光纖預(yù)制棒的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖預(yù)制棒的制造方法。該方法包含如下內(nèi)容：第一激光儀上激光測(cè)量芯層直徑d，下激光測(cè)量粉末預(yù)制棒的頂端形狀P，系統(tǒng)根據(jù)頂端形狀P確定粉末預(yù)制棒提拉速度；第二激光儀上下激光分別測(cè)量包覆層上下不同點(diǎn)處直徑，進(jìn)而計(jì)算沉積包覆層斜率K。分析系統(tǒng)對(duì)比實(shí)際沉積粉末預(yù)制棒參數(shù)d1，P1和K1與設(shè)定參數(shù)d0，P0和K0的差異。粉末預(yù)制棒沉積過程中，測(cè)量系統(tǒng)(激光測(cè)徑儀)、控制系統(tǒng)、分析系統(tǒng)處于閉路循環(huán)中，系統(tǒng)處于實(shí)時(shí)的測(cè)量，分析，調(diào)整過程中，通過K值可以在包覆層沉積偏離控制中值的起始階段對(duì)沉積過程進(jìn)行控制從而可以獲得外徑均勻的包覆層，從而提高粉末預(yù)制棒質(zhì)量。
【專利說明】光纖預(yù)制棒的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣相軸向法制備大尺寸超低水峰光纖預(yù)制棒的方法，具體涉及一種光纖預(yù)制棒的制造方法；

【背景技術(shù)】
[0002]光纖是現(xiàn)代通訊的基礎(chǔ)，光纖預(yù)制棒是拉絲光纖的主要原材料；目前，商用預(yù)制棒的制備方法一般采用“兩步法”的制造工藝，即第一步，芯棒的制備；第二步，芯棒外包包層和成棒；其中，典型的芯棒制造工藝包括:PCVD(plasma chemical vapor deposit1n)等離子體激發(fā)化學(xué)氣相沉積法，MCVD(modified chemical vapor deposit1n)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法，0VD(outside vapor deposit1n)外部氣相沉積法和VAD(vapor axialdeposit1n)氣相軸向沉積法；其中，PCVD和MCVD統(tǒng)稱為管內(nèi)法，OVD和VAD統(tǒng)稱為管外法；外包技術(shù)目前典型的技術(shù)包括套管法，soot直接外包法，APVD等離子體噴涂法和sol-gel溶膠凝膠法；芯棒質(zhì)量決定了光纖的傳輸特性如:衰耗，截止波長(zhǎng)，色散特性，模場(chǎng)直徑，有效面積等；芯棒的外包技術(shù)決定了光纖預(yù)制棒的制造成本；
[0003]目前市場(chǎng)上主要使用的是G652單模光纖，其折射率剖面采取簡(jiǎn)單階躍匹配包層型和簡(jiǎn)單階躍下凹內(nèi)包層型；簡(jiǎn)單階躍匹配包層型光纖，一般采用在芯層摻雜Ge來提高芯層折射率；
[0004]簡(jiǎn)單階躍下凹內(nèi)包層型光纖，一般它的內(nèi)包層采用摻雜F產(chǎn)生下凹折射率，這樣可以減少芯層Ge的慘雜量，提聞光纖性能；
[0005]就生產(chǎn)G652光纖而言，芯棒的外沉積技術(shù)(0VD, VAD)優(yōu)于內(nèi)沉積技術(shù)(PCVDjMCVD),外沉積技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)在于:不用使用價(jià)格昂貴的合成石英管，沉積速率，沉積層數(shù)不用受到沉積管直徑的限制，特別有利于以高沉積速率沉積大型預(yù)制棒；而其中，VAD法更適合做低水峰G652光纖；
[0006]目前的VAD工藝是先做出大直徑芯棒，然后將大直徑芯棒拉制成很多根小芯棒，然后再用外包法沉積包層；
[0007]鑒于VAD的工藝要求，需要將沉積的大直徑芯棒拉制成小直徑芯棒，為了保證光纖光學(xué)特性如模場(chǎng)直徑能的穩(wěn)定性以及芯棒拉伸難度，需要保證沉積芯棒的芯層直徑d和包覆層直徑D的穩(wěn)定；
[0008]傳統(tǒng)VAD制造方法是只利用激光控制粉末預(yù)制棒頂端形狀P，如圖1所示的第一激光儀下測(cè)量點(diǎn)，對(duì)于沉積的芯棒直徑和包覆層直徑則只能通過沉積結(jié)束后的測(cè)量結(jié)果，利用經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整噴燈反應(yīng)物流量，燃料流量和噴燈相對(duì)位置來調(diào)整，因此每臺(tái)VAD設(shè)備前期調(diào)試工作工作量浩大，而且其工藝參數(shù)相對(duì)單一，無法利用快速的轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的光纖預(yù)制棒類型；此外，如沉積過程中設(shè)備狀態(tài)有改變，如噴燈位置有輕微偏移，必須等沉積結(jié)束后才能判斷對(duì)沉積的影響，造成生產(chǎn)過程的浪費(fèi)；
