CN209989256U - 沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种沉积设备，所述沉积设备包括沉积部、设置于所述沉积部中的沉积组件及由下至上依次设置于所述沉积部外的第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯，其中所述第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯的一端均伸入所述沉积部中，所述第一喷灯由内到外包括三层同心设置的椭圆形管或三个并排分布的内矩形管、设置于所述椭圆形管或内矩形管外的三层同心设置的外矩形管，所述内矩形管或椭圆形管偏置于所述外矩形管最内层的一侧。本实用新型通过第一喷灯原料口的偏置的设计控制芯层的凹陷深度，制备的产品实现大有效面积，第一喷灯的内三层管路结构使原料气体喷出后再混合，可以实现原料掺杂浓度的均匀性分布，有效降低光纤损耗。

Description

沉积设备

技术领域

本实用新型涉及光纤预制棒设备领域，尤其涉及一种沉积设备。

背景技术

众所周知，光纤的衰减、光学参数性能取决于光纤预制棒的性能，目前主要通过OVD沉积的方式制备预制棒，通过喷灯在靶棒外部喷上原料，原料与氧气在高温下产生化学反应生成二氧化硅细颗粒，并通过热涌效应将颗粒沉积在靶棒上。喷灯与靶棒之间进行相对运动，从而使得二氧化硅细微颗粒逐层沉积在靶棒上直至达到设计重量，得到光纤预制棒的中间产品，目前沉积设备大多采用同轴线多管路结构的喷灯的设计。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种沉积设备，其能够获得大有效面积且降低光纤损耗。

本实用新型提供一种沉积设备，所述沉积设备包括沉积部、设置于所述沉积部中的沉积组件及依次设置于所述沉积部外的第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯，其中所述第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯一端的喷口均伸入所述沉积部中，所述第一喷灯由内到外包括三层同心设置的椭圆形管或三个并排分布的内矩形管、设置于所述椭圆形管或内矩形管外的三层同心设置的外矩形管，所述内矩形管或椭圆形管偏置于所述外矩形管最内层的一侧。

进一步的，所述沉积部包括沉积腔体及沉积室，所述沉积腔体与所述沉积室连接。

进一步的，所述第一喷灯设置于所述沉积室的下方，所述第一喷灯沿其所在位置的水平平面方向移动，所述第一喷灯与其所在位置的水平平面的夹角为30°～90°。

进一步的，所述第二喷灯设置于所述沉积室的一侧，所述第二喷灯沿其所在位置的水平平面方向以及自身的中心轴方向移动，所述第二喷灯与其所在位置的水平平面的夹角为20°～70°。

进一步的，所述沉积组件包括吊杆与靶棒，所述吊杆设置于所述沉积腔体中，所述靶棒设置于所述沉积室中。

进一步的，所述沉积组件还包括挂钩，所述吊杆经所述挂钩与所述靶棒连接。

进一步的，所述沉积组件还包括提升机构，所述提升机构与所述吊杆连接，所述提升机构用于控制所述靶棒在所述沉积室中移动。

进一步的，所述第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯的喷口均对准所述靶棒设置。

进一步的，所述第三喷灯与所述第二喷灯设置于所述沉积室的同一侧。

本实用新型提供的沉积设备，通过第一喷灯原料口的偏置的设计控制芯层的凹陷深度，制备的产品实现大有效面积；第一喷灯的内三层管路结构使原料气体喷出后再混合，可以实现原料掺杂浓度的均匀性分布，有效降低光纤损耗。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式中的沉积设备的结构示意图。

图2为本实用新型一实施方式中的第一喷灯的喷口的结构示意图。

图3为本实用新型另一实施方式中的第一喷灯的喷口的结构示意图。

图4为本实用新型一实施方式中的光纤预制棒的制备方法的流程示意图。

图5为本实用新型一实施方式中的光纤预制棒的折射率剖面示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。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。

请参阅图1，图1为本实用新型一实施方式中的沉积设备100的结构示意图，所述沉积设备100用于沉积芯棒，所述沉积设备100包括沉积部10、设置于所述沉积部10中的沉积组件20及由下至上依次设置于所述沉积部10外的第一喷灯30、第二喷灯40及第三喷灯50。所述第一喷灯30、第二喷灯40及第三喷灯50的一端均伸入所述沉积部10中。

