CN118531374A - 喷灯及等离子沉积设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光纤制造技术领域，旨在解决一些已知的喷灯存在沉积效率低的问题，提供喷灯及等离子沉积设备。其中，喷灯包括第一管件、第二管件、第三管件、辅助进气管。第一管件限定进料通道，第一管件具有沿其长度方向相对设置的进料端和出料端。第二管件套接于第一管件的外侧，第二管件与第一管件围成辅助通道。第三管件套接于第二管件的外侧，第三管件与第二管件围成第一冷却通道。辅助进气管连接于第二管件，辅助进气管与第二管件的径向间距在靠近出料端的方向上逐渐减小。本申请的有益效果是提高喷灯的沉积效率。

Description

喷灯及等离子沉积设备

技术领域

本申请涉及光纤制造技术领域，具体而言，涉及喷灯及等离子沉积设备。

背景技术

光纤预制棒通常包括芯层和外包层，外包层通过掺杂实现与芯层之间产生相对折射率差。一些光纤预制棒采用POD(plasma outside deposition，等离子体外部沉积)完成，其通常采用喷灯产生等离子体，以将高度掺氟层沉积于芯层的表面。一些已知的喷灯存在沉积效率低的问题。

发明内容

本申请提供喷灯及等离子沉积设备，以解决一些已知的喷灯存在沉积效率低的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种喷灯，包括第一管件、第二管件、第三管件、辅助进气管。

所述第一管件限定进料通道，所述第一管件具有沿其长度方向相对设置的进料端和出料端。所述第二管件套接于所述第一管件的外侧，所述第二管件与所述第一管件围成辅助通道，所述辅助通道用于通入辅助气，所述辅助通道靠近所述进料端的一端封闭，所述辅助通道靠近所述出料端的一端敞开并形成第一出气口。所述第三管件套接于所述第二管件的外侧，所述第三管件与所述第二管件围成第一冷却通道，所述第一冷却通道用于通入冷却气，所述第一冷却通道靠近所述进料端的一端封闭，所述第一冷却通道靠近所述出料端的一端敞开并形成第二出气口。所述辅助进气管连接于所述第二管件并连通所述辅助通道，所述辅助进气管具有远离所述第二管件的辅助进气口，所述辅助进气管相对所述第二管件倾斜设置，且在所述辅助进气口远离所述出料端的方向倾斜。

本申请的喷灯工作时，自进料端通入原料气，自辅助进气管通入辅助气，在第一冷却通道内通入冷却气，原料气与辅助气在出料端汇合，并在受热后从气态转化为等离子态。通过辅助进气管与第二管件的径向间距变化，使辅助进气管倾斜连接于第二管件，并使输入至辅助通道的辅助气容易发生自旋，呈螺旋流朝向出料端流动。如此，可以大幅降低辅助气形成湍流的可能性，保证辅助气输送过程中的流动稳定性，同时还能提高辅助气的气流旋转强度，自出料端排出的原料气和第一出气端排出的辅助气混合更加均匀，从而提高原料气形成的等离子体的沉积掺杂效率。

同时，由于自出料端排出的原料气和第一出气端排出的辅助气需要受热才能形成等离子体，为实现对原料气和辅助气的加热，第一管件、第二管件和第三管件会受到热传导并升温。本实施例中，通过在第一冷却通道内通入冷却气，可以实现对出料端、第一出气端和第二出气端的降温作用，以控制原料气和辅助气的等离子体形成区域，从而保证等离子体仅在目标区域形成，提高沉积掺杂效率。此外，提高原料气、辅助气的气流旋转强度，还可以进一步提高沉积效率。

在一种可能的实施方式中：

所述喷灯还包括第一冷却进气管，所述第一冷却进气管连接于所述第三管件并连通所述第一冷却通道，所述第一冷却进气管具有远离所述第三管件的第一进气口，所述第一冷却进气管相对所述第三管件倾斜设置，且在所述第一进气口远离所述出料端的方向倾斜。

