本發(fā)明涉及一種光纖預(yù)制棒加熱保溫裝置，特別涉及一種摻稀土光纖預(yù)制棒氣相摻雜加熱保溫裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

隨著激光技術(shù)在軍事、通信領(lǐng)域的地位愈來愈越重要，各國對激光產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更多的要求。激光增益介質(zhì)作為提高激光光束質(zhì)量的關(guān)鍵，近年來各種類型的增益介質(zhì)成為了研究熱點(diǎn)，其中一般可以分為晶體增益介質(zhì)、陶瓷增益介質(zhì)和光纖增益介質(zhì)。其中，摻雜稀土離子的激光光纖由于具有光束質(zhì)量好、體積小、速度快、工作壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于高能激光武器、激光焊接、生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。

摻稀土光纖的稀土離子摻雜工藝一般分為兩大類：稀土離子液相摻雜法、稀土離子氣相摻雜法。液相摻雜法通過沉積制作光纖疏松層，利用摻雜溶液浸泡的方法制作出摻稀土光纖。氣相摻雜法又分為兩類：氯化物氣相摻雜法和稀土螯合物氣相摻雜法。其中，氯化物氣相摻雜法是利用YbCl₃和ErCl₃等氯化物在較高的溫度條件下會發(fā)形成一定的飽和蒸汽，然后通過氧氣帶入反應(yīng)管中進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成YbCl₃和Er₂O₃等氧化物摻入芯層玻璃管中。螯合物氣相摻雜法是利用某種懸掛有稀土離子的有機(jī)化合物，在高溫環(huán)境下，揮發(fā)并攜帶稀土離子進(jìn)入反應(yīng)管中進(jìn)行氧化反應(yīng)生成含稀土元素的氧化物摻入芯層玻璃管中，其他C、H成分充分反應(yīng)后排出反應(yīng)管。液相摻雜法容易出現(xiàn)摻雜不均、隔離層脫落等現(xiàn)象，并且浸泡過程需要脫離車床操作，工藝流程比較復(fù)雜。氯化物氣相摻雜法要求的溫度較高，并且尾氣中攜帶氯化物，尾氣處理裝置要求較高。然而，使用螯合物氣相摻雜法制備特種光纖預(yù)制棒更為理想，擁有沉積效率高且分布均勻、操作流程簡潔方便、尾氣為污染較小的C、H化合物等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)在摻雜工藝的優(yōu)秀選擇。

目前，利用螯合物氣相摻雜法制備特種光纖預(yù)制棒的設(shè)備中，現(xiàn)有的保溫裝置僅僅針對螯合物傳輸管路進(jìn)行保溫，尚沒有針對反應(yīng)管中螯合物保溫的裝置或者設(shè)計。而當(dāng)加熱源遠(yuǎn)離入料口時，稀土螯合物會因為入料口處溫度不夠?qū)⒅苯幽Y(jié)在反應(yīng)管入口及內(nèi)壁表面。若螯合物因溫度過低而出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象時，會導(dǎo)致C、H元素沉積在反應(yīng)管中，不僅影響稀土離子的沉積均勻性，同時會造成光纖本底損耗增加。

制備摻稀土光纖預(yù)制棒的傳統(tǒng)方法中，普通噴燈加熱而導(dǎo)致稀土螯合物集中凝結(jié)在入口及內(nèi)壁表面處，使得拉制出來的光纖離子摻雜均勻性不佳，進(jìn)而嚴(yán)重影響光纖激光的輸出功率與光束質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種摻稀土光纖預(yù)制棒氣相摻雜加熱保溫裝置及使用方法，通過增加可移動式入料口、輔助加熱源和主加熱源的加熱保溫裝置，克服氣相摻雜中螯合物沉積不均的缺陷，達(dá)到提高光纖離子摻雜均勻性、降低光纖本底損耗的作用，具體技術(shù)方案是，一種摻稀土光纖預(yù)制棒氣相摻雜加熱保溫裝置，包括底座、螯合物保溫箱、螯合物加熱料柜、加熱模塊，加熱模塊中包括石英基管、反應(yīng)管、尾管、主加熱源底座、主加熱源，其特征在于：加熱模塊還包括輔助加熱源底座和輔助加熱源，輔助加熱源底座置于底座上、可滑動，輔助加熱源固定于輔助加熱源底座上部，輔助加熱源等距離套在反應(yīng)管外、不接觸，初始位置位于石英基管處，主加熱源固定于主加熱源底座上部，主加熱源底座置于底座上、可滑動，初始位置緊靠在輔助加熱源右側(cè)，螯合物保溫箱為可移動式螯合物保溫箱，置于底座上、可移動，帶動可移動式螯合物保溫箱的入料口在石英基管、反應(yīng)管內(nèi)移動，滑動底座安裝有位移傳感器和速度傳感器，能實時反饋主加熱源、輔助加熱源和可移動式螯合物保溫箱的入料口運(yùn)動狀態(tài)。

