專利名稱：一種光纖預(yù)制棒的摻雜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖制備技術(shù)，涉及一種光纖預(yù)制棒的摻雜裝置，具體的說是涉及一種高摻雜效率和高摻雜均勻性的稀土摻雜預(yù)制棒制備的摻雜裝置。
背景技術(shù)：
摻稀土有源光纖，主要指在基質(zhì)中摻雜有原子序數(shù)為57 71的稀土離子的光纖，其基質(zhì)材料多種多樣有磷酸鹽玻璃、碲酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃等等，當(dāng)前發(fā)展最成熟應(yīng)用也最為廣泛的是以石英玻璃為基質(zhì)的石英玻璃摻稀土光纖，其主要原因是有源光纖作為光放大器的增益介質(zhì)用在光通信領(lǐng)域要求和石英通信光纖兼容性好，用作光纖激光器增益介質(zhì)要求抗損傷閾值大，在輸出高功率激光情況下石英基質(zhì)的熱性能好。因此對石英基有源光纖的研究尤為突出，其主要制備方法可歸納為熔融玻璃法、溶膠凝膠法和氣相沉積法以及三種工藝混合方法。
氣相沉積法是發(fā)展最快的最有優(yōu)勢制備方法，主要是利用傳統(tǒng)的通信光纖的制備方法進(jìn)行有源光纖的制備，包括管外氣相沉積法，簡稱OVD法；改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法，簡稱MCVD法；軸向氣相沉積法，簡稱VAD法；微波等離子體化學(xué)氣相沉積法，簡稱PCVD法。其中，MCVD、PCVD屬于管內(nèi)法，而OVD和VAD屬于管外法。MCVD法制備摻稀土光纖法在當(dāng)前各大制造商和研究單位使用最多，其最早見于 1987 年 Townsend J. E.、Poole S.B. , Payne D. N. Solution-doping technique forfabrication of rare-earth-doped optical fibre， Electronics Latters，1987，Vol. 23 329 ;中國專利03128323. 3也公開了一種采用等離子化學(xué)氣相沉積工藝即PCVD工藝進(jìn)行摻稀土光纖預(yù)制棒的制備方法；中國專利CN102153276A和CN102086089A、CN1287979A等公開了一種利用MCVD工藝進(jìn)行摻稀土光纖預(yù)制棒制備的方法；中國專利文獻(xiàn)CN102108008A公開了一種采用VAD法沉積稀土元素?fù)诫s光纖預(yù)制棒的制備方法；美國專利 US5123940 (1992) (Sol-Gel doping of optical fibre preform)以及中國專利文獻(xiàn)CN101033113A等公開了利用溶膠凝膠方法技術(shù)制備稀土離子摻雜光纖預(yù)制棒的新工藝DC-RTA ;中國專利文獻(xiàn)CN1558873A公開了一種混合工藝，首先采用溶膠_凝膠浸涂技術(shù)，其次通過MCVD技術(shù)處理燒結(jié)。熔融玻璃法因?yàn)殡y以得到高純度的石英，所以常常用作多組分摻稀土玻璃光纖的制造中。綜觀當(dāng)前進(jìn)行石英基有源光纖的制造和研究企業(yè)，采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積即MCVD工藝成果最突出，綜合效益最高。在摻雜方法上，通過MCVD氣相沉積工藝進(jìn)行有源光纖預(yù)制棒的制備現(xiàn)有的摻雜方式主要包括三種氣相摻雜、液相摻雜以及氣相和液相混合摻雜，一般情況氣相摻雜最為先進(jìn)的技術(shù)就是納米粒子直接沉積法(Direct Nanoparticle Deposition, DND),稀土離子的摻雜如同光纖中二氧化鍺的摻雜方式一樣，通過氣相直接沉積摻雜；液相摻雜是普遍使用的摻雜方式，通過將MCVD制備的疏松孔隙狀(煙灰狀、S00T狀)預(yù)制棒浸泡在稀土離子和共摻雜離子混合溶液中實(shí)現(xiàn)摻雜；氣液混合摻雜主要是指將容易氣化的共摻雜劑如鋁采用氣相，而對于飽和蒸汽壓較高的不容易氣化的稀土離子則采用液相摻雜。
