CN112408775A - 一种光纤预制棒制造设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤预制棒生产技术领域，具体涉及一种光纤预制棒制造设备，该光纤预制棒制造设备，包括：密封机构，其包括间隔设置的进气端密封件和出气端密封件，用于密封反应管的两端；还包括微波谐振腔，其用于套设在所述反应管的外侧，并可沿所述反应管的轴向方向往复运动；还包括进气管，其包括用于伸入所述反应管的出气端，所述进气管穿过进气端密封件，且所述出气端被配置为在所述反应管内与所述谐振腔同步往复运动。本发明能够解决现有技术中反应管内的反应物在每个沉积点的反应浓度不一致，会导致光棒在轴向上不均匀的问题。

Description

一种光纤预制棒制造设备
技术领域
本发明涉及光纤预制棒生产技术领域，具体涉及一种光纤预制棒制造设备。
背景技术
近年来，随着4G的大规模部署以及5G的商用，数字化进程正向前飞速发展，人们对数据传输的需求量也与日俱增。于此同时，通信光纤作为数据传输中最重要的组成部分，也一直受到人们的关注。
PCVD等离子化学气相沉积工艺是当前制备通信光纤最常用的方法，该种工艺可沉积数千层的沉积层，因而在波导结构设计和材料组成及结构设计方面十分精准。具有高精度的折射率分布控制、高沉积效率、极好的灵活性等特点。PCVD工艺不仅能生产高质量的多模光纤和常用的G652D单模光纤、还能生产结构复杂的色散位移单模光纤和色散补偿光纤等。
PCVD的沉积工艺是将反应管置于恒定的保温炉内，通过在反应管内部通入SiCl4,GeCl4等原材料气体，反应气体在微波等离子的作用下形成活性离子，这些活性离子接触到反应管内壁后沉积在反应管内壁。微波沿着反应管来回往复平移运动，每一次运动沉积一层微米级的玻璃薄层。通过调整微波每次往复运动时的反应物配比及浓度，可以得到设定的折射率剖面。该种方法在折射率剖面的控制方面具有非常高的精度，可以得到我们想要的任何形状的折射率剖面，也是我们制备复杂折射率剖面光纤的最优选择。虽然该种方法在折射率剖面的控制方面非常精准，但是反应物的沉积也受到其他方面的影响。例如每个沉积点的反应物浓度不一致，会影响光棒在轴向上的不均匀性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤预制棒制造设备，能够解决现有技术中反应管内的反应物在每个沉积点的反应浓度不一致，会导致光棒在轴向上不均匀的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种光纤预制棒制造设备，包括：
密封机构，其包括间隔设置的进气端密封件和出气端密封件，用于分别密封反应管的两端；
谐振腔，其用于套设在所述反应管的外侧，并可沿所述反应管的轴向方向往复运动；
进气管，其包括用于伸入所述反应管的出气端，所述进气管穿过进气端密封件，且所述出气端被配置为在所述反应管内与所述谐振腔同步往复运动。
一些可选地实施例中，还包括套设在所述进气管上的可伸缩机构，其一端与所述进气端密封件密封连接，另一端与所述出气端密封连接，所述可伸缩机构可随所述进气管的往复运动同步伸缩。伸缩机构可进入反应管中，也不可不进入反应管中。
一些可选地实施例中，所述可伸缩机构包括：
隔离管，其套设在所述进气管上，且一端与所述出气端密封连接，并随所述出气端一起往复运动；
可伸缩单元，其套设在所述进气管上，且两端分别与所述隔离管和进气端密封件连接，所述可伸缩单元可随所述隔离管的往复运动同步伸缩。
一些可选地实施例中，所述进气管的出口设有金属微波隔离网。
一些可选地实施例中，还包括保温炉，其用于套设在所述反应管和谐振腔外侧，用于为反应物提供稳定的温度场。
一些可选地实施例中，所述保温炉包括前中后三段可控温度段。
一些可选地实施例中，所述保温炉前中后三段可控温度段内均设置有温度传感器。
一些可选地实施例中，还包括抽负压装置，其用于与所述反应管的出气口连接，以保持反应管内的恒定压力。
一些可选地实施例中，还包括移动载台，其与所述谐振腔连接，用于驱动所述谐振腔往复运动。
一些可选地实施例中，还包括驱动电机，其与所述进气管连接，用于驱动所述进气管往复运动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将进气管通入到反应管内部，出气端靠近谐振腔，并且进气管与谐振腔保持同步运动，使进气管的进气和谐振腔相对位置保持一致，确保在谐振腔内部反应气体浓度的一致性。通过该种方式，使光棒在沉积过程中，微波来回往复运动时，沿光棒轴向位置反应物的浓度保持一致。从而确保在光棒轴向每个点沉积的一致性，提升光棒的轴向均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中光纤预制棒制造设备的结构示意图；
图2为本发明实施例中可伸缩机构的结构示意图；
图3为本发明实施例中金属微波隔离网的结构示意图；
