一种光纤偏振器晶体生长炉制造技术

本发明专利技术属于光纤偏振器制作技术，涉及一种能够实现特定温度梯度分布的光纤偏振器晶体生长炉。本发明专利技术光纤偏振器晶体生长炉由上下相互对应设置的上加热炉和下加热炉组成，其中，所述上加热炉内设置有晶体生长腔，下加热炉对应晶体生长腔位置处设置有基片槽，所述晶体生长腔横截面于晶体形状基本一致，但横截面面积远大于晶体横截面尺寸，二者保持对称间距。本发明专利技术通过温度场设计与控制、充分利用炉腔表面现状对温度场的影响规律，不仅可降低硝酸钠单晶的生长缺陷率，实现光纤偏振器的高质量、高可靠性，而且可弥补硝酸钠单晶本身所具有的温度膨胀系数各项异性与变温中易裂纹的短板。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤偏振器晶体生长炉
本专利技术属于光纤偏振器制作技术，涉及一种能够实现特定温度梯度分布的光纤偏振器晶体生长炉。
技术介绍
全光纤无熔点光纤陀螺中，光纤偏振器是其核心器件之一，其功能是实现光路传输光的偏振态选择与起偏，其性能限制光纤陀螺的零偏温度性与信噪比等核心指标。在全光纤无熔点光纤陀螺的晶体包裹型光纤偏振器在线制作技术中，获得高质量、低缺陷的硝酸钠单晶的温度梯度实现装置就是关键点。现有光纤偏振器晶体生长炉因为炉腔为圆球状的设计，炉腔温度场分布控制难度大，晶体生长缺陷多，容易出现晶体生长平顶，影响产品质量。
技术实现思路
本专利技术的目的：提供一种能够改善晶体生长温度梯度分布，有效降低晶体生长缺陷率，提高工艺质量的光纤偏振器晶体生长炉。本专利技术的技术方案：一种光纤偏振器晶体生长炉，由上下相互对应设置的上加热炉和下加热炉组成，其中，所述上加热炉内设置有晶体生长腔，下加热炉对应晶体生长腔位置处设置有基片槽，所述晶体生长腔横截面于晶体形状基本一致，但横截面面积远大于晶体横截面尺寸，二者保持对称间距。上加热炉的垂直截面为矩形。上加热炉的垂直截面矩形顶部具有两倒角。晶体生长腔的前后采用对称的石英玻璃挡，左右采用对称的挡板。所述下加热炉的基片槽厚度小于基片自身厚度，且长度长于基片长度。晶体生长腔于晶体顶部间距不小于晶体高度的一半。晶体生长腔两侧于晶体之间的最小间距不小于晶体宽度。本专利技术的技术效果：本专利技术光纤偏振器晶体生长炉通过温度场设计与控制、充分利用炉腔表面现状对温度场的影响规律，不仅可降低硝酸钠单晶的生长缺陷率，实现硝酸钠单晶的定向生长，利用过热态与晶体定向生长的温度控制实现平顶的消除与高质量晶体的快速生长，并控制光轴方向，实现双折射折射率光轴与光纤垂直，实现光纤偏振器的高质量、高可靠性，而且可弥补硝酸钠单晶本身所具有的温度膨胀系数各项异性与变温中易裂纹的短板。附图说明图1是本专利技术一种光纤偏振器晶体生长炉结构图；图2是本专利技术一种光纤偏振器晶体生长炉前视图；图3是晶体生长腔与晶体位置关系侧视图；图4是晶体生长腔与晶体位置关系水平截面图，图中，1-晶体生长炉后结构，2-后石英玻璃挡，3-晶体生长腔，4-上晶体生长炉炉体，5-上罩，6-前石英玻璃挡，7-基片槽，8-下晶体生长炉炉体，9-上罩，10-上侧挡，11-下侧挡，12-晶体，13-光纤，14-石英基片。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明：请同时参阅图1和图2，本专利技术光纤偏振器晶体生长炉由上下相互对应设置的上加热炉4和下加热炉8组成，其中，所述上加热炉4内设置有晶体生长腔3，下加热炉8对应晶体生长腔3位置处设置有基片槽7，所述晶体生长腔3横截面于晶体12形状基本一致，但晶体生长腔3横截面面积远大于晶体12横截面尺寸，二者保持对称间距。另外，上加热炉4和下加热炉8选择合适材料作为炉体材料，保证从热源到晶体生长腔表面的过程中最小厚度，建立导热系数对应的炉体最薄处的厚度极限，本例使用的紫铜T2作为炉体材料时，炉体结构的厚度最薄处不小于2mm；若使用黄铜H62作为炉体材料时，则对应炉体结构的厚度最薄处不小于5mm。所述上加热炉4和下加热炉8采用独立温度控制，依据具体散热量设置上下炉体的间距，但炉体间距不小于1mm。所述上加热炉4的垂直截面为矩形，面积覆盖晶体生长的垂直截面，晶体生长腔3于晶体12顶部间距不小于晶体12高度的一半。晶体生长腔3两侧于晶体12之间的最小间距不小于晶体12宽度，上述特殊的结构设置，易于实现对炉腔特定温度场分布的控制，实现晶体生长所需要的温度场的布局。所述晶体生长腔的前后采用对称的前石英玻璃挡2和后石英玻璃挡6，便于观察晶体生长过程与晶体状况，前石英玻璃挡2和后石英玻璃挡6尺寸完全覆盖上下加热炉间隙，但前石英玻璃挡2和后石英玻璃挡6不需要完全面积一致。