[发明专利]一种利用激光环形加热的光纤晶体自动制备系统

说明书

本发明属于基础材料领域，涉及晶体生长技术领域，特别涉及一种利用激光环形加热的光纤晶体自动制备系统，包括水冷系统结构、炉体架主体结构、控制结构，水冷系统与炉体结构通过水冷管路相连接，控制结构与其他两部分通过通讯线路及驱动线路相连接并加以控制；炉体架主体结构上安装有光学加热系统、炉膛真空系统、运动系统以及测绘系统，炉膛真空系统内设有朝向束变环装置的密封窗口镜；光学加热系统用于产生激光光束并将该激光光束输入炉膛真空系统；炉膛真空系统中安装有折轴反射及聚焦反射系统；运动系统用于控制馈送棒和籽晶棒进行上下移动；本发明能够产生不同直径和能量密度的激光光束，增强了激光加热系统的可调性。

技术领域

本发明属于基础材料领域，涉及晶体生长技术领域，特别涉及一种利用激光环形加热的光纤晶体自动制备系统。

背景技术

单晶光纤是一种由单晶材料制成的光学纤维，它不仅具有单晶材料的化学特性和物理特性，而且具有光纤的特点，如抗电磁干扰、传光性好、体积小、重量轻等。近年来随着光纤传感技术和光纤激光技术的快速发展以及单晶光纤的制备技术的不断改进，不同基质的单晶光纤在其生长和应用两个方面都得到了业内研究者越来越多的关注。

单晶光纤由于晶体直径特别小，传统的晶体生长方法已经不能适应生长要求，采用激光加热方式实现晶体生长具有以下优势：

能形成较小的熔区，且能实现很高的熔区温度；

无坩埚方式生长，避免污染问题；

熔区小、温梯大、生长速度快；

用料少、功率低，有利于提高能效比；

使用简单，应用材料广泛，特别适合材料筛选和新材料开发；

因此采用激光加热的实现晶体生长的方式得到了广泛应用。

然而，国内基本无可工程化应用的单晶光纤生长设备，进口设备价格昂贵且关键技术及设施存在禁运风险，。现有的国产单晶光纤生长设备多为用户自行搭建，勉强可用于毫米级单晶生长，设备较为简陋，功能单一不全、加热稳定性和均匀性较差、控制过程采用手动方式，生长一致性差。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提出一种利用激光环形加热的光纤晶体自动制备系统，包括水冷系统结构1、炉体架主体结构2、控制结构3，水冷系统与炉体结构通过水冷管路相连接，控制结构3与其他两部分通过通讯线路及驱动线路相连接并加以控制；炉体架主体结构2上安装有光学加热系统、炉膛真空系统21、运动系统以及测绘系统，炉膛真空系统21内设有朝向束变环装置的密封窗口镜；光学加热系统用于产生激光光束并将该激光光束输入炉膛真空系统21；炉膛真空系统21中有独立安装基板，基板上安装有折轴反射及聚焦反射系统，所述折轴反射系统内及聚焦反射系统均可上下左右四向调节，折轴反射系统与扩束系统22水平放置且中心位置等高且高度位置可调节，折轴系统与聚焦反射系统竖直放置，且中心孔同轴；运动系统用于控制馈送棒和籽晶棒进行上下移动，正常使用过程中，运动系统移动的垂直方向处于聚焦反射焦点的中心位置。

进一步的，光学加热系统包括激光器28和束变环系统，激光器28包括CO₂激光器和可视激光器，由CO₂激光器和可视激光器产生激光，所述CO₂激光器和可视激光器安装在同一光学基座平台结构，CO₂激光和可视激光输出水平高度相同，输出方向平行，束变环系统对产生的激光。

进一步的，光学加热系统中在激光器28和束变环系统之间设置有准直扩束装置27，通过准直扩束装置27的前置凹透镜和后置凸透镜对激光器28产生的激光光束进行扩散。

进一步的，准直扩束装置27和激光器28之间设有分束装置，分束装置对激光器28产生的激光进行分束，一束输入准直扩束装置27，另一束进行功率调制。