[0009]美國(guó)專利(US20120103023A1) “制造光纖預(yù)制棒的方法”披露了一種采取兩盞噴燈，噴燈一在與軸線成直線的粉末預(yù)制棒的末端上沉積粉末，從而長(zhǎng)出芯層；噴燈二在芯層的外周圍沉積粉末，從而長(zhǎng)出內(nèi)包層；通過C⑶成像儀檢測(cè)粉末預(yù)制棒尾端的幾何形狀-圓柱狀包覆層直徑D，圓柱狀芯層直徑d以及包覆層和芯層所成夾角Θ，通過圖像分析軟件分析檢測(cè)幾何與設(shè)定幾何之間的差異，利用控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)噴燈氣體流量和組成，噴燈位置來控制粉末預(yù)制棒的整體質(zhì)量，獲得D/d具有較小波動(dòng)的高質(zhì)量光纖預(yù)制棒；
[0010]這樣的方法具有如下問題:
[0011]1、在沉積過程中，沉積腔體內(nèi)充滿懸浮的固體小顆粒，會(huì)在CCD成像儀獲取圖像過程中造成較大的背景噪點(diǎn)，影響獲取圖像的質(zhì)量，進(jìn)而降低控制精度；
[0012]2、噴燈沉積過程中會(huì)有拖尾效應(yīng)，即在沉積面的遠(yuǎn)端會(huì)沉積大量蓬松的疏松體，而第二噴燈在沉積的芯層外端沉積包覆層，因此，沉積過程中第二噴燈會(huì)將第一噴燈沉積面的遠(yuǎn)端沉積的大量蓬松的疏松體進(jìn)行燒結(jié)，造成實(shí)際沉積過程中粉末預(yù)制棒端面形狀與設(shè)定形狀偏差較大，而且第二噴燈沉積面的遠(yuǎn)端沉積的大量蓬松的疏松體因其密度較低，不適合作為粉末預(yù)制棒的外徑控制參數(shù)；
[0013]因此，需要開發(fā)一種氣相軸向沉積方法，所述的氣相軸向沉積方法能夠既可用在整個(gè)沉積過程中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的準(zhǔn)確獲取粉末預(yù)制棒的幾何尺寸又可以在沉積過程超出控制時(shí)自動(dòng)停止，減少浪費(fèi)；并且，具有高的大批量生產(chǎn)能力，生產(chǎn)穩(wěn)定性；


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種光纖預(yù)制棒的制造方法，即一種氣相軸向沉積方法，能夠精確控制粉末預(yù)制棒的幾何尺寸，并且具有高的大批量生產(chǎn)能量和生產(chǎn)穩(wěn)定性；
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種光纖預(yù)制棒的制造方法，其包括以下步驟:1、在沉積控制系統(tǒng)輸入設(shè)定的粉末預(yù)制棒的幾何參數(shù)芯層直徑do，頂端形狀PO，包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑D20和內(nèi)端任意點(diǎn)直徑D10，包覆層斜率KO = (D2-D10)/2h(h為包覆層上下測(cè)量點(diǎn)之間垂直高度)，以及d0，PO和KO的控制范圍；
[0016]2、開始沉積后，第一噴燈在粉末預(yù)制棒的末端沉積芯層，第二噴燈在芯層外周圍沉積包覆層；
[0017]第一激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量芯層直徑dl，下激光測(cè)量粉末預(yù)制棒頂端形狀PO ;第二激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑D2和下激光測(cè)量?jī)?nèi)端任意點(diǎn)直徑D1，上下激光點(diǎn)垂直距離h，獲得包覆層斜率Kl= (D2-Dl)/2h ；
[0018]3、激光測(cè)徑儀實(shí)時(shí)對(duì)粉末預(yù)制棒的頂端進(jìn)行掃描測(cè)量，分析系統(tǒng)將沉積粉末預(yù)制棒測(cè)量結(jié)果dl，Pl和Kl與設(shè)定的參數(shù)d0，PO和KO對(duì)比，并將對(duì)比結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)；
[0019]4、控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)第一噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使沉積的粉末預(yù)制棒芯層直徑dl處于控制范圍內(nèi)；
[0020]控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)靶棒提升速度，使得粉末預(yù)制棒頂端形狀Pl圍繞系統(tǒng)控制中值PO波動(dòng)；
[0021]控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)第二噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使包覆層沉積斜面斜率Kl處于控制范圍內(nèi)；
[0022]5、分析系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后的結(jié)果進(jìn)行判定，如調(diào)節(jié)后沉積的粉末預(yù)制棒幾何參數(shù)在系統(tǒng)設(shè)定的相應(yīng)參數(shù)控制范圍之內(nèi)，則繼續(xù)沉積；