在一种可能的实施方式中：

所述第三管件包括内管和外管，所述内管套接于所述第二管件的外侧，并与所述第二管件围成所述第一冷却通道，所述第一冷却进气管连接于所述内管，所述外管套接于所述内管的外侧，所述外管与所述内管围成第二冷却通道，所述第二冷却通道用于通入冷却气，所述第二冷却通道靠近所述进料端的一端封闭，所述第二冷却通道靠近所述出料端的一端敞开并形成第三出气口。

在一种可能的实施方式中：

所述第三管件还包括第二冷却进气管，所述第二冷却进气管连接于所述外管，所述第二冷却进气管具有远离所述第三管件的第二进气口，所述第二冷却进气管相对所述第三管件倾斜设置，且在所述第二进气口远离所述出料端的方向倾斜。

在一种可能的实施方式中：

所述喷灯为对称结构，所述喷灯的对称面平行于所述喷灯的长度方向；所述第二冷却进气管设有两个，两个所述第二冷却进气管连接于所述外管的两侧，两个所述第二冷却进气管的轴线均位于所述对称面上；所述第一冷却进气管设有两个，两个所述第一冷却进气管连接于所述内管的两侧，两个所述第一冷却进气管的轴线位于所述对称面的两侧，且两个所述第一冷却进气管的轴线在所述喷灯的截面上的投影平行。

在一种可能的实施方式中：

所述辅助进气管的长度方向与所述第二管件的长度方向之间的锐角为α，15°≤α≤35°；和/或

所述第一冷却进气管的长度方向与所述第二管件的长度方向之间的锐角为β，15°≤β≤35°。

在一种可能的实施方式中：

所述辅助进气管设有两个，两个所述辅助进气管连接于所述第二管件的两侧，两个所述辅助进气管的轴线相互平行，且两个所述辅助进气管的轴线在所述第一管件的横截面上的投影分别位于所述第一管件的轴线的径向两侧。

在一种可能的实施方式中：

所述喷灯还包括保护罩，所述保护罩可拆卸地连接于所述第二出气端，所述保护罩限定收容腔，所述出料端、所述第一出气口和所述第二出气口分别气密性地连通于所述收容腔，所述保护罩用于安装加热组件。

第二方面，本申请提供一种等离子沉积设备，包括加工腔和前述的喷灯。所述喷灯连接于所述加工室，所述喷灯的出料端、第一出气端和第二出气端均位于所述加工腔内。

在一种可能的实施方式中：

所述等离子沉积设备还包括预混发生装置，所述预混发生装置设于加工室外，并连通于所述喷灯的第一管件的进料端，所述预混发生装置用于混合硅化合物、氟化物和载气，形成均匀的混合气，并输送所述混合气至所述第一管件内。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例的喷灯的结构示意图；

图2为图1中喷灯移除保护罩的结构示意图；

图3为图2中移除保护罩的喷灯的径向剖视图；

图4为图2中移除保护罩的喷灯的轴向剖视图；

图5为本申请一实施例的保护罩的剖视图；

图6为本申请一实施例的等离子沉积设备的结构示意图。

主要元件符号说明：

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

参见图1，本实施例提供一种喷灯100，包括第一管件10、第二管件20、第三管件30、辅助进气管40和第一冷却进气管50。

第一管件10限定进料通道11，第一管件10具有沿其长度方向相对设置的进料端12和出料端13。第二管件20套接于第一管件10的外侧，第二管件20与第一管件10围成辅助通道Q1，辅助通道Q1用于通入辅助气，第二管件20具有沿其长度方向相对设置的第一进气端21和第一出气端22，第一进气端21连接于进料端12，第一出气端22与出料端13围成第一出气口K1。第三管件30套接于第二管件20的外侧，第三管件30与第二管件20围成第一冷却通道Q2，第一冷却通道Q2用于通入冷却气，第三管件30具有沿其长度方向相对设置的第二进气端31和第二出气端32，第二进气端31连接于第一进气端21，第二出气端32与出料端13围成第二出气口K2。辅助进气管40连接于第一进气端21，并位于第二进气端31远离第二出气端32的一侧，辅助进气管40与第二管件20的径向间距在靠近出料端13的方向上逐渐减小，辅助进气管40连通辅助通道Q1。