在有源光纖的制備工藝中，采用以上制備方法和摻雜方式會存在以下問題(1)采用溶液法浸泡預(yù)制棒都需要將預(yù)制棒從車床上取下，浸泡后在重新安裝在車床上，這樣會常常帶來雜質(zhì)導(dǎo)致背景損耗無法降低，中國專利文獻(xiàn)CN 1996070A提出了一種在線摻雜方式，其克服了將預(yù)制棒取下進(jìn)行摻雜造成污染的環(huán)節(jié)，但是仍然是將疏松孔隙狀層沉積完成后進(jìn)行溶液摻雜，對疏松孔隙狀層的結(jié)構(gòu)依賴較大。(2)采取氣相法沉積完疏松孔隙狀層后浸泡稀土溶液，對疏松孔隙狀層質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，疏松孔隙狀層太薄，摻雜濃度小，疏松孔隙狀層太厚容易脫落，同時(shí)在實(shí)際操作中常常出現(xiàn)摻雜不均勻，在燒結(jié)時(shí)由于稀土離子和共摻雜離子集中在纖芯中心，在成棒時(shí)容易出現(xiàn)摻雜離子的團(tuán)簇或微晶，使得摻雜劑物質(zhì)的分布不均勻。(3)另外通過將預(yù)制棒外部或內(nèi)部沉積為疏松孔隙狀結(jié)構(gòu)，采用溶液浸泡或者噴霧等液相摻雜，在徑向中孔隙的均勻性控制非常難，其微小變化導(dǎo)致稀土和共摻雜離子濃度在徑向分布顯著變化和難以控制。(4)采用氣相法進(jìn)行稀土離子的摻雜在均勻性上有所改善，但是由于稀土離子的飽和蒸汽壓過高，所以氣化稀土離子設(shè)備和控制都非常困難，當(dāng)前D N D技術(shù)掌握在美國NLIGHT公司中。同時(shí)，隨時(shí)技術(shù)的發(fā)展對稀土離子的摻雜種類和共摻雜劑的種類也增多，如果要實(shí)現(xiàn)完全的氣相摻雜需要每種原材料都有各 自的汽化裝置，實(shí)現(xiàn)難度較大。 當(dāng)前隨著雙包層有源光纖技術(shù)的發(fā)展，特別是作為第三代固體激光器的代表——光纖激光器的發(fā)展，對有源光纖的要求越來越嚴(yán)格，產(chǎn)業(yè)化的光纖激光器需要穩(wěn)定的有源光纖保證，需要在摻雜濃度、摻雜均勻性、背景損耗以及光纖可靠性上都得到改善，所以如何從摻雜裝置上提高有源光纖的摻雜均勻性、穩(wěn)定性和可靠性是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖預(yù)制棒的摻雜裝置，利用該裝置制造的摻稀土光纖在保證有源光纖光學(xué)指標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了纖芯中有源稀土離子和共摻雜以及基質(zhì)二氧化硅等材料的同步摻雜，提高了摻雜均勻性和連續(xù)性，保證了光纖的性能的穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的一種光纖預(yù)制棒的摻雜裝置，其特征在于，該裝置包括氣相摻雜部分和液相摻雜部分；氣相摻雜部分米用加熱器直接加熱氣相摻雜的方式，通過恒定加熱摻雜劑汽化后由載流氧導(dǎo)入摻雜，液相摻雜部分采用微孔噴射摻雜方式將摻雜溶液直接在線摻雜。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述氣相摻雜部分包括第一尾管和氣相加熱裝置，在尾管上帶有圓形的凸起，用于放置共摻雜劑；氣相加熱裝置由兩個(gè)半月型加熱面構(gòu)成，閉合時(shí)凸起位于氣相加熱裝置內(nèi)。