等离子体谐振腔装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种等离子体谐振腔的动态设计方法和谐振腔机械装置，该装置包括：一个圆柱形的大圆柱筒，封闭大圆柱筒的两个固定圆形板，两个小圆柱筒，在两个小圆柱筒相对的端面之间的裂缝，穿过两个小圆柱筒的石英管，在大圆柱筒中部并与它的轴垂直的圆形通孔，两个短路活塞，每个短路活塞的外侧端分别安装两根对称的支撑杆，穿过所述大圆柱筒端面的所述固定圆形板，通过所述大圆柱筒两侧的螺丝调节装置与所述大圆柱筒外侧的圆环连接。本发明专利技术的方法使设计等离子体谐振腔简易可行，避免了多次机械设计与加工，可以很快得到实用的等离子体谐振腔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种等离子体的光纤预制棒加工设备，尤其涉及该设备中等离子体谐振腔的动态设计方法和利用这种方法制作的一种参数可调的谐振腔机械装置。
技术介绍
在PCVD光纤预制棒制造系统中，微波等离子体反应系统是产生化学气相沉积的关键设备，而等离子体反应器又是其中的核心部件。微波能量是通过民用微波波段的中心频率为2450MHz(波长λ为12.24cm)、功率为数千瓦的连续波磁控管获得。磁控管先在矩形的空心波导管激励器中激发电磁波，电磁波以H10模式通过波导系统和能量传输装置输送至等离子体反应器。等离子体反应器通常采用谐振腔。用于制造PCVD光纤预制棒的等离子体谐振腔通常是圆柱形或同轴形等具有角向对称结构的谐振腔，以保证沉积的玻璃角向均匀。参见图1，同轴形谐振腔由两端封闭的同心的外圆柱筒2和内圆柱体组成，内部长度a+t+b约为半波长(λ/2)。内圆柱体中部车空成为中部断开一个裂缝5的两个内圆柱筒1、4，内圆柱筒1、4中可穿过石英管，微波能量由该裂缝5辐射出去，耦合进入石英管8，激发管内气体电离形成等离子体。同轴形谐振腔一般有7个机械结构参数，分别为大圆柱筒2的内径D、小圆柱筒的外径d、小圆柱筒的厚度Δd、腔内左小圆柱筒1的长度a、腔内右小圆柱筒4的长度b、裂缝5的宽度t和微波能输入孔6的轴向位置s。常规的谐振腔设计方法是第一步理论计算。根据磁控管的频率、被加工物体(负载)的特性和工艺要求等，求出结构尺寸；第二步设计绘制图纸，加工成试验谐振腔；第三步小信号测试，测试的微波功率为毫瓦级。图2是用于谐振腔测试的一种小信号测试系统的系统。在图2中，21是扫频仪，22是稳幅器，23是被测谐振腔，24是示波器，25是反射计。该系统分别对被测谐振腔23进行空载和有模拟负载两种状态的测试。这种测试称为冷测或静态测试；第四步大功率测试。建立一个可模拟生产状态的平台，如图3所示的测试系统。如果谐振腔设计合理，将在石英管8中产生等离子体，然后测量反射功率是否可以调节到最小，一般必须使反射功率小于入射功率的4％，即电压驻波比小于1.5，谐振腔的设计才算合格。这种测试称为热测或动态测试。对于常规谐振腔的设计，上述的设计方法和步骤是十分有效的。例如，以同轴型谐振腔为例。从理论上分析，在谐振腔空载时，其长度为半波长的整数倍。在有负载时，即考虑被加工的物质时，只需要将该物质的特性、工艺要求等修正谐振腔的尺寸，并增加调谐装置即可。但是，对于等离子体谐振腔，上述常规方法有三个难点和缺点第一、作为谐振腔的负载，即被加工的物质通常是液体或固体。它们的介电常数是正值，而且变化范围小，理论设计的数据与实际应用时相差不多，稍加修正谐振腔的尺寸就可以很快设计出实用的谐振腔。而PCVD中作为谐振腔的负载是等离子体。等离子体的介电常数是负值，而且其数值与气体电离程度、气体种类、气体压力、流量、流速和微波功率等许多参数有关，目前还没有作为小信号测试使用的理想的模拟假负载，这就给理论计算和小信号测试带来困难。第二、谐振腔设计完成后，必须将金属材料加工成试验谐振腔，当某一尺寸数据修正后，必须再加工出新的谐振腔。一般上述步骤需要反复进行、反复修正和多次加工，这些过程既烦琐、加工量又很大。第三PCVD等离子体谐振腔是在约1200℃的高温环境中工作，在谐振腔内安装调谐装置在工作时是无法操作的。总之，用常规的设计方法和步骤，不能很快设计出合格的等离子体谐振腔。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种等离子体谐振腔的动态设计方法，该方法克服谐振腔常规设计中进行小信号测试的缺点，无需反复修正谐振腔尺寸数据、反复加工制作、反复测试谐振腔。本专利技术另一个目的是提供一种参数可调的谐振腔机械装置。