所述沉积部10包括沉积腔体11及沉积室12，所述沉积腔体11与所述沉积室12连接。在本实施方式中，所述沉积腔体11设置于所述沉积室12的上方。所述第一喷灯30、第二喷灯40及第三喷灯50一端的喷口均伸入所述沉积室12中。

所述沉积组件20包括依次连接的提升机构(图未示)、吊杆21、挂钩(图未示)及靶棒22。所述提升机构用于将所述靶棒22在所述沉积室12中移动，如提出或者放入所述沉积室12。所述吊杆21设置于所述沉积腔体11中，所述吊杆21通过所述挂钩与所述靶棒22连接，所述靶棒22用于沉积芯棒粉末体。

所述第一喷灯30设置于所述沉积室12的下方，所述第一喷灯30沿其所在位置的水平平面方向移动且与水平平面的夹角为30°～90°，所述第一喷灯30用于在所述靶棒22上沉积松散体。所述第二喷灯40设置于所述沉积室12的一侧且位于所述第一喷灯30的上方，所述第二喷灯40沿其所在位置的水平平面方向以及自身的中心轴方向移动，所述第二喷灯40与水平平面的夹角为20°～70°，所述第二喷灯40用于在所述松散体上沉积芯层疏松体。所述第三喷灯50与所述第二喷灯40设置于所述沉积室12的同一侧，所述第三喷灯50用于在所述芯层疏松体上沉积内包层。

请一并参阅图2和图3，图2和图3为所述第一喷灯30的喷口在不同实施方式中的结构示意图。如图2所示，所述第一喷灯30由内到外包括三层同心设置的椭圆形管以及设置于所述椭圆形管外的三层同心设置的外矩形管；如图3所示，所述第一喷灯30包括三个并排分布的内矩形管以及设置于所述内矩形管外的三层同心设置的外矩形管。在本实施方式中，所述内矩形管或椭圆形管偏置于所述外矩形管最内层的一侧。在其他实施方式中，所述椭圆形管可替换为圆管。

在本实施方式中，所述三层外矩形管由内向外依次用于通入惰性气体、可燃气体及氧气，内矩形管或椭圆形管的中间层用于通入四氯化硅，内矩形管或椭圆形管的另外两层用于通入氟化物、氧气及碱金属气体的混合气体；或者分别用于通入氟化物与氧气。

请参阅图4，本实用新型还提供一种采用上述沉积设备的光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：

步骤S31，采用气相沉积工艺制备芯棒，通过第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯依次进行沉积，在第一喷灯中通入氟化物、四氯化硅、可燃气体、惰性气体及氧气，形成氟元素的二氧化硅松散体，在第二喷灯中通入氧气、可燃气体、四氯化硅、四氯化锗及惰性气体，在二氧化硅松散体表面形成芯层疏松体，在第三喷灯中通入氧气、可燃气体、四氯化硅及惰性气体，在芯层疏松体的表面形成二氧化硅内包层，沉积完成得到芯棒；

步骤S32，将上述步骤得到的芯棒进行脱羟以及玻璃化烧结；

步骤S33，采用掺氟工艺制备沟渠层与中包层；

步骤S34，采用气相沉积工艺或套管工艺制备外包层，得到光纤预制棒。

所述步骤S31中的第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯由下往上依次设置。

所述步骤S31中的第一喷灯中通入的气体还包括碱金属气体，所述碱金属包括含有锂、钠、钾、铷中的一种或至少两种组合。

第一喷灯沿水平平面方向移动且与水平方向的夹角为30°～90°，第二喷灯沿水平平面方向以及自身的中心轴方向移动，第二喷灯与水平方向的夹角为20°～70°。第一喷灯由内到外包括三层同心设置的圆管或三个并排分布的内矩形管、设置于圆管或内矩形管外的三层同心设置的外矩形管，其中内矩形管或圆管偏置于外矩形管最内层的一侧。三层外矩形管由内向外依次用于通入惰性气体、可燃气体、氧气，内矩形管或椭圆形管的中间层用于通入四氯化硅，当所述步骤S31中通入氟化物时，内矩形管或椭圆形管的另外两层分别用于通入氟化物、氧气；当所述步骤S31中通入氟化物与碱金属气体时，内矩形管或椭圆形管的另外两层均用于通入氟化物、氧气及碱金属气体的混合气体。

