CN1188361C - 一种利用等离子体技术的光纤预制棒加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用等离子体技术的光纤预制棒加工设备，该设备由等离子体谐振腔、同轴线和矩形微波波导管等结构组成，其中采用门钮接触式波导同轴变换结构的微波能量传输变换装置，它是在波导-同轴线变换器中，同轴线内导体在波导管内与底面的门钮式结构环状弹性连接，环状弹性连接通过一特殊的“爪形轴套”实现，保证同轴内导体上下调节时与门钮式结构的紧密接触，而且不改变波导同轴变换装置的性能；接触式有利同轴线内导体散热；还设计有水冷和防泄漏装置，增强冷却和屏蔽效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用等离子体技术的光纤预制棒加工设备，尤其涉及对该设备中微波能量传输变换装置的改进。
背景技术
在PCVD光纤预制棒制造系统中，微波等离子体系统是产生化学气相沉积的核心关键设备。微波能量的产生通常是采用频率为2450MHz，功率为数千瓦的连续波磁控管。磁控管先在矩形空心的波导管中激发微波能量，然后传输至等离子体反应器。等离子体反应器通常采用谐振腔。而谐振腔是通常用电感或电容耦合微波能量。这样就必须用同轴线连接。因此，必须有一个使微波从矩形空心波导管到同轴线的能量传输变换装置。
图1所示的现有技术的等离子体光纤预制棒加工设备已经公开，例如在CN1285008的说明书和美国专利文献US6260510、US6372305中均有报道。如图1所示现有技术中，波导同轴变换装置采用悬空式结构，即同轴线内导体插入波导管上表面宽边中部。波导管一端短路，并可调节(图中未画出)，由另一个调节机构(图中未画出)调节内导体上下位置。即调节插入谐振腔的耦合深度，实现同轴线与谐振腔的匹配。由于同轴线内导体长度是一定的。当调节插入谐振腔深度时，另一端在波导内的深度随之变化而影响匹配，因此需要调节短路面的另一套调节装置(图中未画出)。
现有技术的等离子体光纤预制棒加工设备有如下缺点：首先，调节腔体匹配与调节转换器匹配互相影响；其次，由于谐振腔在高温中工作，谐振腔和同轴线外导体均可以采用水冷却，而同轴线内导体为悬空式结构，散热困难；第三，调节复杂，为了改善上述两个缺点，该专利还增加了调节波导短路面的装置(图中未画出)。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用等离子体技术的光纤预制棒加工设备，该设备克服了现有技术的上述缺点，即同轴线内导体与矩形波导管和等离子体谐振腔的耦合互不影响，便于冷却和调节简单，工作性能更加稳定可靠。
本发明的一种利用等离子体技术的光纤预制棒加工设备包括：一个矩形微波波导管，在其一端设置有固定短路面，另一端连接微波功率发生装置；一个等离子体反应器，为圆柱同轴形谐振腔结构；一个同轴线，由内导体和外导体组成；一个微波透射体，呈套筒状套在同轴线内导体上端，套筒外围与同轴线外导体紧密接触；所述同轴线的内导体上端同微波透射体一起插入所述等离子体反应器耦合，该内导体下端穿过所述矩形波导管；所述同轴线外导体将矩形波导管与等离子体反应器的圆柱同轴形谐振腔连通；所述同轴线外导体与等离子体反应器谐振腔外部具有水冷装置；其特征在于：同轴线内导体从外导体与矩形波导管连通处进入矩形波导管，并且贯穿整个波导管截面、穿过波导管并波导管下侧外壁向下伸出；一个门钮式结构，套在矩形波导管内的同轴线内导体上，该门钮式结构底面与矩形波导管下部管壁紧密接触，在门钮式结构内部设置了水冷管道；一个升降结构，设置在同轴线内导体下端穿出矩形波导管外的部分上，以调节同轴线内导体上端与等离子体反应器圆柱同轴形谐振腔的耦合。
本发明光纤预制棒加工设备的特征还在于：所述升降结构设置有一升降计数器，以计量同轴线内导体与等离子体谐振腔的耦合程度；所述门钮式结构上设有一个爪型轴套，以保证同轴线内导体上下移动时内导体与门钮式结构紧密接触；所述同轴线外导体与矩形波导管连接处部位设置有防泄漏装置。
本发明光纤预制棒加工设备的优点是一种PCVD系统中采用门钮接触式波导同轴变换结构的微波能量传输变换装置。它是在波导-同轴线变换器中，同轴线内导体在波导管内与底面的门钮式结构环状弹性连接，环状弹性连接通过一特殊的“爪形轴套”实现，保证同轴内导体上下调节时与门钮式结构的紧密接触，而且不改变波导同轴变换装置的性能；接触式有利同轴线内导体散热。另外，还设计有水冷和防泄漏装置，增强冷却和屏蔽效果。
