单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法制造方法及图纸

提供一种单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法，该装置及方法完全不需要在以往的单晶纤维制造装置中所需的高精度的控制性，而且，使在长时间内维持稳定的稳定状态变得极为容易，并能稳定地制造数百m以上的长的单晶纤维。一种单晶纤维制造装置，在腔室内将激光照射到原料棒的上表面以形成熔融液，将种晶单晶浸于该熔融液并向上方提起，从而制造单晶纤维，包括：激光光源，其将激光以平行光的形式照射；提起装置，其构成为能在保持种晶单晶的状态下使种晶单晶沿铅垂方向上下移动；以及平面反射镜，其以使激光垂直入射到原料棒的上表面的形式使激光反射，构成为以使熔融液的温度呈环状温度分布的形式将激光照射到原料棒的上表面。温度分布的形式将激光照射到原料棒的上表面。温度分布的形式将激光照射到原料棒的上表面。

Single crystal fiber manufacturing device and method

A single crystal fiber manufacturing device and a single crystal fiber manufacturing method are provided, which do not need the high-precision control required in the previous single crystal fiber manufacturing device at all, and make it extremely easy to maintain a stable state for a long time, and can stably manufacture hundreds of meters of long single crystal fibers. The invention relates to a single crystal fiber manufacturing device, which irradiates a laser on the upper surface of a raw material rod in a cavity to form a molten liquid, immerses the seed crystal in the molten liquid and lifts it up to manufacture a single crystal fiber, including: a laser light source, which irradiates the laser in the form of parallel light; The lifting device is configured to make the seed crystal move up and down along the vertical direction while maintaining the seed crystal; And a plane mirror, which reflects the laser in the form of making the laser vertically incident on the upper surface of the raw material rod, and is configured to irradiate the laser on the upper surface of the raw material rod in the form of making the temperature of the molten liquid in a circular temperature distribution. In the form of temperature distribution, the laser irradiates the upper surface of the raw rod. In the form of temperature distribution, the laser irradiates the upper surface of the raw rod< br/>

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法


[0001]本专利技术涉及单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法，尤其涉及直径为数十μm这样的极细且长度至少在数百m以上、优选达到数km的单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法。

技术介绍

[0002]以往，为了实现新的电子设备的开发、电子部件的小型化、高性能化等，进行了高品质极细单晶纤维的制造方法的开发。1980年代，以美国斯坦福大学为中心，利用激光开发了直径数十μm的单晶纤维制造方法，该方法被命名为激光加热基座法(LHPG(Laser Heated Pedestal Growth)法)(非专利文献1等)。然而，上述LHPG法如后所述是需要极高精度的控制的方法，因此至今尚未实用化。
[0003]因此，作为进一步提高控制性的方法，开发了使用坩埚等容器，使原料熔融液从喷嘴一点点地流下并在下方固化，从而制造单晶纤维的引下法、μ
‑
PD法等。
[0004]然而，在这些使用容器的方法中，根据材料的不同而找不到适当的容器的情况、无法忽略容器对原料熔融液的污染而对实用化产生阻碍的情况等频发。因此，期望开发一种无需使用容器、能稳定且廉价地制造高纯度且高品质单晶纤维的新的制造方法。
[0005]现有技术文献非专利文献[非专利文献]R.S.Feigelson,“Pulling optical fibers”,Journal of Crystal Growth 79(1986)669
‑
680