晶体生长腔3的左右采用对称的上侧挡10和下侧挡11，上侧挡10和下侧挡11为对称分布，其材质可以为不锈钢等金属或者石英玻璃，保证作为对外热辐射的对称性，同时保留光纤13从中穿过与上加热炉4开合时不与光纤13接触。下加热炉8的基片槽7厚度小于基片14自身厚度，且基片槽7长度长于基片14长度，使得基片14可以再基片槽7内沿光纤轴向方向有不小于3mm的活动范围。晶体生长腔3的前后采用对称的前石英玻璃挡2和后石英玻璃挡6，前石英玻璃挡2和后石英玻璃挡6尺寸完全覆盖上加热炉4和下加热炉8的间隙，在保持温差均匀对称的基础上，便于观察晶体生长状况。考虑晶体生长腔的温差通过前后、左右的挡板实现对环境气流的格挡，同时前后以及左右的挡板热辐射特性必须对称，因此位置对称，且对称的挡板要求材质和表面特性相同。本专利技术光纤偏振器晶体生长炉通过上述晶体生长炉腔的结构实现温度场的布局；通过前后、左右的挡板实现对环境气流的格挡，通过晶体生长腔上下炉体实现独立温度控制，实现温度的分布控制。本专利技术光纤偏振器晶体生长炉能够达到高质量、低缺陷率的结果。请参见图3、4，下面给出本专利技术一种用于可以消除光纤偏振器晶体生长平顶的晶体定向快速生长方法的具体实施过程，其步骤如下：步骤1：准备与施放籽晶与原料因为偏振器晶体选用熔点低、双折射折射率差异大的硝酸钠晶体，所以，籽晶的选择需要考虑与硝酸钠生长方向晶格参数匹配的材料，本专利技术中选取白云母片。白云母具有(001)晶面的晶格参数与硝酸钠晶格匹配度达到99.7％，且(001)晶面可以完全解离，易于形成新鲜干净晶面。在此处加工成厚度50微米以下，切割成3x3的小块，并焊接固定在托片底座上，放置到微型晶体生长炉晶体生长腔中。将晶体生长炉沿滑轨滑动到光纤熔锥区需要制作晶体的位置，左右移动微调籽晶位置，精度控制在亚毫米级。同时保证晶体生长炉中籽晶表面的水平，籽晶表面的水平度决定晶体生长后的形状。该处云母表面的洁净度与表面能也是影响成核与晶体形态的重要因素。将晶体生长的原料堆放在晶体生长腔内托片底座表面。控制施加原料的量，施加量太少容易导致晶体包裹光纤不充分，相反太多会出现晶体熔化的侧向溢流。通过温度的控制，使得晶体生长腔内部的硝酸钠原料从上边到下边逐步熔化，并使得熔化后的液态硝酸钠逐步缓慢的覆盖籽晶表面，并包裹光纤熔锥区，最后形成液滴状。在形成液滴状液态硝酸钠之后，所包裹的光纤与籽晶的位置需要进行控制，要求光纤在籽晶的中间穿过。步骤2：闭合晶体生长炉，进行温度控制的晶体生长，完成熔融-结晶-退火-降温4阶段温度控制。该过程可以通过观察窗监视晶体生长的状态。在晶体材料熔化过程中控制熔化部位，让材料从顶部先熔化，缓慢下流到籽晶表面。在晶体生长过程中，确保晶体生长炉腔内温度梯度方向始终是向下的，这样有利于符合设计的等温面的形成与稳定保温。晶体熔化后，要保证一定过热度并过热保持一点时间，本专利技术中该过热度大于30℃，保温时间大于3分钟。步骤3：接下来减少温度控制变量，保持上加热炉温度不变，下加热炉温度控制模块进行独立降温变化，保证晶体生长腔内温场的缓慢变化与控制精度，本专利技术中将放置籽晶的加热托底进行快速降温到结晶点以上10度左右，降温速率大于每分钟15℃；步骤4：按照缓慢的降温速率进行结晶控制15分钟，保证结晶完成。该过程是产生平顶的直接过程。该过程可以通过观察窗进行检测，检测在成核、生长过程中固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤偏振器晶体生长炉，其特征在于，由上下相互对应设置的上加热炉和下加热炉组成，其中，所述上加热炉内设置有晶体生长腔，下加热炉对应晶体生长腔位置处设置有基片槽，所述晶体生长腔横截面于晶体形状基本一致，但横截面面积远大于晶体横截面尺寸，二者保持对称间距。

【技术特征摘要】
1.一种光纤偏振器晶体生长炉，其特征在于，由上下相互对应设置的上加热炉和下加热炉组成，其中，所述上加热炉内设置有晶体生长腔，下加热炉对应晶体生长腔位置处设置有基片槽，所述晶体生长腔横截面于晶体形状基本一致，但横截面面积远大于晶体横截面尺寸，二者保持对称间距。2.根据权利要求1所述的光纤偏振器晶体生长炉，其特征在于，上加热炉的垂直截面为矩形。3.根据权利要求2所述的光纤偏振器晶体生长炉，其特征在于，上加热炉的垂直截面矩形顶部具有两倒角。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国明，谢良平，邢利平，王继良，刘延，杜鹏琼，董彩霞，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61