一种PCVD法制备有源光纤预制棒的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了PCVD法制备有源光纤预制棒的装置和方法，装置包括PCVD装置和掺杂装置，掺杂装置包括气化单元、气相传输单元和气相沉积单元，气相沉积单元包括衬管，气化单元包括普通沉积原料供给子单元、共掺物原料供给子单元和稀土卤化物原料供给子单元，共掺物原料供给子单元包括高温蒸发罐，稀土卤化物原料供给子单元包括高温蒸发腔；气相传输单元包括高温输送管、第一输送管、第二输送管和第三输送管，至少一个高温蒸发腔设置在衬管内靠近PCVD炉处，第一输送管先后穿过高温输送管和高温蒸发腔后伸入衬管。方法采用上述装置进行有源光纤预制棒的制备。本发明专利技术具有良好的密封性和可扩展性，能够实现利用PCVD法制备各种有源特种光纤预制棒。

A device and method for fabricating active fiber preforms by PCVD

【技术实现步骤摘要】
一种PCVD法制备有源光纤预制棒的装置和方法
本专利技术涉及光纤制备的
，更具体地讲，涉及一种PCVD法制备有源光纤预制棒的装置和方法。
技术介绍
光纤预制棒是制作光纤、光缆的重要基础材料，是光纤生产流程中的关键核心技术。目前国内制备预制棒的工艺来讲主要有气相轴向沉积法(VAD)、外部气相沉积法(OVD)、改进的化学外部气相沉积法(MCVD)和等离子体沉积法(PCVD)，其中MCVD和PCVD属于管内沉积法，VAD和OVD方法属于外部沉积法。外部沉积法摆脱了石英管尺寸限制，可以制备大尺寸光纤预制棒，使其在制造成本上有很大优势，已经被广泛用于通讯光纤预制棒的制造。而MCVD和PCVD属于管内沉积法，制备的预制棒无论是纤芯和包层尺寸都受到沉积石英管尺寸限制，所以近年来在大尺寸、低成本要求的通讯光纤领域占有的应用份额已逐渐减少。但是，在特种光纤领域管内法在控制精度上有很大优势，尤其是PCVD，其单层沉积厚度低、层数多，十分适合复杂结构设计的特种光纤制备。另外，稀土掺杂光纤预制棒目前制备方法主要有溶液法和气相法、溶胶凝胶法等，其中被广泛采用的主要是溶液掺杂法以及它的演变方法。虽然MCVD溶液掺杂技术具有操作简单、灵活性高等优点，然而随着其他掺杂技术的不断兴起和技术优化，利用该方法在光纤中掺杂稀土离子已经越来越显现出其局限性，尤其是其重复性难以控制和不具备大纤芯预制棒制备能力。溶胶凝胶法由于其杂质难以控制，一直被较高的光纤损耗问题困扰，目前未得到广泛应用。稀土离子气相法掺杂因为具备和光纤预制棒基础原料气相掺杂一致性，在掺杂均匀性、掺杂可控性、界面优化、背景损耗、光纤可靠性以及制备工艺的简化和可重复性上都得到较大的提高。目前，大部分稀土离子气相掺杂法都是结合MCVD使用，但是据目前文献报告，MCVD气相掺杂法制备的稀土掺杂光纤由于设备缺陷和技术水平等因素限制，其稀土掺杂光纤损耗水平仍然不理想。另一方面，MCVD法制备的预制棒尺寸很小，造成单根预制棒拉制的光纤较短，在稀土掺杂光纤产品批次性能一致性较差。而且因为稀土掺杂预制棒制备成品率低且预制棒尺寸小，都是造成稀土掺杂光纤成本较高的原因，这些都是稀土掺杂光纤产品亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在于提供一种能够充分结合PCVD法良好的管内沉积的控制精度和气相掺杂法优点并解决大芯径稀土掺杂预制棒制备问题和溶液法固有局限性问题的PCVD法制备有源光纤预制棒的装置和方法。本专利技术的一方面提供了PCVD法制备有源光纤预制棒的装置，包括PCVD装置和掺杂装置，所述掺杂装置包括气化单元、气相传输单元和气相沉积单元，气相沉积单元包括可旋转地穿设在PCVD装置的PCVD炉内的衬管；气化单元包括普通沉积原料供给子单元、共掺物原料供给子单元和稀土卤化物原料供给子单元，共掺物原料供给子单元包括设置在衬管外部的高温蒸发罐，稀土卤化物原料供给子单元包括设置于衬管内部的至少一个高温蒸发腔；气相传输单元包括高温输送管、与第一气源相连的至少一根第一输送管、与普通沉积原料供给子单元相连的第二输送管以及与共掺物原料供给子单元相连的第三输送管，第二输送管和第三输送管均穿过高温输送管后伸入衬管，其中，所述至少一个高温蒸发腔设置在衬管内靠近PCVD炉处，每根第一输送管先后穿过高温输送管和其中一个高温蒸发腔后伸入衬管。