CN112795900B - 一种ovd工艺可调节沉积***及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤预制棒制造技术领域，具体涉及一种OVD工艺可调节沉积***及其调节方法，该***包括两组腔体板组件、沉积量监测装置和控制装置。其中，两组所述腔体板组件形成带有进气侧和出气侧且用于沉积光纤预制棒的腔体，每组所述腔体板组件包括至少两块转动连接的腔体板，且所述腔体板可随着所述光纤预制棒的沉积调整角度；沉积量监测装置用于监测所述光纤预制棒的沉积量；控制装置用于根据获取的沉积量调整所述腔体板的角度以调节腔体的剩余空间。本方案能够解决现有技术中在沉积初期需要投入更多的反应气体、原料，以及在导致整个周期内沉积质量不一致的问题。

Description

一种OVD工艺可调节沉积***及其调节方法

技术领域

本发明涉及光纤预制棒制造技术领域，具体涉及一种OVD工艺可调节沉积***及其调节方法。

背景技术

OVD工艺制造光纤预制棒的过程是：首先在沉积室内一根可以旋转的芯层石英棒上沉积生成不透明的粉棒，再通过高温加热炉烧结成透明的光纤预制棒。

沉积过程是在沉积室内设置沉积腔体，两端旋转卡盘带动芯层石英棒一起旋转，多个氢氧焰喷灯循环移动同时使多种气态原料、气体进行化学反应后生成的固态SiO₂微小颗粒附着在芯层石英棒上，逐步成为不透明的粉棒。沉积腔体将粉棒、氢氧焰包围在内侧，并提供进气端口、排气端口，使沉积过程的化学反应控制在腔体内侧，确保制造过程的温度、洁净度以及气体流向的稳定、可控。

原来的沉积腔体是固定长度、宽度、角度导致在沉积过程中腔体体积不变，而沉积过程中粉棒是由细***生长的导致腔体剩余空间是由大变小。剩余空间由大变小直接影响了沉积过程的温度分布、气流分布进而导致粉棒的沉积率由小变大，导致沉积质量不一致。为了保证沉积初期沉积率不降低，在沉积初期需要投入更多的反应气体、原料。

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OVD工艺可调节沉积***及其调节方法，能够解决现有技术中在沉积初期需要投入更多的反应气体、原料，以及在导致整个周期内沉积质量不一致的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面提供的一种OVD工艺可调节沉积***，包括：

两组腔体板组件，两组所述腔体板组件形成带有进气侧和出气侧且用于沉积光纤预制棒的腔体，每组所述腔体板组件包括至少两块转动连接的腔体板，且所述腔体板可随着所述光纤预制棒的沉积调整角度；

