一種大功率等離子體微波諧振腔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于PCVD光纖預(yù)制棒加工機床的大功率等離子體微波諧振腔，是對現(xiàn)有等離子體微波諧振腔的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]PCVD即等離子化學(xué)氣相沉積法是光纖預(yù)制棒加工的主要工藝之一，等離子體微波諧振腔是PCVD沉積加工機床的核心部分。現(xiàn)有的等離子體微波諧振腔主要由諧振腔殼體和與其相聯(lián)的波導(dǎo)裝置組成，這種單一諧振腔體的結(jié)構(gòu)所存在的主要問題是饋入和輸出功率受限，從而使得PCVD沉積速率和加工效率難以大幅提高并出現(xiàn)以下的問題:1、由于沉積速率較低，使得PCVD沉積加工效率低，增加了光纖加工的成本，難以滿足大批量生產(chǎn)光纖的需求；2、在沉積加工時，當(dāng)沉積速率較高時往往出現(xiàn)制備的預(yù)制棒沿軸向參數(shù)不均勻，主要表現(xiàn)在熔縮以后芯棒內(nèi)徑和折射率沿棒長方向波動。這將影響光纖預(yù)制棒的加工質(zhì)量和精度；3、為了提高PCVD沉積速率，需要增大微波源功率，增加諧振腔饋入功率，對于現(xiàn)有單一諧振腔體結(jié)構(gòu)這將會導(dǎo)致微波泄漏急劇惡化，不利于等離子化學(xué)氣相沉積車床操作人員的安全。
[0003]為了降低預(yù)制棒參數(shù)沿軸線上的波動，美國專利US2009/0022906公開了將反應(yīng)爐沿襯管軸向移動。結(jié)果顯示，該方法對預(yù)制棒軸向均勻性有改善，然而當(dāng)沉積速率增大或饋入功率增加時，會對預(yù)制棒有效棒長造成影響，這將增加光纖成本。而且這種方法設(shè)備比較復(fù)雜。
[0004]歐洲專利EP2605267公開了采用兩個相互錯位的槽饋入微波功率的方式。讓兩個錯位槽造成的影響相互抵消。該專利仍然是對單一的諧振腔饋入所有功率，當(dāng)微波功率較大時，不能減少泄漏，而且該專利兩個錯位槽饋入襯管的功率不能保證相等，兩小槽影響相互抵消效果不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種大功率等離子體微波諧振腔，他不僅能增加微波饋入功率，從而提高沉積速率和沉積質(zhì)量，而且能夠有效降低微波泄漏。
[0006]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為:包括有諧振腔殼體和與其相聯(lián)的波導(dǎo)裝置，其特征在于設(shè)置有兩個左右對稱且同軸線的諧振腔殼體，在兩個同軸線諧振腔殼體的中間一側(cè)沿垂直中線安設(shè)一個波導(dǎo)裝置，波導(dǎo)裝置的前端通過二分功率計與兩個諧振腔殼體相聯(lián)接，通過二分功率計將微波源功率等分成兩，分別饋入兩個同軸線的諧振腔殼體。
[0007]按上述方案，所述的兩個同軸線諧振腔殼體軸向間隔設(shè)置，所述的二分功率計呈丫叉形，每個諧振腔殼體的軸向長度稍大于或等于二分功率計連接終端的寬度，大于量等于或小于3mmο
[0008]按上述方案，所述的二分功率計的丫叉形角度為0~130°。
[0009]按上述方案，所述的諧振腔殼體為圓柱型諧振腔殼體，兩圓柱型諧振腔殼體的中心距為約為二分之一波長，如選用2.45GHZ的微波則間距為60mm~120mm。
[0010]按上述方案，所述的諧振腔殼體為圓環(huán)型諧振腔殼體，每個圓環(huán)型諧振腔殼體內(nèi)設(shè)置有一個環(huán)形饋入小槽，兩個圓環(huán)型諧振腔殼體內(nèi)的環(huán)形饋入小槽相對稱，兩槽之間的距離約為四分之一波長，如選用2.45GHZ的微波則為30mm~50mm。
[0011]按上述方案，所述的波導(dǎo)裝置包括微波源和矩形波導(dǎo)，在微波源和二分功率計之間設(shè)置一個自動阻抗調(diào)節(jié)裝置，使阻抗調(diào)節(jié)器、二分功率計以及諧振腔三者串聯(lián)的阻抗等于波導(dǎo)的本征阻抗，以使分功率計和諧振腔的阻抗相匹配。
