一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及的是一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置。包括石英腔體、激光發(fā)射器、激光接收器、激光功率控制器、信號(hào)放大器一、信號(hào)放大器二、運(yùn)動(dòng)控制器、工控機(jī)、PC機(jī)、提升部馬達(dá)、噴燈、噴燈移動(dòng)馬達(dá)和電源；提升部馬達(dá)安裝在石英腔體上部，提升部馬達(dá)與卡盤相連，卡盤將光纖預(yù)制棒芯棒夾持，光纖預(yù)制棒芯棒安裝在石英腔體內(nèi)；激光發(fā)射器、激光接收器分別安裝在石英腔體下部，激光接收器與激光功率控制器相連，激光功率控制器通過信號(hào)放大器一與工控機(jī)相連，工控機(jī)通過信號(hào)放大器一、信號(hào)放大器二與運(yùn)動(dòng)控制器相連，運(yùn)動(dòng)控制器通過控制線與提升部馬達(dá)相連。石英腔體下部安裝有噴燈移動(dòng)馬達(dá)，噴燈移動(dòng)馬達(dá)上裝有噴燈。
【專利說明】一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置涉及的是一種光纖預(yù)制棒芯棒軸向均勻生長的制造裝置，具體的說是一種采用激光功率控制芯棒軸向直徑均勻生長的裝置。
技術(shù)背景
[0002]隨著光纖預(yù)制棒技術(shù)的發(fā)展，目前較成熟的預(yù)制棒芯棒的制備方法主要有軸向氣相沉積法(VAD )、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD )、等離子體化學(xué)氣相沉積法(MCVD )。本專利使用裝置背景為軸向氣相沉積(VAD)0
[0003]粉末芯棒的尺寸直接影響光纖的主要參數(shù)，如折射率剖面和模場直徑等，因此精確控制沉積過程中芯棒直徑尺寸均勻?qū)ΡＷC光纖的質(zhì)量有決定性的意義。在影響芯棒生長的因素中，提棒速度與噴燈位置直接影響芯棒直徑的均勻性。由于芯棒棒頭生長環(huán)境并非一成不變(主要影響有反應(yīng)環(huán)境壓力波動(dòng)，噴燈火焰波動(dòng)，原料供氣壓力波動(dòng)等)，故在波動(dòng)的反應(yīng)環(huán)境中，為維持芯棒棒頭軸向尺寸均勻，需要不斷改變沉積效率維持均勻的芯棒軸向尺寸。
[0004]中國發(fā)明專利200610160491.1里介紹了將預(yù)制棒生長端部溫度變化維持在-10°c?10°C /cm生長預(yù)制棒芯棒的方法來維持芯棒軸向直徑的均勻生長,但未提激光控制的方法。
[0005]中國發(fā)明專利03141875.9里介紹了減少外徑波動(dòng)的光纖預(yù)制件的制造方法，噴槍相對(duì)靶棒作勻速往復(fù)移動(dòng)，該方法對(duì)靶棒旋轉(zhuǎn)速度R、噴槍移動(dòng)速度V、噴槍火焰寬度H與螺距P比值等參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化從而控制直徑波動(dòng)，但未提及激光控制的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述不足之處提供一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置，克服光纖預(yù)制棒芯棒軸向生長的直徑不均勻，提供了一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置，這是一種控制提棒速度和控制噴燈運(yùn)動(dòng)位置，以使光纖預(yù)制棒芯棒軸向直徑均勻生長的裝置。
[0007]需要控制提棒速度和控制噴燈運(yùn)動(dòng)位置，以使光纖預(yù)制棒芯棒軸向直徑均勻生長。設(shè)定激光功率控制器的目標(biāo)控制功率，當(dāng)芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發(fā)射激光值時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器切換為提棒速度控制，提棒速度將降低，給予芯棒更多的生長時(shí)間；當(dāng)接收激光值小于發(fā)射激光值時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器切換為噴燈位置運(yùn)動(dòng)控制，當(dāng)激光功率大于目標(biāo)控制功率時(shí)，噴燈向沉積效率高的方向移動(dòng)，當(dāng)激光功率小于目標(biāo)控制功率時(shí)，噴燈向沉積效率低的位置移動(dòng)。
[0008]一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置是采取以下方法實(shí)現(xiàn):