沉积量监测装置，其用于监测所述光纤预制棒的沉积量；

控制装置，其用于根据获取的沉积量调整所述腔体板的角度以调节腔体的剩余空间。

一些可选的实施例中，每组所述腔体板组件的腔体板之间通过旋转主轴连接。

一些可选的实施例中，所述腔体的出气侧设有由两块间隔设置的通道板形成的出气通道，每块所述通道板与所述出气侧的一块腔体板通过旋转主轴连接。

一些可选的实施例中，所有的所述旋转主轴均分别通过旋转电机驱动，并与所述控制装置信号连接。

一些可选的实施例中，每块所述腔体板的内侧设有至少一块弧度板，用于反射沉积气体至芯层石英棒上。

一些可选的实施例中，所述弧度板为发泡石英弧度板，其内侧为镜面，外侧为磨砂面。

一些可选的实施例中，所述弧度板与所述腔体板通过连接支架连接。

一些可选的实施例中，所述连接支架为伸缩式支架，其包括至少两根伸缩杆，可通过所述伸缩杆调整所述弧度板的偏转角度。

一些可选的实施例中，所述弧度板包括至少两块转动连接的弧形板，每块所述弧形板通过至少一伸缩杆与所述腔体板连接，以调整所述弧形板的偏转角度。

本发明还提供一种OVD工艺可调节沉积***的调节方法，该调节方法利用上述OVD工艺可调节沉积***实施，包括以下步骤：

当在腔体内的芯层石英棒上沉积光纤预制棒时，实时获取光纤预制棒的沉积量；

根据获取光纤预制棒的沉积量，调整所述腔体板的角度以调节腔体的剩余空间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在使用该可调节沉积***在其腔体内的芯层石英棒上沉积光纤预制棒时，实时获取光纤预制棒（粉棒）的沉积量，包括体积或者重量，或者根据记录的沉积时间推算的沉积量；根据获取光纤预制棒的沉积量，调整腔体板的角度以调节腔体的剩余空间，使腔体内光纤预制棒以外的剩余空间保持不变。这样随着沉积气体向芯层石英棒上逐渐沉积，粉棒逐渐***，粉棒外径变大，此时调整腔体板的角度以调节腔体的剩余空间，使沉积腔体的剩余空间不变，实现了温度、洁净度以及气体流向的稳定，与过去相比可以减少氢气氧气、原料流量，并且可使整个沉积过程粉棒沉积率不变，从而提高光纤预制棒的几何尺寸均匀性。

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OVD工艺可调节沉积***的结构示意图；

图2为本发明实施例中弧度板的结构示意图；

图3为本发明实施例中设有两块弧形板组成弧度板的沉积***结构示意图。

图中：1、腔体板；2、旋转主轴；3、旋转电机；4、控制装置；5、喷灯；6、弧度板；61、镜面；62、磨砂面；7、通道板；8、连接支架。

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OVD工艺可调节沉积***的结构示意图，如图1所示，本发明提供一种OVD工艺可调节沉积***，包括：两组腔体板组件，沉积量监测装置（图中未示出）和控制装置4。

其中，两组腔体板组件形成带有进气侧和出气侧且用于沉积光纤预制棒的腔体，每组腔体板组件包括至少两块转动连接的腔体板1，且腔体板1可随着光纤预制棒的沉积调整角度以调节腔体的剩余空间。沉积量监测装置用于监测光纤预制棒的沉积量；控制装置4用于根据获取的沉积量调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间。

在使用该可调节沉积***在其腔体内的芯层石英棒上沉积光纤预制棒时，在进气侧设置喷灯5并在各气体、原料开始供给后点火沿芯层石英棒轴向循环移动，使生成的固态SiO₂微小颗粒直接附着在芯层石英棒上，逐步成为不透明的粉棒，实时获取光纤预制棒（粉棒）的沉积量，包括体积或者重量，或者根据记录的沉积时间推算的沉积量；根据获取光纤预制棒的沉积量，调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间，使腔体内光纤预制棒以外的剩余空间保持不变。这样随着沉积气体向芯层石英棒上逐渐沉积，粉棒逐渐***，粉棒外径变大，此时调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间，使沉积腔体的剩余空间不变，实现了温度、洁净度以及气体流向的稳定，与过去相比可以减少氢气氧气、原料流量，并且可使整个沉积过程粉棒沉积率不变，从而提高光纤预制棒的几何尺寸均匀性。

在一些可选的实施例中，每组腔体板组件的腔体板1之间通过旋转主轴2连接。在本实施例中，通过旋转腔体板1之间的旋转主轴2调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间，使腔体内光纤预制棒以外的剩余空间保持基本不变。

在一些可选的实施例中，腔体的出气侧设有由两块间隔设置的通道板7形成的出气通道，每块通道板7与出气侧的一块腔体板1通过旋转主轴2连接。在本实施例中，出气通道固定不变，所以通道板7固定设置，与通道板7连接的一块腔体板1以与通道板7的连接侧为轴线调整角度，与该块腔体板1连接的另一块腔体板1以与其连接侧的轴线转动来调整角度。

在一些可选的实施例中，所有的旋转主轴2均分别通过旋转电机3（如图1中的T1、T2、T3和T4）驱动，并与控制装置4信号连接。在本实施例中，沉积量监测装置为粉棒的重量感应装置或者体积监测装置，并与控制装置4信号连接，根据光纤预制棒的体积、重量或者沉积时间，传输至控制装置4，经分析后发出指令给旋转电机3驱动旋转主轴2转动，从而调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间。本例中，控制装置4为PLC控制器，体积监测装置可以为视频分析装置，也可以为粉棒的直径监测装置。在其他实施例中，也可以通过对整个***进行多次试验调试，设定固定的进气量、固定的芯层石英棒转速和固定的喷灯5循环速度，以及根据沉积时间的变化获取光纤预制棒的沉积量，对应设置预设的调整腔体板1的角度。

