[发明专利]一种稳定光纤预制棒芯棒生长的风量控制装置及其方法

说明书

技术领域

本发明一种稳定光纤预制棒芯棒生长的风量控制装置及其方法涉及的是一种VAD法光纤预制棒芯棒的制造，具体的说是一种通过监测进风和排风风量并参与控制来维持沉积腔体内气流稳定的装置及其方法，使用该装置和方法制造的芯棒粉末棒烧结后气泡较少，有效提升芯棒的利用率，且具有较高的棒径均匀性，有效提升光纤的参数一致性。

技术背景

随着光纤预制棒技术的发展，目前较成熟的预制棒芯棒的制备方法主要有轴向气相沉积法（VAD）、改进的化学气相沉积法（MCVD）、等离子体化学气相沉积法（MCVD）。本专利使用装置背景为轴向气相沉积（VAD）。

VAD法制造芯棒是在反应腔体内用喷灯喷出SiCl4/GeCl4/H2/O2等的混合气体，经燃烧生产SiO2,、GeO2等粉末，粉末通过热泳沉积在腔体中心的石英靶棒上，靶棒随卡盘旋转并上升，逐步沉积为芯棒粉末棒。

芯棒沉积工艺中粉末棒的棒径均匀将影响芯棒参数的一致性，进而影响光纤的主要参数，如模场直径、截止波长等，因此控制沉积芯棒的棒径均匀对保证光纤的质量有重要意义。在棒径均匀性的影响的因素中，喷灯流量配比和反应气流稳定性最为关键。喷灯流量配比直接影响粉末生成量，但喷灯流量配比可以通过试验的方式得出最合理配比，并且由高精度质量流量计控制流量的稳定性。因此沉积的气流稳定性将对棒径的均匀性起决定性作用，反应生成的SiO2/GeO2粉末一部分沉积到靶棒和棒体上，剩余的被腔体抽风气流排出，稳定的气流将保证沉积到棒体上去的粉末量维持稳定，故需要在线动态控制沉积腔体内的进风和排风风量，保持一种稳定的腔体气流环境。

传统的芯棒沉积工艺中采用压力计控制腔体负压，并实时调整，这种压力反馈控制模式下，随着粉末棒沉积的长度变化，会存在误差，导致实际腔体内气流量不稳定，未能沉积到粉末棒上的粉末随气流二次沉积，在粉末棒中形成密度差异点，烧结后易形成气泡，造成芯棒浪费。故保持稳定的腔体气流环境还能有效将未能沉积的粉末排出腔体，减少气泡形成，提升芯棒的利用率。

中国发明专利CN201310152085.0里介绍了一种利用红外热像技术采集粉末棒表面温度并参与控制气体流量的装置，可以防止粉末密度差大而开裂，但未提及进风和排风的风量监测及控制。

中国发明专利CN201410708948.2里介绍了一种芯层和包层排气分开的装置，并且通过压力反馈，保证芯层火焰和芯层沉积区域的稳定性，但未提及进风和排风的风量监测及控制。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种稳定光纤预制棒芯棒生长的风量控制装置及其方法，可以有效解决光纤预制棒芯棒轴向生长的棒径不均匀问题，从而确保芯棒的基本参数轴向均匀分布，还能降低芯棒粉末棒中的气泡数量，提升芯棒利用率。

本发明需要监测沉积腔体的进风和排风风量并参与控制来维持沉积腔体内气流稳定，使光纤预制棒芯棒轴向直径均匀生长。设定进风和排风风量的控制目标值，由于排风风管截面积保持不变，因此当排风风量大于设定目标值时，排风阀门调节开度来降低排风风速，进而降低排风风量至目标值，当排风风量小于设定目标值时，排风阀门调节开度来增大排风风速，进而增大排风风量至目标值。由于进风风量是被动补风，因此当进风风量大于设定目标值时，进风口增大进风面积来降低风量，当进风风量小于设定目标值时，进风口减小进风面积来降低风量。最终，通过进风和排风的风量定量控制，维持沉积腔体内的气流稳定。

一种稳定光纤预制棒芯棒生长的风量控制装置及其方法是采取以下方法实现：

本发明一种稳定光纤预制棒芯棒生长的风量控制装置包括石英腔体、金属吊杆、石英靶棒、提升部马达、卡盘、排气主管道、排气支管道、石英喷灯、原料气体气盘、废气处理塔、风机组、风速测定仪、电磁风阀、移动马达、活动盖板、连接杆、工控机、PC机。

在轴向气相沉积（VAD）方法下沉积光纤预制棒芯棒（下简称芯棒），提升部马达与卡盘相连，卡盘夹持住金属吊杆，将石英靶棒悬挂在金属吊杆末端，并伸入石英腔体内，提升部马达控制卡盘的上升和旋转，沉积过程中芯棒保持旋转（转速一般在15～30r/min），并以一定的速度（一般在30～60mm/h）上提。石英喷灯安装在腔体右侧，通过管道与原料气体气盘相连，沉积时SiCl4/GeCl4/H2/O2等原料气体从石英喷灯中喷出，并燃烧发生化学反应生成SiO2粉末，粉末堆积在预先放好的石英靶棒上，石英靶棒不断旋转和上提，进行芯棒沉积。