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，液相摻雜部分包括作為襯管的反應(yīng)管，位于反應(yīng)管內(nèi)的微孔噴射管，連接反應(yīng)管出氣端的第二尾管，微孔噴射管，二個(gè)連接接頭，溶液罐，以及放置在第二尾管尾部防止反應(yīng)物沉積堵塞出氣端的尾燈，其中，第二尾管的直徑大于反應(yīng)管的直徑；二個(gè)連接接頭分別位于反應(yīng)管和第一尾管以及第二尾管相連的兩端內(nèi)，連接接頭上開有中心孔，微孔噴射管兩端固定在中心孔內(nèi)，微孔噴射管靠近氣相加熱裝置的一端封閉，另外一端通過導(dǎo)管和溶液罐相連，連接接頭上還安裝有扇頁。本發(fā)明具有如下有益效果I、本發(fā)明所述的預(yù)制棒制備摻雜裝置基于氣相和液相復(fù)合摻雜方法，即有源離子采用液相在線噴射摻雜方法、共摻雜劑如鋁化合物采用在線固態(tài)蒸發(fā)氣相摻雜的方式，石英基質(zhì)材料組分如四氯化硅或四氯化鍺等通過MCVD系統(tǒng)料柜鼓泡在線摻入，三種方式摻入的各種材料在高溫下和氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成的有源光纖各種組分材料在石英管內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)了同步沉積，一并燒結(jié)的方式，保證了摻雜均勻性和穩(wěn)定性。2、本發(fā)明所述的預(yù)制棒制備摻雜裝置克服了將預(yù)制棒取下車床進(jìn)行氣相溶液浸泡帶來的雜質(zhì)，降低了光纖的背景損耗，提高了光纖的可靠性；3、本發(fā)明所述的預(yù)制棒制備摻雜裝置實(shí)現(xiàn)了疏松孔隙狀結(jié)構(gòu)層快速燒結(jié)，降低對疏松孔隙狀結(jié)構(gòu)層的微孔隙的依賴，提高了摻雜的徑向均勻性，可實(shí)現(xiàn)大纖芯直徑的有源光纖的制備。4、本發(fā)明的預(yù)制棒制備摻雜裝置是發(fā)明者經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)和反復(fù)的驗(yàn)證改進(jìn)設(shè)計(jì)的，具有操作簡單方便，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。


圖I是氣相和液相復(fù)合摻雜工藝示意圖；圖2是液相噴射摻雜裝置及工藝示意圖；圖3是液相噴射摻雜裝置接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是氣相固態(tài)直接摻雜裝置及工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。如圖I至圖4所示，本發(fā)明提供的光纖預(yù)制棒的摻雜裝置包括氣相摻雜部分和液相慘雜部分；氣相摻雜部分包括第一尾管20，在尾管20上帶有圓形的凸起21，用于放置共摻雜劑03。如圖4所示，氣相加熱裝置11由兩個(gè)半月型加熱面構(gòu)成，可以開啟和閉合，閉合時(shí)凸起21位于氣相加熱裝置11內(nèi)，對其中的共摻雜劑03進(jìn)行加熱。加熱熱源不受限制，可以為均勻排列的電阻絲加熱單元、電感應(yīng)爐加熱方式或者氫氧焰加熱燈。氣相加熱裝置11可保證溫度的穩(wěn)定性和均勻性，溫度誤差不大于5%。如圖2所示,液相摻雜部分包括作為襯管的反應(yīng)管22,連接反應(yīng)管22出氣端的第二尾管23，其中，第二尾管23的直徑大于反應(yīng)管22的直徑。以及微孔噴射管41，二個(gè)連接接頭31，溶液罐42，和放置在第二尾管23尾部防止反應(yīng)物沉積堵塞出氣端的尾燈13。二個(gè)連接接頭31分別位于反應(yīng)管22和第一尾管20以及第二尾管23相連的兩端內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，連接接頭31上開有中心孔33，微孔噴射管41兩端固定在中心孔33內(nèi)，保證在尾管旋轉(zhuǎn)時(shí)微孔噴射管41不跟隨旋轉(zhuǎn)。