CN1630925A - 用于将电磁微波辐射施加于等离子体腔室中的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，所述装置用于在使用时于一个等离子体腔室中施加电磁微波辐射，上述等离子体腔室在一个外壳中存在，基本上围绕一第一轴线成圆筒形对称，并且装置包括一个圆筒形壁，所述圆筒形壁具有一个圆周狭缝，上述等离子体腔室通过上述狭缝与一个细长波导向器的第一端连通，上述细长的波导向器具有一个纵向上延伸的第二轴线，上述装置在使用时通过上述微波导向器的另一端与微波发生装置连通，其中所产生的电磁微波辐射可以包括若干波型。本发明的目的是提供如本说明书中所涉及的一种微波发生器，利用上述微波发生器一方面可以产生和保持一种具有上述有利几何性能的稳定等离子体，并且此外在它的构造尺寸方面没有任何限制。为了完成那个目的，微波发生器其特征在于：装置包括使用时在狭缝中产生微波辐射的装置，上述微波辐射至少在一个垂直于传播方向的方向上只有一种电磁场分布。因为电磁微波辐射的性能不再构成一种未知和不能预料的因素，所以在等离子体腔室中产生一种更稳定和几何上更均匀的等离子体。

Description

用于将电磁微波辐射施加于等离子体腔室中的装置
本发明涉及一种装置，所述装置用于在使用时将电磁微波辐射于一个等离子体腔室中，上述等离子体腔室在一个外壳内存在，基本上围绕一第一轴线圆筒式对称，并包括一个圆筒形壁，所述圆筒形壁具有一个圆周狭缝，上述等离子体腔室通过上述狭缝与一个细长微波导向器的第一端连通，上述细长微波导向器具有一个纵向上延伸的第二轴线，上述装置在使用时通过上述微波导向器的另一端与微波发生装置连通，其中产生的电磁微波辐射可以包括若干波型。
本发明还涉及一种装置，所述装置用于通过一种等离子化学汽相淀积法将一个或多个玻璃层淀积在一个空心玻璃管的内侧上，上述空心玻璃管设置在按照本发明所述装置的等离子体腔室中。
此外本发明涉及一种方法，所述方法通过一种化学汽相淀积法将一个或多个玻璃层淀积在一个空心玻璃管的内侧上，上述空心玻璃管设置在按照本发明所述装置的等离子体腔室中。
这种装置(也被以技术术语称为微波发生器，狭缝被叫做径向波道)尤其是可以与用于在等离子体腔室中产生等离子体的一种sufra导向器或一种sufraton一起使用。按照序言所述一种微波发生器的另一种实际应用已在国际专利申请PCT/EP 98/07798中公开，以本申请人名义在No.WO 99/35304下发布。
WO 99/35304示出一种PCVD(等离子化学汽相淀积)装置，其中将一个空心圆筒形玻璃管容纳在微波发生器的等离子体腔室中，一种气态混合物通过上述玻璃管，所述气态混合物包括例如O2，SiCl4和GeCl2。通过微波发生器加在狭缝中的微波辐射在空心玻璃管中局部产生一种等离子体。通过使微波发生器相对于玻璃管前后移动—可能在玻璃管同时旋转情况下—可以利用等离子体将若干玻璃层，无论它们组成是否不同组成，淀积在圆筒形玻璃管的内侧上。这样得到一种所谓的空心预制件，上述空心预制件具有淀积在圆筒形玻璃管内侧上的一个或多个玻璃层。使预制件经受压缩处理，以便得到一种块状的杆件，随后从上述杆件拉制光纤，上述光纤预定用于例如电信目的。
在PCVD应用中，在狭缝中使用和施加的微波辐射具有频率为890MHz或2.45GHz，并包括若干所谓的波型。如本文所用的术语波型理解为意思是指在径向传播方向上的传播波型以及正好截止的波型。各传播波型包括在垂直于径向传播方向的两个方向上电场中的许多零交叉。
如果径向波狭缝的宽度总计小于所用微波辐射波长的一半，如果径向波狭缝的内周边具有一长度等于或小于所用微波辐射的波长，将只有一种传播波型发生，而如果径向波狭缝的内周边具有一长度为所用微波辐射的1-2个波长，则将有3个传播波型发生。