在一些可选的实施例中，每块腔体板1的内侧设有至少一块弧度板6，用于反射沉积气体至芯层石英棒上。在本实施例中，弧度板6的形状与粉棒的形状相匹配。通过在腔体板1的内侧设置弧度板6，可以使原来随着排气流出腔体的固态SiO₂微小颗粒被弧度板6反射而又重新附着在芯层石英棒上，直接提高了粉棒的沉积率。

图2为本发明实施例中弧度板的结构示意图，如图2所示，在一些可选的实施例中，弧度板6为发泡石英弧度板，其内侧为镜面61，外侧为磨砂面62。在本实施例中，将弧度板6的内侧设置的为镜面61可以提高弧度板6反射固态SiO₂微小颗粒的效率，提高粉棒的沉积率。将弧度板6的外侧设置的为磨砂面62可以提高热量反射效率，从而提高热量有效利用率，减少能源消耗。发泡石英弧度板阻隔热量，有效减少了沉积腔体板的受热形变而延长了腔体使用时间，避免了原来单层的沉积腔体，沉积过程受氢氧焰高温影响，一段时间后受热会发生形变、甚至开裂导致沉积过程的温度分布、洁净度剧烈改变进而导致粉棒的外观缺陷、甚至开裂报废。

在一些可选的实施例中，弧度板6与腔体板1通过连接支架8连接。在本实施例中，每块弧度板6配置一个连接支架8，腔体板1的上的支架设置为伸缩式的连接支架8，在调整腔体板1角度的同时调整支架的伸缩长度以使弧度板6的角度适应调整后的腔体板1，使弧度板6更好的反射固态SiO₂微小颗粒。

在一些可选的实施例中，连接支架8为伸缩式支架，其包括至少两根伸缩杆，可通过伸缩杆调整弧度板6的偏转角度。在本实施例中，每个连接支架8包括两根伸缩杆，每根伸缩杆的两端分别与弧度板6和腔体板1连接，结构简单，通过调整每根伸缩杆的长度可以很好的调节弧度板6的偏转角度，以适应调整后的腔体板1。

图3为本发明实施例中设有两块弧形板组成弧度板的沉积***结构示意图，如图3所示，在一些可选的实施例中，弧度板6包括至少两块转动连接的弧形板，每块弧形板通过至少一伸缩杆与腔体板1连接，以调整弧形板的偏转角度。在本实施例中，随着粉棒的直径越来越大，原来的弧度板并不能匹配直径半大后的粉棒，通过将弧度板6包括至少两块转动连接的弧形板，在粉棒的直径变大后，可以通过伸缩杆调整每一小块弧形板的角度，以使整块弧度板6更好的反射固态SiO₂微小颗粒。

本发明还提供一种OVD工艺可调节沉积***的调节方法，该调节方法利用上述的OVD工艺可调节沉积***实施，包括以下步骤：

当在腔体内的芯层石英棒上沉积光纤预制棒时，实时获取光纤预制棒的沉积量；根据获取光纤预制棒的沉积量，调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间。

该调节方法根据获取光纤预制棒的沉积量，包括体积、重量或者根据沉积时间推算的沉积量，调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间，使腔体内光纤预制棒以外的剩余空间保持不变。这样随着沉积气体向芯层石英棒上逐渐沉积，粉棒逐渐***，粉棒外径变大，此时调整腔体板1的角度以调节腔体的剩余空间，使沉积腔体的剩余空间不变，实现了温度、洁净度以及气体流向的稳定，与过去相比可以减少氢气氧气、原料流量，并且可使整个沉积过程粉棒沉积率不变，从而提高光纤预制棒的几何尺寸均匀性，且可避免沉积初期沉积率低而需要投入更多的反应气体和反应原料。