根据本专利技术PCVD法制备有源光纤预制棒的装置的一个实施例，高温蒸发腔由纯石英或陶瓷材料制成且设置在距离PCVD炉10mm至100mm处，高温蒸发腔所在位置的衬管外设置有高温加热炉并且所述高温加热炉的温度控制范围为50～1000℃、温度控制精度±1℃。根据本专利技术PCVD法制备有源光纤预制棒的装置的一个实施例，所述高温加热炉的腔体为两端开口的圆柱形腔体并且能够包裹高温蒸发腔所在位置的衬管，所述高温加热炉为炉体上部通过控制或手动可打开的半开式加热炉。根据本专利技术PCVD法制备有源光纤预制棒的装置的一个实施例，所述高温加热炉的外径为300mm～600mm、长度为300mm～600mm、腔体直径为40mm～70mm，所述衬管的两端分别通过旋转密封与固定结构相连。根据本专利技术PCVD法制备有源光纤预制棒的装置的一个实施例，所述高温蒸发腔中盛放稀土卤化物原料，所述高温蒸发罐中盛放共掺物原料，高温蒸发罐包括蒸发料罐和加热器且加热器的温度控制范围为50～400℃。根据本专利技术PCVD法制备有源光纤预制棒的装置的一个实施例，所述高温输送管包括内层的加热层、外层的隔热层和中心的传输腔，所述第一输送管、第二输送管和第三输送管均穿过所述传输腔，其中，所述高温输送管的加热温度为50～400℃且隔热后高温输送管的外表温度在70℃以下。根据本专利技术PCVD法制备有源光纤预制棒的装置的一个实施例，所述第一气源为氦气或氯气，所述普通沉积原料供给子单元提供的普通沉积原料包括SiCl4、GeCl4、C2F6和/或POCl3以及作为第二气源的氧气或氦气，所述高温蒸发罐通过设置有质量流量控制器的管路与第三气源相连并且所述第三气源为氧气或氦气。本专利技术的另一方面提供了一种PCVD法制备有源光纤预制棒的方法，采用上述PCVD法制备有源光纤预制棒的装置进行有源光纤预制棒的制备。根据本专利技术PCVD法制备有源光纤预制棒的方法的一个实施例，所述方法包括以下步骤：S1：组装装置并将预定的普通沉积原料、共掺物原料和稀土卤化物原料分别添加至普通沉积原料供给子单元、共掺物原料供给子单元和稀土卤化物原料供给子单元中；S2：以氦气为第一气源通入装置中进行气体置换，完成后再以氯气为第一气源通入装置中对稀土卤化物原料进行干燥，完成后停止通入气体；S3：对普通沉积原料供给子单元、共掺物原料供给子单元和稀土卤化物原料供给子单元进行加热并分别向衬管内提供各气相原料，调整PCVD炉参数分别进行包层和芯层沉积；S4：沉积完芯层之后卸下沉积后的衬管，熔缩后制成有源光纤预制棒。与现有技术相比，本专利技术的PCVD法制备有源光纤预制棒的装置和方法能够实现稀土离子直接通过气相传输至衬管，通过PCVD法等离子体直接沉积进入预制棒纤芯区域；采用PCVD法的单层沉积仅约1um，可实现复杂特种光纤结构设计；同时，采用的气相方法可以制备大尺寸预制棒纤芯，可以极大降低稀土掺杂光纤预制棒制备成本，且由于单根预制棒尺寸变大，拉制光纤长度也增加，也极大提高了稀土掺杂光纤产品性能一致性。附图说明图1示出了根据本专利技术示例性实施例PCVD法制备有源光纤预制棒的装置的整体结构示意图。图2示出了根据本专利技术示例性实施例PCVD法制备有源光纤预制棒的装置中高温输送管的剖面结构示意图。图3示出了根据本专利技术示例性实施例PCVD法制备有源光纤预制棒的装置中高温蒸发腔的结构示意图。图4示出了根据本专利技术示例性实施例PCVD法制备有源光纤预制棒的装置中高温加热炉的剖面结构示意图。图5a示出了根据本专利技术另一个示例性实施例PCVD法制备有源光纤预制棒的装置中包含两个高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PCVD法制备有源光纤预制棒的装置，其特征在于，包括PCVD装置和掺杂装置，所述掺杂装置包括气化单元、气相传输单元和气相沉积单元，气相沉积单元包括可旋转地穿设在PCVD装置的PCVD炉内的衬管；/n气化单元包括普通沉积原料供给子单元、共掺物原料供给子单元和稀土卤化物原料供给子单元，共掺物原料供给子单元包括设置在衬管外部的高温蒸发罐，稀土卤化物原料供给子单元包括设置于衬管内部的至少一个高温蒸发腔；/n气相传输单元包括高温输送管、与第一气源相连的至少一根第一输送管、与普通沉积原料供给子单元相连的第二输送管以及与共掺物原料供给子单元相连的第三输送管，第二输送管和第三输送管均穿过高温输送管后伸入衬管，其中，所述至少一个高温蒸发腔设置在衬管内靠近PCVD炉处，每根第一输送管先后穿过高温输送管和其中一个高温蒸发腔后伸入衬管。/n

