[发明专利]一种用于掺稀土预制棒制备的气相蒸发装置

说明书

本发明公开了提供了一种用于掺稀土预制棒制备的气相蒸发装置，包括超洁净室、料罐室、阀门保温室、高温蒸汽输送装置。本发明采用通过超洁净室向料罐中加注原材料，避免了原材料与大气接触造成的污染和潮解；采用位于保温腔内的高温蒸汽输送装置，确保了系统的简洁、可靠，还可以使原材料处于一恒定的温度中，提高了系统的稳定性。该系统和装置具备超洁净、结构紧凑、保温效果好、操作方便、气密性好、能耗低、成本低、寿命长的优点。能确保稀土及共掺剂原材料在加注及使用过程中都处于超洁净状态、高温蒸汽以精准的流量和温度到达反应区域，实现稀土的高质量掺杂。

技术领域

本发明属于光纤光缆制备技术领域，更具体地，涉及一种用于掺稀土预制棒制备的气相蒸发系统及装置。

背景技术

随着光纤激光器在工业加工、医疗、航空、军事等领域地快速发展，人们对光纤激光器的功率、光束质量、光暗化性能、转换效率等性能提出了更高的要求。掺稀土光纤作为光纤激光器的核心部件，充当激光增益介质和光波导的角色，所以掺稀土光纤的背景损耗、吸收系数、光光转换效率、数值孔径、光束质量、光暗化性能等直接决定了光纤激光器的品质。

掺稀土光纤由掺稀土预制棒拉丝而成，制备掺稀土光纤预制棒的方法主要分为液相掺杂法和气相掺杂法。液相掺杂法是制备掺稀土光纤预制棒最早采用的工艺方法，它是通过MCVD工艺在反应管内壁沉积结构疏松的沉积层，将这种结构疏松的沉积层浸泡在含有稀土离子的溶液中，使沉积层吸附溶液中的稀土离子，然后再经过脱水、玻璃化等工艺将稀土离子掺杂进反应管中，属于一种离线掺杂工艺，制备的掺稀土光纤损耗较大、稀土掺杂不均匀、折射率剖面不可控且不适合制备大模场掺稀土光纤。气相掺杂法是近些年发展出来的一种工艺方法，它是通过将含有稀土元素的稀土螯合物或者氯化物以气体的方式带到衬管内，在管外热源的作用下，与通入的硅、磷等一起发生氧化反应，迁移并沉积到反应管内壁，直接形成掺杂芯区，属于一种在线掺杂工艺，该工艺可精确控制稀土及共掺剂的浓度，且沉积过程中整个系统完全密封，制备的掺稀土光纤损耗小、折射率剖面控制更精细、稀土浓度可灵活调节且均匀性好，适合制备超大模场掺稀土光纤。

相比于硅、磷等原材料而言，稀土螯合物需要在200℃左右高温才能形成一定的饱和蒸气压；三氯化铝需要在100℃以上才有一定的饱和蒸气压且极易吸收水蒸气而潮解。因此为制备损耗低的掺稀土预制棒，稀土螯合物及三氯化铝等原材料需要满足两个条件：一是在保证所使用的料罐、阀门及输送管道为高纯、耐高温、耐腐蚀且密封性好的同时，确保原材料在加注和蒸发输送过程中不与大气接触；二是所有的料罐、阀门、输送管道等维持在一定的高温环境下。

目前稀土螯合物及三氯化铝等原料的气相蒸发系统包含料盘、料罐、阀门和管道以及它们所在的保温腔、加热的输送管道、加热的管道连接盒、加热的气体插入管，其操作流程是将料盘从空气中放入料罐，然后蒸发依次经过上述阀门和管道输送至衬管中。该方案主要存在两个方面的不足：一是原材料在加注及使用过程中原料会与大气接触，超干原料吸潮，导致光纤的损耗极高（1383nm处的吸收200dB/km以上），另外三氯化铝在潮解后腐蚀性极强极易造成管路的腐蚀；二是蒸发后的原料在经过高温蒸发系统后还要经过加热的输送管道、加热的管道连接盒、加热的气体插入管，该管路长且复杂，使用过程中温度极易下降而造成管路堵塞，导致预制棒报废。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于掺稀土预制棒制备的气相蒸发系统及装置。该装置具备超洁净、结构紧凑、保温效果好、操作方便、气密性好、能耗低、成本低、寿命长的优点。能确保稀土及共掺剂原材料在加注及使用过程中都处于超洁净状态、高温蒸汽以精准的流量和温度到达反应区域，实现稀土的高质量掺杂。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于掺稀土预制棒制备的气相蒸发系统及装置，该系统包含超洁净室、料罐室、阀门保温室、高温蒸汽输送装置。