图中：11、进气端密封件；12、出气端密封件；2、反应管；3、谐振腔；4、进气管；41、金属微波隔离网；5、可伸缩机构；51、可伸缩单元；52、隔离管；6、保温炉；7、移动载台。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。图1为本发明实施例中光纤预制棒制造设备的结构示意图，如图1所示：
本发明提供一种光纤预制棒制造设备，包括：密封机构，其包括间隔设置的进气端密封件11和出气端密封件12，用于分别密封反应管2的两端；还包括谐振腔3，其用于套设在反应管2的外侧，并可沿反应管2的轴向方向往复运动；还包括进气管4，其包括用于伸入反应管2的出气端，进气管4穿过进气端密封件11，且出气端被配置为在反应管2内与谐振腔3同步往复运动。
在使用该光纤预制棒制造设备时，将反应管2安装在进气端密封件11和出气端密封件12上，并将进气管4的出气端伸入反应管2内。向进气管4内通入反应气体，开启谐振腔3使其在反应管2的轴向方向移动，同时驱动进气管4在反应管2内移动，使进气管4的平移速度与谐振腔3的平移速度保持一致。反应物通过进气管4进入到反应管中，在谐振腔3处被释放到反应管2内部。微波谐振腔套在反应管2外，并且微波腔体沿着反应管横向往复运动，通过微波的作用，将反应物等离子化，并沉积于相对温度较低的反应管内表面。该装置可使进气管4与微波谐振腔保持同步运动，使进气管的出气端和微波谐振腔相对位置保持一致，确保在微波谐振腔内部反应气体浓度的一致性。通过该种方式，使光棒在沉积过程中，微波来回往复运动时，沿光棒轴向位置反应物的浓度保持一致。从而确保在光棒轴向每个点沉积的一致性，提升光棒的轴向均匀性。
在本实施例中，反应气体在气体料柜中被加热至60℃，通过气体流量计，以一定的流量沿着管道输送至进气管道。谐振腔3采用微波谐振腔，通过微波的作用，使反应物离子化并沉积于反应管2的内表面。进气供料装置将反应物以一定的浓度和速率输送到反应管内。反应气体为SiCl4，GeCl4，C2F6以及其他掺杂气体。主要反应气体SiCl4的流量为780sccm,GeCl4以及其他掺杂气体根据配方可设定不同的流量值。进气端密封件11和出气端密封件12均为磁流体，磁流体与反应管4连接，通过锁紧螺母固定。
图2为本发明实施例中可伸缩机构的结构示意图，如图2所示，在一些可选地实施例中，该光纤预制棒制造设备还包括套设在进气管4上的可伸缩机构5，其一端与进气端密封件11密封连接，另一端与出气端密封连接，可伸缩机构5可随进气管4的往复运动而同步伸缩，伸缩机构可进入反应管中，也不可不进入反应管中，有条件的伸入反应管2内和缩回至进气端密封件11中。
在本实施例中，通过可伸缩机构5与出气端密封连接，并且可作伸缩运动，从而使进气管4可在密封的条件下做往复运动，以使进气管4的出气端与微波谐振腔保持同步运动。
在一些可选地实施例中，可伸缩机构5包括：隔离管52，其套设在进气管4上，且一端与出气端密封连接，并随出气端一起往复运动；还包括可伸缩单元51，其套设在进气管4上，且两端分别与隔离管52和进气端密封件11连接，可伸缩单元51可随隔离管52的往复运动而随之伸长和缩短。
在本实施例中，可伸缩单元51具有可伸缩性，并且有着高气密性，在收缩后具有较好的物理形状，避免对反应管2内壁造成刮擦。可伸缩单元51的两端分别与隔离管52和进气端密封件11连接。隔离管52与进气端的外壁密封相连，从而既保证反应管2内的气密性，有可使进气管4可在密封的条件下做往复运动。
图3为本发明实施例中金属微波隔离网的结构示意图，如图3所示，在一些可选地实施例中，进气管2的出口设有金属微波隔离网41。在本实施例中，出气端的出口设置金属微波隔离网，隔离网网孔大小为1～3mm，可有效屏蔽微波。避免微波对金属管道内的未反应的气体产生负面效果。
本例中，反应管7外径D为30～50mm。进气管4的尺寸为1～10mm，根据反应管2大小可更换不同尺寸进气管4。同时更换对应的金属微波隔离网41。
在次参见图1，在一些可选地实施例中，还包括保温炉6，其用于套设在反应管2和谐振腔3外侧，用于为反应物提供稳定的温度场。
在本实施例中，保温炉6为反应管的沉积提供一定的热源和稳定的温度环境，是反应物更好的沉积在反应管2的内壁。
在一些可选地实施例中，保温炉6包括前中后三段可控温度段。
在本实施例中，所述保温炉6分别设定前、中、后三个部分的温度，通过主碳棒和辅助碳棒的联合补偿，使各自区域温度保持在设定值的范围内。通过该保温炉，为反应物的沉积提供稳定的温度场。本例中保温炉6前中后端设定温度范围为950～1150摄氏度。
在一些可选地实施例中，保温炉6前中后三段可控温度段内均设置有温度传感器。在本实施例中，保温炉6内部前中后段设置有温度传感器，可以精确探测到各个位置的温度，从而更好的控制保温炉6前中后三段的温度。
在一些可选地实施例中，该光纤预制棒制造设备还包括抽负压装置，其用于与反应管2的出气口连接，以保持反应管2内的恒定压力。
在本实施例中，反应气体主要为SiCl4，GeCl4，C2F6以及其他掺杂气体，由于主要反应气体为SiCl4，其他还有一些不反应的气体，需要将其抽出，以保持反应管2内的压力。正因为需抽出部分气体，所以若进气管4始终处于一端，则会导致反应管2内进气管4的出气端处的反应气体浓度较高，而反应管2出气口处的反应气体浓度交较低，会导致反应管2内的沉积不均匀。本例中，抽负压装置可确保在沉积过程中反应物的流量和浓度不受压力干扰，往复运动的出气端使反应气体在各个反应点的浓度一致，使每个点的沉积均匀。