本实施例的喷灯100工作时，自进料端12通入原料气，自辅助进气管40通入辅助气，自第一冷却进气管50通入冷却气，原料气与辅助气在出料端13汇合，并在受热后从气态转化为等离子态。通过辅助进气管40与第二管件20的径向间距变化，使辅助进气管40倾斜连接于第二管件20，并使输入至辅助通道Q1的辅助气容易发生自旋，呈螺旋流朝向出料端13流动；通过第一冷却进气管50与第三管件30的径向间距变化，使第一冷却进气管50倾斜连接于第三管件30，并使输入至第一冷却通道Q2的冷却气容易发生自旋，呈螺旋流朝向出料端13流动。如此，可以大幅降低辅助气和冷却气形成湍流的可能性，保证辅助气输送过程中的流动稳定性以及冷却气输送过程中的流动稳定性，同时还能提高辅助气的气流旋转强度以及冷却气的气流旋转强度，自出料端13排出的原料气和第一出气端22排出的辅助气混合更加均匀，从而提高原料气形成的等离子体的沉积掺杂效率。并且，螺旋流至出料端13的冷却气还可以提高冷却气对第一管件10、第二管件20和第三管件30的冷却效率。

同时，由于自出料端13排出的原料气和第一出气端22排出的辅助气需要受热才能形成等离子体，为实现对原料气和辅助气的加热，第一管件10、第二管件20和第三管件30会受到热传导并升温。本实施例中，通过在第一冷却通道Q2内通入冷却气，可以实现对出料端13、第一出气端22和第二出气端32的降温作用，以控制原料气和辅助气的等离子体形成区域，从而保证等离子体仅在目标区域形成，提高沉积掺杂效率。此外，提高原料气、辅助气和冷却气的气流旋转强度，以提高沉积效率。

本实施例中，原料气为混合气，其包括硅化合物、氟化物和载气，硅化合物可设为SiCl4，氟化物可设为CF4、SF6或SiF4中的一种或多种，载气可设为惰性气体，如氩气。在原料气包含氟化物时，喷灯100沉积掺杂动作中所掺辅助气可设为氧气，保护气可设为惰性气体，如氮气。

本实施例中，参见图1至图3，喷灯100还包括第一冷却进气管50，第一冷却进气管50连接于第二进气端31，第一冷却进气管50连通第一冷却通道Q2，第一冷却进气管50与第三管件30的径向间距在靠近出料端13的方向上逐渐减小。

通过第一冷却进气管50与第三管件30的径向间距变化，使第一冷却进气管50倾斜连接于第三管件30，并使输入至第一冷却通道Q2的冷却气容易发生自旋，呈螺旋流朝向出料端13流动。如此，可以大幅降低冷却气形成湍流的可能性，保证冷却气输送过程中的流动稳定性，同时还能提高冷却气的气流旋转强度，从而提高冷却气对第一管件10、第二管件20和第三管件30的冷却效率，进而提高沉积掺杂效率。

本实施例中，参见图3，第一管件10、第二管件20和第三管件30同轴设置，并且均为对称结构，且均关于对称面M对称，以进一步提高气流的流动均匀性和稳定性。

本实施例中，参见图3，所第三管件30包括内管33和外管34，内管33套接于第二管件20的外侧，并与第二管件20围成第一冷却通道Q2，第一冷却进气管50连接于内管33，外管34套接于内管33的外侧，外管34与内管33围成第二冷却通道Q3，第二冷却通道Q3用于通入冷却气，外管34具有沿其长度方向相对设置的第二进气端31和第二出气端32，第二进气端31连接于第一进气端21，第二出气端32与出料端13围成第二出气口K2。

通过将第三管件30设为内管33及外管34，使第三管件30共同限定出第一冷却通道Q2和第二冷却通道Q3，第一冷却通道Q2内的冷却气和第二冷却通道Q3内的冷却气可以提高冷却效果，以实现对第一管件10、第二管件20的充分冷却效果，从而对等离子形成区域起到更好的控制作用。

本实施例中，第三管件30还包括第二冷却进气管35，第二冷却进气管35连接于外管34接近进料端12的一端，第二冷却进气管35与外管34的径向间距在靠近出料端13的方向上逐渐减小。