[0023]6、控制系統(tǒng)繼續(xù)調(diào)節(jié)靶棒提升速度使沉積的粉末預(yù)制棒頂端形狀Pl與設(shè)定值PO一致，調(diào)節(jié)第一噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使沉積的粉末預(yù)制棒芯層直徑dl與設(shè)定值d0 —致；控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)靶棒第二噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使包覆層沉積斜面斜率Kl與設(shè)定值KO —致，直至沉積結(jié)束；
[0024]7、如調(diào)節(jié)后的粉末預(yù)制棒的頂端形狀P1，芯層直徑dl與包覆層沉積斜面斜率Kl中的任何一項(xiàng)超出系統(tǒng)設(shè)定的相應(yīng)參數(shù)控制范圍，則沉積停止；
[0025]8、沉積結(jié)束后將粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到脫水燒結(jié)爐進(jìn)行脫水燒結(jié)，將縮合后的實(shí)心棒拉伸至特定的外徑，再利用外包法外包包層，即成成品光纖預(yù)制棒；
[0026]作為優(yōu)選，所述的步驟I中的設(shè)定的粉末預(yù)制棒的控制參數(shù)包括:沉積粉末預(yù)制棒的柱狀芯層外徑do，頂端形狀PO，包覆層沉積斜面外斜率KO ；
[0027]作為優(yōu)選，所述的步驟I中的設(shè)定的粉末預(yù)制棒的控制參數(shù)d0，P0和KO分別具有相應(yīng)的控制范圍；
[0028]作為優(yōu)選，所述的步驟I中的沉積過程中，第一噴燈沉積S12與GeO2混合物，作為芯層；第二噴燈沉積包層為純S12或S12與F的混合物，作為包覆層；
[0029]作為優(yōu)選，所述的步驟4中的第一噴燈以SiCl4和GeCl4的混合物作為反應(yīng)物，以H2作為燃料，以O(shè)2作為助燃劑，以N2或者Ar作為保護(hù)氣；
[0030]作為優(yōu)選，所述的步驟4中的第二噴燈以SiCl4或SiCl4和含氟氣體的混合物作為反應(yīng)物，以H2作為燃料，以O(shè)2作為助燃劑，以N2或者Ar作為保護(hù)氣；
[0031]作為優(yōu)選，所述的步驟4中的靶棒提升速度由第一激光儀下測(cè)量激光測(cè)定值與設(shè)定值決定；
[0032]作為優(yōu)選，所述的步驟4中的噴燈的相對(duì)位置包括噴燈與靶棒垂直軸線的水平距離以及噴燈與靶棒垂直軸線的相對(duì)角度；
[0033]作為優(yōu)選，所述的步驟2中的第二激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量的包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑D2選擇范圍為D2 <包覆層直徑D0X95%，和下激光測(cè)量的內(nèi)端任意點(diǎn)直徑Dl選擇范圍為Dl彡芯層直徑d0X105% ；
[0034]作為優(yōu)選，所述的步驟4中的沉積靶棒由耐高溫陶瓷材料或石英材料組成；
[0035]作為優(yōu)選，所述的制造方法的測(cè)量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)形成閉路循環(huán)，沉積過程中，測(cè)量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)處于實(shí)時(shí)的監(jiān)控，調(diào)節(jié)，判定狀態(tài)中；
[0036]本發(fā)明的有益效果:通過上述的控制方法，首先，可以在粉末預(yù)制棒包覆層沉積早期階段對(duì)其后續(xù)沉積趨勢(shì)進(jìn)行判定，相比以往測(cè)量沉積形成后的粉末預(yù)制棒包覆層直徑的控制技術(shù)，可以獲得更好的控制效果；其次，激光測(cè)徑儀相比CCD成像儀具有更高的精度和抗干擾能力；最后，對(duì)第二激光測(cè)徑儀測(cè)量范圍進(jìn)行合理的限定，可降低噴燈之間火焰互相干擾和火焰沉積的拖尾效應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量造成的誤差；因此，可以保證沉積預(yù)制棒的芯棒比例的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了最終拉絲光纖的光學(xué)性能；當(dāng)沉積的粉末預(yù)制棒的幾何參數(shù)超出控制范圍后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止沉積，從而阻止生產(chǎn)過程中的報(bào)廢，降低預(yù)制棒生產(chǎn)成本；
[0037]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0039]圖2為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的氣相軸向沉積裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖3為本發(fā)明的粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)及其測(cè)量點(diǎn)示意圖；