[0009]本實(shí)用新型一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置包括石英腔體、激光發(fā)射器、激光接收器、激光功率控制器、信號(hào)放大器一、信號(hào)放大器二、運(yùn)動(dòng)控制器、工控機(jī)、PC機(jī)、提升部馬達(dá)、噴燈、噴燈移動(dòng)馬達(dá)和電源。
[0010]在軸向氣相沉積(VAD)方法下沉積光纖預(yù)制棒芯棒(下簡稱芯棒)，提升部馬達(dá)安裝在石英腔體上部，提升部馬達(dá)與卡盤相連，卡盤將光纖預(yù)制棒芯棒夾持，光纖預(yù)制棒芯棒安裝在石英腔體內(nèi)，沉積過程中光纖預(yù)制棒芯棒保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在15?25r/min,并以Vp(一般在40?80mm/h)的速度上提。
[0011]激光發(fā)射器、激光接收器分別安裝在石英腔體下部，對(duì)準(zhǔn)光纖預(yù)制棒芯棒棒頭的底部，激光發(fā)射器連接有電源，激光接收器與激光功率控制器相連，激光功率控制器通過信號(hào)放大器一與工控機(jī)相連，工控機(jī)通過信號(hào)放大器一、信號(hào)放大器二與運(yùn)動(dòng)控制器相連，運(yùn)動(dòng)控制器通過控制線與提升部馬達(dá)相連。石英腔體下部安裝有噴燈移動(dòng)馬達(dá)，噴燈移動(dòng)馬達(dá)上裝有噴燈，工控機(jī)通過控制線與噴燈移動(dòng)馬達(dá)、PC機(jī)相連，PC機(jī)連接有顯示屏。
[0012]電源接IIOV交流電，給激光發(fā)射器供電，激光發(fā)射器發(fā)射出一束激光，并在對(duì)面安裝激光接收器進(jìn)行接收，調(diào)整激光發(fā)射與接收器位置使激光與光纖預(yù)制棒芯棒棒頭的底部中心重合。將激光接收器信號(hào)通過接線給激光功率控制器，再從此接兩路信號(hào)傳輸線給兩個(gè)信號(hào)放大器。從信號(hào)放大器一接線至工控機(jī)，再從工控機(jī)接線至噴燈移動(dòng)馬達(dá)和PC ；從信號(hào)放大器二接線至運(yùn)動(dòng)控制器，再從運(yùn)動(dòng)控制器接線至提升部馬達(dá)。
[0013]一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置控制方法如下:
[0014]首先，設(shè)定激光發(fā)射器發(fā)射的激光功率為lOmw，激光光斑直徑為2mm，設(shè)定激光功率控制器的目標(biāo)控制功率為3?5mw，一般選定4mw，激光功率控制器將比較接收功率與目標(biāo)功率大小，并將信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大器。所述信號(hào)放大器一將反饋信號(hào)給工控機(jī)，工控機(jī)經(jīng)過運(yùn)算，控制噴燈移動(dòng)馬達(dá)的移動(dòng)，并傳送給PC機(jī)，顯示在顯示屏上，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)變化；所述信號(hào)放大器二將反饋信號(hào)傳送給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)反饋信號(hào)控制提升部馬達(dá)的提棒(提升光纖預(yù)制棒芯棒)速度。
[0015]當(dāng)光纖預(yù)制棒芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發(fā)射激光值IOmw時(shí),運(yùn)動(dòng)控制器控制提升部馬達(dá)，切換為提棒速度控制模式，提棒速度將降低。
[0016]當(dāng)接收激光值小于發(fā)射激光值IOmw時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器控制噴燈移動(dòng)馬達(dá)，切換為噴燈位置運(yùn)動(dòng)控制模式，當(dāng)激光功率大于目標(biāo)控制功率4mw時(shí)，噴燈向沉積效率高的方向移動(dòng)，當(dāng)激光功率小于目標(biāo)控制功率4mw時(shí)，噴燈向沉積效率低的位置移動(dòng)。
[0017]本實(shí)用新型一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置用于制造光纖預(yù)制棒芯棒，具有如下特點(diǎn):