通过第二冷却进气管35与外管34的径向间距变化，使第二冷却进气管35倾斜连接于外管34，并使输入至第二冷却通道Q3的冷却气容易发生自旋，呈螺旋流朝向出料端13流动，提高冷却气对第一管件10、第二管件20和第三管件30的冷却效率，并且能够提高自第二出气口K2排出的冷却气的流动稳定性，提高原料气、辅助气和冷却气的气流旋转强度，以提高沉积效率。

本实施例中，参见图3和图4，第二冷却进气管35设有两个，两个第二冷却进气管35连接于外管34的两侧，两个第二冷却进气管35的轴线在第一管件10的横截面上的投影与第一管件10的轴线重合。第一冷却进气管50设有两个，两个第一冷却进气管50连接于内管33的两侧，两个第一冷却进气管50的轴线相互平行，且两个第一冷却进气管50的轴线在第一管件10的横截面上的投影分别位于第一管件10的轴线的径向两侧。

通过限定位于外侧的第二冷却进气管35的轴线的投影与第一管件10的轴线重合，限定位于内侧的第二冷却进气管35的轴线的投影位于第一管件10的轴线的径向两侧，使内侧的冷却气相对外侧的冷却气更易形成螺旋气流，通过第一冷却通道Q2的冷却气和第二冷却通道Q3冷却气的不同流动方式，能够进一步强化第三管件30的整体冷却效果，不仅可以进一步提高对喷灯100的降温保护作用，还能够更好地限定等离子体的形成区域，从而提高沉积掺杂效率。

可选地，两个第一冷却进气管50的长度方向与内管33的周向相切，第一冷却进气管50与内管33的轴线的径向距离可根据实际需求进行调整，本实施例中，第一冷却进气管50与内管33的轴线的径向距离小于内管33的半径。

本实施例中，参见图3和图4，辅助进气管40设有两个，两个辅助进气管40连接于第一进气端21的两侧，两个辅助进气管40的轴线相互平行，且两个辅助进气管40的轴线在第一管件10的横截面上的投影分别位于第二管件20的轴线的径向两侧。如此，可以进一步引导辅助气呈螺旋流在辅助通道Q1内流动，并形成旋转强度更强的辅助气的气流，达到进一步提高沉积效率的作用。

可选地，两个辅助进气管40的长度方向与第二管件20的周向相切，辅助进气管40与第二管件20的轴线的径向距离可根据实际需求进行调整，本实施例中，辅助进气管40与第二管件20的轴线的径向距离小于第二管件20的半径。

本实施例中，辅助进气管40的长度方向与第二管件20的长度方向之间的锐角为α，15°≤α≤35°。α具体可设为15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°或者35°。

本实施例中，第一冷却进气管50的长度方向与第二管件20的长度方向之间的锐角为β，15°≤β≤35°；

第二冷却进气管35的长度方向与第二管件20的长度方向之间的锐角为γ，15°≤γ≤35°。

β具体可设为15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°或者35°。

γ具体可设为15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°或者35°。

本实施例中，参见图3，沿第一管件10的长度方向，第一出气端22位于出料端13远离进料端12的外侧，第二出气端32位于第一出气端22远离第一进气端21的外侧。

本实施例中，参见图3，出料端13的宽度在远离进料端12的方向逐渐减小，如此，在原料气的输入速度一定时，自出料端13输出的原料气的流速会在逐渐内缩的出料端13的作用下增大，从而产生喷射聚焦现象，有利于提高原料气与辅助气的混合效率，进而提高沉积掺杂效率。

本实施例中，参见图1和图5，喷灯100还包括保护罩60，保护罩60可拆卸地连接于第二出气端32，保护罩60限定收容腔，出料端13、第一出气口K1和第二出气口K2分别气密性地连通于收容腔，保护罩60用于安装加热组件。

通过额外设置保护罩60，并使加热组件安装于保护罩60，从而等离子体的形成区域主要集中于保护罩60内，进气端、第一出气端22和第二出气端32则受到冷却气的降温效果，并保持在较低的温度范围内，从而对第一管件10、第二管件20和第三管件30起到保护作用，延长喷灯100的使用寿命。并且，保护罩60与第三管件30可拆卸连接，也能够便于更换保护罩60，以降低喷灯100的维护成本，提高喷灯100的维护便捷性。