[0012]按上述方案，所述的二分功率計為矩形波導(dǎo)寬邊二分功率計，二分功率計的阻抗與波導(dǎo)裝置的矩形波導(dǎo)本證阻抗相匹配。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:1、設(shè)置兩個同軸線的諧振腔，將波導(dǎo)裝置中的微波功率一分為二饋入兩個同軸線的諧振腔，這樣不僅能有效提高諧振腔的饋入功率，而且能有效降低微波的泄露；2、兩個同軸線的諧振腔可在加工襯管中產(chǎn)生縱向移動的兩個等離子體，由此可以有效增加沉積速率，提高沉積加工的效率；3、通過合理設(shè)計圓柱型諧振腔的中心距和圓環(huán)型諧振腔饋入小槽的距離，可以實現(xiàn)兩個同軸線諧振腔沉積玻璃在軸向上的波動相互抵消，增加芯棒的均勻性，改善光纖的加工精度和質(zhì)量參數(shù)；4、采用一個波導(dǎo)連接兩個諧振腔的結(jié)構(gòu)，設(shè)置合理，結(jié)構(gòu)簡單。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的一個實施例的俯剖視圖。
[0015]圖2為本發(fā)明另一個實施例的俯剖視圖。
[0016]圖3為圖2的主剖視圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明第一個實施例如圖1所示，包括有兩個左右對稱且同軸線A的諧振腔殼體
1、2，所述的諧振腔殼體為圓柱型諧振腔殼體，兩個同軸線諧振腔殼體軸向間隔設(shè)置，端頭間隔距離D1為3mm~20mm之間，兩圓柱型諧振腔殼體的中心距D為60mm~120mm，通常選擇微波波長的四分之三，在兩個同軸線諧振腔殼體的中間一側(cè)沿垂直中線安設(shè)一個波導(dǎo)裝置4，波導(dǎo)裝置包括微波源和矩形波導(dǎo)，在矩形波導(dǎo)的前端通過二分功率計3與兩個諧振腔殼體分別相聯(lián)接，通過二分功率計將微波源功率等分成兩，分別饋入兩個同軸線的諧振腔殼體；所述的二分功率計呈丫叉形，丫叉形角度為120°，二分功率計包括有輸入端口和兩個輸出端口，每個諧振腔殼體的軸向長度稍大于二分功率計的輸出端口(連接終端)寬度，大于量等于2mm ;所述的二分功率計為矩形波導(dǎo)寬邊二分功率計，二分功率計的阻抗與波導(dǎo)裝置的矩形波導(dǎo)本證阻抗相匹配。在匹配微波源(微波發(fā)生器)和二分功率計之間設(shè)置一個自動阻抗調(diào)節(jié)裝置，阻抗自動調(diào)節(jié)器能自動調(diào)節(jié)自己的阻抗，使阻抗調(diào)節(jié)器、二分功率計以及諧振腔三者串聯(lián)的阻抗等于波導(dǎo)的本征阻抗，微波源和阻抗調(diào)節(jié)器還有一個環(huán)行器，環(huán)行器能使微波源和環(huán)行器的串聯(lián)阻抗等于波導(dǎo)的本征阻抗，這樣以后如果把微波源和環(huán)行器做一個整體看，它的阻抗等于波導(dǎo)的本征阻抗，這樣保證這個整體與波導(dǎo)連接處沒有阻抗匹配，沒有反射功率，同樣的如果把阻抗自動調(diào)節(jié)器，二分功率計和諧振腔做一個整體看，它們的阻抗也等于波導(dǎo)的本征阻抗，在它們和波導(dǎo)的連接處也就沒有反射功率，那么整個系統(tǒng)阻抗就匹配了。微波源產(chǎn)生的微波經(jīng)矩形波導(dǎo)傳輸?shù)椒止β视?，微波?jīng)二分功率計3等分成兩份，每份的功率約為微波源發(fā)射功率的一半，然后再分別饋入2個諧振腔中，這樣饋入每個諧振腔的功率為微波發(fā)射源功率的一半，可以有效降低微波泄漏。
[0019]本發(fā)明第二個實施例入圖2、3所示，它與第一個實施例的不同之處在于所述的諧振腔殼體為圓環(huán)型諧振腔殼體，圓環(huán)型諧振腔殼體包括有同軸線的內(nèi)外圓柱筒，在內(nèi)圓柱筒上開設(shè)有環(huán)形饋入小槽，兩個圓環(huán)型諧振腔殼體內(nèi)的環(huán)形饋入小槽相對稱，兩槽之間的距離為30mm~50mm，可選擇微波波長的四分之一，環(huán)形饋入小槽的寬度可為波長的十分之一。通常使用2.45GHz的微波源。其它結(jié)構(gòu)與上一個實施例相同。