[0018]1.根據(jù)反應(yīng)環(huán)境的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整噴燈沉積效率，以使光纖預(yù)制棒芯棒軸向生長均勻，設(shè)定兩種模式可以應(yīng)對(duì)不同環(huán)境下的反應(yīng)，當(dāng)光纖預(yù)制棒芯棒脫離激光即反應(yīng)環(huán)境波動(dòng)較大時(shí)，改變提棒速度能大幅度改變噴燈沉積效率，當(dāng)反應(yīng)環(huán)境波動(dòng)較小時(shí)，改變噴燈位置能小幅度改變噴燈沉積效率，從而穩(wěn)定光纖預(yù)制棒芯棒軸向均勻生長。
[0019]2.通過實(shí)時(shí)監(jiān)控激光功率的變化，應(yīng)對(duì)反應(yīng)環(huán)境的變化，從而切換選擇不同的模式控制。
[0020]3.較目前的VAD光纖預(yù)制棒芯棒直徑波動(dòng)控制方法，該發(fā)明量化了波動(dòng)區(qū)間，即激光功率波動(dòng)大的區(qū)間用提棒速度控制，激光功率波動(dòng)小的區(qū)間，用噴燈移動(dòng)控制,可以穩(wěn)定芯棒的生長，并保證軸向尺寸的均勻，提高光纖預(yù)制棒芯棒的參數(shù)一致性，提高光纖質(zhì)量?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0022]圖1是本實(shí)用新型激光控制裝置的示意圖。
[0023]圖2是確定圖3中ΛΥ的曲線圖。
[0024]圖3是俯視視角上，噴燈與芯棒中心的相對(duì)位置。
[0025]圖4 (a廣(C)分別是本實(shí)用新型中噴燈位置運(yùn)動(dòng)模式時(shí)，不同沉積效率下，芯棒棒頭與激光光斑的相對(duì)位置。
[0026]圖5是本實(shí)用新型得出的使用激光控制芯棒生長與不使用激光控制芯棒生長的芯棒直徑波動(dòng)曲線圖。
[0027]圖1中各部示意:1.噴燈；2.激光發(fā)射器；3.光纖預(yù)制棒芯棒；4.提升部馬達(dá)；
5.激光接收器；6.激光功率控制器；7.信號(hào)放大器一 ；8.信號(hào)放大器二 ；9.運(yùn)動(dòng)控制器；10.噴燈移動(dòng)馬達(dá)；11.工控機(jī)；12.PC機(jī)；13.卡盤；14、電源，15、石英腔體。
【具體實(shí)施方式】
[0028]參照附圖1?4，一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置包括石英腔體15、激光發(fā)射器2、激光接收器5、激光功率控制器6、信號(hào)放大器一 7、信號(hào)放大器二 8、運(yùn)動(dòng)控制器9、工控機(jī)11、PC機(jī)12、提升部馬達(dá)4、噴燈1、噴燈移動(dòng)馬達(dá)10和電源14。
[0029]在軸向氣相沉積(VAD)方法下沉積光纖預(yù)制棒芯棒(下簡稱芯棒)，提升部馬達(dá)4安裝在石英腔體15上部，提升部馬達(dá)4與卡盤13相連，卡盤13將光纖預(yù)制棒芯棒3夾持，光纖預(yù)制棒芯棒3安裝在石英腔體15內(nèi)，沉積過程中光纖預(yù)制棒芯棒3保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在15?25r/min,并以Vp (一般在40?80mm/h)的速度上提。
[0030]激光發(fā)射器2、激光接收器5分別安裝在石英腔體15下部，對(duì)準(zhǔn)光纖預(yù)制棒芯棒棒頭的底部，激光發(fā)射器2連接有電源14，激光接收器5與激光功率控制器6相連，激光功率控制器6通過信號(hào)放大器一 7與工控機(jī)11相連,工控機(jī)11通過信號(hào)放大器一 7、信號(hào)放大器二 8與運(yùn)動(dòng)控制器9相連，運(yùn)動(dòng)控制器9通過控制線與提升部馬達(dá)4相連。石英11通過控制線與噴燈移動(dòng)馬達(dá)10、PC機(jī)12相連，PC機(jī)12連接有顯示屏。
[0031]電源14接IIOV交流電，給激光發(fā)射器2供電，激光發(fā)射器2發(fā)射出一束激光，并在對(duì)面安裝激光接收器5進(jìn)行接收，調(diào)整激光發(fā)射器2與激光接收器5位置使激光與光纖預(yù)制棒芯棒棒頭的底部中心重合。將激光接收器5信號(hào)通過接線給激光功率控制器6，再從此接兩路信號(hào)傳輸線給兩個(gè)信號(hào)放大器。從信號(hào)放大器一 7接線至工控機(jī)11，再從工控機(jī)11接線至噴燈移動(dòng)馬達(dá)10和PC機(jī)12 ;從信號(hào)放大器二 8接線至運(yùn)動(dòng)控制器9，再從運(yùn)動(dòng)控制器9接線至提升部馬達(dá)4。
[0032]一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置控制方法如下:
[0033]首先，設(shè)定激光發(fā)射器2發(fā)射的激光功率為lOmw，激光光斑直徑為2mm，設(shè)定激光功率控制器6的目標(biāo)控制功率為3?5mw，一般選定4mw，激光功率控制器6將比較接收功率與目標(biāo)功率大小，并將信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大器。所述信號(hào)放大器一 7將反饋信號(hào)給工控機(jī)11，工控機(jī)11經(jīng)過運(yùn)算，控制噴燈移動(dòng)馬達(dá)10的移動(dòng)，并傳送給PC機(jī)12，顯示在顯示屏上，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)變化；所述信號(hào)放大器二 8將反饋信號(hào)傳送給運(yùn)動(dòng)控制器9，運(yùn)動(dòng)控制器9根據(jù)反饋信號(hào)控制提升部馬達(dá)4的提棒(提升光纖預(yù)制棒芯棒)速度。
[0034]當(dāng)光纖預(yù)制棒芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發(fā)射激光值IOmw時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器9控制提升部馬達(dá)4，切換為提棒速度控制模式，提棒速度將降低。
[0035]當(dāng)接收激光值小于發(fā)射激光值IOmw時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器9控制噴燈移動(dòng)馬達(dá)10，切換為噴燈I位置運(yùn)動(dòng)控制模式，當(dāng)激光功率大于目標(biāo)控制功率4mw時(shí)，噴燈I向沉積效率高的方向移動(dòng)，當(dāng)激光功率小于目標(biāo)控制功率4mw時(shí)，噴燈I向沉積效率低的位置移動(dòng)。
[0036]本實(shí)用新型一種制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置包括激光發(fā)射器2、激光接收器5、激光功率控制器6、信號(hào)放大器7與8、運(yùn)動(dòng)控制器9、工控機(jī)11等。
[0037]激光發(fā)射器2發(fā)射一束激光被激光接收器5接收，通過激光控制器6比較其與發(fā)射激光功率及目標(biāo)控制功率大小，從而控制運(yùn)動(dòng)控制器9。我們?cè)O(shè)定激光發(fā)射器發(fā)射2的激光功率為lOmw，激光光斑直徑為2mm。激光功率控制器6的目標(biāo)控制功率設(shè)定為4mw，并比較接收功率與目標(biāo)功率及發(fā)射功率大小，并將信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大器。信號(hào)放大器7將反饋信號(hào)給工控機(jī)11，工控機(jī)11經(jīng)過運(yùn)算，控制噴燈移動(dòng)馬達(dá)10的移動(dòng)，并傳送給PC機(jī)12，顯示在顯示屏上，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)變化；所述信號(hào)放大器8將反饋信號(hào)傳送給運(yùn)動(dòng)控制器9，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)反饋信號(hào)控制提升部馬達(dá)4的提棒速度。
[0038]當(dāng)芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發(fā)射激光值(IOmw)時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器9 (其運(yùn)動(dòng)控制器為提升部馬達(dá))切換為提棒速度模式控制，提棒速度將降低。
[0039]當(dāng)接收激光值小于發(fā)射激光值(IOmw)時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器9 (其運(yùn)動(dòng)控制器為噴燈移動(dòng)馬達(dá))切換為噴燈位置運(yùn)動(dòng)模式控制，當(dāng)激光功率大于目標(biāo)控制功率(4mw)時(shí)，噴燈向沉積效率高的方向移動(dòng)，當(dāng)激光功率小于目標(biāo)控制功率(4mw)時(shí)，噴燈向沉積效率低的位置移動(dòng)。
[0040]圖2描述了 ΛΥ值確立的曲線關(guān)系，存在一個(gè)ΛΥ位置，當(dāng)Core噴燈位置向前或向后移動(dòng)微小距離，提棒速度變化最大，我們一般選定該位置作為噴燈的初始位置。
[0041]圖3描述了俯視視角下，噴燈與芯棒中心相對(duì)位置，即噴燈以圖2確立的ΛΥ位置為初始位置，向前運(yùn)動(dòng)增加沉積效率，向后運(yùn)動(dòng)降低沉積效率。
