CN115369380A - 等离子体化学气相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子体化学气相沉积装置，其用于将一层或多层二氧化硅沉积到长中空玻璃基管的内壁上，该装置包括微波生成器、在使用中从所述生成器接收微波的等离子体生成器、延伸穿过所述生成器的筒形腔体、以及定位于腔体中的筒形衬套，其中基管在使用中穿过衬套，其中在衬套的一部分长度上，衬套具有内径减小的至少一个区段，该至少一个区段为基管提供接触区，其中微波生成器被构造为生成波长Lw在40mm至400mm范围内的微波，其中具有减小的内径的所述至少一个区段的长度为至多0.1×Lw，并且为至少1mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体化学气相沉积装置。这种装置用于将一层或多层二氧化硅(silica)沉积到长中空玻璃基管(substrate tube)的内壁上。通过将气体冲洗通过基管并结合等离子体的生成来实现沉积。这种具有沉积的二氧化硅层的基管用于生产光纤。在所述沉积之后，管将在加热装置中塌缩(collapse)，以便形成用于光纤的芯棒。
背景技术
EP 1988065A1涉及这种沉积装置。该装置具有谐振器和延伸穿过谐振器的内管。内管在其端部处设置有内环。这种内环通过避免过度的管弯曲来保持基管的适当径向定位，同时在基管和衬套之间接触时减少基管和内管的内壁之间的不希望的接触量，即接触区的尺寸。这种接触可能对基管和内管造成损坏。
在这方面，还观察到基管的径向定位或居中还与沉积层的均匀性相关。偏心基管可能负面地影响等离子体生成。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的等离子体化学气相沉积装置。本发明的另一个目的是提供一种使得更高品质的沉积处理成为可能的等离子体化学气相沉积装置。
上述目的中的一者或多者通过根据本发明的等离子体化学气相沉积装置来实现，该装置用于将一层或多层二氧化硅沉积到长中空玻璃基管的内壁上。该装置包括微波生成器、在使用中接收来自微波生成器的微波的等离子体生成器、延伸通过等离子体生成器的筒形腔体、以及对微波辐射是透明的并且定位在腔体中的筒形衬套(liner)，衬套的中心轴线与腔体的中心轴线同轴。基管在使用中穿过衬套，其中在衬套的一部分长度上，衬套具有相对于衬套的剩余部分的内径具有减小的内径的至少一个区段。该至少一个区段为基管提供接触区。微波生成器被构造为生成波长Lw在40mm至400mm范围内的微波，其中具有减小的内径的所述至少一个区段的长度为至多0.1×Lw，并且为至少1mm。
具有减小的内径的所述至少一个区段的长度的特定限定导致衬套、特别是衬套的所述至少一个区段的温度更稳定。特别地，本发明人已经发现，所述至少一个区段的长度相对于在装置的使用中使用的微波生成的波长来说太大会负面地影响该区段的温度稳定性，这是因为该区段的温度将由于微波辐射的吸收而升高太多，该吸收可能由于该区段的内表面的污染和损坏而发生，诸如由于与基管接触而发生。在基管与衬套的该区段之间接触的情况下，这种不期望的温度升高将进而以不期望的方式局部地影响基管温度，并且将由此降低沉积的品质。特别地，二氧化锗的结合效率将受到基管和衬套的过度加热区段之间的这种不希望的接触的显著影响，结果增加了具有二氧化硅沉积层的各个基管之间的沉积层的折射率的可变性，这是不希望的，因为要求的产品规格非常狭窄。另一方面，将所述长度选择得太小将导致该区段的更高磨损，并且由此导致耐久性降低。
在实施方式中，衬套由石英玻璃或熔融二氧化硅制成。优选地，衬套材料对微波辐射的透明度为至少98％，优选地为至少99％。
在实施方式中，具有减小的内径的所述至少一个区段的长度在1mm至20mm的范围内，优选地在2mm至10mm的范围内。具有在所述范围内的所述至少一个区段的衬套也有利地适用于不具有微波生成器的装置。因此，本发明还涉及一种用于将一层或多层二氧化硅沉积到长中空玻璃基管的内壁上的等离子体化学气相沉积装置，该装置包括等离子体生成器、延伸穿过等离子体生成器的筒形腔体、以及定位于腔体中的筒形衬套，衬套的中心轴线与腔体的中心轴线同轴，其中基管在使用中穿过衬套，其中在衬套的一部分长度上，衬套具有相对于衬套的剩余部分的内径具有减小的内径的至少一个区段，该至少一个区段为基管提供接触区，其中具有减小的内径的所述至少一个区段的长度在1mm至20mm的范围内，优选地在2mm至10mm的范围内。在实施方式中，该装置还包括微波生成器，并且其中等离子体生成器在使用中接收来自微波生成器的微波，并且其中衬套对微波辐射是透明的。
所述长度的绝对测量值在所述的1mm至20mm、优选地2mm至10mm的范围内的这种装置的效果类似于与本发明的具有相对于波长的区段长度的实施方式有关的如上呈现的效果。也就是说，在本发明的这些实施方式中，所述的污染和损坏也可能负面地影响温度稳定性。下述的实施方式既适用于衬套的区段具有与波长相关的相对长度的装置，也适用于具有在绝对意义上限定的长度的装置。