連接接頭31上還安裝有扇頁32，扇頁32為了減小在旋轉(zhuǎn)過程中扇頁對氣流速度的影響，選擇三扇頁結(jié)構(gòu)，扇頁間的角度為120度。連接接頭31的形狀為契形，用來防止接頭在尾管內(nèi)移動，連接接頭的材料的為耐高溫材料，如聚四氟乙烯。所述的微孔噴射管41上帶有均勻分布微小細(xì)孔，噴射管靠近氣相加熱裝置11的一端封閉，另外一端通過導(dǎo)管和溶液罐42相連。噴射管的微孔為對稱等距分布，當(dāng)微孔噴射管內(nèi)的壓力和反應(yīng)管22內(nèi)的壓力之比大于I時(shí)微孔內(nèi)的溶液才會噴射，噴射管的材料為耐高溫材料，如聚四氟乙烯或多孔玻璃或石英。溶液罐42用來盛放液相噴射摻雜的有源摻雜離子或液相摻雜的有源離子和共摻雜劑混合溶液，溶液罐42通過導(dǎo)管和微孔噴射管41相連，通過在導(dǎo)管上裝有的閥門來控制溶液的導(dǎo)入。溶液罐42上裝有攪拌器，用來旋轉(zhuǎn)攪拌溶液，同時(shí)溶液罐42中可通入氣體實(shí)現(xiàn)對溶液罐42內(nèi)壓力的控制，通入的氣體加壓一般為普通氮?dú)??？刂葡到y(tǒng)43通過電路線路來控制溶液iip 42中攬祥器開啟實(shí)現(xiàn)對溶液iip 42中溶液的均勻攪拌。同時(shí)控制系統(tǒng)通過調(diào)控流量計(jì)控制閥門的開啟度來實(shí)現(xiàn)對溶液罐42輸出溶液的流量控制，控制系統(tǒng)通過氣動閥和氣體流量計(jì)結(jié)合的方式控制溶液罐42中加壓氣體的壓力以便實(shí)現(xiàn)對微孔噴射管41中溶液噴射的控制。

本發(fā)明所述的氣相和液相復(fù)合摻雜裝置在制備預(yù)制棒時(shí)是放置在MCVD車床上，與MCVD系統(tǒng)配合使用，具體制備預(yù)制棒的步驟為，將帶有圓形凸起21的第一尾管20、反應(yīng)管22和第二尾管23熔接在一起，其中第一尾管20、反應(yīng)管22和第二尾管23的直徑以此增大。同時(shí)，在兩個(gè)接口處分別放有契形連接接頭31用于固定微孔噴射管；第二步將兩頭都連接了尾管的反應(yīng)管22架在MCVD車床的旋轉(zhuǎn)接頭19上，放入微孔噴射管41，完成微孔噴射管41和溶液罐42的連接。第三步根據(jù)MCVD制備光纖預(yù)制棒的流程進(jìn)行拋光、腐蝕工序，在完成包層材料沉積后，開始采用氣相和液相復(fù)合摻雜方式進(jìn)行芯層和(或)內(nèi)包層的沉積。采用氣相和液相復(fù)合摻雜裝置進(jìn)行摻雜沉積時(shí)，(如圖I所示)包括三種不同來源的原材料同步在線沉積，同步玻璃化。三種不同來源的原材料包括預(yù)制棒基質(zhì)組成原材料01如四氯化硅、四氯化鍺來自MCVD料柜系統(tǒng)，作為預(yù)制棒基質(zhì)原材料通過在料柜中鼓泡的方式進(jìn)入反應(yīng)管和氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成預(yù)制棒基質(zhì)組分如二氧化硅、二氧化鍺等；第二種原材料02為來源于復(fù)合摻雜裝置的液相摻雜部分，主要包括稀土離子氯化物或氧化物溶液或稀土離子和共摻雜劑的混合溶液，由微孔噴射管41噴入反應(yīng)管和氧氣發(fā)生反應(yīng)；第三種原材料03是來自復(fù)合摻雜裝置的氣相摻雜部分，采用氣相摻雜方式，利用結(jié)構(gòu)簡單成本較低的氣相加熱裝置11進(jìn)行固態(tài)高溫蒸發(fā)共摻雜劑如氯化鋁或采用氣相摻雜的作為共摻雜劑稀土氯化物如氯化鑭。所述的參加反應(yīng)的氧氣來自MCVD系統(tǒng)的氧氣管道。