CN101853768B - 一种圆柱型等离子体谐振腔 - Google Patents

一种圆柱型等离子体谐振腔 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于PCVD光纤预制棒加工机床的圆柱型等离子体谐振腔，包括有圆柱型谐振腔壳体，在圆柱型谐振腔壳体两端设置截止波导，在圆柱型谐振腔壳体周向开设有一波导入口，其特征在于在圆柱型谐振腔壳体两端的截止波导为活动端盖结构，所述的活动端盖结构截止波导开设有中间通孔，内端面设置凸起的圆台，与圆柱型谐振腔相配置。本发明通过拆换截止波导可使谐振腔与不同直径的玻璃衬管相匹配，使波导装置更好地与谐振腔负载匹配，提高耦合效果，以适应加工过程中负载的变化，减少能量损耗，从而提高了圆柱型等离子体谐振腔的加工适应范围；本发明结构简单，易于加工制造；沉积均匀；沉积附着效果好，提高了PCVD工艺的加工精度和效率。

Description

一种圆柱型等离子体谐振腔
技术领域
本发明涉及一种用于PCVD光纤预制棒加工机床的圆柱型等离子体谐振腔，是对现有等离子体谐振腔的改进。
背景技术
PCVD即等离子化学气相沉积法是光纤预制棒加工的主要工艺之一，PCVD工艺具有灵活精密的特点，而等离子体谐振腔微波系统是PCVD加工设备的核心部分。等离子体谐振腔微波系统包括有等离子体谐振腔、微波发生器和波导装置三部分组成，波导装置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光纤预制棒加工区发射高频微波能量来完成PCVD工艺加工过程。在这过程中等离子体谐振腔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PCVD工艺的加工精度。
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。但现有各型谐振腔大都为固定结构，腔体的尺寸固定，不能满足不同尺寸的衬管沉积，加工范围受到很大的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种圆柱型等离子体谐振腔，它不仅结构简单，易于加工，沉积性能优异，而且能够在一定的范围内调整与负载的匹配性能，满足不同尺寸的衬管沉积要求，扩大加工范围。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有圆柱型谐振腔壳体，在圆柱型谐振腔壳体的两端设置截止波导，在圆柱型谐振腔壳体周向开设有一波导入口，其不同之处在于在圆柱型谐振腔壳体两端的截止波导为活动端盖结构，所述的活动端盖结构截止波导开设有中间通孔，内端面设置凸起的圆台，与圆柱型谐振腔相配置。
按上述方案，所述的圆柱型谐振腔壳体两端活动端盖结构的截止波导相对称。
按上述方案，在活动端盖结构的截止波导端面近外周处开设连接孔，在圆柱型谐振腔壳体的端头对应设置螺孔，通过螺栓将活动端盖与圆柱型谐振腔壳体端头相固联。
按上述方案，所述的活动端盖结构的截止波导内设有冷却水道，冷却水道的两头与冷却水管道相连通。
本发明的有益效果在于：1、由于截止波导为活动端盖结构，通过对其中间通孔直径的调整和活动端盖轴向厚度的调整使截止波导的内径和长度得以调整，可使谐振腔与一定尺寸范围内不同直径的玻璃衬管相匹配，使波导装置更好地与谐振腔负载匹配，提高耦合效果，以适应加工过程中负载的变化，减少能量损耗，从而扩大了圆柱型等离子体谐振腔的加工范围；2、型腔结构简单，易于加工制造；在整个腔体内，能量分布均匀；如图1与图2所示，沉积均匀；沉积附着效果好，粉尘少，不堵塞管道，沉积速率和效率高，提高了PCVD工艺的加工精度和效率；3、使用性能稳定，工作可靠性强，由于谐振腔内无其它器件，可避免电弧打火现象的出现，避免微波对系统器件的损坏，从而提高等离子体谐振腔微波系统的有效使用寿命；4、在截止波导的活动端盖结构中设置冷却水道，结构简单，并能充分满足谐振腔高温环境下的冷却要求。
附图说明
图1为本发明一个实施例的正剖视结构图。
图2为本发明一个实施例的沉积芯棒芯层折射率偏差均匀性比较图表。
图3为本发明一个实施例的沉积芯棒包层折射率偏差均匀性比较图表。
图4为本发明一个实施例的沉积芯棒折射率总偏差均匀性比较图表。
图5为本发明一个实施例的沉积芯棒芯层直径均匀性比较图表。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例，包括圆柱型谐振腔壳体1，圆柱型谐振腔腔体直径为D，腔体长度为L，在圆柱型谐振腔壳体周向开设有一波导入口4与波导装置相接，在圆柱型谐振腔壳体的两端设置活动端盖结构的截止波导2，所述的活动端盖结构截止波导开设中间通孔5，孔径为d，内端面设置凸起的圆台，与圆柱型谐振腔相配置，从圆台的内端面至活动端盖结构外端面为截止波导长度l，在活动端盖结构的端面近外周处开设连接孔，在圆柱型谐振腔壳体的端头对应设置螺孔，通过螺栓将活动端盖与圆柱型谐振腔壳体端头相固联；两端的活动端盖结构截止波导相对称；由此构成可拆卸调换截止波导的固定型圆柱型等离子体谐振腔，用以加工一定范围内的不同直径的玻璃衬管。此外，所述的活动端盖结构的截止波导内设有冷却水道，冷却水道的两头与冷却水管道相连通，通过热传导，能使整个谐振腔壳体及截止波导充分冷却。冷却水道入口与出口管路横截面积为40mm2～50mm2，活动端盖内冷却水道横截面积约为270mm2～470mm2。外部冷却水供水压力约3Bar～4Bar，流速为2.5m/～3m/s，其冷却水流量约为6～9L/min。冷却水道冷却水入口与出口的温差Δt＝28～32℃，换热能力约为12千焦～19千焦。
本实施例的主要结构参数如下：
(1)对于外径约36mm的玻璃衬管，选择关键参数如下：
D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝45±2mm，l＝50±5mm。
(2)对于外径约47mm的衬管，选择关键参数如下：
D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝55±2mm，l＝50±5mm。
(3)对于外径约55mm的衬管，选择关键参数如下：
D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝65±2mm，l＝50±5mm。
(4)对于外径约60mm左右的衬管，选择关键参数如下：
D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝70mm±2mm，l＝50mm～70mm。
从图2-4的图表可知，在同等外部条件下，本发明谐振腔芯层的沉积速率要高于其它谐振腔。
从图5的图标可知，从0到200mm长度的沉积区域内，从直径与折射率的指标来看，本发明谐振腔沉积的效果要好于其它谐振腔。