[0041]圖4為本發(fā)明的的具體實(shí)施例1粉末預(yù)制棒直徑分布圖；
[0042]圖5為本發(fā)明的具體實(shí)施例2粉末預(yù)制棒直徑分布圖；

【具體實(shí)施方式】
[0043]依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施案例的氣相軸向沉積裝置；如圖1所示，靶棒11垂直懸掛安裝于反應(yīng)腔體內(nèi)，掛棒機(jī)構(gòu)通過塔架上的導(dǎo)軌，利用電機(jī)和伺服馬達(dá)可以上下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)靶棒11的垂直移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)；通過靶棒控制系統(tǒng)31可以控制靶棒的上下移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度；隨后噴燈在靶棒11上開始沉積粉末預(yù)制棒；
[0044]第一噴燈13沉積芯層,第二噴燈14在芯層外圍沉積包覆層；芯層為包含有Ge的S12組成，其折射率相對(duì)較高，包覆層為包含有F的S12或者純S12組成，折射率相對(duì)較低；在粉末沉積的起始階段，通過利用第二噴燈14，粉末被沉積在靶棒11的底部，以形成球體；當(dāng)球體通過不斷沉積達(dá)到預(yù)定尺寸時(shí)，通過利用第一噴燈13和第二噴燈14，芯層和包覆層同時(shí)在球體上形成；隨著靶棒11的提升，芯棒和包覆層在沿垂直軸線18方向均勻生長(zhǎng)，形成均勻的粉末預(yù)制棒12 ；
[0045]沉積芯棒的第一噴燈13供應(yīng)氣體由反應(yīng)物(SiCl4和GeCl4),燃料(H2)，助燃劑
(O2)和保護(hù)氣(N2)組成；沉積包覆層的第二噴燈供應(yīng)氣體由反應(yīng)物(SiCl4和含氟氣體)，燃料(H2),助燃劑(O2)和保護(hù)氣(N2)組成；
[0046]第一激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量芯層直徑dl，下激光測(cè)量粉末預(yù)制棒頂端形狀Pl ;第二激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑D2和下激光測(cè)量?jī)?nèi)端任意點(diǎn)直徑D1，上下激光點(diǎn)垂直距離h，獲得包覆層斜率Kl= (D2-Dl)/2h ；
[0047]分析系統(tǒng)比較獲得的粉末預(yù)制棒頂端形狀，dl, Pl和Kl值與設(shè)定參數(shù)d0，PO和KO之間的差異，將結(jié)果反饋到控制系統(tǒng)20，經(jīng)分析系統(tǒng)40分析后，根據(jù)粉末預(yù)制棒頂端形狀Pi與設(shè)定形狀PO之間的差異，控制靶棒提升速度，根據(jù)dl和Kl與設(shè)定值do和KO之間的差異，獨(dú)立調(diào)節(jié)噴燈反應(yīng)物流量，燃料，助燃劑的供給，噴燈的相對(duì)位置；
[0048]另外，排風(fēng)系統(tǒng)38安裝在沉積腔體上與噴燈相對(duì)的另一側(cè)；
[0049]作為沉積芯層的第一噴燈13和沉積包覆層的第二噴燈14，通過控制系統(tǒng)20可以獨(dú)立控制反應(yīng)物，燃料，助燃劑的供給，噴燈的相對(duì)位置；
[0050]在實(shí)施案例中，如圖2所示，粉末預(yù)制棒12的頂端幾何分為兩部分，第一噴燈13在靶棒11底部沉積的圓柱狀芯棒，其直徑定義為do，芯棒頂端參數(shù)定義為PO，第二噴燈14在芯棒周圍沉積的圓柱狀包覆層，包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑D2和內(nèi)端任意點(diǎn)直徑D1，上下激光點(diǎn)垂直距離h，獲得包覆層斜率Kl = (D2-Dl)/2h ；
[0051]沉積過程中，用第一激光測(cè)徑儀35上激光測(cè)量芯棒直徑dl，下激光測(cè)量芯棒頂端參數(shù)Pl ;第二激光測(cè)徑儀36測(cè)量第二噴燈14沉積的包覆層斜面外端任意點(diǎn)直徑Dl和內(nèi)端任意點(diǎn)直徑D2，上下激光點(diǎn)垂直距離h，獲得包覆層斜率Kl= (D2-Dl)/2h ;第二激光測(cè)徑儀測(cè)量的包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑D2選擇范圍為D2<包覆層直徑D0X95%，和內(nèi)端任意點(diǎn)直徑Dl選擇范圍為Dl >芯層直徑d0X105% ；
[0052]測(cè)量結(jié)果經(jīng)分析系統(tǒng)40反饋給控制系統(tǒng)20，控制系統(tǒng)20通過調(diào)節(jié)靶棒提升速度使得芯棒頂端參數(shù)Pl在設(shè)定值PO的控制范圍內(nèi)；調(diào)節(jié)第一噴燈中反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量，以及噴燈的相對(duì)位置，使得dl在控制范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)20通過調(diào)節(jié)第二噴燈中反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量，以及噴燈的相對(duì)位置，使得Kl值在控制范圍內(nèi)，例如，Pl控制范圍2-3，dl控制范圍33-37mm，Kl控制范圍為0.7-0.9，以此控制，可以使得沉積的粉末預(yù)制棒12沉積參數(shù)與目標(biāo)值一致(如PO為2.5, dlO為35mm, KO為0.8,作為沉積控制參數(shù)的中值)；