摻雜方法包括以下步驟，（A）、將稀土螯合物加入料罐，并安裝料罐至螯合物加熱料柜中，稀土螯合物應(yīng)選用純度達(dá)到99.999%的材料，螯合物加熱柜擁有多個獨(dú)立的料罐，可加入多種稀土螯合物，實現(xiàn)稀土離子共摻預(yù)制棒的制作，操作環(huán)境中水值為0、氧值為1-10ppm；（B）、調(diào)試可移動式熬合物保溫箱，保證入料管能與輔助加熱源同步移動，調(diào)試加熱模塊的輔助加熱源的溫度，保證反應(yīng)氣能在輔助加熱源處混合均勻后進(jìn)入主加熱源處沉積；（C）、將石英基管接入MCVD車床，通入惰性氣體清掃，時間60min，接著經(jīng)過高溫拋光處理，移動并打開主加熱源，入料管保持在初始位置，輔助熱源關(guān)閉并位于石英基管處；（D）、使用主加熱源、入料管沉積隔離層，入料管保持在起始位置，電腦控制輔助加熱源底座位于石英基管位置保持不動且輔助加熱源關(guān)閉，使入料管的端口緊靠著主加熱源左側(cè)，主加熱源以速度為125-135mm/min移動，可移動式螯合物保溫箱與主加熱源保持移動方向、速度相同的移動；（E）、使用主加熱源、輔助加熱源、入料管沉積芯層，入料管11通入SiCl₄氣體，電腦開啟螯合物流量開關(guān)控制螯合物流量、實時反饋螯合物流量計的數(shù)值，電腦控制主加熱源底座開始勻速往復(fù)運(yùn)動、打開主加熱源、輔助加熱源，可移動式螯合物保溫箱的加料管跟隨主加熱源移動，主加熱源移動速度為120-130mm/min，可移動式螯合物保溫箱的移動方向、速度與滑動底座保持相同，初始位置為入料管位于輔助加熱源左端，主加熱源位于輔助加熱源端；（F）、將沉積好的反應(yīng)管使用主加熱源熔縮并燒實成實心棒，入料管停止通入SiCl₄氣體，電腦關(guān)閉螯合物流量開關(guān)、控制可移動式螯合物保溫箱移動到最左端、入料管恢復(fù)到起始位置，輔助加熱源關(guān)閉且恢復(fù)到基管位置，電腦控制主加熱源繼續(xù)勻速往復(fù)運(yùn)動，打開主加熱源，最后將空心棒體熔縮成實心棒，移動速度為50-60mm/min，整個縮棒過程約持續(xù)45min。

本發(fā)明的技術(shù)效果是，有效保證螯合物在加熱源處均勻沉積，并且避免發(fā)生螯合物管口凝結(jié)的現(xiàn)象，達(dá)到提高摻稀土光纖離子摻雜均勻性，降低光纖本底損耗的目的。附圖說明：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖，

圖2為本發(fā)明裝置的加熱模塊結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1、2所示，加熱保溫裝置分為三部分，包括加熱模塊、螯合物保溫箱2、螯合物加熱料柜3、底座1，加熱模塊中包括石英基管4、反應(yīng)管5、尾管6、主加熱源底座7、主加熱源8，加熱模塊還包括輔助加熱源底座9和輔助加熱源10，輔助加熱源底座9置于底座1上、可滑動，輔助加熱源10固定于輔助加熱源底座9上部，輔助加熱源10等距離套在反應(yīng)管5外、不接觸，初始位置位于石英基管4處，主加熱源8固定于主加熱源底座7上部，主加熱源底座7置于底座1上、可滑動，初始位置緊靠在輔助加熱源10右側(cè)，螯合物保溫箱為可移動式螯合物保溫箱2，置于底座1上、可移動，帶動可移動式螯合物保溫箱2的入料口11在石英基管4、反應(yīng)管5內(nèi)移動，滑動底座1安裝有位移傳感器和速度傳感器，能實時反饋主加熱源8、輔助加熱源10和可移動式螯合物保溫箱2的入料口11運(yùn)動狀態(tài)。