本实施例中，参见图1，保护罩60可直接套设于第三管件30，也可以旋紧于第三管件30，保护罩60与第三管件30的可拆卸连接的连接方式有多种，在此不再赘述。

本实施例中，参见图5，保护罩60包括连接段61、扩张段62和保护段63。连接段61可拆卸地连接于第二出气端32。扩张段62的一端连接于连接段61，扩张段62的内径在远离连接段61的方向上逐渐增大。保护段63连接于扩张段62的另一端，保护段63用于安装加热组件。

扩张段62的宽度在接近保护段63的方向逐渐增大，有利于等离子体的扩散，从而提高等离子体与芯棒300的接触面积，提高等离子体沉积掺杂的有效截面积，进而提高沉积掺杂效率。通过将加热组件设置于保护段63，可以使保护段63内的反应腔Q4与进料端12之间间隔设置，从而降低反应腔Q4传导至进料端12的温度，实现对第一管件10、第二管件20和第三管件30起到保护作用，延长喷灯100的使用寿命。

本实施例中，扩张段62的两端宽度之间的过度为一恒定宽度增大，在其他实施例中，扩张段62的两端宽度之间的过度也可以设为一非线性宽度增大，例如为曲线或阶梯状。

本实施例中，参见图1和图2，第二出气端32的外壁设有抵接部36，连接段61套设于第三管件30的第二出气端32，连接段61远离保护段63的端部抵接于抵接部36，以对保护罩60的安装起到限位作用。同时，扩张段62的厚度大于连接段61的厚度，第二出气端32的端部还抵接于扩张段62，如此，也可以保护罩60的安装起到限位作用。

参见图6，本申请还提供一种等离子沉积设备200。等离子沉积设备200包括加工室201及前述的喷灯100。加工室201限定加工腔202，加工腔202用于收容芯棒300。喷灯100连接于加工室201，喷灯100的出料端13、第一出气端22和第二出气端32均位于加工腔202内。等离子沉积设备200工作时，原料气、辅助气自出料端13和第一出气端22输出至加工腔202内，辅助气接收自由电子并形成等离子体，原料气进入等离子体内并沉积于芯棒300处。

该等离子沉积设备200因包括上述任一实施例的喷灯100，因而具有上述任一实施例的喷灯100的有益效果，在此不再赘述。

本实施例中，参见图6，等离子沉积设备200还包括两个卡盘203，两个卡盘203间隔设置，每个卡盘203分别夹持一尾柄400，芯棒300连接于两个尾柄400之间，喷灯100沿芯棒300的长度方向可移动设置，以在芯棒300长度方向的不同位置实现沉积。

本实施例中，参见图6，等离子沉积设备200还包括预混发生装置207，预混发生装置207设于加工室201外，并连通于喷灯100的第一管件10的进料端12。预混发生装置207用于混合硅化合物、氟化物和载气，使其能够充分地纯化混合，形成混合均匀的混合气。本实施例中，硅化合物可设为SiCl4。同时，预混发生装置207还具有加热结构，加热结构用于加热混合气，使混合气可以更加稳定地输入至进料通道11内，大幅降低混合气输送过程中产生紊流的可能性，从而提高沉积掺氟效率。

本实施例中，参见图6，等离子沉积设备200还包括感应线圈206，感应线圈206绕设于喷灯100的保护罩60处，感应线圈206用于通电以加热保护罩60的反应腔Q4内的气流，并能够在短时间内施加电火花以将自由电子引入气流内，从而激发气流形成为等离子体。

本实施例中，参见图6，等离子沉积设备200还包括排风口204和压力计205，排风口204设于加工室201，并与加工腔202连通，排风口204可关闭，以使加工腔202密闭。压力计205用于检测加工腔202内的压力，从而与排风口204配合，并根据实际沉积需求调整加工腔202的压力。