[0053]在粉末沉積過程中，粉末預(yù)制棒12以一定速度旋轉(zhuǎn)并向沿垂直軸線18向上移動(dòng)；通過令粉末預(yù)制棒12沿垂直軸線18旋轉(zhuǎn)，粉末預(yù)制棒具有了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性；而且通過令粉末預(yù)制棒12沿靶棒11垂直向上移動(dòng),粉末預(yù)制棒12沿垂直軸線18持續(xù)向下生長(zhǎng)；
[0054]粉末預(yù)制棒12頂端幾何參數(shù)Pl可以通過調(diào)整靶棒11提升速度，如檢測(cè)到的Pl超出PO，則增加靶棒11提升速度；
[0055]粉末預(yù)制棒12的芯棒直徑dl可以通過調(diào)整供應(yīng)給第一噴13燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量和第一噴燈的相對(duì)位置來控制；如檢測(cè)到的dl超出dO，可以通過降低噴燈中的SiCl4和GeCl4供給量，降低H2和O2的供給量以及第一噴燈的相對(duì)位置的一種或多種方式來調(diào)節(jié)；
[0056]粉末預(yù)制棒12頂端幾何參數(shù)Kl可以通過調(diào)整供應(yīng)給第二噴燈14的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及第二噴燈的相對(duì)位置來控制；如測(cè)量結(jié)果K超出K0，可以通過降低噴燈中的SiCl4和含氟氣體供給量，降低H2和O2的供給量，調(diào)節(jié)第二噴燈的相對(duì)位置的一種或多種方式來調(diào)節(jié)；
[0057]優(yōu)選的，粉末預(yù)制棒12頂端幾何參數(shù)Pl處于2-3范圍內(nèi)，dl處于33到37mm的范圍之內(nèi)，粉末預(yù)制棒12頂端形狀幾何參數(shù)K處于0.7-0.9的范圍之內(nèi)；
[0058]沉積結(jié)束后，將獲得的粉末預(yù)制棒12加熱至1100-1200°C左右，在含He和Cl2的氣體中進(jìn)行脫水，然后將溫度提高至1500-1600°C在含He的氣體中進(jìn)行燒結(jié)；
[0059]圖1說明了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施案例的控制方法；首選，在控制系統(tǒng)20輸入設(shè)定的粉末預(yù)制棒的幾何參數(shù)d0，PO和K0，以及幾何參數(shù)PO，dO和KO的控制范圍(步驟I)，然后，第一激光測(cè)徑儀測(cè)量粉末預(yù)制棒12的芯層直徑dl，第二激光儀測(cè)量粉末預(yù)制棒12的包覆層沉積斜面上遠(yuǎn)端直徑D2和近端直徑Dl，上下測(cè)量點(diǎn)垂直高度h，包覆層斜率Kl =(D2-Dl)/h ；
[0060]分析系統(tǒng)將獲得的粉末預(yù)制棒12頂端幾何參數(shù)(dl，Pl和Kl)與粉末預(yù)制棒的頂端設(shè)定的幾何參數(shù)(do，PO, K0)進(jìn)行對(duì)比后(步驟3)，反饋給控制系統(tǒng)20，控制系統(tǒng)20調(diào)節(jié)靶棒11提升速度，噴燈中反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量，以及噴燈的相對(duì)位置(步驟
4);同時(shí)，靶棒11提升速度，噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置可以單獨(dú)或者多項(xiàng)一起進(jìn)行控制調(diào)整；
[0061]在實(shí)施例中步驟5，如系統(tǒng)判定結(jié)果為是，即通過上述獲得的粉末預(yù)制棒12的頂端幾何參數(shù)(dl，Pl，Kl)在粉末預(yù)制棒12的頂端設(shè)定幾何參數(shù)(d0，P0，K0)的控制范圍內(nèi)，則與第四步一樣，控制系統(tǒng)20通過調(diào)節(jié)靶棒11提升速度，噴燈中反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量，以及噴燈的相對(duì)位置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)(步驟6)，同時(shí)系統(tǒng)繼續(xù)沉積(步驟8)，直至沉積結(jié)束；
[0062]在實(shí)施例中步驟5，如系統(tǒng)判定結(jié)果為否，即通過多次對(duì)比分析獲得的頂端幾何參數(shù)(dl，Pl，Kl)全部偏離粉末預(yù)制棒12的頂端設(shè)定幾何參數(shù)(d0，P0，K0)的控制范圍，則沉積過程立即停止(步驟7)，減少不合格品的產(chǎn)生；