本發(fā)明所述的稀土有源離子為原子序數(shù)為57 71的稀土離子；本發(fā)明所述的共摻雜試劑包括鋁和磷的化合物，以及作為共摻雜劑的不同于噴射摻雜的原子序數(shù)為57 71的稀土離子如鑭、鈰等。本發(fā)明所述的基質(zhì)材料為二氧化硅，其基質(zhì)主體材料包括四氯化硅、四氯化鍺、三氯氧磷等化合物。實(shí)例I :摻鉺光纖預(yù)制棒采用MCVD方法進(jìn)行摻雜光纖預(yù)制棒的制備時(shí)，將帶有圓形凸起21的第一尾管20、反應(yīng)管22和第二尾管23熔接在一起，同時(shí)在兩個(gè)接口處分別置入液相噴射接頭裝置31，將兩頭都連接了尾管的反應(yīng)管21架在MCVD車床上，放入微孔噴射管41，完成微孔噴射管41和溶液罐42的連接。首先進(jìn)行拋光、腐蝕準(zhǔn)備工序，在完成包層材料沉積后，開始采用氣相和液相復(fù)合摻雜方式進(jìn)行芯層的沉積。本實(shí)施案例是制備摻鉺光纖預(yù)制棒。
制備摻鉺光纖預(yù)制棒時(shí)，芯層需要的原材料包括四氯化硅、四氯化鍺、三氯氧磷、高純氧、氯化鉺(或氧化鉺)、氯化鋁或者氧化鋁、氯化鑭(或氧化鑭)。其中四氯化硅、四氯化鍺、三氯氧磷液體利用MCVD料柜系統(tǒng)通過鼓泡方式由載流氧帶入反應(yīng)管；氯化鋁或者氧化鋁固體塊狀或粉末狀用帶有網(wǎng)孔的金箔或銅箔等包裹放入專門制備的氣相摻雜管包槽22內(nèi)采用高溫氣相摻雜，閉合氣相加熱裝置11將加熱溫度設(shè)定在185攝氏度，加熱裝置的核心材料是周期排列的電阻絲；按照O. 7摩爾每升的摻雜濃度配置三氯化鉺離子溶液，同時(shí)在溶液中加入氯化鑭以提高鉺離子的在光纖的摻雜濃度，將配置好的鉺鑭溶液過濾注入溶液罐42中，利用微孔噴射管41在線液相摻雜。設(shè)定系統(tǒng)進(jìn)氣和尾氣系統(tǒng)，調(diào)整反應(yīng)管內(nèi)壓力、反應(yīng)管旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和主燈的走速等系列參數(shù)完畢后，開啟氣相加熱裝置11，給氯化鋁進(jìn)行加熱，待有氯化鋁氣體穩(wěn)定輸出時(shí)，開啟四氯化硅、四氯化鍺閥門，打開溶液罐和噴射裝置連接閥門，讓溶液進(jìn)入噴射管噴射，保持溶液罐內(nèi)微正壓，并啟動溶液罐42的攪拌裝置攪拌溶液。在有高純氧存在的情況下反應(yīng)管內(nèi)發(fā)生如下主要化學(xué)反應(yīng)SiCl4+02 = Si02+2C12
4AlCl3+302 = 2A1203+6C12GeCl4+02 = Ge02+2C124ErCl3+302 = 2Er203+6Cl2反應(yīng)生成物二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鍺和三氯化鉺同步沉積在反應(yīng)管內(nèi)壁，并在溫度為1900攝氏度下一并玻璃化，沿著軸向完成的整個(gè)反應(yīng)管芯層沉積。沉積完成后關(guān)閉容液罐閥門、停止所有加熱裝置加熱、但保持反應(yīng)管以旋轉(zhuǎn)。待反應(yīng)管冷卻后取出液相噴射裝置。最后將摻雜的反應(yīng)管在溫度1980 2000攝氏度下分7趟熔縮為實(shí)心的預(yù)制棒。經(jīng)過高溫高速拉絲，制備出纖芯直徑為10. 2um，包層直徑為阿125. 5um，外涂層為245um的摻鉺光纖。實(shí)例2 :制備摻鐿光纖預(yù)制棒采用同實(shí)施案例一相同的步驟將兩頭都連接了尾管的反應(yīng)管21架在MCVD車床上，完成氣相和液相復(fù)合摻雜方式的加熱和溶液準(zhǔn)備工作，放入微孔噴射管41，完成微孔噴射管41和溶液罐42的連接。