在整个本说明书和权利要求书中关于具有减小的内径的区段使用的术语“内径”应被解释为涵盖该区段的筒形内表面的内径，以及涵盖该区段的内表面的内接圆的直径。
附图说明
在下文中参考所附的高度示意性的附图说明本发明，在附图中示出了本发明的实施方式，并且在附图中相同的附图标记指示相同或相似的元件。
图1以竖直截面示出了根据本发明的等离子体化学气相沉积装置的实施方式；以及
图2示出了图1的装置的截面II-II。
具体实施方式
图1示出了用于将一层或多层二氧化硅沉积到长中空玻璃基管2的内壁3上的等离子体化学气相沉积装置1。装置1包括微波生成器4，该微波生成器4例如被构造为生成波长Lw在40mm至400mm范围内、诸如大约120mm的微波。
在实施方式中，具有减小的内径的该至少一个区段的长度为至多0.05×Lw。
在波长Lw为大约120mm的实施方式中，该至少一个区段的长度于是将至多为大约6mm(并且至少为1mm)。优选地，微波生成器生成对应于所述波长的频率为大约2.45GHz的微波。可替代地，可以使用大约5.6GHz的频率，或者进一步可替代地可以使用大约890MHz的频率。
图中所示的装置1还具有等离子体生成器15，等离子体生成器15在使用中接收来自微波生成器4的微波。装置1具有延伸穿过等离子体生成器的筒形腔体6和由石英玻璃制成的筒形衬套8，该筒形衬套8对微波辐射是透明的并且定位于腔体6中。衬套8的中心轴线10与腔体6的中心轴线同轴。基管2在使用中穿过衬套8。在图2中，没有示出基管2。在使用中，装置1和基管2可以相对于彼此轴向移动，同时将合适的气体冲洗通过基管2并生成等离子体，以便沿着基管的长度沉积二氧化硅层。在衬套8的长度L的一部分上，衬套8具有相对于衬套的剩余部分的内径D具有减小的内径d的至少一个区段12，该至少一个区段为基管2提供接触区。根据本发明，具有减小的内径d的所述至少一个区段的长度l至多为0.1×Lw，即波长Lw的0.1倍，并且至少为1mm。在Lw为大约120mm的示例中，该至少一个区段的长度于是将至多为大约0.1×120＝12mm且至少为1mm。在示例中，具有减小的内径的该至少一个区段12的长度l可以在2mm-3mm的范围内。
在实施方式中，等离子体生成器包括包围筒形腔体的微波谐振腔，其中微波生成器连接到该谐振腔。
这种微波谐振腔的示例是如图所示的微波谐振腔14，微波谐振腔14形成在等离子体生成器15中。该特定腔14围绕腔体6旋转并留下由内壁18界定的缝(slit)16，微波可以通过缝16进入腔体6。如图1所示，缝16相对于将腔14连接到微波生成器4的入口孔20轴向地(这意味着在平行于中心轴线10的方向上)偏移。在图1所示的截面的视图中，示出了缝相对于等离子体生成器15中的入口孔20的轴向位置更靠右侧定位。缝16相对于孔20的确切轴向位置可以取决于入口孔和相关的微波生成器部件的特性。
微波生成器4可以具有连接到微波生成元件的波导管。应当注意的是本文所用的术语“波导管”意味着具有广泛的含义，并且应被解释为涉及用于将微波能量从生成元件(例如速调管或磁控管)有效地传递到谐振腔的所有装置。更具体地，该术语包括特定装置，诸如天线、同轴导管、诸如矩形波导管的波导管等。
在实施方式中，具有减小的内径的所述至少一个区段的长度在1mm至20mm的范围内，优选地在2mm至10mm的范围内。
在实施方式中，衬套的减小的内径(the reduced inner diameter)在25mm至100mm的范围内，优选地在35mm至65mm的范围内。
在图中所示的示例中，衬套8的区段12的减小的内径d可以是大约46mm，而衬套8的剩余部分的内径D可以是大约50mm。
在装置的使用中，该内径可以比基管的外径大出大约0.2mm至0.8mm。或者，换句话说，该装置优选地与如下基管一起使用：该基管具有比具有减小的内径的该至少一个区段的内径d小大约0.2mm至0.8mm的外径。
在实施方式中，衬套的剩余部分的内径比所述至少一个区段的内径大至少2％。考虑到避免基管与衬套的剩余部分的内壁之间接触的目的，这种直径差是足够的。
在实施方式中，该至少一个区段通过将内环附接到衬套的内壁而形成，其中该区段的减小的内径由环的内径限定。由此，内环和衬套的筒形剩余部分可以彼此独立地制造，之后将内环附接到筒形剩余部分，以便获得具有减小的内径的区段的衬套。内环可以熔化到衬套的内壁上。
如图所示的衬套8通过首先单独制造衬套的筒形部分和两个内环，之后将内环12熔化到衬套的剩余部分的内壁9上，从而获得衬套8来制造。
在实施方式中，衬套和内环由相同的材料制成。
在实施方式中，通过使衬套局部塌缩来形成该至少一个区段。可替代地，或者作为局部塌缩的另一制造步骤，可以通过机加工(诸如车削(turning))衬套的内部来形成该至少一个区段。