[0063]通過上述的優(yōu)選實(shí)施例中的控制方法，在整個(gè)沉積過程中，測(cè)量系統(tǒng)(第一激光測(cè)徑儀和第二激光測(cè)徑儀)，分析系統(tǒng)40，控制系統(tǒng)20處于閉路循環(huán)中，沉積系統(tǒng)一直處于測(cè)量，分析，調(diào)節(jié)的過程中，而且Kl值可以在包覆層沉積偏離控制中值的初始階段對(duì)其進(jìn)行沉積過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此沉積形成的粉末預(yù)制棒外徑波動(dòng)較??；因此制備的粉末預(yù)制棒12以及從粉末預(yù)制棒12獲得光纖的光學(xué)性能得到改善，并能夠提高粉末預(yù)制棒的大批量生產(chǎn)能力和可靠性；
[0064]通過上述的控制方法，可以保證批量生產(chǎn)過程中的粉末預(yù)制棒的幾何參數(shù)的穩(wěn)定，保證了粉末預(yù)制棒的直徑，密度，在芯層的Ge摻雜和包層中的F摻雜濃度在軸向上和徑向上的穩(wěn)定；而且，因沉積的粉末預(yù)制棒的幾何的穩(wěn)定，粉末預(yù)制棒生成缺陷如裂紋和變型機(jī)會(huì)降低，從而可以獲得質(zhì)量穩(wěn)定的高質(zhì)量的光纖預(yù)制棒；當(dāng)沉積的粉末預(yù)制棒的幾何參數(shù)超出控制范圍后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止沉積，從而減少生產(chǎn)過程中的報(bào)廢，降低預(yù)制棒生產(chǎn)成本；
[0065]a.實(shí)施例1 --傳統(tǒng)方法:在VAD法沉積中使用直徑為35_高純石英靶棒，采用兩個(gè)噴燈分別沉積芯層和包層粉末層，其中芯層為S12與GeO2混合物，包層為S12粉末，粉末預(yù)制棒平均密度為0.28gram/cm3,粉末體外徑均勻部分長(zhǎng)度為100mm ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)設(shè)定值中值PO為2.5，PO控制范圍為2-3 ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)由測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量，分析系統(tǒng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，其中測(cè)量系統(tǒng)由第一激光測(cè)徑儀和第二激光測(cè)徑儀組成；
[0066]沉積結(jié)束后粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到脫水燒結(jié)爐的輸送平臺(tái)，將預(yù)制棒自上而下伸進(jìn)脫水燒結(jié)爐中，將熱區(qū)溫度升至1100°c，在燒結(jié)爐的底部充入40SLPM氦氣，5SLPM氯氣，粉末體以400mm/min速度自上而下經(jīng)過燒結(jié)爐的熱區(qū)，完成上述脫水工序后，測(cè)量粉末預(yù)制棒直徑如圖4系列I所示；
[0067]b.本發(fā)明實(shí)施例:在VAD法沉積中使用直徑為35mm高純石英靶棒，采用兩個(gè)噴燈分別沉積芯層和包層粉末層，其中芯層為S12與GeO2混合物，包層為5102粉末，粉末預(yù)制棒平均密度為0.28gram/cm3,粉末體長(zhǎng)度為100mm ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)設(shè)定值中值dO為35mm，dO控制范圍為33mm-37mm，PO控制中值2.5，控制范圍2-3，KO控制中值0.8，控制范圍0.7-0.9 ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)由測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量，分析系統(tǒng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，其中測(cè)量系統(tǒng)由第一激光測(cè)徑儀和第二激光測(cè)徑儀組成；
[0068]沉積結(jié)束后粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到脫水燒結(jié)爐的輸送平臺(tái)，將預(yù)制棒自上而下伸進(jìn)脫水燒結(jié)爐中，將熱區(qū)溫度升至1100°c，在燒結(jié)爐的底部充入40SLPM氦氣，5SLPM氯氣，粉末體以400mm/min速度自上而下經(jīng)過燒結(jié)爐的熱區(qū)，完成上述脫水工序后，測(cè)量粉末預(yù)制棒外徑如圖4系列2所示；