在目前应用情况下，很难确定加在狭缝(径向波道)中微波辐射包括哪些波型。如果在等离子体腔室或径向波道中所加的微波辐射包括若干波型，则在等离子体腔室中所产生的等离子体的几何性能将不能很确切地知道。如果上述各波型在相对于第一轴线的旋转方向上看时显示相同的电磁场分布，则在上述旋转方向上所加微波辐射的几何性能及因此还有所产生的等离子体几何性能将明显被限定。上述等离子体性能其中包括，取决于各波型的激发比，并且环境中(温度，压力等)的一种小变化都可能导致不同的激发比，同时使等离子体的几何性能产生变化。所有这种情况都可能导致其中包括等离子体的不希望有的几何形状，或者使等离子体变得不稳定或者变得完全熄灭。
尤其是在PCVD应用情况下，这种现象影响淀积在空心玻璃管内侧上的各玻璃层的组成和结构，以及影响从这样得到的一种预制件拉出的光纤最终质量。
对于在等离子体腔室中所加微波辐射的波型和所产生的等离子体不可预测的性能问题的一种解决方案可以在径向波道的最大允许内径中找到，其中内周边小于或等于所用微波辐射的波长，这是为了防止若干波型存在。然而，在那种情况下，上述最大结构尺寸也将限制待制造的预制件的最大允许外径，以及从上述预制件所拉出的光纤长度。
本发明的目的是清除上述缺点和提供一种微波发生器，通过上述微波发生器一方面可以产生并保持一种具有上述有利几何性能的稳定等离子体，并且上述微波发生器在它的结构尺寸方面还没有任何限制。
为了完成那个目的，微波发生器按照本发明其特征在于：装置包括使用时在狭缝中产生微波辐射的装置，上述微波辐射至少在垂直于传播方向的一个方向上只有一个电磁场分布。因为电磁微波辐射的场分布性能不再构成一种未知和不稳定的因素，因此在等离子体腔室中产生一种在上述方向上具有所希望性能的更稳定的等离子体。
在一个特定的实施例中，狭缝中的微波辐射只包括一种波型。因为狭缝中只有一种波型存在，因此产生一种稳定的等离子体。因此不仅做到微波发生器具有更宽的应用范围，而且使它能更好地控制各玻璃层在一个空心玻璃管内侧上的淀积：尤其是在PCVD应用情况下，因此最后可以从这样得到的预制件拉出更高质量的光纤。
除此之外，微波发生器的使用不再受它的结构尺寸限制，其结果尤其是可以增加等离子体腔室的尺寸，因此在PCVD应用情况下可以加工和得到另外更大直径的预制件。
另外尤其是，朝相对于第一轴线旋转的方向或是朝平行于第一轴线的方向上看时，微波辐射只有一个特定的电磁场分布。除此之外，两个轴线可以形成一个装置用的对称面，并使微波辐射相对于装置的对称面定向。
在一个特定实施例中，上述装置形成微波导向器的一部分。
在按照本发明所述装置的一个特定实施例中，微波导向器是通到矩形横截面的那一端，同时微波导向器的短壁垂直于对称面延伸。从对称的观点看，很显然，微波发生器的这种构造直接排除许多波型，并且只通过一种波型的微波辐射。
在另一个实施例中，微波导向器具有圆形横截面或具有方形横截面。
所有实施例都可以包括一个金属隔板，所属金属隔板设置在对称面中，上述金属隔板将微波导向器分成两个室。只包括一种波型的微波辐射通过而其它波型被排除这一事实现已证明在这些实施例中也有效。
另一个实施例，其中在等离子体腔室中产生只包括一种波型的微波辐射，按照本发明其特征在于：微波导向器是一种同轴导向器，所述同轴导向器包括一个杆件部分和一个圆筒式对称波导向器，上述杆件部分沿着第二轴线延伸，而上述圆筒式对称波导向器围绕上述杆件部分延伸。
在一个特定实施例中，为了得到等离子体腔室的对称控制，微波导向器在它的第一端附近分成偶数个供应导向器，上述偶数供应导向器在外壳内存在，它们终止于狭缝中。
为了得到同时激发等离子体腔室，理想情况是通过两个供应导向器传播的微波辐射路线之间的长度差等于n··λg，式中n∈(0，1，2…)和λg是微波导向器中微波辐射的波长。在一种特定的简单而价廉的构造中，供应导向器是相对于对称面对称地设置。