实施例1

制备芯棒300，芯棒300的两端接柄抛光处理，芯棒300外径为35毫米，芯棒300长度可设为700毫米。

将芯棒300夹持于两个卡盘203之间，卡盘203旋转速度设为45rpm，加工腔202的压力设为-2帕。

采用前述的喷灯100点火，其中，实施例1的喷灯100中，α为25°，β为25°，γ为25°，感应线圈206的功率设定为60千瓦至80千瓦。

在进料通道11中通入包括SiCl4、氟化物和氩气的混合气，混合气经预混发生装置207进行混合预热，其中，SiCl4的流量为20g/min，氟化物的流量为150mL/min(氟化物可以为CF4、SF6或SiF4中的一种)、氩气的流量为8L/min。

在辅助通道Q1中通入氧气，氧气的流量为25L/min。

在第一冷却通道Q2通入氮气，其流量为45L/min，在第二冷却通道Q3通入氮气，其流量为75L/min。

沉积过程中，通过两侧卡盘203左右往复运动进行沉积，以芯棒300一端与尾柄400接口处为起始点，以芯棒300另一端作为返回点；卡盘203先从起始点按移动速度85mm/min运动，到达返回点后，停止从进料通道11输入混合气，进行抛光返回，抛光功率为30kw，卡盘203移动速度280mm/min，直至返回起始点，重复上述步骤，进行多轮沉积抛光，直至芯棒300的沉积重量达到4.5千克，得到沉积后的预制棒。

在沉积结束后，待预制棒冷却至室温后，采用PK2600仪表沿预制棒轴向方向每隔100mm测试折射率，并计算各点的相对折射率差Δn值、数值孔径NA，并获取相对折射率差的均值、其最大值和最小值的差值，数值孔径的均值、其最大值和最小值的差值。重复三次加工，并获取前述测试参数的均值。

实施例2

制备芯棒300，芯棒300的两端接柄抛光处理，芯棒300外径为40毫米，芯棒300长度可设为700毫米。

将芯棒300夹持于两个卡盘203之间，卡盘203旋转速度设为40rpm，加工腔202的压力设为-4帕。

采用前述的喷灯100点火，其中，实施例1的喷灯100中，α为25°，β为25°，γ为25°，感应线圈206的功率设定为60千瓦至80千瓦。

在进料通道11中通入包括SiCl4、氟化物和氩气的混合气，混合气经预混发生装置207进行混合预热，其中，SiCl4的流量为30g/min，氟化物的流量为180mL/min(氟化物可以为CF4、SF6或SiF4中的一种)、氩气的流量为10L/min。

在辅助通道Q1中通入氧气，氧气的流量为30L/min。

在第一冷却通道Q2通入氮气，其流量为50L/min，在第二冷却通道Q3通入氮气，其流量为80L/min。

沉积过程中，通过两侧卡盘203左右往复运动进行沉积，以芯棒300一端与尾柄400接口处为起始点，以芯棒300另一端作为返回点；卡盘203先从起始点按移动速度75mm/min运动，到达返回点后，停止从进料通道11输入混合气，进行抛光返回，抛光功率为35kw，卡盘203移动速度250mm/min，直至返回起始点，重复上述步骤，进行多轮沉积抛光，直至芯棒300的沉积重量达到6.1千克，得到沉积后的预制棒。

在沉积结束后，待预制棒冷却至室温后，采用PK2600仪表沿预制棒轴向方向每隔100mm测试折射率，并计算各点的相对折射率差Δn值、数值孔径NA，并获取相对折射率差的均值、其最大值和最小值的差值，数值孔径的均值、其最大值和最小值的差值。重复三次加工，并获取前述测试参数的均值。

实施例3

制备芯棒300，芯棒300的两端接柄抛光处理，芯棒300外径为45毫米，芯棒300长度可设为700毫米。

将芯棒300夹持于两个卡盘203之间，卡盘203旋转速度设为35rpm，加工腔202的压力设为-6帕。

采用前述的喷灯100点火，其中，实施例1的喷灯100中，α为25°，β为25°，γ为25°，感应线圈206的功率设定为60千瓦至80千瓦。

在进料通道11中通入包括SiCl4、氟化物和氩气的混合气，混合气经预混发生装置207进行混合预热，其中，SiCl4的流量为40g/min，氟化物的流量为200mL/min(氟化物可以为CF4、SF6或SiF4中的一种)、氩气的流量为13L/min。