在本实施例中，沉积开始前，各沉积腔体板1均在设定的原点位置，卡持芯层石英棒的卡盘停止状态，喷灯5设置在腔体的进气侧，处于未点火状态。作业人员将芯层石英棒安装在卡盘上后开始旋转。加工开始时，各气体和气态原料开始供给使喷灯5点火，各个喷灯5沿芯层石英棒的轴向方向循环移动同时使多种气态原料和气体进行化学反应，在沉积腔体维持400~1200℃温度环境里生成的固态SiO₂微小颗粒直接附着在芯层石英棒上，逐步成为不透明的粉棒。另外随着排气流的一部分固态SiO₂微小颗粒被发泡石英弧度板的内侧镜面反射而又重新附着在芯层石英棒上，剩余部分固态SiO₂微小颗粒随着排气流从出气侧排处。随着沉积时间增加而粉棒的外径和重量逐渐增加，控制装置4即PLC控制柜发出指令，旋转电机3通过旋转主轴2调节各腔体板1的开闭角度，本例中，每次调节范围是5~15°，调节周期是1次/10~30min。在其他实施例中，也可以设置体积监测装置或者重量监测装置，根据监测到的粉棒的体积、直径或者重量实时调节腔体板1，同时调节弧度板6以适应粉棒的直径，使腔体时时实现粉棒以外的剩余空间不变，而整个腔体的内部在沉积初期与沉积后期的比值可达是1：4左右。在沉积结束后，PLC控制柜发出指令，旋转电机通过旋转主轴调节各沉积腔体板的开闭角度到最大，作业人员清扫沉积腔体板内侧附着的SiO₂颗粒，并取下、清扫支架上的发泡石英弧度板。清扫完成后PLC控制柜发出指令，各沉积腔体板均回到设定的原点位置等待下回沉积开始。

利用该沉积腔体及其调节方法，可使光纤预制棒的沉积在温度、气流分布稳定的环境下，从而加工出外径均匀、密度均一的粉棒，可使沉积效率提高3~5%，外径均匀性提高5~10%，最终光纤预制棒的MFD（Mode Field Diameter，光纤模场直径）、PMD（PolarizationMode Dispersion，偏振模色散）等光学特性值的分布离散率下降了2~5%。

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OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，包括：

两组腔体板组件，两组所述腔体板组件形成带有进气侧和出气侧且用于沉积光纤预制棒的腔体，每组所述腔体板组件包括至少两块转动连接的腔体板（1），且所述腔体板（1）可随着所述光纤预制棒的沉积调整角度；

沉积量监测装置，其用于监测所述光纤预制棒的沉积量；

控制装置（4），其用于根据获取的沉积量调整所述腔体板（1）的角度以调节腔体的剩余空间。

2.如权利要求1所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，每组所述腔体板组件的腔体板（1）之间通过旋转主轴（2）连接。

3.如权利要求2所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，所述腔体的出气侧设有由两块间隔设置的通道板（7）形成的出气通道，每块所述通道板（7）与所述出气侧的一块腔体板（1）通过旋转主轴（2）连接。

4.如权利要求3所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，所有的所述旋转主轴（2）均分别通过旋转电机（3）驱动，并与所述控制装置（4）信号连接。

5.如权利要求1所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，每块所述腔体板（1）的内侧设有至少一块弧度板（6），用于反射沉积气体至芯层石英棒上。

6.如权利要求5所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，所述弧度板（6）为发泡石英弧度板，其内侧为镜面（61），外侧为磨砂面（62）。

7.如权利要求5所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，所述弧度板（6）与所述腔体板（1）通过连接支架（8）连接。

8.如权利要求7所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，所述连接支架（8）为伸缩式支架，其包括至少两根伸缩杆，可通过所述伸缩杆调整所述弧度板（6）的偏转角度。

9.如权利要求5所述的OVD工艺可调节沉积***，其特征在于，所述弧度板（6）包括至少两块转动连接的弧形板，每块所述弧形板通过至少一伸缩杆与所述腔体板（1）连接，以调整所述弧形板的偏转角度。

10.一种OVD工艺可调节沉积***的调节方法，其特征在于，该调节方法利用如权利要求1所述的OVD工艺可调节沉积***实施，包括以下步骤：

当在腔体内的芯层石英棒上沉积光纤预制棒时，实时获取光纤预制棒的沉积量；

根据获取光纤预制棒的沉积量，调整腔体板（1）的角度以调节腔体的剩余空间。

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