本发明专利技术涉及一种管外法制造光纤预制棒的装置及方法，该装置包括有机架、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。本发明专利技术利用等离子体发生器使含F气体或其他含掺杂元素的气体等离子化，有效提高了相应掺杂元素原子的化学活性，从而提高了外部法掺杂的效率；同时提高了预制棒包层部分粉尘的密度，有效改善了如掺F含量过高导致的预制棒粉体开裂的问题；增设雾化器，可提高溶液的离子化程度，完成稀土元素、碱金属元素和碱土金属元素等杂质的掺入；本发明专利技术结构简单，使用方便。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种管外法制造光纤预制棒的装置及方法，该装置包括有机架、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。本专利技术利用等离子体发生器使含F气体或其他含掺杂元素的气体等离子化，有效提高了相应掺杂元素原子的化学活性，从而提高了外部法掺杂的效率；同时提高了预制棒包层部分粉尘的密度，有效改善了如掺F含量过高导致的预制棒粉体开裂的问题；增设雾化器，可提高溶液的离子化程度，完成稀土元素、碱金属元素和碱土金属元素等杂质的掺入；本专利技术结构简单，使用方便。【专利说明】
本专利技术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
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技术介绍
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，！12及02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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术装置的技术方案为: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，所述的等尚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。按上述方案，所述的机架为卧式机架，旋转夹盘安设在卧式机架的一端，在卧式机架的一侧安设往复移动座，往复移动座上安设喷灯组件，喷灯组件为预制棒包层喷灯，预制棒包层喷灯设置I飞个，预制棒包层喷灯沿与旋转夹盘轴线平行的方向间隔安设，在各预制棒包层喷灯之间安设直接连接喷头的等离子体发生器，由此构成OVD法制造光纤预制棒的装置。本专利技术方法的技术方案为: 将靶棒夹持固定在旋转夹盘上，旋转夹盘靠近喷灯组件处， 开启旋转夹盘，使靶棒缓慢旋转，同时开启喷灯组件、燃气和化学原料供应系统， 喷灯组件按照预设的喷射流量将燃烧状态的化学原料喷射至旋转的靶棒，沉积形成粉末预制棒的芯部和/或包层，与此同时，开启掺杂源和等离子体发生器，通过喷头向靶棒喷射经离子化处理的含有掺杂物质的气焰，控制单元根据情况通过质量流量计MFC和阀门对各喷射流量进行控制和调整， 喷灯组件和等离子体发生器喷头不断燃烧喷射，同时喷灯组件和等离子体发生器喷头相对靶棒移动或往复移动，粉末预制棒的芯部和包层不断延伸，或者包层直径不断增大，直至达到粉末预制棒预定的尺寸规格。按上述方案，进入等离子体发生器的有气体和/或雾状溶液，所述的气体为含F气体、02、Ar、N2, He中的一种或几种；所述的雾状溶液为稀土离子雾状溶液；利用等离子体发生器使进入的气体和/或雾状溶液部分或全部等离子化。按上述方案，所述的方法为VAD法(气相轴向沉积法)，喷灯组件包括预制棒芯部喷灯和预制棒包层喷灯，喷灯组件和等离子体发生器喷头位于靶棒的下方成仰角进行喷射，旋转夹盘带动靶棒连续缓 慢上移，粉末预制棒的芯部和包层不断延伸，直至达到粉末预制棒预定的长度。按上述方案，所述的方法为OVD法(外部气相沉积法)，喷灯组件为预制棒包层喷灯，喷灯组件和等离子体发生器喷头沿与旋转夹盘轴线平行的方向间隔安设，与靶棒轴线成直角进行喷射，移动座带动喷灯组件和等离子体发生器喷头往复移动，所述的靶棒为已成型的芯棒，粉末预制棒的包层直径在往复移动中不断增大，直至达到粉末预制棒预定的直径。本专利技术的有益效果在于:1、利用等离子体发生器使部分或全部含F气体或其他含掺杂元素的气体等离子化，有效提高了相应掺杂元素原子的化学活性，从而提高了外部法掺杂的效率；2、利用等离子体产生的高温加热预制棒对应部位的粉尘结构，使其密度增加，有效改善了如掺F含量过高导致的预制棒粉体开裂的问题；3、增设雾化器，可提高溶液的离子化程度，可完成稀土元素、碱金属元素和碱土金属元素等杂质的掺入，且径向均匀性好；4、本专利技术结构简单，使用方便。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术装置一个实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种管外法制造光纤预制棒的装置，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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：渠驰，张宏胜，罗杰，顾立新，曹蓓蓓，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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