如果在具體實施過程中，需要在芯層中沉積摻氯化鋁離子或其他種類共摻離子光纖預(yù)制棒的制作過程可以參照上述裝置結(jié)構(gòu)，在入料管11中可以添加更多的入料分支管路。同理，如果在具體實施過程中，需要在芯層中沉積摻氯化鋁離子或更多種類的稀土離子，在螯合物料柜3中添加相應(yīng)的螯合物輸送管路、氣體閥門、流量計等裝置。

實施案例以較為常見的摻鐿光纖預(yù)制棒的制作過程為例，其中，主加熱源8為火焰噴燈，輔助加熱源10為陶瓷加熱環(huán)。

A、首先將螯合物料罐使用丙酮清洗，清洗干凈后添加鐿的稀土螯合物，加料過程在手套箱中操作，再將料罐放入螯合物加熱料柜3中，關(guān)閉螯合物流量開關(guān)，并用電腦實時監(jiān)控螯合物流量計；

B、將石英基管4、反應(yīng)管5、尾管6經(jīng)過酸洗后連接在機(jī)床上，通入He氣清掃約60min，隨后的高溫拋光過程中，入料管11通入Cl₂及SF₆，電腦控制可移動式螯合物保溫箱2保持不動，入料管11保持在起始位置，電腦控制輔助加熱源底座9保持不動，陶瓷加熱環(huán)關(guān)閉且位于基管4位置，電腦控制主加熱源底座7開始勻速往復(fù)運(yùn)動，速度為100mm/min，同時打開火焰噴燈加熱。

C、沉積隔離層時，入料管11通入SiCl₄氣體，電腦控制主加熱源底座7開始勻速往復(fù)運(yùn)動，運(yùn)動速度為130mm/min，打開火焰噴燈，電腦控制可移動式螯合物保溫箱2保持不動，入料管11保持在起始位置，電腦控制輔助加熱源底座9保持不動，陶瓷加熱環(huán)關(guān)閉且位于基管4位置，可移動式螯合物保溫箱2的移動方向、速度與火焰噴燈8保持相同，陶瓷加熱環(huán)保持在基管4位置，入料管11的端口緊靠著火焰噴燈8左側(cè)。

D、沉積芯層時，入料管11通入SiCl₄氣體，電腦開啟螯合物流量開關(guān)控制螯合物流量，并用電腦實時反饋螯合物流量計的數(shù)值，電腦控制主加熱源底座7開始勻速往復(fù)運(yùn)動，打開火焰噴燈，電腦控制輔助加熱源底座9跟隨火焰噴燈8運(yùn)動，移動速度為120mm/min，打開陶瓷加熱環(huán)，電腦控制可移動式螯合物保溫箱2跟隨火焰噴燈8運(yùn)動，入料管11開始跟隨火焰噴燈8移動，其中，輔助加熱源底座9和可移動式螯合物保溫箱2的移動方向、速度與火焰主加熱源底座7保持相同，入料管11位于陶瓷加熱環(huán)左端，火焰噴燈位于陶瓷加熱環(huán)右端。

E、熔縮反應(yīng)管5時，可移動式入料管11停止通入SiCl₄氣體，電腦關(guān)閉螯合物流量開關(guān)，電腦控制螯合物保溫箱2移動到最左端，入料管11恢復(fù)到起始位置，電腦控制輔助加熱源底座9移動到最左端，加熱環(huán)10關(guān)閉且恢復(fù)到基管4位置，電腦控制主加熱源底座7繼續(xù)勻速往復(fù)運(yùn)動，打開火焰噴燈，最后將空心棒體熔縮成實心棒，主加熱源底座7運(yùn)動速度為50mm/min，整個縮棒過程約持續(xù)45min。

摻其他稀土離子的光纖預(yù)制棒和其他種類共摻離子光纖預(yù)制棒的制作過程可以參照上述實施例，需要在玻璃管中添加相應(yīng)的入料管，在螯合物料柜3中添加相應(yīng)的螯合物輸送管路、氣體閥門、流量計等裝置，其他操作與上述實施例相同。

特點(diǎn)

1、加熱模塊中安設(shè)了主加熱源8、輔助加熱源10和可移動式螯合物保溫箱2，輔助加熱源10和螯合物保溫箱2能由電腦控制跟隨主加熱源8移動。

2、底座1具有位移傳感器和速度傳感器，能實時反饋主加熱源8、輔助加熱源10和可移動式螯合物保溫箱2的運(yùn)動狀態(tài)。

3、加熱模塊中增加輔助加熱源10形成溫度過渡區(qū)，將由入料管11導(dǎo)出的充分混合氣體接引到主加熱源8處沉積。