[发明专利]一种硫系玻璃微球的制备装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫系玻璃微球的制备装置及其制备方法。

背景技术

光学微球腔因具有极高的品质因子和极小的模式体积，在量子电动力学、低阈值激光器、非线性光学、光纤通信、量子光学和传感器等领域拥有巨大的应用前景。而光学微球腔的品质因子，主要由微球腔内的衍射损耗、吸收损耗和表面散射损耗构成。若被捕获进入微球腔的光能量，损耗越小，其在腔内存储的时间就越长，品质因子也就越高。因此由介电材料制成的微球腔其表面平整度和球形度越好，微球腔的品质因子也就越高。

通常介电材料经高温加热熔融后，靠自身的表面张力作用，形成的玻璃微球具有非常好的表面平整度和球形度。目前用于光学微球腔的玻璃微球的制备方法主要有玻璃粉料漂浮高温熔融法和CO₂激光加热光纤芯熔化法两种。用于硫系玻璃光学微球腔的制备方法主要有：玻璃粉料高温漂浮熔融法、连续激光熔融As₂Se₃微纳光纤法、电阻加热As₂Se₃光纤锥法、高温陶瓷表面加热As₂Se₂光纤锥法和CO₂激光加热As₂S₃光纤法。其中加热硫系光纤制备玻璃微球，受硫系光纤组分的限制，只能用于制备As₂Se₃和As₂S₃组分的玻璃微球，并且一次只能制作一个玻璃微球，而且微球尺寸受光纤尺寸限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硫系玻璃微球的制备装置及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硫系玻璃微球的制备装置，包括一储气瓶，其特征在于：所述储气瓶的出气口连接第一橡胶软管，所述第一橡胶软管的一端连接储气瓶的出气口，另一端连接至缓冲装置的第一进气接口，第二橡胶软管的一端连接至第一橡胶软管，另一端连接至所述缓冲装置的第二进气接口，所述第一进气接口和第二进气接口均位于所述缓冲装置的顶部，并且所述第二橡胶软管的两端分别与第二进气接口和第一橡胶软管可拆卸连接，所述缓冲装置具有内径逐渐缩小并且内侧面平滑过渡的部分，所述缓冲装置的底部密封连接至一石英管的顶部，所述石英管竖直设置并且位于加热炉的炉腔内，所述石英管的底部伸出于所述加热炉并且密封连接至一微球收集装置，所述微球收集装置置于一冷却装置内，并且插入至冷却装置的冷却液内。

优选地，所述缓冲装置为一中空圆球并且与所述石英管一体成型。

优选地，所述加热炉的炉腔的内壁与所述石英管同向延伸并且与石英管之间具有间距，该间距为4mm-8mm。

为了便于玻璃微球的掉落冷却，所述石英管的底部为一石英管接口，所述石英管接口的一段为锥形，所述石英管接口位于所述加热炉外侧，并且插入至所述微球收集装置，所述石英管接口与微球收集装置之间用硅脂进行密封。

为了保证所述玻璃粉末能够熔融充分并且形成微球，所述加热炉的炉腔的长度至少为600mm。

为了便于控制，所述储气瓶的出气口上设有一气压阀门，所述第二橡胶软管与第一橡胶软管相连接的一端设有一气体开关。

为了便于排气，所述微球收集装置有一出气管，其顶部伸出位于所述冷却装置的冷却液上方。

为了便于粉末进入缓冲装置，所述第二进气接口与竖直方向呈45度角倾斜。

上述硫系玻璃微球的制备装置的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将硫系玻璃粉末筛选至需要的孔径，并放入超声波清洗器中进行清洗除去表面微小附着物；

2)将清洗后的硫系玻璃粉末放入充满惰性气体的手套箱，并且在惰性气体的保护下放入第二橡胶软管，将所述第二橡胶软管与第一橡胶软管和缓冲装置的第二进气接口相连接；

3)根据硫系玻璃成分设定加热炉的加热温度；

4)将储气瓶中的惰性气体通过第一橡胶软管送入缓冲装置和石英管中并通气一段时间排净缓冲装置和石英管内的空气；

5)通过储气瓶中的惰性气体将第二橡胶软管中的硫系玻璃粉末吹进缓冲装置，进入石英管，硫系玻璃粉末在石英管中受到高温达到熔融状态，并在表面张力作用下形成玻璃微球，玻璃微球通过微球收集装置收集并且迅速冷却到室温。

与现有技术相比，本发明的优点在于该装置以及方法可以依次制备多个硫系玻璃微球，并且根据玻璃粉末的尺寸可以控制微球的尺寸，尺寸容易限制，且不受硫系玻璃组分的限制。