所述步骤S31中的惰性气体包括氩气或氮气，可燃气体包括氢气或甲烷。

所述步骤S32中在脱羟结束后，玻璃化烧结过程中依次通入四氯化硅和氟化物，具体为将玻璃化温度升至1200℃～1300℃后，通入四氯化硅气体，流量为0.5g/min～5g/min，恒温时间为2～6h，再通入氟化物气体，流量为200cc/min～1000cc/min，恒温时间2～6h，此阶段结束后，再进一步升温至1350℃以上进行烧结直至粉末棒形成透明玻璃体。所述步骤S31和步骤S32中的氟化物包括SiF₄、CF₄、SF₆、C₂F₆、SOF₂及C₂F₂Cl₂中的一种或至少两种的组合。

所述步骤S33中还包括采用掺氟工艺制备的辅助中包层；所述步骤S33中的掺氟工艺包括气相合成掺氟烧结工艺、管内掺氟沉积工艺及掺氟套管熔缩工艺。

一种采用上述方法制备的光纤预制棒，所述光纤预制棒由内向外依次包括芯层、内包层、沟渠层、中包层及外包层，所述芯层、内包层、沟渠层、中包层及外包层沿径向的横截面均为圆环，所述芯层中心凹陷深度为0.05～0.15％，斜率为tan10°～tan80°，所述的芯层半径r1为5～7μm，相对折射率△n1为0.05％～0.15％；所述内包层的边界到所述芯层中心的距离r2为6～20μm，相对折射率△n2为-0.05％～-0.2％；所述沟渠层的边界到所述芯层中心的距离r3为15～28μm，相对折射率△n3为-0.3％～-0.4％；所述中包层的边界到所述芯层中心的距离r4为25～33μm，相对折射率△n4为-0.1％～-0.20％；所述外包层为纯二氧化硅。

如图5所示，在本实施方式中，所述光纤预制棒还包括辅助中包层，所述辅助中包层包覆于所述中包层外侧，所述辅助中包层的边界到所述芯层中心的距离为35～45μm，相对折射率△n5为-0.05％～-0.20％。

所述光纤预制棒拉丝后得到的光纤有效面积为110μm²～150μm²，在1550nm波长的衰减低于0.168dB/km，以弯曲半径R为10mm绕一圈时，在1550nm和1625nm波长的弯曲损耗均低于0.02dB，缆波长低于1530nm。

下面将结合具体的实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

首先，第一喷灯的角度调整为50°，第二喷灯的角度调整为40°，采用气相沉积的方式，在第一喷灯中通入SiF₄、SiCl₄、H₂、KCl、Ar及O₂，Ar作为载气以将KCl带入第一喷灯中，其中Ar流量控制在60cc/min，SiF₄气体的流量控制在100cc/min，在第二喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄、GeCl₄及Ar气体，其中GeCl₄气体的流量控制在50cc/min，在第三喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄及Ar气体，沉积形成粉末棒。

沉积结束的粉末棒在烧结炉中进行脱羟、玻璃化烧结。其中，在脱羟结束，玻璃化温度升至1250℃后，通入SiCl₄气体，流量为1g/min，恒温时间6h，再通入SiF₄气体，流量为300cc/min，恒温时间6h。恒温阶段结束后，再进一步升温至1350℃，进行烧结直至成透明玻璃体。

采用OVD气相合成掺氟烧结工艺，逐层沉积沟渠层、中包层、辅助中包层，形成不同尺寸和折射率的剖面结构。

采用OVD气相沉积工艺制备外包层，得到光纤预制棒。

获得的光纤预制棒折射率剖面特征：芯层半径r1为4.7μm，芯层的相对折射率△1为0.075％，芯层中心凹陷深度为0.058％，斜率为tan52°；内包层的边界到芯层中心的距离为8.5μm，内包层的相对折射率△2为-0.135％；沟渠层的边界到芯层中心的距离r3为18μm，沟渠层的相对折射率△3为-0.35％；中包层的边界到芯层中心的距离r4为25μm，中包层的相对折射率△4为-0.17％；外包层的边界到芯层中心的距离r6为62.5μm，外包层的相对折射率△6为0％。光纤预制棒通过拉丝，光纤测试结果：光纤有效面积为118μm²，1550nm衰减0.169dB/km，以弯曲半径R为10mm绕一圈时，1550nm和1625nm弯曲损耗分别是0.011dB和0.017dB，缆波长1418nm。