本发明的光纤预制棒加工设备的应用功率可以达到6KW，微波系统实现最佳匹配，反射功率小于4％，即电压驻波比小于1.5，经改进后已在生产线上使用且效果良好。
附图说明
图1是现有技术的光纤预制棒加工设备结构示意图；
图2是本发明光纤预制棒加工设备实施例纵剖面构造图。
在图1中，1.PCVD装置，3.波导体(同轴线)，4.孔，5.谐振腔，7.圆筒轴，9.内圆筒壁，11.外圆筒壁，13.狭缝，15.纵轴，17.微波透射体，19.谐振腔端面，21.谐振腔端面。
在图2中，1.同轴线内导体，2.同轴线外导体，3.同轴线(波导体)，4.波导，5.波导-同轴变换装置，6.水冷管道，7.爪型轴套，8.门钮式结构，9.升降结构，10.固定短路面，11.微波透射体(高频绝缘材料)，12.谐振腔，13.升降计数器，14.防泄漏装置，15.水冷管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细解释。
如图2所示，本发明光纤预制棒加工设备实施例由几个部分组成：圆柱同轴形谐振腔12；短路面10的波导管4；同轴线3(包括内导体1和外导体2)；带有爪形轴套7的门钮式结构8；带有升降计数器13的升降结构9和附加装置(包括水冷管道6、15，防泄漏装置14和支撑件紧固件等)。
该门钮式结构焊接在波导管宽边的中部，波导管型号为BJ-22(尺寸为109.2*54.6mm)或BJ-26(尺寸为86.4*43.2mm)。短路面位置由实验决定后焊接在波导管上。由于同轴线内导体在波导管内与底面的门钮式结构相连接，连接处有一特殊的“爪形轴套”，保证同轴内导体上下调节时与门钮式结构的紧密接触，而且不改变波导同轴变换装置的性能；接触式有利同轴线内导体散热。另外，还增加了水冷系统，增强冷却效果。
波导同轴变换装置5采取门钮式结构8使同轴线内导体1与波导4的底面连接。用爪形轴套7使之接触更有效。同轴线内导体的上下调节由升降结构9完成。门钮式结构8有水冷管6，以保证同轴内导体1的散热。当门钮式结构设计合适时，即可保证波导-同轴变换装置的良好匹配，以保证有效的功率传输。当需要调整谐振腔与同轴线之间的匹配时，同轴线内导体1可以用升降结构9调节，而不会影响波导-同轴变换装置的性能，更适合大功率的传输。
Claims (5)
1.一种利用等离子体技术的光纤预制棒加工设备，包括：
一个矩形微波波导管，在其一端设置有固定短路面，另一端连接微波功率发生装置；
一个等离子体反应器，为圆柱同轴形谐振腔结构；
一个同轴线，由内导体和外导体组成；
一个微波透射体，呈套筒状套在同轴线内导体上端，套筒外围与同轴线外导体紧密接触；
所述同轴线的内导体上端同微波透射体一起插入所述等离子体反应器耦合，该内导体下端穿过所述矩形波导管；
所述同轴线外导体将矩形波导管与等离子体反应器的圆柱同轴形谐振腔连通；
所述同轴线外导体与等离子体反应器谐振腔外部具有水冷装置；
其特征在于：
同轴线内导体从外导体与矩形波导管连通处进入矩形波导管，并且贯穿整个波导管截面、穿过波导管下壁并从波导管下侧外壁向下伸出；
一个门钮式结构，套在矩形波导管内的同轴线内导体上，该门钮式结构底面与矩形波导管下部管壁紧密接触，在门钮式结构内部设置了水冷管道；
一个升降结构，设置在同轴线内导体下端穿出矩形波导管外的部分上，以调节同轴线内导体上端与等离子体反应器圆柱同轴形谐振腔的耦合。
2.按照权利要求1的光纤预制棒加工设备，其特征在于所述升降结构具有一升降计数器，以计量同轴线内导体与等离子体谐振腔的耦合程度。
3.按照权利要求1的光纤预制棒加工设备，其特征在于所述门钮式结构上进一步设有一个爪型轴套，以保证同轴线内导体上下移动时内导体与门钮式结构紧密接触。
4.按照权利要求1的光纤预制棒加工设备，其特征在于所述同轴线外导体与矩形波导管连接处部位设置有防泄漏装置。
5.按照权利要求1至4之一的光纤预制棒加工设备，其特征在于所述矩形波导管截面的尺寸为109.2毫米乘54.6毫米或86.4毫米乘43.2毫米。
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