在一些可选地实施例中，该光纤预制棒制造设备还包括移动载台7，其与谐振腔3连接，用于驱动谐振腔3往复运动。在本实施例中，移动载台7可使驱动谐振腔3做往复运动，以使反应管2的气体一层层慢慢沉积。
在一些可选地实施例中，该光纤预制棒制造设备还包括驱动电机，其与进气管4连接，用于驱动进气管4往复运动。在本实施例中，驱动电机驱动进气管4往复运动的速度和行程可调，以适应谐振腔3的往复运动速度，使进气管4和谐振腔3同步运行。本例中，进气管4通过驱动电机的带动，出气端与微波谐振腔一起沿着管道来回运动，移动速度为30m/min。
另外，本方案中提供一个具体的实施例，微波发生器功率在3kw～15kw之间可调。反应管内蒸汽压力为5～15torr。反应管2的尺寸为50*2.5*1600。保温炉6的进，中，出三段温度分别为1040℃,980℃,1021℃，为沉积提供稳定的温度环境。微波功率为6.5kw。所述移动载台的移动速度为30m/min。反应物流量分别为SiCl4:670sccm，GeCl4:104sccm，C2F6:10sccm。整个沉积总趟数为5000趟。
调节进气管4驱动电机的速度，使进气管4的平移速度与微波谐振腔的平移速度保持一致。反应物通过进气管道进入到反应管中，在微波谐振腔处被释放到反应管内部。通过微波的作用，使反应物离子化并沉积于反应管内表面。进气管道与微波谐振腔的平移速度为30m/min。通过该实施例，预制棒的轴向均匀性的到极大提高，特别是在进气端和出气端的位置。芯棒的有效长度为1000mm,其中25～975mm的有效芯棒长度内，外径尺寸维持在±0.2mm的偏差范围内。折射率剖面完全重合。本发明所提供的工艺方法具有独创性和可实施性，并且能够有效增强PCVD制备光纤预制棒的轴向均匀性问题。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，包括：
密封机构，其包括间隔设置的进气端密封件(11)和出气端密封件(12)，用于分别密封反应管(2)的两端；
谐振腔(3)，其用于套设在所述反应管(2)的外侧，并可沿所述反应管(2)的轴向方向往复运动；
进气管(4)，其包括用于伸入所述反应管(2)的出气端，所述进气管(4)穿过进气端密封件(11)，且所述出气端被配置为在所述反应管(2)内与所述谐振腔(3)同步往复运动。
2.如权利要求1所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于：还包括套设在所述进气管(4)上的可伸缩机构(5)，其一端与所述进气端密封件(11)密封连接，另一端与所述出气端密封连接，所述可伸缩机构(5)可随所述进气管(4)的往复运动同步伸缩。
3.如权利要求2所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，所述可伸缩机构(5)包括：
隔离管(52)，其套设在所述进气管(4)上，且一端与所述出气端密封连接，并随所述出气端一起往复运动；
可伸缩单元(51)，其套设在所述进气管(4)上，且两端分别与所述隔离管(52)和进气端密封件(11)连接，所述可伸缩单元(51)可随所述隔离管(52)的往复运动同步伸缩。
4.如权利要求1所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，所述进气管(4)的出口设有金属微波隔离网(41)。
5.如权利要求1所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，还包括保温炉(6)，其用于套设在所述反应管(2)和谐振腔(3)外侧。
6.如权利要求5所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，所述保温炉(6)包括前中后三段可控温度段。
7.如权利要求6所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，所述保温炉(6)前中后三段可控温度段内均设置有温度传感器。
8.如权利要求1所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，还包括抽负压装置，其用于与所述反应管(2)的出气口连接，以保持反应管(2)内的恒定压力。
9.如权利要求1所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，还包括移动载台(7)，其与所述谐振腔(3)连接，用于驱动所述谐振腔(3)往复运动。
10.如权利要求1所述的一种光纤预制棒制造设备，其特征在于，还包括驱动电机，其与所述进气管(4)连接，用于驱动所述进气管(4)往复运动。
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