实施例2

首先，第一喷灯的角度调整为70°，第二喷灯的角度调整为60°，采用气相沉积的方式，在第一喷灯中通入SiF₄、SiCl₄、H₂、KBr、Ar及O₂，Ar作为载气以将KBr带入第一喷灯中，其中Ar流量控制在100cc/min，SiF₄气体的流量控制在150cc/min，在第二喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄、GeCl₄及Ar气体，其中GeCl₄气体的流量控制在80cc/min，在第三喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄及Ar气体，沉积形成粉末棒。

沉积结束的粉末棒在烧结炉中进行脱羟、玻璃化烧结。其中，在脱羟结束，玻璃化温度升至1250℃后，通入SiCl₄气体，流量为3g/min，恒温时间4h，再通入SiF₄气体，流量为500cc/min，恒温时间4h。恒温阶段结束后，再进一步升温至1350℃，进行烧结直至成透明玻璃体。

采用OVD气相合成掺氟烧结工艺，逐层沉积沟渠层、中包层、辅助中包层，形成不同尺寸和折射率的剖面结构。

采用OVD气相沉积工艺制备外包层，得到光纤预制棒。

获得的光纤预制棒折射率剖面特征：芯层半径r1为5.3μm，芯层的相对折射率△1为0.086％，芯层中心凹陷深度为0.105％，斜率为tan67°；内包层的边界到芯层中心的距离r2为10.2μm，内包层的相对折射率△2为-0.128％；沟渠层的边界到芯层中心的距离r3为25μm，沟渠层的相对折射率△3为-0.28％；中包层的边界到芯层中心的距离r4为30μm，中包层的相对折射率△4为-0.15％；辅助中包层的边界到芯层中心的距离r5为40μm，辅助中包层的相对折射率△5为-0.1％；外包层的边界到芯层中心的距离r6为62.5μm，外包层的相对折射率△6为0％。光纤预制棒通过拉丝，光纤测试结果：光纤有效面积为125μm²，1550nm衰减0.165dB/km，以弯曲半径R为10mm绕一圈时，1550nm和1625nm弯曲损耗分别是0.008dB和0.016dB，缆波长1443nm。

实施例3

首先，第一喷灯的角度调整为85°，第二喷灯的角度调整为60°，采用气相沉积的方式，在第一喷灯中通入SiF₄、SiCl₄、H₂、Ar及O₂，其中SiF₄气体的流量控制在200cc/min，在第二喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄、GeCl₄及Ar气体，其中GeCl₄气体的流量控制在150cc/min，在第三喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄及Ar气体，沉积形成粉末棒。

沉积结束的粉末棒在烧结炉中进行脱羟、玻璃化烧结。其中，在脱羟结束，玻璃化温度升至1250℃后，通入SiCl₄气体，流量为3g/min，恒温时间6h，再通入SF₆气体，流量为800cc/min，恒温时间2h。恒温阶段结束后，再进一步升温至1350℃，进行烧结直至成透明玻璃体。

采用OVD气相合成掺氟烧结工艺，逐层沉积沟渠层、中包层形成不同尺寸和折射率的剖面结构。

采用OVD气相沉积工艺制备外包层，得到光纤预制棒。

获得的光纤预制棒折射率剖面特征：芯层半径r1为6.4μm，芯层的相对折射率△1为0.182％，芯层中心凹陷深度为0.12％，斜率为tan74°；内包层的边界到芯层中心的距离r2为15μm，内包层的相对折射率△2为-0.086％；沟渠层的边界到芯层中心的距离r3为28μm，沟渠层的相对折射率△3为-0.27％；中包层的边界到芯层中心的距离r4为33μm，中包层的相对折射率△4为-0.27％；外包层的边界到芯层中心的距离r5为62.5μm，外包层的相对折射率△5为0％。光纤预制棒通过拉丝，光纤测试结果：光纤有效面积为138μm²，1550nm衰减0.17dB/km，以弯曲半径R为10mm绕一圈时，1550nm和1625nm弯曲损耗分别是0.013dB和0.018dB，缆波长1467nm。

