[發明專利]一種光纖制備設備及方法

有效

• 申請號: 201510083395.0
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104692650B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 彭明營
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C03B37/02
• 分類號: C03B37/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳文姬

技術領域

本發明涉及光纖的制備領域，特別涉及一種光纖制備設備及方法。

背景技術

光纖波導理論是現代光通信的理論基礎，光纖則是光纖通信實現光信號傳輸的媒質，是光通信系統的材料基礎，更是各種光纖器件如光纖放大器、光纖激光器等的核心組件。一種光纖器件性能的優劣，直接取決于光纖的性能。而光纖的制備方法直接決定光纖的性能。傳統的光纖是基于石英玻璃，必須要經過石英光纖預制棒制備、預制棒拉絲工藝。石英光纖預制棒的工藝主要有金屬有機物化學氣相淀積法(MOCVD)、等離子體化學氣相沉積法、管外氣相沉積法、軸向氣相沉積法。這些方法都需要用到原料氣體如SiCl₄,GeCl₄等鹵化物，都需要在2000度左右高溫燒實，光纖拉制則需要更高一些的溫度。這些原料氣的分解物會帶來環境污染，需要額外的設備加以處理，增加了生產成本。用這些方法制備的稀土石英光纖，活性離子摻雜濃度低，增益低。不容易利用這種光纖制備高性能超窄線寬、超高重頻光纖激光器。

另外一種流行的光纖制備方法是管棒法。這種方法需要(1)先分別制備大塊包層玻璃、纖芯玻璃，(2)然后將包層與纖芯玻璃加工成棒狀、拋光，(3)在包層玻璃棒中心沿軸向打孔，(4)將纖芯玻璃棒塞入包層玻璃棒中心孔道，制得光纖預制棒，(5)將光纖預制棒放到光纖拉絲塔進行拉制，得到光纖。這種方法的缺點是：

(1)浪費大量玻璃：大塊玻璃中只有中間一小部分被利用，其他部分被浪費，這不適合制備原料成本高的玻璃光纖，如鍺酸鹽玻璃光纖；

(2)需要包層與纖芯玻璃性能匹配：如膨脹系數、玻璃軟化溫度、析晶溫度等必須匹配。這也是氣相沉積法制備光纖要求必須滿足的。

最近有一些新型有源玻璃光纖的報道，如利用MOCVD方法制備的鉍石英光纖，具有寬帶近紅外發光，可以實現紅外波段可調諧激光輸出，但這種制備方法必須在超過2000度的高溫下進行，如此高的溫度將會導致鉍大量揮發，所以制得的鉍石英光纖，活性離子摻雜濃度低，增益低。利用這種傳統的制備方法無法獲得高鉍濃度摻雜、高增益光纖，也無法控制鉍價態。再如量子點摻雜玻璃，具有近中紅外發光，是一類優異的發光玻璃，但利用管棒法制備光纖時發現，拉制過程中量子點迅速長大，從而失去發光。如何控制量子點基團晶體生長，是研制這類光纖的核心問題，也是阻止這類玻璃實用的致命傷。

無論是上述的氣相沉積法，還是管棒法，都無法控制光纖中活性離子的價態，無法控制光纖拉制過程中玻璃光纖中的晶體生長，無法控制活性離子的揮發，而且必須要求包層玻璃與纖芯玻璃熱學性質匹配。這些方法都需要固態光纖預制棒制備過程與光纖拉制過程；光纖拉制過程需要先將玻璃光纖預制棒在玻璃軟化點溫度長時間保溫，再軟化變形為光纖；雖然是軟化，但仍然是在固態材料范疇形變。所以這些方法從本質上講，都是從固相到固相的物理變化過程。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種基于液相直接到固相的光纖制備設備，適用于易變價摻雜離子，可有效控制活性基團如量子點等生長。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種光纖制備設備，包括電爐及光纖制備容器；所述光纖制備容器位于電爐內部，光纖制備容器的上部延伸出電爐的恒溫區外；

所述光纖制備容器包括內容器和外容器，所述內容器和外容器均為中通的管狀結構，底部的尺寸由上到下逐漸變?。凰鰞热萜魑挥谕馊萜鞯膬炔?，內容器的底部與外容器的底部接觸時，內容器的底部伸入外容器的底部的內部，同時內容器的底部將外容器的底部的開口堵住，避免熔體在熔制、均化、澄清時外流；

所述內容器的上部通過夾持裝置安裝在電爐的上部，所述外容器由位于電爐底部的爐底磚支撐，所述爐底磚設有中通孔，外容器的底部穿過爐底磚；所述爐底磚下方設有活動磚；

所述內容器的上部開口通過三通開關分別與真空泵、反應氣氛源通過管道連接；所述外容器的上部開口通過三通開關分別與真空泵、反應氣氛源通過管道連接。

所述內容器底部呈錐形；

所述外容器的底部的尺寸由上到下逐漸變小；所述外容器的底部由兩部分組成；底部的上部為類圓柱狀，直徑由上到下逐漸變?。坏撞康南虏繛閳A錐狀；所述內容器的底部的最小外徑小于所述外容器的底部的上開口的直徑，所述內容器的底部的最大外徑大于所述外容器的底部的上開口的直徑。

所述外容器的底部出口與爐底磚的下表面位于同一水平面。

所述爐底磚的中通孔的形狀與所述外容器的底部的形狀相匹配。

所述內容器和外容器由黃金、白金、石英或剛玉制成。