首先沉積外包層，外包層的組成為二氧化硅和二氧化鍺，之后打開氣相加熱裝置，開始沉積內(nèi)包層，在沉積內(nèi)包層時(shí)所需要的原材料為高純氧、氯化鋁、二四氯化硅、四氯化鍺，待氯化鋁經(jīng)過在180攝氏度的溫度下蒸發(fā)出現(xiàn)白煙時(shí)開啟四氯化硅和四氯化鍺以及高純氧的氣動閥，在主燈溫度為I960攝氏度下完成內(nèi)包層的均勻的沉積。第三步沉積芯層，芯層的材料包括氯化鐿和氯化鈰采用液相噴射摻雜、氯化鋁采用氣相直接摻雜以及四氯化硅。再有高純氧存在的情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成物二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鍺和三氯化鉺同步沉積在反應(yīng)管內(nèi)壁，并在溫度為1850攝氏度下一并玻璃化，沿著軸向完成的整個(gè)反應(yīng)管芯層沉積。第四步，重復(fù)第三步，進(jìn)行兩趟芯層的沉積，沉積完成后關(guān)閉容液罐閥門、停止所有加熱裝置加熱、但保持反應(yīng)管旋轉(zhuǎn)。待反應(yīng)管冷卻后取出液相噴射裝置。最后將摻雜的反應(yīng)管在溫度1980 2100攝氏分5趟熔縮為實(shí)心的預(yù)制棒。經(jīng)過對預(yù)制棒精加工，將預(yù)制棒形狀加工為八邊形，經(jīng)過高溫高速拉絲，制備出纖芯直徑為30um,包層直徑為250um,內(nèi)包層形狀為八邊形的摻鐿雙包層光纖。實(shí)例3 :摻銩光纖預(yù)制棒采用同實(shí)施案例一相同的步驟完成包層的沉積，開始芯層的沉積，芯層所需要的原材料為高純氧、氯化鋁、二四氯化硅、四氯化鍺、和氯化欽和氯化銩，其中氯化欽采用固態(tài)氣相摻雜，而將氯化鋁、氯化銩配成混合溶液進(jìn)行液相在線噴射摻雜。首先開啟氣相加熱裝置12加熱用金箔包裝氯化欽粉末，加熱到200攝氏度的溫度下蒸發(fā)，待出現(xiàn)氣態(tài)時(shí)開啟四氯化硅和四氯化鍺以及高純氧的氣動閥，同時(shí)打開溶液罐和在線噴射裝置連接閥門，讓混合溶液進(jìn)入噴射罐在線摻雜，在主燈溫度為1750攝氏度下同步沉積在反應(yīng)管內(nèi)壁，并同時(shí)玻璃化，多次重復(fù)實(shí)現(xiàn)多趟纖芯的沉積，制備出了大直徑的摻銩光纖預(yù)制棒的芯層，沉積完成后關(guān)閉容液罐閥門、停止所有加熱裝置加熱、但保持反應(yīng)管旋轉(zhuǎn)。待反應(yīng)管冷卻后取出液相噴射裝置。最后將摻雜的反應(yīng)管在溫度1800 2000攝氏分4趟熔縮為實(shí)心的預(yù)制棒。實(shí)例4 :制備環(huán)形摻雜鉺鐿共摻光纖預(yù)制棒采用同實(shí)施案例一相同的步驟完成包層的沉積，開始芯層的沉積，芯層一所需要的原材料為高純氧、氯化鋁、二四氯化硅、四氯化鍺和氯化鐿，其中氯化鐿采用固態(tài)氣相摻雜，而氯化鋁配成混合溶液進(jìn)行液相在線噴射摻雜。首先開啟氣相加熱裝置12加熱用金 箔包裝氯化鐿粉末，加熱到190攝氏度的溫度下蒸發(fā)，待出現(xiàn)氣態(tài)時(shí)開啟四氯化硅和四氯化鍺以及高純氧的氣動閥，同時(shí)打開溶液罐和在線噴射裝置連接閥門，讓混合溶液進(jìn)入噴射罐在線摻雜，在主燈溫度為1700攝氏度下同步沉積在反應(yīng)管內(nèi)壁，形成纖芯一；之后沉積纖芯二，芯二所需要的原材料為高純氧、氯化鋁、二四氯化硅、四氯化鍺和氯化鉺和氯化鐿，其中氯化鐿采用固態(tài)氣相摻雜，而氯化鋁和氯化鉺配成混合溶液進(jìn)行液相在線噴射摻雜。通過氣相和液相復(fù)合摻雜方式，制備出斜率效率較大的鉺鐿共摻光纖預(yù)制棒。