[实用新型]一种VAD反应腔体内环境气流的控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤预制棒研发和制造技术领域，尤其是涉及一种VAD反应腔体内环境气流的控制装置。

背景技术

VAD(气相轴向沉积)工艺是一种制备光纤预制棒的重要方法之一，它的主要特点是光纤预制棒的轴向生长。从喷灯喷出的卤化物原料通过水解反应氧化成微小颗粒(SiO₂或GeO₂)，芯层和包层微粒同时沿轴向沉积于旋转的石英玻璃靶棒的一端，并最终沉积成一根圆柱形状的疏松体(soot)。随后将该疏松体在线或单独脱水并烧结为透明的玻璃棒。

当前，VAD主要用于制备预制棒的芯棒soot。在沉积的过程中一般采用的是一个包层喷灯和一个芯层喷灯，通过对两个喷灯之间的距离、仰角以及抽风装置的位置进行一定程度的调整，使得包灯火焰和芯灯火焰成一个相对稳定的格局，通过化学气相沉积将GeO₂和SiO₂颗粒同时沉积至目标靶棒，逐渐形成一根圆柱形状的疏松体。在整个过程中，对喷灯的位置、抽风装置的切合度都有非常高的要求，一旦某项工艺参数出现偏差即会对沉积速率、收集效率以及整个soot的尺寸以及烧结后的芯棒的折射率稳定性产生较大影响。就VAD工艺来讲，沉积速率直接决定了生产效率；收集效率直接决定了产品的成本；soot尺寸及芯棒的折射率稳定性直接决定产品的合格率。

当前的VAD沉积系统存在一些不足之处。比如：在整个VAD沉积的过程中，首要做的是保证soot的形状，如果沉积时soot底端不能维持理想的形状，一般情况下沉积出的soot烧结后的芯棒的折射率剖面不会满足要求。而soot的底端形状控制与芯灯火焰和包灯火焰的形状与格局非常有关，不仅要考虑到两个喷灯与靶棒之间的布局，还需考虑芯灯和喷灯之间的相互影响，使其位置处于一个比较切合的状态。因此校准整个系统、特别是喷灯位置是一个非常复杂且耗时的工艺活动。如果能够实现芯包沉积分离，使得芯灯火焰和包灯火焰之间不再引入气流、原料以及火焰混合带来的一些难以控制的因数，那么，在芯灯和包灯的位置调整时只需要考虑各自针对靶棒之间的校准，从而使得每次的调校变得非常容易。而且在沉积过程中，芯灯和包灯将彼此独立完成芯层和包层的沉积，使得soot形状的可塑性更强，更容易达到理想状态。

其次，在沉积过程中，soot尺寸的稳定性极为重要，尺寸的不稳定将直接影响芯棒的质量，例如对烧结后芯棒D/d参数(包层和芯层的直径比)的影响，该影响还将会对后续工序产生连锁的不利因数。如果后续采用RIC工艺，则会提高套管的成本；如果采用OVD做外包，则对OVD沉积工艺稳定性会造成不利因素。对于现有的VAD系统，在沉积过程中，由于两个喷灯之间存在相互影响，使得包灯火焰会影响到芯层沉积的尺寸、密度，而当芯层沉积受到影响时，会反过来影响包层的沉积。如果芯层的沉积完全由芯灯在一个单独腔体内实现，那么芯层的尺寸将会变得更好控制、更稳定，从而包层沉积也会变得相对稳定，并最终实现更加稳定的soot尺寸控制。

再者，沉积速率直接决定了VAD工艺的生产效率。在VAD工艺中，沉积速率直接由芯灯来决定，但同时会受到包灯的影响。现有的沉积系统，由于芯层和包层在一个腔体内，在沉积过程中，在同样的原辅材料供应前提下，需要提高沉积速率，那么在很大程度上受到与包灯位置、包灯火焰的制约。

还有，抽风系统对整个沉积过程中的影响也不容忽视，抽风负压的大小，对预制棒的尺寸、沉积效率，收集率都有较大的影响，而传统的VAD腔体中，抽风口是同时抽取芯灯和包灯产生的烟尘，并对同时对两者火焰产生影响，而实际上包灯的火焰气流要远大于芯灯，因此，为了满足包层沉积的抽风需求，比较使得整体的抽风保持在一个较强的位置，这在某种程度上对芯灯火焰的形状和稳定性会造成较大影响，从而限制了芯层沉积的速率和效率。

另外，VAD在进行芯棒沉积的过程中，芯层沉积是否稳定直接影响到烧结后芯棒的折射率分布，这个主要由芯层沉积过程中GeO₂的沉积效果决定，因此如何避开包灯火焰气流对芯灯的影响，并在同时抵消包灯火焰中产生的SiO₂微粒对芯层掺Ge浓度的影响，对能否使得芯棒折射率剖面稳定，并且更易于设计是非常重要的。

综上所述可知，在整个VAD预制棒芯棒soot的沉积过程中，由于芯棒的特殊结构，一般包层喷灯的气流量要远大于芯层喷灯的气流量，而且反应腔体内包层区域的层流气流也比较大，同时包层喷灯对抽风的要求也会较高。这些都会对流量较小的芯层火焰产生扰动，从而影响芯层的沉积速率、沉积效率和折射率分布，进而影响稳定的生产。