在辅助通道Q1中通入氧气，氧气的流量为35L/min。

在第一冷却通道Q2通入氮气，其流量为55L/min，在第二冷却通道Q3通入氮气，其流量为85L/min。

沉积过程中，通过两侧卡盘203左右往复运动进行沉积，以芯棒300一端与尾柄400接口处为起始点，以芯棒300另一端作为返回点；卡盘203先从起始点按移动速度65mm/min运动，到达返回点后，停止从进料通道11输入混合气，进行抛光返回，抛光功率为40kw，卡盘203移动速度220mm/min，直至返回起始点，重复上述步骤，进行多轮沉积抛光，直至芯棒300的沉积重量达到7.4千克，得到沉积后的预制棒。

在沉积结束后，待预制棒冷却至室温后，采用PK2600仪表沿预制棒轴向方向每隔100mm测试折射率，并计算各点的相对折射率差Δn值、数值孔径NA，并获取相对折射率差的均值、其最大值和最小值的差值，数值孔径的均值、其最大值和最小值的差值。重复三次加工，并获取前述测试参数的均值。

表1为实施例1、实施例2和实施例3中预制棒的相关参数的数据。

表1

通过实施例1至实施例3的数据可以看出，在不同生产工艺条件下，如卡盘旋转速度、加工腔的压力、混合气的进气流量、辅助气的进气流量、冷却气的进气流量，以及不同的沉积重量，预制棒的相对折射率差以及数值孔径均可以保持在较好的质量范围内。

对比例1

对比例1的喷灯的结构与实施例3的喷灯结构大致相同，区别在于，对比例1的喷灯的α为10°，β为10°，γ为10°。采用对比例1的喷灯按照实施例3的加工步骤加工得到对比样品1。

对比例2

对比例2的喷灯的结构与实施例3的喷灯结构大致相同，区别在于，对比例2的喷灯的α为30°，β为30°，γ为30°。采用对比例2的喷灯按照实施例3的加工步骤加工得到对比样品2。

对比例3

对比例3的喷灯的结构与实施例3的喷灯结构大致相同，区别在于，对比例3的喷灯的α为55°，β为55°，γ为55°。采用对比例3的喷灯按照实施例3的加工步骤加工得到对比样品3。

对比例4

对比例4的喷灯的结构与实施例3的喷灯结构大致相同，区别在于，对比例4的喷灯中，第二冷却进气管的轴线也位于对称面的两侧，且两个第二冷却进气管的轴线在喷灯的截面上的投影平行。采用对比例4的喷灯按照实施例3的加工步骤加工得到对比样品4。

对比例5

对比例5的喷灯的结构与实施例3的喷灯结构大致相同，区别在于，对比例4的喷灯中，第一冷却进气管的轴线位于对称面上。采用对比例4的喷灯按照实施例3的加工步骤加工得到对比样品5。

表2为实施例3、对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5中预制棒的相关参数的数据。

从表2可以看出，当α、β、γ均设为25°时，预制棒的沉积速度最大，因此，通过限定辅助进气管、第一冷却进气管和第二冷却进气管与第一管件之间的夹角，可以使辅助气、冷却气在流动过程中呈螺旋流朝向出料端流动，进而使气体混合均匀，提高沉积掺杂效率。

同时，在更改两个第一冷却进气管或两个第二冷却进气管的位置关系之后，沉积效率有所下降，这是因为本实施例中第一冷却进气管和第二冷却进气管的位置设置可以进一步提高冷却效果，以进一步提高沉积效率。

此外，在实施例3中，数值孔径NA均值数值较高，这说明在实施例3中，预制棒的包层的掺氟量能够达到目标值，从而使芯层与包层之间的折射率差满足要求，并且更高的数值孔径NA均值可以进一步降低预制棒制成的光纤在传输过程中产生的光功率损耗，以进一步提高预制棒的制备质量。