实施例4

首先，第一喷灯的角度调整为85°，第二喷灯的角度调整为55°，采用气相沉积的方式，在第一喷灯中通入SiF₄、SiCl₄、H₂、Ar及O₂，其中Ar流量控制在100cc/min，SiF₄气体的流量控制在200cc/min，在第二喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄、GeCl₄及Ar气体，其中GeCl₄气体的流量控制在180cc/min，在第三喷灯中通入O₂、H₂、SiCl₄及Ar气体，沉积形成粉末棒。

沉积结束的粉末棒在烧结炉中进行脱羟、玻璃化烧结。其中，在脱羟结束，玻璃化温度升至1250℃后，通入SiCl₄气体，流量为5g/min，恒温时间4h，再通入CF₄气体，流量为1000cc/min，恒温时间2h。恒温阶段结束后，再进一步升温至1350℃，进行烧结直至成透明玻璃体。

采用OVD气相合成掺氟烧结工艺，逐层沉积沟渠层、中包层形成不同尺寸和折射率的剖面结构。

采用套管工艺制备外包层，得到光纤预制棒。

获得的光纤预制棒折射率剖面特征：芯层半径r1为6.7μm，芯层的相对折射率△1为0.203％，芯层中心凹陷深度为0.124％，斜率为tan76°；内包层的边界到芯层中心的距离r2为20μm，内包层的相对折射率△2为-0.12％；沟渠层的边界到芯层中心的距离r3为22μm，沟渠层的相对折射率△3为-0.32％；中包层的边界到芯层中心的距离r4为28μm，中包层的相对折射率△4为-0.15％；外包层的边界到芯层中心的距离r5为62.5μm，外包层的相对折射率△5为0％。光纤预制棒通过拉丝，光纤测试结果：光纤有效面积为134μm²，1550nm衰减0.169dB/km，以弯曲半径R为10mm绕一圈时，1550nm和1625nm弯曲损耗分别是0.011dB和0.019dB，缆波长1454nm。

本实用新型提供的沉积设备，通过第一喷灯原料口的偏置的设计控制芯层的凹陷深度，制备的产品实现大有效面积；第一喷灯的内三层管路结构使原料气体喷出后再混合，可以实现原料掺杂浓度的均匀性分布，有效降低光纤损耗。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种沉积设备，其特征在于：所述沉积设备包括沉积部、设置于所述沉积部中的沉积组件及依次设置于所述沉积部外的第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯，其中所述第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯一端的喷口均伸入所述沉积部中，所述第一喷灯由内到外包括三层同心设置的椭圆形管或三个并排分布的内矩形管、设置于所述椭圆形管或内矩形管外的三层同心设置的外矩形管，所述内矩形管或椭圆形管偏置于所述外矩形管最内层的一侧。

2.如权利要求1所述的沉积设备，其特征在于：所述沉积部包括沉积腔体及沉积室，所述沉积腔体与所述沉积室连接。

3.如权利要求2所述的沉积设备，其特征在于：所述第一喷灯设置于所述沉积室的下方，所述第一喷灯沿其所在位置的水平平面方向移动，所述第一喷灯与其所在位置的水平平面的夹角为30°～90°。

4.如权利要求2所述的沉积设备，其特征在于：所述第二喷灯设置于所述沉积室的一侧，所述第二喷灯沿其所在位置的水平平面方向以及自身的中心轴方向移动，所述第二喷灯与其所在位置的水平平面的夹角为20°～70°。

5.如权利要求2所述的沉积设备，其特征在于：所述沉积组件包括吊杆与靶棒，所述吊杆设置于所述沉积腔体中，所述靶棒设置于所述沉积室中。

6.如权利要求5所述的沉积设备，其特征在于：所述沉积组件还包括挂钩，所述吊杆经所述挂钩与所述靶棒连接。

7.如权利要求5所述的沉积设备，其特征在于：所述沉积组件还包括提升机构，所述提升机构与所述吊杆连接，所述提升机构用于控制所述靶棒在所述沉积室中移动。

8.如权利要求5所述的沉积设备，其特征在于：所述第一喷灯、第二喷灯及第三喷灯的喷口均对准所述靶棒设置。

9.如权利要求2所述的沉积设备，其特征在于：所述第三喷灯与所述第二喷灯设置于所述沉积室的同一侧。

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