[0069]c.實(shí)施例2 --傳統(tǒng)方法:在VAD法沉積中使用直徑為30mm高純石英靶棒，采用兩個(gè)噴燈分別沉積芯層和包層粉末層，其中芯層為S12與GeO2混合物，包層為S12和F的混合物，粉末預(yù)制棒平均密度為0.25gram/cm3，粉末體長(zhǎng)度為100mm ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)設(shè)定值中值的dO為30mm，dlO控制范圍為28mm-32mm ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)由測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量，分析系統(tǒng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，其中測(cè)量系統(tǒng)由第一激光測(cè)徑儀和第二激光測(cè)徑儀組成；
[0070]沉積結(jié)束后將粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到脫水燒結(jié)爐的輸送平臺(tái)，將預(yù)制棒自上而下伸進(jìn)脫水燒結(jié)爐中，將熱區(qū)溫度升至1100°C，在燒結(jié)爐的底部充入40SLPM氦氣，5SLPM氯氣，粉末體以400mm/min速度自上而下經(jīng)過燒結(jié)爐的熱區(qū)，完成上述脫水工序后，測(cè)量粉末預(yù)制棒外徑如圖系列3所示；
[0071]d.本發(fā)明實(shí)施例:在VAD法沉積中使用直徑為30mm高純石英靶棒，采用兩個(gè)噴燈分別沉積芯層和包層粉末層，其中芯層為S12與GeO2混合物，包層為S12和F的混合物，粉末預(yù)制棒平均密度為0.25gram/cm3,粉末體長(zhǎng)度為100mm ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)設(shè)定值中值的 dO 為 30mm，Dl 為 35mm，D2 為 91mm, KO = D2/D1 = 2.6 ；dl0 控制范圍為 28mm-32mm，K控制范圍為0.6-0.8 ;粉末預(yù)制棒頂端幾何參數(shù)由測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量，分析系統(tǒng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，其中測(cè)量系統(tǒng)由第一激光測(cè)徑儀和第二激光測(cè)徑儀組成；
[0072]沉積結(jié)束后將粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到脫水燒結(jié)爐的輸送平臺(tái)，將預(yù)制棒自上而下伸進(jìn)脫水燒結(jié)爐中，將熱區(qū)溫度升至1100°C，在燒結(jié)爐的底部充入40SLPM氦氣，5SLPM氯氣，粉末體以400mm/min速度自上而下經(jīng)過燒結(jié)爐的熱區(qū)，完成上述脫水工序后，測(cè)量粉末預(yù)制棒外徑如圖5系列2所示；
[0073]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例；應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化；因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)；
【權(quán)利要求】
1.光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，其方法步驟為: (1)、在沉積控制系統(tǒng)輸入設(shè)定的粉末預(yù)制棒的幾何參數(shù)芯層直徑冊(cè)，頂端形狀？0，包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑020和內(nèi)端任意點(diǎn)直徑010，包覆層斜率1(0 =(02-010)/2^?為包覆層上下測(cè)量點(diǎn)之間垂直高度)，以及冊(cè)，？0和1(0的控制范圍； (2)、開始沉積后，第一噴燈在粉末預(yù)制棒的末端沉積芯層，第二噴燈在芯層外周圍沉積包覆層； 第一激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量芯層直徑41，下激光測(cè)量粉末預(yù)制棒頂端形狀？0 ；第二激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑02和下激光測(cè)量?jī)?nèi)端任意點(diǎn)直徑01，上下激光點(diǎn)垂直距離卜，獲得包覆層斜率1(1= (02-01)/2^ ； (3)、激光測(cè)徑儀實(shí)時(shí)對(duì)粉末預(yù)制棒的頂端進(jìn)行掃描測(cè)量，分析系統(tǒng)將沉積粉末預(yù)制棒測(cè)量結(jié)果也，？1和XI與設(shè)定的參數(shù)冊(cè)，？0和1(0對(duì)比，并將對(duì)比結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)； (4)、控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)第一噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使沉積的粉末預(yù)制棒芯層直徑(11處于控制范圍內(nèi)； 控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)靶棒提升速度，使得粉末預(yù)制棒頂端形狀？