[发明专利]管外等离子体化学气相沉积制备光纤预制棒的装置和方法

说明书

本发明涉及光纤预制棒技术领域，具体涉及管外等离子体化学气相沉积制备光纤预制棒的装置，它包括射频电源，射频电源通过射频电缆与射频匹配器连接，射频匹配器的输出端连接射频线圈；它还包括气体注入装置和与气体注入装置连通的反应石英管，射频线圈位于反应石英管外部，并与反应石英管同轴布置。本发明采用感应耦合等离子体作为热源，等离子体焰炬温度高，能量密度高，原料利用效率得到提高，沉积速率得到提高，可生产大直径光纤预制棒；本发明还提供了管外感应耦合等离子体化学气相沉积制备光纤预制棒的方法，通过本发明的方法生产，掺F后生产的光纤预制棒的折射率较高，相对于PCVD工艺可以生产大直径的光纤预制棒。

技术领域

本发明涉及光纤生产技术领域，尤其涉及管外等离子体化学气相沉积制备光纤预制棒的装置和方法。

背景技术

在现有的四种主流光纤预制棒制备技术中，OVD/VAD是利用氢氧焰与SiCl₄/GeCl₄等原材料水解反应，其沉积效率低，特别是掺杂F，Ge，B等元素时，掺杂效率较低，不适合生产特种光纤预制棒；对于MCVD工艺，其沉积速率低，原料利用率低，同时掺杂F，Ge，B等元素时，掺杂效率较低，不适合生产高掺杂的光纤预制棒；对于PCVD工艺，其掺杂效率尚可，但其沉积沉积速率偏低，同时由于PCVD属于管内法，难以制备较大尺寸的光纤预制棒。

公开号为CN102092936A和公开号为CN101891380B的中国专利文献中提到了大尺寸光纤预制棒的制备，采用的是PCVD工艺，先在石英衬管上沉积制备相对小尺寸含掺氟层的芯棒，再通过OVD或VAD的其他工艺外部沉积包层，得到大直径光纤预制棒，工艺复杂并且生产成本较高。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了管外等离子体化学气相沉积制备光纤预制棒的装置，采用管外气相沉积生产光纤预制棒，相比管内气相沉积法，提高了沉积效率和NA值；同时可以制备常规通信光纤预制棒的大外径外包层或掺F包层。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：管外等离子体化学气相沉积制备光纤预制棒的装置，它包括射频电源，射频电源通过射频电缆与射频匹配器连接，射频匹配器的输出端连接射频线圈；它还包括气体注入装置和与气体注入装置连通的反应石英管，射频线圈位于反应石英管外部，并与反应石英管同轴布置。

优选的方案中，气体注入装置内部开设第一气体注入口，第二气体注入口和第三气体注入口，反应石英管包括外层石英管、中间石英管和中心石英管，第三气体注入口、第二气体注入口和第一气体注入口分别与外层石英管、中间石英管和中心石英管连通。

优选的方案中，气体注入装置内开设分别与外层石英管、中间石英管和中心石英管连接的台阶，第一气体注入口、第二气体注入口和第三气体注入口分别开设在对应的台阶上，三个台阶上分别开设成环形的第一进气通道、第二进气通道和第三进气通道，第一进气通道、第二进气通道和第三进气通道分别连通第三气体注入口，第二气体注入口和第一气体注入口。

优选的方案中，气体注入装置内设置冷却水腔，冷却水腔与冷却水入口和冷却水出口相连通。

优选的方案中，射频电源输出的电磁波频率为1~100MHz，功率为1~200kW。

优选的方案中，它还包括移动载台，气体注入装置安装在所述移动载台上。

优选的方案中，外层石英管内设置反应腔，中间石英管和中心石英管的端口接近反应腔，射频线圈布置在所述反应腔的外部。

本发明还提供了一种管外等离子体化学气相沉积制备光纤预制棒的方法，包括以下步骤：

1）安装待加工的靶棒，使所述靶棒的轴线与射频线圈的轴线垂直，开启机床使靶棒旋转；

2）启动移动载台，使移动载台往复平移；