[发明专利]一种管外法制造光纤预制棒的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管外法制造光纤预制棒的装置及方法，适用于光纤制造技术领域。

背景技术

在制备光纤预制棒时，通常需要在纯石英玻璃中掺入一定量的其他元素，从而使对应的光纤具有某些特定的性能。例如，掺入Ge可提高玻璃的折射率，而掺入F可降低玻璃的折射率；对于多数有源光纤来说，需要掺入某些稀土元素等。目前，用于制备光纤预制棒的技术主要有以PCVD和MCVD为代表的管内法和以VAD和OVD为代表的管外法。两类技术在掺杂方面也都有优势和不足。

气相轴向沉积法（VAD）以及外部气相沉积法(OVD)已经应用于光纤预制棒制造。由于F（氟）的掺杂可以影响预制棒折射率的分布，并在一定程度上可以降低对应光纤的损耗，因此目前在制备预制棒时通常掺入一定量的F。目前通常的方法是在通过喷灯的原料气体中混入一定量的含F气体，使F在原料气体反应时作为杂质掺入沉积预制棒中。例如，美国专利US 5895515通过使用SiCl₄，CF₄，H₂和O₂的混合气体制作预制棒包层。由于F的掺入会提高预制棒出现裂纹的几率，因此美国专利US 20100077800A1做出了一些改进，在该专利中，额外加入了两只喷灯，通过使用SiCl₄，含F气体，H₂及O₂的混合气体的燃烧，将F掺入，并提高预制棒表面的密度，从而改善粉尘棒破裂的问题。

但是以上两种方法的共同之处在于使用SiCl₄和含F气体作为原料,H₂及O₂作为燃料,通过同一喷灯出射,并通过H₂及O₂的燃烧反应提供H₂O和热源,从而将F元素掺入到生成的SiO₂粉尘中并沉积到粉体预制棒上。这种方法仍然存在着一些不足之处：第一，使用SiCl₄，CF₄，H₂和O₂的混合气体制作包层面临的一个问题就是F无法有效的掺入到预制棒内，在所有消耗的F中，只有一小部分真正掺入到预制棒内； 其二，若采用加大含F气体流量的方法加大F的掺入量时，又面临由于预制棒密度未变化，而由掺入更多的F导致裂纹的产生；第三，即使采用额外添加传统喷灯的方法在特定的工艺条件下可以起到缓解裂纹的产生，但仍然未解决掺F效率不高的问题。

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出一种管外法制造光纤预制棒的装置及方法，它能有效提高掺杂元素的活性，从而提高掺杂的效率。

本发明装置的技术方案为：包括有机架、旋转夹盘和喷灯组件，旋转夹盘或喷灯组件与移动座相连，喷灯组件与燃气和化学原料供应系统相连通，其特征在于设置有等离子体发生器，等离子体发生器的入口端与掺杂源相连通，等离子体发生器的出口端与喷头相连。

按上述方案，所述的掺杂源包括掺杂气源和/或掺杂液源，在掺杂液源与等离子发生器之间安设有雾化器，掺杂液经由雾化器雾化后进入等离子体发生器。

按上述方案，在掺杂气源和掺杂液源管路上设置流量控制器，用以调节每种气体和液体的流量。

按上述方案，所述的等离子体发生器为高频等离子体发生器或微波等离子体发生器，所述的喷头安设在等离子发生器出口端，与其相联成一体，在喷头出口端安设有开口为斜口或圆弧斜口的喷射罩。

按上述方案，所述的等离子体发生器包括玻璃内管和玻璃外管，在玻璃内管和玻璃外管之间设置有气体循环管，玻璃内管的后端为等离子体发生器入口端，分别设置掺杂气源和掺杂液源两个入口，玻璃内管的前端直接与喷头相连为一体，气体循环管的两端分别设置进气口和出气口，进、出气口与冷却气源相连通，在玻璃外管的外周安设高频螺旋线管，高频螺旋管两端与高频发生器相连，同时与冷却水相连通，在玻璃外管的前端连接玻璃喷射罩，由此构成高频等离子体发生器。

按上述方案，所述的机架为立式机架，旋转夹盘通过上下移动座与立式机架相连，所述的喷灯组件安设在立式机架的下方一侧，喷灯组件包括预制棒芯部喷灯和预制棒包层喷灯，在立式机架下方对应喷灯组件的另一侧安设直接连接喷头的等离子体发生器，由此构成VAD法制造光纤预制棒的装置。