另外尤其是，每个供应导向器都包括一个同轴孔，所述同轴孔在外壳中平行于第一轴线延伸并终止于狭缝，同时同轴孔的圆筒形壁可能与狭缝的外部圆筒形壁一致。
在按照本发明所述的装置一些合适的功能实施例中，圆筒形壁中的狭缝沿着圆周的一部分延伸或者沿着其整个圆周延伸。
本发明还涉及一种装置，所述装置通过等离子化学汽相淀积，在一个空心玻璃管的内侧上淀积一层或多层二氧化硅，上述空心玻璃管设置在按照本发明所述的装置等离子体腔室中。
下面将参照附图更详细说明本发明，其中：
图1A-1C示出按照本发明所述一种微波发生器的第一和第二实施例；
图2示出按照本发明所述一种微波发生器的另一个实施例；
图3示出按照本发明所述一种微波发生器的另一个实施例；及
图4A-4B示出按照本发明所述一种微波发生器的还有另一个实施例。
在图1A-1C中，示出按照本发明所述一种微波发生器的一个第一
实施例。
微波发生器包括一个外壳1，在上述外壳1内存在一个等离子体腔室2，上述等离子体腔室2绕一第一对称轴4成圆形对称。等离子体腔室2具有一个圆筒形壁3，所述圆筒形壁3在这个实施例中沿着它的整个圆周具有一个狭缝5，上述狭缝5起一种径向波道的作用。
外壳1连接到一个细长的波导向器7的第一侧6a上，用这种方式以使径向波道5与波导向器7相通。波导向器7具有一个纵向上延伸的轴线8。
在等离子化学汽相淀积情况下，可以将一个空心圆筒形玻璃管容纳在圆筒形细长的等离子体腔室2内，一种包括例如O2，SiCl4和GeCl2的气态混合物可以通过上述圆筒形玻璃管。
因为细长的波导向器7用它的另一端6b连接到微波发生装置(未示出)上，所以通过细长的波导向器7和径向波道5可以在等离子体腔室2中施加电磁微波辐射，在上述等离子体腔室内，于空心玻璃管中产生一种等离子体。通过相对于玻璃管前后移动微波发生器—在可能情况下同时旋转玻璃管—可以利用上述等离子体在圆筒形玻璃管的内侧上淀积若干玻璃层，而无论是否具有不同的组成。照这样得到一种所谓的预制件，上述预制件具有一个或多个淀积在玻璃管内侧上的玻璃层，上述预制件经受一种压缩处理，以便得到一种块状杆件，从上述块状杆件拉制一种光纤，上述光纤预定用于例如电信目的。
因为电磁微波辐射可以包括各种具有有关各种电磁场分布的波型，所以在等离子体腔室2中所产生的等离子体的几何性能不是很精确地知道。理想情况是，尤其是在PCVD应用的情况下，在等离子体腔室2中所产生的等离子体不仅旋转式对称到所希望的程度，而且还稳定，因此产生有利于在空心圆筒形玻璃管的内侧上淀积各玻璃层的条件。
在等离子体腔室2中产生的等离子体可能变得不稳定或甚至完全熄灭，尤其是由于环境(温度，压力等)的微小变化。
按照本发明，为了在等离子体腔室2中产生一种具有所希望几何形状的稳定等离子体，使微波辐射在狭缝中产生，上述微波辐射仅在一个垂直于传播方向的方向上具有一个特定的电磁场分布。
在如图1A和1B所示的实施例中，细长的微波导向器7是通到具有短壁10a和长壁10b形状为矩形的那一端。为了得到包括在等离子空腔2中预先已知的特定波型的微波辐射，短侧10a在这个实施例中垂直地延伸到装置的对称面9，上述对称面9由波导向器7的纵向轴线8和等离子体腔室2的圆筒轴线4形成。由两个轴线4和8所限定的对称面9起整个装置对称面的作用。
细长波导向器7的矩形构造及其相对于整个装置的对称面9的取向给通过细长波导向器7传播的微波辐射定向，照这样以使等离子体腔室2中的微波辐射至少在垂直于传播方向的一个方向上只包括一个电磁场分布。
