一种改善光纤传输衰减的反应系统及方法与流程

1.本技术涉及光纤预制棒制造技术领域，特别涉及一种改善光纤传输衰减的反应系统及方法。


背景技术：

2.目前，光纤预制棒的主要制造方法有ovd法(outside vapor deposition)或vad法(vapor phase axial deposition)，其中，ovd法是在转动的靶棒外部沉积氢氧焰和四氯化硅反应生成的玻璃微粒，vad法是在转动的靶棒的轴向沉积氢氧焰和四氯化硅反应生成的玻璃微粒，最后再通过加热形成透明的玻璃。这些制造方法都是在特制的反应容器内进行沉积，反应容器的主要作用一方面使反应发生在容器内，避免生产环境中的杂质影响光纤预制棒的光学特性和质量，另一方面反应过程中产生的热量和尾气例如氯化氢，以及未沉积在疏松体上的玻璃微粒保持在容器内，以可以在后续被集中排出处理，避免污染环境。
3.沉积的化学反应主要使用原料四氯化硅（sicl4），在氢氧焰中加入原料四氯化硅，通过加水发生分解反应，生成石英玻璃微粒（sio2）。生成的玻璃微粒直径约为0.05～0.2μm。但是在上述水解反应的过程中除了生产需要的玻璃微粒，还会产生羟基（
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oh），羟基在石英玻璃中是一种杂质，其会在光纤传输过程中对特定波长范围内的光进行吸收，从而造成了传输衰减，严重影响光纤信号的传输。
4.相关技术中，为了去除羟基，一般会在沉积结束后，在后续烧结工艺中对沉积完成的疏松体进行整体脱水，对疏松体整体脱水主要在马弗管中进行，脱水的效果主要受到马弗管内的温度、马弗管状态、压力等多条件的制约。如果上述影响参数其中一项出现问题，那么疏松体就会由于脱水不良而导致整体报废，同时又由于在烧结工艺中增加脱水的工艺，提高了对马弗炉内参数条件控制的要求，也增加了疏松体的生产时间。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种改善光纤传输衰减的反应系统及方法，以解决相关技术中疏松体需要在马弗炉中烧结时进行脱水导致对马弗炉内参数条件控制要求高、易造成脱水不良的问题。
6.第一方面，提供了一种改善光纤传输衰减的反应系统，其包括：储存单元，其内储存有脱水剂；反应单元，其包括一反应腔，所述反应腔包括第一反应区和第二反应区，所述第一反应区的平均深度大于第二反应区的平均深度，并与所述储存单元连通，所述第一反应区用于收容沉积靶棒，以用于利用脱水剂对沉积过程中的所述沉积靶棒进行持续脱水，所述第二反应区用于辅助所述第一反应区进行脱水的同时，还用于将反应后的所述脱水剂排出；控制单元，其用于监测所述沉积靶棒的直径尺寸，并根据所述直径尺寸调控所述第一反应区与沉积靶棒之间的重叠面积及所述储存单元内脱水剂的输出流量，以实现对沉
积过程中的所述沉积靶棒进行持续脱水。
7.一些实施例中，所述反应腔内设有台阶结构，所述台阶结构用于将所述反应腔划分为所述第一反应区和第二反应区，且靠近所述第一反应区的台阶面呈倾斜面，以使所述第一反应区的宽度尺寸沿靠近腔口的方向逐渐变大。
8.一些实施例中，所述第一反应区沿宽度方向的截面呈方形，所述第二反应区沿宽度方向的截面呈朝远离所述第一反应区凹陷的弧形。
9.一些实施例中，所述第一反应区远离所述第二反应区的一侧上设有进气口，所述第二反应区远离所述第一反应区的一侧沿竖直方向间隔设有至少两个出气口，所述进气口所处的水平面的高度低于位于最下方的所述出气口所处的水平面的高度。
10.一些实施例中，所述反应系统还包括盖板单元，所述盖板单元包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板的一端与所述第二反应区远离所述第一反应区的一侧顶部相连，另一端与所述第二盖板相连，所述第二盖板远离所述第一盖板的一端所处的水平面高于所述第一盖板所处的水平面，且该端上设有气体监测器。
11.一些实施例中，所述第一盖板为伸缩板，所述第一盖板配置为：所述第一盖板与控制单元相连，所述控制单元用于根据监测的所述沉积靶棒的直径尺寸控制所述第一盖板沿所述反应腔的宽度方向来回移动。
12.一些实施例中，所述第一盖板与第二反应区和第二盖板均转动连接，并用于根据所述沉积靶棒的直径尺寸在所述控制单元的控制下转动。
13.一些实施例中，所述第二盖板呈朝远离所述反应腔方向凹陷的弧形。
14.一些实施例中，所述反应系统还包括测径仪，所述测径仪与控制单元相连，并用于监测所述沉积靶棒的直径尺寸。
15.第二方面，提供了一种改善光纤传输衰减的方法，其步骤包括：监测沉积过程中的沉积靶棒的直径尺寸，并判断其是否不小于预设直径；若是，则驱动反应单元沿竖直方向移动以收容所述沉积靶棒，并根据所述直径尺寸调控第一反应区与沉积靶棒之间的重叠面积，同时还根据所述直径尺寸调控储存单元内脱水剂的输出流量，以实现对沉积过程中的所述沉积靶棒进行持续脱水。