表2

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种喷灯，其特征在于，包括：

第一管件，所述第一管件限定进料通道，所述第一管件具有沿其长度方向相对设置的进料端和出料端；

第二管件，所述第二管件套接于所述第一管件的外侧，所述第二管件与所述第一管件围成辅助通道，所述辅助通道用于通入辅助气，所述辅助通道靠近所述进料端的一端封闭，所述辅助通道靠近所述出料端的一端敞开并形成第一出气口；

第三管件，所述第三管件套接于所述第二管件的外侧，所述第三管件与所述第二管件围成第一冷却通道，所述第一冷却通道用于通入冷却气，所述第一冷却通道靠近所述进料端的一端封闭，所述第一冷却通道靠近所述出料端的一端敞开并形成第二出气口；

辅助进气管，所述辅助进气管连接于所述第二管件并连通所述辅助通道，所述辅助进气管具有远离所述第二管件的辅助进气口，所述辅助进气管相对所述第二管件倾斜设置，且在所述辅助进气口远离所述出料端的方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的喷灯，其特征在于：

所述喷灯还包括第一冷却进气管，所述第一冷却进气管连接于所述第三管件并连通所述第一冷却通道，所述第一冷却进气管具有远离所述第三管件的第一进气口，所述第一冷却进气管相对所述第三管件倾斜设置，且在所述第一进气口远离所述出料端的方向倾斜。

3.根据权利要求2所述的喷灯，其特征在于：

所述第三管件包括内管和外管，所述内管套接于所述第二管件的外侧，并与所述第二管件围成所述第一冷却通道，所述第一冷却进气管连接于所述内管，所述外管套接于所述内管的外侧，所述外管与所述内管围成第二冷却通道，所述第二冷却通道用于通入冷却气，所述第二冷却通道靠近所述进料端的一端封闭，所述第二冷却通道靠近所述出料端的一端敞开并形成第三出气口。

4.根据权利要求3所述的喷灯，其特征在于：

所述第三管件还包括第二冷却进气管，所述第二冷却进气管连接于所述外管，所述第二冷却进气管具有远离所述第三管件的第二进气口，所述第二冷却进气管相对所述第三管件倾斜设置，且在所述第二进气口远离所述出料端的方向倾斜。

5.根据权利要求4所述的喷灯，其特征在于：

所述喷灯为对称结构，所述喷灯的对称面平行于所述喷灯的长度方向；

所述第二冷却进气管设有两个，两个所述第二冷却进气管连接于所述外管的两侧，两个所述第二冷却进气管的轴线均位于所述对称面上；

所述第一冷却进气管设有两个，两个所述第一冷却进气管连接于所述内管的两侧，两个所述第一冷却进气管的轴线位于所述对称面的两侧，且两个所述第一冷却进气管的轴线在所述喷灯的截面上的投影平行。

6.根据权利要求1所述的喷灯，其特征在于：

所述辅助进气管的长度方向与所述第二管件的长度方向之间的锐角为α，15°≤α≤35°；和/或

所述第一冷却进气管的长度方向与所述第二管件的长度方向之间的锐角为β，15°≤β≤35°。

7.根据权利要求1所述的喷灯，其特征在于：

所述辅助进气管设有两个，两个所述辅助进气管连接于所述第二管件的两侧，两个所述辅助进气管的轴线相互平行，且两个所述辅助进气管的轴线在所述第一管件的横截面上的投影分别位于所述第一管件的轴线的径向两侧。

8.根据权利要求1所述的喷灯，其特征在于：

所述喷灯还包括保护罩，所述保护罩可拆卸地连接于所述第二出气端，所述保护罩限定收容腔，所述出料端、所述第一出气口和所述第二出气口分别气密性地连通于所述收容腔，所述保护罩用于安装加热组件。

9.一种等离子沉积设备，其特征在于，包括：

加工室，限定加工腔；

如权利要求1至8中任一项所述的喷灯，所述喷灯连接于所述加工室，所述喷灯的出料端、第一出气端和第二出气端均位于所述加工腔内。

10.根据权利要求9所述的等离子沉积设备，其特征在于：

所述等离子沉积设备还包括预混发生装置，所述预混发生装置设于加工室外，并连通于所述喷灯的第一管件的进料端，所述预混发生装置用于混合硅化合物、氟化物和载气，形成均匀的混合气，并输送所述混合气至所述第一管件内。