[实用新型]一种制造光纤预制棒的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤预制棒的制造技术，具体地说，涉及带气体加热器的轴向汽相沉积(VAD)装置和使用该装置制造光纤预制棒的方法。

背景技术

光纤由光纤预制棒按比例拉制而成，而预制棒通常由折射率较高的芯层和折射率较低的包层组成。由于99％以上的光信号都是在芯层中传输的，因此芯棒的制造技术决定了光纤预制棒的光学特性。作为光纤预制棒芯棒的制造方法之一，轴向汽相沉积(VAD)法(如申请号为10/142466、公开号为US 6923024B2的美国专利申请，申请号为10/142689、公开号为US6928841B2的美国专利申请，申请号为200610142065.5、公开号为CN1994945A的中国专利申请)是将燃烧反应生成的玻璃微粒沉积到旋转上升的竖直种棒上形成疏松体，具有沉积效率高，成本低，易于大规模制造等优点。

近年来，随着光纤需求量的增长和竞争的加剧，需要在不降低预制棒光学特性的前提下制造较大尺寸规格的预制棒来进一步降低成本。使用轴向汽相沉积制造大尺寸预制棒，需要更大、结构更复杂的多重喷灯来增大玻璃粉尘的沉积量，同时需要严格控制反应腔内的压力场和温度场。如图1所示，制造光纤预制棒的装置1包括反应腔2，用于沉积玻璃粉尘的第一喷灯3和第二喷灯4，用于固定竖直种棒9的夹具5，用于使竖直种棒旋转和提升的旋转提升部件6，排风口7和补风口8。制造光纤预制棒的过程中，先将竖直种棒9竖直的固定在夹具5上，然后将SiCl₄、GeCl₄气体送至氢氧焰喷灯3、4燃烧，在高温下水解生成玻璃粉尘。通常利用第一喷灯3向竖直种棒9的中心部位喷射火焰在竖直种棒9的末端形成芯层10，利用第二喷灯4向竖直种棒9的周围部分喷射火焰在芯层10上形成包层11。芯层10的折射率高于包层11的折射率。竖直种棒不断地向上提升和旋转，从而得到外径均匀的疏松体。疏松体经过脱水和玻璃化，形成具有芯层和部分包层组成的透明芯棒。

更具体地，原料气体(SiCl₄、GeCl₄)，可燃气体(H₂)和助燃气体(O₂)等从原料供应系统以设定的流速通向喷灯，当原料气体与喷灯中氢氧焰燃烧产生的H₂O发生水解反应或者在1100℃甚至更高温度下与O₂发生直接氧化反应生成SiO₂、GeO₂微粒。反应式为：

SiCl₄+2H₂O→SiO₂+4HCl

SiCl₄+O₂→SiO₂+2Cl₂

GeCl₄+2H₂O→GeO₂+4HCl

GeCl₄+O₂→GeO₂+2Cl₂

火焰产生的SiO₂、GeO₂颗粒漂浮在火焰中，形成气溶胶。当气溶胶粒子存在于温度分布不均匀的气体中时，粒子受温度梯度的驱使会由高温处往低温处运动，此现象称为热泳。由于温度梯度的作用，SiO₂、GeO₂微粒随着从喷灯口喷出的热气体一起漂浮到温度相对较低的疏松体上。对疏松体生长至关重要的芯层端面温度利用红外激光探测器监测，并通过控制芯层喷灯的H₂流量来调节疏松体端面温度(如申请号为10/131700、公开号为US 6834516B2的美国专利申请)。