本专利技术的一种等离子体谐振腔的动态设计方法，包括以下步骤计算该等离子体谐振腔的结构尺寸；加工成多个参数可以独立调节的试验谐振腔的机械装置；提供测试该试验谐振腔机械装置的一个动态测试平台，进行大功率动态模拟测试；其特征在于该动态模拟测试包括以下步骤调节该试验谐振腔机械装置的外部和内部尺寸，使石英管内气体电离产生等离子体；测量微波入射功率与反射功率；调节该试验谐振腔机械装置的可调的外部尺寸，从而改变谐振腔内部尺寸获得小于入射功率的4％的反射功率；当获得小于入射功率的4％的多组反射功率的机械尺寸时，从中优选出一组该谐振腔机械装置最佳的结构尺寸数据。本专利技术的一种参数可调的谐振腔机械装置，包括一个圆柱形的带有水冷通道的大圆柱筒，长度约为1.5λ；两个固定圆形板，用于封闭所述大圆柱筒的两侧，所述固定圆形板中部具有内螺纹的圆形同心通孔，该通孔径向两侧各有一个对称的圆形小通孔；两个直径和厚度相同，长度相等或相近的小圆柱筒，每个所述小圆柱筒的长度约为λ；两个所述小圆柱筒相对的端面之间形成一个裂缝；穿过两个所述小圆柱筒中的石英管；一个圆形通孔，位于所述大圆柱筒中部并与所述大圆柱筒的轴垂直，该圆形通孔连接波导管，用于输入微波能量；其特征在于每个所述小圆柱筒的外侧端有一段长度约为λ/4的外螺纹，分别与所述大圆柱筒两侧的所述固定圆形板的内螺纹相连接；两个相同的短路活塞，分别安装在所述大圆柱筒内两端内侧；每个所述短路活塞的外侧端分别安装两根对称的支撑杆，该支撑杆有外螺纹，穿过所述大圆柱筒端面的所述固定圆形板，通过所述大圆柱筒两侧的螺丝调节装置与所述大圆柱筒外侧的圆环连接。根据本专利技术的参数可调的谐振腔动态设计方法和参数可调的谐振腔机械装置，通过调节谐振腔各部分尺寸，可以比较快地产生等离子体，调节反射功率小的多组谐振腔尺寸，从中可以比较快地优选获得满意的谐振腔尺寸，最后制作出满足工艺要求的谐振腔，使设计等离子体谐振腔十分快捷，简易可行，避免了使用模拟假负载产生的误差和多次机械设计与加工，可以很快得到实用的等离子体谐振腔。附图说明图1为半波长同轴形谐振腔的示意图；图2为用于测试谐振腔的一种小信号测试系统；图3为用于PCVD等离子体谐振腔的动态测试系统；图4为本专利技术的用于PCVD等离子体谐振腔多变量动态设计方法的可调谐振腔机械装置的示意图；图5为本专利技术的用于PCVD等离子体谐振腔多变量动态设计方法的可调谐振腔机械装置的结构尺寸参数的示意图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细解释。本专利技术以半波长同轴形结构的谐振腔为例加以说明，本专利技术也适用于类似的等离子体谐振腔的设计。图4表示本专利技术的可调谐振腔机械装置的一个实施例。在图4中，41是左小圆柱筒，42是大圆柱筒，43是右固定圆形板，44是螺丝调节装置，45是右支撑杆，46是右圆环，47是右小圆柱筒，48是带有弹性结构的右短路活塞，49是放电裂缝，50是微波能量输入孔，51是带有弹性结构的左短路活塞，52是左固定圆形板，53是螺丝调节装置，54是左支撑杆，55是左圆环。可调谐振腔机械装置由几个部分组成大圆柱筒42、左右两个小圆柱筒41和47、大圆柱筒两端的固定圆形板43和52、可在大小圆柱筒之间轴向滑动的短路活塞48和51、调节机构包括左、右支撑杆45和54、圆环46和55、螺丝调节装置44和53。大圆柱筒42有水冷通道(图中未画出，可参见中国专利申请号03157394.0)与外界水冷管道连接。大圆柱筒42的长度约为1.5λ，两侧用右、左固定圆形板43、52封闭，每个固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体谐振腔的动态设计方法，包括以下步骤：　　　　计算该等离子体谐振腔的结构尺寸；　　　　加工成多个参数可以独立调节的试验谐振腔的机械装置；　　　　提供测试该试验谐振腔机械装置的一个动态测试平台，进行大功率动态模拟测试；　　　　其特征在于该动态模拟测试包括以下步骤：　　　　调节该试验谐振腔机械装置的外部和内部尺寸使石英管内气体电离产生等离子体；　　　　测量微波入射功率与反射功率；　　　　调节该试验谐振腔机械装置的可调的外部尺寸，从而改变谐振腔内部尺寸获得小于入射功率的４％的反射功率；　　　　当获得小于入射功率的４％的多组反射功率的机械尺寸时，从中优选出一组该谐振腔机械装置最佳的结构尺寸数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓都才，刘志坚，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]