这种波导向器7的另一个实施例在图1C中示出，其中波导向器示出为具有方形横截面，同时各边10a具有同等的长度。为了给通过波导向器7传播的微波辐射以这种方式定向，以便在这个实施例中同样在等离子体腔室2中产生只有一种电磁场分布的微波辐射，利用一个金属隔板7a将细长的波导向器7分成两个部分，上述金属隔板7a精确定位在装置的对称面9中。金属隔板7a对通过波导向器7传播的微波辐射起一种电阻挡层作用，并因此它以这种方式给上述微波辐射定向，以使等离子体腔室2中的取向至少在垂直于传播方向的一个方向上只有一个电磁场分布。
图2A和2B示出按照本发明所述微波发生器的另一个实施例，其中采用一种同轴波导向器而不是用一种矩形或方形波导向器。为此，利用一种围绕对称轴线8延伸的圆筒形对称波导向器作为微波导向器，在上述情况下，在对称轴线8中并沿着对称轴线8安排一个杆件部分11。
在第一端6a(波导向器7和外壳1或等离子体腔室2之间的过渡部分)附近，同轴波导向器分开成两个供应波导向器14a和14b，上述两个供应波导向器14a和14b安装在外壳1内，它们优选的是在外壳1中相对于对称面9对称设置。每个供应波导向器14a，14b都包括一个相应的同轴孔17a，17b，上述同轴孔17a，17b包括一个相应的波导向器15a，15b，上述波导向器15a，15b含有细长的杆件部分16a，16b。两个孔17a，17b平行于轴线4及相互平行延伸，并且它们终止于径向波道5，如图2B中所示。为了达到径向波道5的一种对称控制，以便在等离子体腔室2中产生一种均匀而对称的等离子体，每个相应同轴孔17a，17b的圆筒形壁15c与径向波道5的外部圆筒形壁5a(见图2B)一致。
在这个实施例中，外壳1内可以另外安装两个阻气门13a和13b，上述阻气门13a和13b设置在径向波道5的无论哪一侧上。利用径向波道5无论哪一侧上的阻气门具有许多优点，其中之一是更有效的封闭在平行于圆筒形轴线4的方向上所产生的等离子体，和减少微波辐射从等离子体腔室2泄露到外部，因此减轻了对操作者的任何健康危险。
另一个实施例在图3中示出，其中波导向器具有圆筒形部分。为了在这个实施例中同样产生只有一种特定电磁场分布的微波辐射，类似于图1C的实施例利用一个金属隔板18将圆筒形波导向器分开，上述金属隔板18将圆筒形波导向器7分成两个部分。金属隔板18在这个实施例中对通过波导向器7传播的电磁微波辐射起一种电阻挡层作用，上述金属隔板18位于如由等离子体腔室2中轴线8和轴线4所限定的对称面9中。
尽管本文说明了只分成按照如图2A和2B中所示的实施例所述微波导向器的两个供应导向器14a和14b，但这个技术特点可以与任何类型的波导向器如在图1A-1C和3中所示的矩形、方形和甚至圆筒形波导向器一起用而没有任何问题。尽管图2A和2B的微波导向器另外分成两个供应导向器，但微波发生器可以通过将微波导向器分成任何偶数供应导向器扩展，上述所有偶数供应导向器全都终止于狭缝(径向波道)中。
此外应该注意，在本文所述的一个或多个实施例中，还可以用椭圆形微波导向器而没有任何问题。
图4A和4B示出按照本发明所述一种微波发生器的另一个实施例。这个实施例大部分对应于图1A-1C的实施例，因此，为了更好理解该图起见，同样的部件用同样的标号表示。
这种微波发生器也包括一个外壳1，同时在外壳1中存在一个等离子体腔室2，上述等离子体腔室2是围绕一个对称轴线4成圆形对称。等离子体腔室2包括一个圆筒形壁3，上述圆筒形壁3在这个实施例中具有一个狭缝5，上述狭缝5不沿着圆筒形壁3的整个圆周部分延伸，上述狭缝起一种径向波道作用。
另一方面，圆形狭缝5在至少一个地方中断；在这个实施例中，它在两个地方中断，上述两个地方用标号20a和20b表示。上述两个地方20a和20b位于对称面9中，以便使按照本发明所述的装置能正确地起作用，在上述两个地方20a和20b中，圆形对称的等离子体腔室2的壁3通常是连续的。

Claims (19)