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光纖預(yù)制棒的摻雜裝置，其特征在于，該裝置包括氣相摻雜部分和液相摻雜部分；氣相摻雜部分采用加熱器直接加熱氣相摻雜的方式，通過恒定加熱摻雜劑汽化后由載流氧導(dǎo)入摻雜，液相摻雜部分采用微孔噴射摻雜方式將摻雜溶液直接在線摻雜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的摻雜裝置，其特征在于，所述氣相摻雜部分包括第一尾管和氣相加熱裝置，在尾管上帶有圓形的凸起，用于放置共摻雜劑；氣相加熱裝置由兩個(gè)半月型加熱面構(gòu)成，閉合時(shí)凸起位于氣相加熱裝置內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜裝置，其特征在于，液相摻雜部分包括作為襯管的反應(yīng)管，位于反應(yīng)管內(nèi)的微孔噴射管，連接反應(yīng)管出氣端的第二尾管，微孔噴射管，ニ個(gè)連接接頭，溶液罐，以及放置在第二尾管尾部防止反應(yīng)物沉積堵塞出氣端的尾燈，其中，第二尾管的直徑大于反應(yīng)管的直徑； ニ個(gè)連接接頭分別位于反應(yīng)管和第一尾管以及第ニ尾管相連的兩端內(nèi)，連接接頭上開有中心孔，微孔噴射管兩端固定在中心孔內(nèi)，微孔噴射管靠近氣相加熱裝置的一端封閉，另外一端通過導(dǎo)管和溶液罐相連，連接接頭上還安裝有扇頁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻雜裝置，其特征在于，扇頁為三扇頁結(jié)構(gòu)，扇頁間的角度為120 度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻雜裝置，其特征在于，連接接頭的形狀為契形。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻雜裝置，其特征在干，微孔噴射管的微孔為對稱等距分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻雜裝置，其特征在于，溶液罐上裝有攪拌器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻雜裝置，其特征在干，溶液罐中通入氣體實(shí)現(xiàn)對溶液罐內(nèi)壓カ的控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一所述的摻雜裝置，其特征在于，溶液罐設(shè)置有控制系統(tǒng)，以控制攪拌器開啟，對溶液罐輸出溶液的流量控制，控制系統(tǒng)通過氣動閥和氣體流量計(jì)結(jié)合的方式控制溶液罐中加壓氣體的壓力，以實(shí)現(xiàn)對微孔噴射管中溶液噴射的控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光纖預(yù)制棒的摻雜裝置，在改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備上利用改進(jìn)的MCVD在反應(yīng)管內(nèi)壁上沉積好所需的包層材料，利用氣相和液相復(fù)合摻雜裝置進(jìn)行有源摻雜離子和共摻劑的均勻摻雜。其中氣相摻雜采用結(jié)構(gòu)簡單成本較低的加熱器直接加熱氣相摻雜的方式，利用加熱裝置恒定加熱摻雜劑汽化后由載流氧導(dǎo)入摻雜，液相采用微孔噴射摻雜裝置摻雜，將摻雜溶液通過噴射裝置直接在線摻雜。利用復(fù)合摻雜裝置進(jìn)行稀土摻雜預(yù)制棒的制備實(shí)現(xiàn)了預(yù)制棒中稀土摻雜離子和共摻雜試劑以及石英基質(zhì)材料二氧化硅、二氧化鍺同步沉積，同時(shí)玻璃化。避免了對沉積疏松孔隙狀結(jié)構(gòu)層的依賴，提高了摻雜離子的濃度和種類的靈活性。
文檔編號C03B37/018GK102815866SQ20121029439
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者李海清, 李進(jìn)延, 蔣作文, 彭景剛, 戴能利, 廖雷, 陳瑰, 王一礴, 謝璐 申請人:華中科技大學(xué)