1圍繞系統(tǒng)控制中值？0波動(dòng)； 控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)第二噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使包覆層沉積斜面斜率XI處于控制范圍內(nèi)； (5)、分析系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后的結(jié)果進(jìn)行判定，如調(diào)節(jié)后沉積的粉末預(yù)制棒幾何參數(shù)在系統(tǒng)設(shè)定的相應(yīng)參數(shù)控制范圍之內(nèi)，則繼續(xù)沉積； (6)、控制系統(tǒng)繼續(xù)調(diào)節(jié)靶棒提升速度使沉積的粉末預(yù)制棒頂端形狀？1與設(shè)定值？0—致，調(diào)節(jié)第一噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使沉積的粉末預(yù)制棒芯層直徑(11與設(shè)定值冊(cè)一致；控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)靶棒第二噴燈的反應(yīng)物流量，燃料和助燃劑流量以及噴燈的相對(duì)位置使包覆層沉積斜面斜率XI與設(shè)定值1(0 —致，直至沉積結(jié)束； (7)、如調(diào)節(jié)后的粉末預(yù)制棒的頂端形狀？1，芯層直徑(11與包覆層沉積斜面斜率XI中的任何一項(xiàng)超出系統(tǒng)設(shè)定的相應(yīng)參數(shù)控制范圍，則沉積停止； (8)、沉積結(jié)束后將粉末預(yù)制棒轉(zhuǎn)移到脫水燒結(jié)爐進(jìn)行脫水燒結(jié)，將縮合后的實(shí)心棒拉伸至特定的外徑，再利用外包法外包包層，即成成品光纖預(yù)制棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟(1)中的設(shè)定的粉末預(yù)制棒的控制參數(shù)包括:沉積粉末預(yù)制棒的柱狀芯層外徑冊(cè)，頂端形狀？0，包覆層沉積斜面外斜率1(0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟1中的設(shè)定的粉末預(yù)制棒的控制參數(shù)冊(cè)，？0和1(0分別具有相應(yīng)的控制范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟1中的沉積過程中，第一噴燈沉積3102與化02混合物，作為芯層；第二噴燈沉積包層為純3102或3102與？的混合物，作為包覆層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟4中的第一噴燈以31014和的混合物作為反應(yīng)物，以％作為燃料，以02作為助燃劑，以隊(duì)或者八1'作為保護(hù)氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟4中的第二噴燈以31014或31014和含氟氣體的混合物作為反應(yīng)物，以％作為燃料，以02作為助燃劑，以隊(duì)或者作為保護(hù)氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟4中的靶棒提升速度由第一激光儀下測(cè)量激光測(cè)定值與設(shè)定值決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟4中的噴燈的相對(duì)位置包括噴燈與靶棒垂直軸線的水平距離以及噴燈與靶棒垂直軸線的相對(duì)角度；所述的靶棒由耐高溫陶瓷材料或石英材料組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的步驟2中的第二激光測(cè)徑儀上激光測(cè)量的包覆層沉積斜面外端任意點(diǎn)直徑02選擇范圍為02 ?包覆層直徑00X95%，和下激光測(cè)量的內(nèi)端任意點(diǎn)直徑01選擇范圍為01 ?芯層直徑(10X 105%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造方法，其特征在于，所述的制造方法的測(cè)量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)形成閉路循環(huán)，沉積過程中，測(cè)量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)處于實(shí)時(shí)的監(jiān)控，調(diào)節(jié)，判定狀態(tài)中。
【文檔編號(hào)】C03B37/018GK104355532SQ201410598253
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】沈小平, 王強(qiáng)強(qiáng), 吳儀溫, 范修遠(yuǎn), 張亮, 李震宇, 蔣小強(qiáng) 申請(qǐng)人:江蘇通鼎光電股份有限公司