由筒形内环限定或由另一个这种筒形部分(如车削衬套的内部导致的区段)限定的所述区段的内径是内环的内径，即，这种内环的内表面的直径，或这种车削出的区段的车削出的内表面的内径。然而，该区段的内表面本身不必是圆形的。该区段可以具有多个向内突出的支撑块，例如三个这种块，这些支撑块在周向方向上间隔开并且限定一个内接圆，该内接圆限定该区段的内径。
在实施方式中，衬套包括至多三个、优选地一个或两个、进一步优选地两个这种具有减小的内径的区段，该至多三个区段沿着衬套的长度间隔开。每个区段均具有在如上定义的范围内的长度。在两个这种区段的情况下，它们可以例如设置在衬套的相应的相反端部处或靠近衬套的相应的相反端部。提供至多三个、优选一个或两个、进一步优选两个这种区段足以在使用中支撑基管，这意味着接触基管以避免管的不希望的弯曲量。
在图中所示的实施方式中，以使得区段12靠近衬套8的相反端部的方式，衬套8具有间隔开的两个这种区段12。
在本发明的不具有微波生成器的实施方式中，等离子体生成器可以包括以包围筒形腔体的方式定位的线圈，该线圈连接到或至少可连接到RF信号源，使得在使用中的基管内生成电磁通量。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的其它变体。前述说明仅通过示例的方式提供了本发明的实施方式。本发明的范围由所附权利要求限定。本发明的一个或多个目的通过所附权利要求来实现。
Claims (14)
1.一种等离子体化学气相沉积装置，其用于将一层或多层二氧化硅沉积到长中空玻璃基管的内壁上，所述装置包括微波生成器、在使用中从所述微波生成器接收微波的等离子体生成器、延伸穿过所述等离子体生成器的筒形腔体、以及对微波辐射是透明的并且定位于所述腔体中的筒形衬套，所述衬套的中心轴线与所述腔体的中心轴线同轴，其中所述基管在使用中穿过所述衬套，其中在所述衬套的一部分长度上，所述衬套具有相对于所述衬套的剩余部分的内径具有减小的内径的至少一个区段，所述至少一个区段为所述基管提供接触区，
其中，所述微波生成器被构造为生成波长Lw在40mm至400mm范围内的微波，其中具有减小的内径的所述至少一个区段的长度为至多0.1×Lw，并且为至少1mm。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，具有减小的内径的所述至少一个区段的长度为至多0.05×Lw。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述波长Lw为大约120mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其中，所述等离子体生成器包括包围所述筒形腔体的微波谐振腔，其中所述微波生成器连接到所述谐振腔。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，具有减小的内径的所述至少一个区段的长度在1mm至20mm的范围内，优选地在2mm至10mm的范围内。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述衬套的所述减小的内径在25mm至100mm的范围内，优选地在35mm至65mm的范围内。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述衬套的所述剩余部分的所述内径比所述至少一个区段的内径大至少2％。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述衬套由石英玻璃或熔融二氧化硅制成。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述至少一个区段通过将内环附接到所述衬套的内壁而形成，其中所述区段的所述减小的内径由所述环的内径限定。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述内环熔化到所述衬套的内壁上。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述衬套和所述内环由相同的材料制成。
12.根据前述权利要求1-8中的任一项所述的装置，其中，所述至少一个区段通过使所述衬套局部塌缩而形成。
13.根据前述权利要求1-8中的任一项所述的装置，其中，所述至少一个区段通过机加工所述衬套而形成。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述衬套包括至多三个、优选地一个或两个这种具有减小的内径的区段，至多三个所述区段沿着所述衬套的长度间隔开。
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