层喷灯与包层喷灯之间。所述的辅助喷灯包括有喷头、设置在喷头中间的氢气喷孔B和围绕氢气喷孔外周设置的氧气喷孔A,所述的喷头呈长方形，所述的氢气喷孔沿长轴线方向间隔设置，所述的氧气欧恩空围绕氢气喷孔间隔设置其连线呈长腰圆形，且喷头的长轴线与垂直方向（粉棒轴线）一致或平齐，使得辅助喷灯的喷射火焰沿粉棒9轴向分布。所述的辅助喷灯的喷孔喷射方向呈水平方向或向上倾斜，倾斜角度为0~30°，倾斜角度可调。沉积使用时，辅助喷灯只喷射氢氧焰，喷射的火焰落在粉棒上芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰交接之处的环形一侧。在反应腔体喷灯侧设置有进气口2，进气口与进气装置连通，在喷灯相对一侧设置有出气口3，出气口与抽风装置相连通，用于维持沉积腔体内一定压力并抽出未沉积的颗粒。

本实施例的使用方法为：打开反应腔体，将玻璃靶棒固定在移动旋转吊杆下端，开始初始化程序，旋转吊杆移动至初始位置高度并以一定速度旋转；

开启沉积原料供应***，先后点燃芯层喷灯和包层喷灯，供应***按照各自流量设定值在芯、包层原料流量控制器的控制下开始分别先后供应芯层喷灯和包层喷灯向玻璃靶棒喷射，经过水解反应后生成的二氧化硅和二氧化锗开始沉积在靶棒预设位置处，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大，当芯层直径到达预设值时，移动旋转吊杆开始往上提升玻璃靶棒；此前辅助喷灯只是处于点燃状态并未参与沉积形成；

待芯层逐步长大后辅助喷灯氢、氧气燃料逐渐加大至设定值，火焰逐步至稳定值，并能随着芯包层火焰实际情况调整辅助喷灯的氢、氧气燃料的流量，辅助喷灯的火焰落在粉棒上芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰交接之处的环形一侧；

随着沉积反应继续，粉棒长度不断增长，待芯层沉积到达预设长度时，先关闭芯层喷灯供料***，辅助喷灯和包层喷灯继续工作，直至包层沉积完成，将辅助喷灯和包层喷灯同时关闭，沉积结束。

图3为本发明实施例与无辅灯沉积的预制棒沿芯径方向上锗含量曲线对比图；从图中可以看出不用辅助喷灯在芯层中锗相对折射率在0.34%（相比于纯硅折射率1.45732）的水平，而应用本实施例加入辅助喷灯喷射，芯层部分相对折射率提高到了0.44%（相比于纯硅折射率1.45732）的水平，得益于辅助喷灯对于两灯间低密度区域的加强，尤其是在芯包界面，辅助喷灯能够使芯子致密化程度加强，及时封牢反应后的锗，有效减小了锗的散失，这意味着生生产中可以使用相对较少的锗，这在大规模化生产中，特别是多台设备，每天节约锗的含量无疑是很大的。同时芯包界面由于受辅助喷灯作用加强了密度，界限明显，光在交界面传输更有利于发生全反射，从而提高了后续芯棒质量。

Claims (10)

1.一种VAD制备光纤预制棒母材的装置，包括有反应腔体，反应腔体内上方安设有移动旋转吊杆，腔体内下方对应于移动旋转吊杆上下间隔安设有包层喷灯和芯层喷灯，其特征在于对应于包层喷灯和芯层喷灯安设有辅助喷灯。

2.按权利要求1所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于所述的辅助喷灯安设在包层喷灯和芯层喷灯的一侧或对应侧。

3.按权利要求1或2所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于所述的辅助喷灯沿垂直方向安设的高度与芯层喷灯平齐或位于芯层喷灯与包层喷灯之间。

4.按权利要求1或2所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于所述的辅助喷灯包括有喷头与设置在喷头中间的氢气喷孔和围绕氢气喷孔外周设置的氧气喷孔。

5.按权利要求4所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于所述的喷头呈长方形或长腰圆形，所述的氢气喷孔沿长轴线方向间隔设置，所述的氧气喷孔围绕氢气喷孔间隔设置其连线呈长方形或长腰圆形，且喷头的长轴线与垂直方向一致或平齐。

6.按权利要求4所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于所述的辅助喷灯的喷孔喷射方向呈水平方向或向上倾斜，倾斜角度为0~30°。

7.按权利要求6所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于所述的辅助喷灯的火焰落在粉棒上芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰交接之处的环形一侧。

8.按权利要求1或2所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于所述的芯层喷灯和包层喷灯喷口向上倾斜，其中芯层喷灯仰角为30~70°，包层喷灯仰角为20~65°。

9.按权利要求1或2所述的VAD制备光纤预制棒母材的装置，其特征在于在反应腔体喷灯侧设置有进气口，进气口与进气装置连通，在喷灯相对一侧设置有出气口，出气口与抽风装置相连通，用于维持沉积腔体内一定压力并抽出未沉积的颗粒。

10.一种VAD制备光纤预制棒母材的方法，其特征在于采用权利要求1-9中任一装置，打开反应腔体，将玻璃靶棒固定在移动旋转吊杆下端，开始初始化程序，旋转吊杆移动至初始位置高度并以一定速度旋转；

开启沉积原料供应***，先后点燃芯层喷灯和包层喷灯，供应***按照各自流量设定值在芯、包层原料流量控制器的控制下开始分别先后供应芯层喷灯和包层喷灯向玻璃靶棒喷射，经过水解反应后生成的二氧化硅和二氧化锗开始沉积在靶棒预设位置处，随着沉积的持续进行，靶棒下端芯层直径逐渐变大，当芯层直径到达预设值时，移动旋转吊杆开始往上提升玻璃靶棒；此前辅助喷灯只是处于点燃状态并未参与沉积形成；

待芯层逐步长大后辅助喷灯氢、氧气燃料逐渐加大至设定值，火焰逐步至稳定值，并能随着芯包层火焰实际情况调整辅助喷灯的氢、氧气燃料的流量，辅助喷灯的火焰落在粉棒上芯层喷灯火焰与包层喷灯火焰交接之处的环形一侧；

随着沉积反应继续，粉棒长度不断增长，待芯层沉积到达预设长度时，先关闭芯层喷灯供料***，辅助喷灯和包层喷灯继续工作，直至包层沉积完成，将辅助喷灯和包层喷灯同时关闭，沉积结束。