技术实现思路

[0006]专利技术所要解决的技术问题图5是以往的采用LHPG法的单晶纤维制造装置的示意图。如图5所示，在单晶纤维制造装置100中，利用抛物面镜104使从激光光源102照射的激光在原料棒106的上表面106a聚光以使其熔融，将作为目标的直径细的种晶单晶108浸在所得的熔融液中之后，使用提起装置110向上方提起。
[0007]另外，熔融液的热量被种晶单晶108夺取，与种晶单晶108接触的熔融液固化，从而能提起。由此，能够制造具有期望的直径的单晶纤维112。被报告此时优选如图6所示将所制造的单晶纤维112的半径r
f
与原料棒106的半径R
s
之比设为1：3左右，以使稳定的制造持续。
[0008]在使用以往的LHPG法单晶纤维制造装置100制造单晶纤维112的情况下，为了使单晶纤维112稳定生长，必须准确且精密地控制与原料棒的熔解、固化有关的所有控制要素，即(1)激光的照射强度(2)激光的照射分布(3)激光的照射位置(4)原料棒前端部的垂直方向位置
(5)原料棒前端部的水平面内位置(6)与单晶纤维的提起连动地使原料棒前端部向上方移动的移动速度(7)单晶纤维的水平面内位置(8)将单晶纤维向上方提起的提起速度等所有要素。
[0009]例如，在制造直径20μm的单晶纤维的情况下，上述的位置的控制精度需要以至少
±
2μm、优选
±
0.2μm的精度进行控制。然而，满足上述要求极为困难，是将单晶纤维制造装置的价格推向高价的主要原因。
[0010]鉴于上述现状，本专利技术的目的是提供一种单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法，该单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法完全不需要在以往的LHPG法单晶纤维制造装置中所需的上述控制要素的高精度的控制性，而且，使在长时间内维持稳定的稳定状态变得极为容易，并能稳定地制造数百m以上的长的单晶纤维。
[0011]解决技术问题所采用的技术方案本专利技术是为了解决上述现有技术即LHPG法中的位置控制需要极高精度地控制这个问题而被专利技术的，本专利技术的单晶纤维制造装置，是在腔室内将激光照射到原料棒的上表面以形成熔融液，将种晶单晶浸于该熔融液并向上方提起，从而制造单晶纤维的单晶纤维制造装置，其特征是，包括：激光光源，该激光光源将所述激光以平行光的形式照射；提起装置，该提起装置构成为能在保持所述种晶单晶的状态下使所述种晶单晶沿铅垂方向上下移动；以及平面反射镜，该平面反射镜以使所述激光垂直入射到所述原料棒的上表面的形式使所述激光反射，构成为以使所述熔融液的温度呈环状温度分布的形式将所述激光照射到所述原料棒的上表面。
[0012]在这样的单晶纤维制造装置中，所述激光优选为具有环状强度分布的激光。而且，所述原料棒的半径优选为所制造的单晶纤维的半径的十倍以上。而且，在所制造的单晶纤维的半径为100μm以下的情况下，更优选所述原料棒的半径设置在2mm～5mm的范围。
[0013]而且，还可以具备导光器具，该导光器具收容所述腔室的激光导入窗和所述平面反射镜。
[0014]在该情况下，可以构成为从所述导光器具向所述腔室内导入气氛气体。
[0015]而且，还可以具备位置控制单元，该位置控制单元用于将所述单晶纤维的水平面内位置控制在规定的限制范围内。
[0016]而且，本专利技术的单晶纤维制造方法，是将作为平行光的激光照射到原料棒的上表面以形成熔融液，将种晶单晶浸于该熔融液并向上方提起，从而制造单晶纤维的单晶纤维制造方法，其特征是，以使所述熔融液的温度呈环状温度分布的形式将所述激光照射到所述原料棒的上表面。
[0017]在这样的单晶纤维制造方法中，所述激光优选为具有环状强度分布的激光。
而且，所述原料棒的半径优选为所制造的单晶纤维的半径的十倍以上。
[0018]而且，在所制造的单晶纤维的半径为100μm以下的情况下，更优选所述原料棒的半径设置在2mm～5mm的范围。专利技术效果
[0019]根据本专利技术，即使单晶纤维的制造推进从而原料棒被消耗，原料棒前端部的垂直方向位置的变动也是略微的，例如，在使用半径3mm的原料棒制造半径10μm、长度100m的单晶纤维的情况下，原料棒被消耗的长度仅为1.1mm左右。
[0020]此外，激光在维持固定的形状的状态下从上方垂直照射到原料棒上表面，因此，即使原料棒的前端部的垂直方向位置略微变低，照射的激光的形状、强度也保持固定。因此，即使单晶纤维的制造推进从而原料棒的前端部的垂直方向位置变低，也没有必要对原料棒的位置(原料棒的前端部的垂直方向位置及水平面内位置)进行控制，可保持固定。
[0021]因此，能使在长时间内维持稳定的稳定状态变得极为容易，并能稳定地制造数百m以上的长的单晶纤维。
附图说明
[0022]图1是对本实施方式的单晶纤维制造装置的结构进行说明的示意图。图2是示出激光的强度分布的图表。图3是示出位置控制单元的结构的概略图。图4是示出熔融液的温度分布的图表。图5是以往的采用LHPG法的单晶纤维制造装置的示意图。图6是用于说明利用图5所示的单晶纤维制造装置制造单晶纤维时的单晶纤维的半径与原料棒的半径的关系的示意图。
具体实施方式
[0023]以下，基于附图，以氟化锂单晶纤维的制造为例，更详细地对本专利技术的实施方式(实施例)进行说明。图1是对本实施方式的单晶纤维制造装置的结构进行说明的示意图。
[0024]如图1所示，本实施方式的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单晶纤维制造装置，是在腔室内将激光照射到原料棒的上表面以形成熔融液，将种晶单晶浸于该熔融液并向上方提起，从而制造单晶纤维的单晶纤维制造装置，其特征是，包括：激光光源，该激光光源将所述激光以平行光的形式照射；提起装置，该提起装置构成为能在保持所述种晶单晶的状态下使所述种晶单晶沿铅垂方向上下移动；以及平面反射镜，该平面反射镜以使所述激光垂直入射到所述原料棒的上表面的形式使所述激光反射，构成为以使所述熔融液的温度呈环状温度分布的形式将所述激光照射到所述原料棒的上表面。2.根据权利要求1所述的单晶纤维制造装置，其特征是，所述激光是具有环状强度分布的激光。3.根据权利要求1或2所述的单晶纤维制造装置，其特征是，所述原料棒的半径是所制造的单晶纤维的半径的十倍以上。4.根据权利要求3所述的单晶纤维制造装置，其特征是，在所制造的单晶纤维的半径为100μm以下的情况下，所述原料棒的半径设置在2mm～5mm的范围。5.根据权利要求1至4中任一项所述的单晶纤维制造装置，其特征是，还具备：导光器具，该导...

【专利技术属性】
技术研发人员：进藤勇，
申请(专利权)人：株式会社水晶系统，
类型：发明
国别省市：