Claims (9)

1.一种圆柱型等离子体谐振腔，包括有圆柱型谐振腔壳体，在圆柱型谐振腔壳体的两端设置截止波导，在圆柱型谐振腔壳体周向开设有一波导入口，其特征在于在圆柱型谐振腔壳体两端的截止波导为活动端盖结构，所述的活动端盖结构截止波导开设有中间通孔，内端面设置凸起的圆台，与圆柱型谐振腔相配置；所述的活动端盖结构的截止波导内设有冷却水道，冷却水道的两头与冷却水管道相连通。
2.按权利要求1所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于所述的圆柱型谐振腔壳体两端活动端盖结构的截止波导相对称。
3.按权利要求1或2所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于在活动端盖结构的截止波导端面近外周处开设连接孔，在圆柱型谐振腔壳体的端头对应设置螺孔，通过螺栓将活动端盖与圆柱型谐振腔壳体端头相固联。
4.按权利要求1所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于冷却水道入口与出口管路横截面积为40mm2～50mm2，活动端盖内冷却水道横截面积约为270mm2～470mm2。
5.按权利要求1所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于冷却水供水压力3Bar～4Bar，流速为2.5m/s～3m/s，冷却水流量为6～9L/min，冷却水道冷却水入口与出口的温差Δt＝28～32℃。
6.按权利要求1所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于所述的圆柱型谐振腔主要结构参数为：D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝45±2mm，l＝50±5mm；其中D为圆柱型谐振腔腔体直径，L为腔体长度，d为截止波导开设中间通孔孔径，l为从圆台的内端面至活动端盖结构外端面为截止波导长度。
7.按权利要求1所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于所述的圆柱型谐振腔主要结构参数为：D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝55±2mm，l＝50±5mm；其中D为圆柱型谐振腔腔体直径，L为腔体长度，d为截止波导开设中间通孔孔径，l为从圆台的内端面至活动端盖结构外端面为截止波导长度。
8.按权利要求1所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于所述的圆柱型谐振腔主要结构参数为：D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝65±2mm，l＝50±5mm；其中D为圆柱型谐振腔腔体直径，L为腔体长度，d为截止波导开设中间通孔孔径，l为从圆台的内端面至活动端盖结构外端面为截止波导长度。
9.按权利要求1所述的圆柱型等离子体谐振腔，其特征在于所述的圆柱型谐振腔主要结构参数为：D＝100±5mm，L＝87±2mm，d＝70mm±2mm，l＝50mm～70mm；其中D为圆柱型谐振腔腔体直径，L为腔体长度，d为截止波导开设中间通孔孔径，l为从圆台的内端面至活动端盖结构外端面为截止波导长度。
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