[发明专利]一种双等离子体谐振器

说明书

本发明公开了一种双等离子体谐振器，包括外部水冷套、置于外部水冷套内并呈圆柱状薄壁结构的谐振腔、与谐振腔相连通并支撑谐振腔的波导管以及套设在波导管外并支撑外部水冷套的下部水冷套，所述谐振腔和外部水冷套的两端分别设有外径缩小的台阶状圆形开口，所述谐振腔的端部和外部水冷套的端部设有一定的间隙。本发明所述的双等离子体谐振器，采用圆柱形谐振腔体，通过理论计算、设计，则是在谐振腔体中产生两个等离子球，两个等离子体按波导管与谐振腔的相对位置比例分配输入的微波能量，这样可以提高气体原料的反应速度，优化反应物的均匀性，同时避免在高微波能量输入时产生能量过于集中的等离子体，造成谐振腔、石英管的破坏。

技术领域

本发明涉及光纤预制棒加工等技术领域，尤其涉及一种双等离子体谐振器。

背景技术

等离子化学气相沉积法(PCVD)是光纤预制棒加工的主要工艺之一，该工艺具有沉积过程控制精确、细致的特点，而等离子体谐振器是该加工设备的核心部分。等离子体谐振器系统包括有等离子体谐振腔、波导管两部分组成，波导管将微波发生器产生的微波传输耦合至等离子体谐振腔，通过等离子体谐振腔向石英衬管内发射高频微波能量来完成沉积加工过程。在这过程中谐振腔内等离子体与微波的匹配十分重要，否则，两者之间的不匹配不仅会影响耦合效果，造成能量的损耗，而且还易损坏系统器件，并影响沉积的均匀性与精度。

现有用于光纤预制棒制造的等离子体谐振腔分为为同轴型与圆柱型两种不同的结构类型。其中圆柱型更易于实现大直径预制棒的PCVD加工。圆柱型谐振腔的型腔结构简单，容易加工制造，沉积性能优异。但现有各型谐振器均为单等离子体形式，即微波激发谐振后，在反应衬管内形成一个等离子体球。这样会导致三个问题：1)能量过于集中，在高能量应用(微波能量＞10kW)时，容易损坏谐振腔体；2)在一个等离子体的短区域实现高能量的耦合，会产生沉积不均匀的问题；3)在一个等离子体的短区域实现高能量的耦合，达不到沉积速率的线性比例增加，即在高功率区，沉积速率会低于预期的线性增加值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种能提高制棒质量与效率的双等离子体谐振器。

本发明所采用的技术方案为：双等离子体谐振器，其特征在于：包括外部水冷套、置于外部水冷套内并呈圆柱状薄壁结构的谐振腔、与谐振腔相连通并支撑谐振腔的波导管以及套设在波导管外并支撑外部水冷套的下部水冷套，所述谐振腔和外部水冷套的两端分别设有外径缩小的台阶状圆形开口，所述谐振腔的端部和外部水冷套的端部设有一定的间隙。

按上述技术方案，形成双等离子体的条件为：

谐振腔腔体的直径d_r＝110±10mm mm

通过计算与仿真，为保证双等离子体的效果，双等离子体中心点间距l_p≥0.4l_r；则要求双等离子体谐振腔内腔长l_r≥100mm，同时，为保证设备的使用与沉积空间的匹配，l_r≤200mm

在以上条件下，等离子体90％能量峰宽度

l_pw＝0.15l_r

按上述技术方案，所述谐振腔的参数限定如下：

l_r＝100mm～200mm，d_r＝110±10mm，d_s＝30mm～60mm，

l_s＝45mm～60mm

其中其中l_r为谐振腔腔体的长度，d_r为谐振腔腔腔体的直径，d_s为谐振腔两端圆形开口的直径，l_s为两端圆形开口的长度，l_pw为等离子体能量峰宽度。