【技术特征摘要】
1.一种PCVD法制备有源光纤预制棒的装置，其特征在于，包括PCVD装置和掺杂装置，所述掺杂装置包括气化单元、气相传输单元和气相沉积单元，气相沉积单元包括可旋转地穿设在PCVD装置的PCVD炉内的衬管；
气化单元包括普通沉积原料供给子单元、共掺物原料供给子单元和稀土卤化物原料供给子单元，共掺物原料供给子单元包括设置在衬管外部的高温蒸发罐，稀土卤化物原料供给子单元包括设置于衬管内部的至少一个高温蒸发腔；
气相传输单元包括高温输送管、与第一气源相连的至少一根第一输送管、与普通沉积原料供给子单元相连的第二输送管以及与共掺物原料供给子单元相连的第三输送管，第二输送管和第三输送管均穿过高温输送管后伸入衬管，其中，所述至少一个高温蒸发腔设置在衬管内靠近PCVD炉处，每根第一输送管先后穿过高温输送管和其中一个高温蒸发腔后伸入衬管。


2.根据权利要求1所述PCVD法制备有源光纤预制棒的装置，其特征在于，高温蒸发腔由纯石英或陶瓷材料制成且设置在距离PCVD炉10mm至100mm处，高温蒸发腔所在位置的衬管外设置有高温加热炉并且所述高温加热炉的温度控制范围为50～1000℃、温度控制精度为±1℃。


3.根据权利要求2所述PCVD法制备有源光纤预制棒的装置，其特征在于，所述高温加热炉的腔体为两端开口的圆柱形腔体并且能够包裹高温蒸发腔所在位置的衬管，所述高温加热炉为炉体上部通过控制或手动可打开的半开式加热炉。


4.根据权利要求2所述PCVD法制备有源光纤预制棒的装置，其特征在于，所述高温加热炉的外径为300mm～600mm、长度为300mm～600mm、腔体直径为40mm～70mm，所述衬管的两端分别通过旋转密封与固定结构相连。


5.根据权利要求1所述PCVD法制备有源光纤预制棒的装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：林傲祥，倪力，俞娟，
申请(专利权)人：成都翱翔拓创光电科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：四川;51