[0020]圖3顯示了沉積過程，其中P1為左諧振腔產(chǎn)生的等離子體，P2為右諧振腔產(chǎn)生的等離子體。等離子體P1在襯管5內(nèi)壁沉積的玻璃體如圖中襯管內(nèi)壁黑色部分，等離子體P2在襯管5內(nèi)壁沉積的玻璃如圖中襯管內(nèi)壁白色部分，合理設(shè)計饋入小槽之間的間距D，可以使兩團(tuán)等離子體沉積玻璃量互補，實現(xiàn)沉積預(yù)制棒在棒長方向參數(shù)均勻。
【主權(quán)項】
1.一種大功率等離子體微波諧振腔，包括有諧振腔殼體和與其相聯(lián)的波導(dǎo)裝置，其特征在于設(shè)置有兩個左右對稱且同軸線的諧振腔殼體，在兩個同軸線諧振腔殼體的中間一側(cè)沿垂直中線安設(shè)一個波導(dǎo)裝置，波導(dǎo)裝置的前端通過二分功率計與兩個諧振腔殼體相聯(lián)接，通過二分功率計將微波源功率等分成兩，分別饋入兩個同軸線的諧振腔殼體。2.按權(quán)利要求1所述的大功率等離子體微波諧振腔，其特征在于所述的兩個同軸線諧振腔殼體軸向間隔設(shè)置，所述的二分功率計呈丫叉形，每個諧振腔殼體的軸向長度稍大于或等于二分功率計連接終端的寬度，大于量等于或小于3_。3.按權(quán)利要求2所述的大功率等離子體微波諧振腔，其特征在于所述的二分功率計的丫叉形角度為0~130°。4.按權(quán)利要求1或2所述的大功率等離子體微波諧振腔，其特征在于所述的諧振腔殼體為圓柱型諧振腔殼體，兩圓柱型諧振腔殼體的中心距約為微波的二分之一波長。5.按權(quán)利要求1或2所述的大功率等離子體微波諧振腔，其特征在于所述的諧振腔殼體為圓環(huán)型諧振腔殼體，每個圓環(huán)型諧振腔殼體內(nèi)設(shè)置有一個環(huán)形饋入小槽，兩個圓環(huán)型諧振腔殼體內(nèi)的環(huán)形饋入小槽相對稱，兩槽之間的距離約為微波的四分之一波長。6.按權(quán)利要求1或2所述的大功率等離子體微波諧振腔，其特征在于所述的波導(dǎo)裝置包括微波源和矩形波導(dǎo)，在微波源和二分功率計之間設(shè)置一個自動阻抗調(diào)節(jié)裝置，使阻抗調(diào)節(jié)器、二分功率計以及諧振腔三者串聯(lián)的阻抗等于波導(dǎo)的本征阻抗，以使分功率計和諧振腔的阻抗相匹配。7.按權(quán)利要求1或2所述的大功率等離子體微波諧振腔，其特征在于所述的二分功率計為矩形波導(dǎo)寬邊二分功率計，二分功率計的阻抗與波導(dǎo)裝置的矩形波導(dǎo)本證阻抗相匹配。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于PCVD光纖預(yù)制棒加工機床的大功率等離子體微波諧振腔，包括有諧振腔殼體和與其相聯(lián)的波導(dǎo)裝置，其特征在于設(shè)置有兩個左右對稱且同軸線的諧振腔殼體，在兩個同軸線諧振腔殼體的中間一側(cè)沿垂直中線安設(shè)一個波導(dǎo)裝置，波導(dǎo)裝置的前端通過二分功率計與兩個諧振腔殼體相聯(lián)接，通過二分功率計將微波源功率等分成兩，分別饋入兩個同軸線的諧振腔殼體。本發(fā)明不僅能有效提高諧振腔的饋入功率，而且能有效降低微波的泄露；兩個同軸線的諧振腔可在加工襯管中產(chǎn)生縱向移動的兩個等離子體，由此可以有效增加沉積速率，提高沉積加工的效率；并可以實現(xiàn)兩個同軸線諧振腔沉積玻璃在軸向上的波動相互抵消，增加芯棒的均勻性，改善光纖的加工精度和質(zhì)量參數(shù)；本發(fā)明設(shè)置合理，結(jié)構(gòu)簡單。
【IPC分類】H01J37/32
【公開號】CN105244251
【申請?zhí)枴緾N201510734968
【發(fā)明人】胡肖, 朱繼紅, 李鵬, 龍勝亞, 王瑞春
【申請人】長飛光纖光纜股份有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年11月3日