[0042]因此，在噴燈位置運(yùn)動(dòng)模式下，以圖4為例:
[0043]a情況下，激光接收功率為8mw>目標(biāo)控制功率4mw，激光控制器6反饋信號(hào)至信號(hào)放大器8，運(yùn)動(dòng)控制器接收到信號(hào)即控制噴燈向前(沉積效率高)運(yùn)動(dòng)。
[0044]b情況下，激光接收功率為4mw，噴燈位置不運(yùn)動(dòng)。
[0045]c情況下，激光接收功率為2mw〈目標(biāo)控制功率4mw，激光控制器6反饋信號(hào)至信號(hào)放大器8，運(yùn)動(dòng)控制器接收到信號(hào)即控制噴燈向后(沉積效率低)運(yùn)動(dòng)。
[0046]實(shí)施例一:圖5為只有提棒速度控制模式與本實(shí)用新型下的直徑波動(dòng)對(duì)比。可以看出使用本實(shí)用新型激光控制裝置其芯棒直徑波動(dòng)為0.2mm內(nèi)，只使用提棒速度控制模式其芯棒直徑波動(dòng)在2_。
[0047]實(shí)施例二:圖6為只有噴燈位置移動(dòng)控制模式與本實(shí)用新型下的直徑波動(dòng)對(duì)比?？梢钥闯鍪褂帽緦?shí)用新型激光控制裝置其芯棒直徑波動(dòng)為0.2mm內(nèi)，只使用噴燈位置移動(dòng)控制模式其芯棒直徑波動(dòng)在4_。
[0048]實(shí)例中，選定各部的型號(hào)如下:
[0049]所述的激光發(fā)射器采用市售Thorlabs H050NL型激光發(fā)射器。[0050]所述的激光接收器采用市售Thorlabs S120C型激光接收器。
[0051]所述的激光功率控制器采用市售Thorlabs PM320型激光功率控制器。
[0052]所述的運(yùn)動(dòng)控制器采用市售CONTEC CCB-SMCl型運(yùn)動(dòng)控制器。
[0053]所述的提升部馬達(dá)采用市售YASKAWA SGMLV-A5ADA6H761型馬達(dá)(電動(dòng)機(jī))。
[0054]所述的噴燈移動(dòng)馬達(dá)采用市售ORIENTAL MOTOR C7214-9015-1型馬達(dá)(電動(dòng)機(jī))。
[0055]所述的信號(hào)放大器米用市售M-System FVS-00-R型信號(hào)放大器。
[0056]所述的工控機(jī)采用市售HITACH EH150型工控機(jī)。
[0057]所述的PC機(jī)采用市售DELL型PC機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置，其特征在于:包括石英腔體、激光發(fā)射器、激光接收器、激光功率控制器、信號(hào)放大器一、信號(hào)放大器二、運(yùn)動(dòng)控制器、工控機(jī)、PC機(jī)、提升部馬達(dá)、噴燈、噴燈移動(dòng)馬達(dá)和電源； 提升部馬達(dá)安裝在石英腔體上部，提升部馬達(dá)與卡盤相連，卡盤將光纖預(yù)制棒芯棒夾持，光纖預(yù)制棒芯棒安裝在石英腔體內(nèi)； 激光發(fā)射器、激光接收器分別安裝在石英腔體下部，對(duì)準(zhǔn)光纖預(yù)制棒芯棒棒頭的底部，激光發(fā)射器連接有電源，激光接收器與激光功率控制器相連，激光功率控制器通過信號(hào)放大器一與工控機(jī)相連，工控機(jī)通過信號(hào)放大器一、信號(hào)放大器二與運(yùn)動(dòng)控制器相連，運(yùn)動(dòng)控制器通過控制線與提升部馬達(dá)相連；石英腔體下部安裝有噴燈移動(dòng)馬達(dá)，噴燈移動(dòng)馬達(dá)上裝有噴燈，工控機(jī)通過控制線與噴燈移動(dòng)馬達(dá)、PC機(jī)相連，PC機(jī)連接有顯示屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置，其特征在于:電源接IlOV交流電，給激光發(fā)射器供電，激光發(fā)射器發(fā)射出一束激光，并在對(duì)面安裝激光接收器進(jìn)行接收，調(diào)整激光發(fā)射與接收器位置使激光與光纖預(yù)制棒芯棒棒頭的底部中心重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制光纖預(yù)制棒芯棒生長的激光控制裝置，其特征在于:沉積過程中光纖預(yù)制棒芯棒保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在15?25r/min,并以Vp在40?80mm/h的速度上提。
【文檔編號(hào)】C03B37/07GK203668236SQ201320860819
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】秦鈺, 沈一春, 錢宜剛 申請(qǐng)人:中天科技精密材料有限公司