1.用于在使用时于一个等离子体腔室中施加电磁微波辐射的装置，上述等离子体腔室于一个外壳内存在，基本上是围绕一个第一轴线成圆筒形对称，并且包括一个圆筒形壁，所述圆筒形壁具有一个圆周狭缝，上述等离子体腔室通过上述狭缝与一个细长微波导向器的第一端连通，上述细长微波导向器具有一个纵向延伸的第二轴线，上述装置在使用时通过上述微波导向器的另一端与微波发生装置连通，其中产生的电磁微波辐射可以包括若干波型，其特征在于：装置包括在使用时于狭缝中产生微波辐射的装置，上述微波辐射至少在一个垂直于传播方向的方向上只有一种电磁场分布。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：沿相对于第一轴线旋转的方向看微波辐射只有一个特定的电磁场分布。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：沿平行于第一轴线的一个方向看微波辐射只有一个特定的电磁场分布。
4.按照上述权利要求其中之一或多个所述的装置，其特征在于：两个轴线可以形成一个用于装置的对称面，并将微波辐射相对于对称面定向。
5.按照上述权利要求其中之一或多个所述的装置，其特征在于：上述装置形成微波导向器的一部分。
6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于：微波导向器通到矩形横截面的那一端，且微波导向器的短壁垂直于对称面延伸。
7.按照权利要求5所述的装置，其特征在于：微波导向器具有圆形横截面。
8.按照权利要求5所述的装置，其特征在于：微波导向器具有方形横截面。
9.按照权利要求5，7或8所述的装置，其特征在于：金属隔板设置在对称面中，上述隔板将微波导向器分成两个室。
10.按照权利要求5所述的装置，其特征在于：微波导向器是一种同轴导向器，所述同轴导向器包括一个杆件部分和一个圆筒形对称波导向器，上述杆件部分沿着第二轴线延伸，而上述圆筒形对称波导向器绕上述杆件部分延伸。
11.按照权利要求5-10其中之一或多个所述的装置，其特征在于：微波导向器在外壳内存在的偶数供应导向器中第一端附近分开，终止于狭缝。
12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于：通过两个供应导向器传播的微波辐射路线之间的长度差等于n··λg，式中n∈(0，1，2...)，和λg是微波导向器中微波辐射的波长。
13.按照权利要求11或12所述的装置，其特征在于：供应导向器是相对于对称面对称设置。
14.按照权利要求11或12所述的装置，其特征在于：每个供应导向器都包括一个同轴孔，上述同轴孔在外壳中平行于第一轴线延伸并终止于狭缝。
15.按照权利要求14所述的装置，其特征在于：同轴孔的圆筒形壁与狭缝的外部圆筒形壁一致。
16.按照权利要求1-15其中之一或多个所述的装置，其特征在于：上述狭缝沿着圆筒形壁圆周的一部分延伸。
17.按照权利要求1-15其中之一或多个所述的装置，其特征在于：上述狭缝沿着圆筒形壁的整个圆周延伸。
18.用于利用一种等离子化学汽相淀积法将一个或多个玻璃层淀积在一个空心玻璃管内侧上的设备，上述空心玻璃管设置在按照权利要求1-17其中之一或多个所述的装置的等离子体腔室中。
19.用于利用一种等离子化学汽相淀积法将一个或多个玻璃层淀积在一个空心玻璃管内侧上的方法，上述空心玻璃管设置在按照权利要求1-17其中之一或多个所述的装置的等离子体腔室中。
CN02827469.5A 2001-12-04 2002-12-03 用于将电磁微波辐射施加于等离子体腔室中的装置 Expired - Lifetime CN1630925B (zh)

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