16.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：本技术实施例提供了一种改善光纤传输衰减的反应系统，其通过设置反应单元，并将反应单元划分为第一反应区和第二反应区，使得在实际沉积过程中，通过第一反应区收容沉积靶棒，以利用进入至第一反应区内的脱水剂对沉积过程中的沉积靶棒进行持续脱水，由于沉积靶棒处于旋转状态，使生成的疏松体表面与脱水剂始终充分接触，因此可以进行较为彻底的脱水，尽量有效去除疏松体中残留的羟基；另外，控制单元根据直径尺寸实时调控第一反应区与沉积靶棒之间的重叠面积及储存单元内脱水剂的输出流量，能尽可能的保证第一反应区内的脱水剂浓度，有效地对疏松体内的羟基进行去除；此外，相比于相关技术中需要在马弗管中对疏松体进行脱水，本反应系统可以在沉积过程中就实现脱水操作，其随着沉积的过程一直持续，在保证脱水效果的同时，节约了工序时间，降低了对马弗炉内参数条件的控制要求。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本技术实施例提供的改善光纤传输衰减的反应系统的结构示意图。
19.图中：1
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储存单元，10
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脱水剂，2
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反应单元，20
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反应腔，200
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第一反应区，201
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第二反应区，202
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台阶结构，203
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进气口，204
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出气口，3
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控制单元，4
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沉积靶棒，5
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盖板单元，50
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第一盖板，51
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第二盖板，52
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气体监测器，6
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测径仪。
具体实施方式
20.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.本技术实施例提供了一种改善光纤传输衰减的反应系统和方法，其能解决相关技术中疏松体需要在马弗炉中烧结时进行脱水导致对马弗炉内参数条件控制要求高、易造成脱水不良的问题。
22.参见图1所示，本反应系统主要包括储存单元1、反应单元2和控制单元3，其中，储存单元1内储存有脱水剂10，反应单元2包括一反应腔20，反应腔20包括第一反应区200和第二反应区201，第一反应区200的平均深度大于第二反应区201的平均深度，并与储存单元1连通，第一反应区200用于收容沉积靶棒4，以用于利用脱水剂10对沉积过程中的沉积靶棒4进行持续脱水，第二反应区201用于辅助第一反应区200进行脱水的同时，还用于将反应后的脱水剂10排出；控制单元3用于监测沉积靶棒4的直径尺寸，并根据直径尺寸调控第一反应区200与沉积靶棒4之间的重叠面积及储存单元1内脱水剂10的输出流量，以实现对沉积过程中的沉积靶棒4进行持续脱水。
23.具体的，脱水剂10呈气态且为氯气类气体，因此脱水剂10密度大于空气的密度，所以反应单元2设于沉积靶棒4和沉积喷灯等沉积设备的下方，由于沉积靶棒4在沉积的过程中沉积喷灯的喷射会形成一个气流导向，又由于脱水剂10本身也为气态，为了防止沉积喷灯的喷射对脱水剂10本身有影响，因此这里适当减小了沉积喷灯的喷射角度，并使其的喷射落点尽可能位于沉积靶棒4的对应侧的上半部分，避免对反应腔20内的脱水剂10有影响，而反应腔20内的脱水剂10本身也是流动的过程，也避免了脱水剂10对于沉积靶棒4的沉积造成相应的影响。玻璃微粒随着氢氧火焰沉积在沉积靶棒4的表面，多余的玻璃微粒和废气则会从通过沉积靶棒4的左上区域排到涤气塔内进行后续处理。
24.具体的，由于沉积靶棒4在沉积的过程中一般逆时针转动，而沉积靶棒4本身由于具有一定的转动速度，因此在沉积转动时在其周围也会产生对应方向的气流，因此，将储存单元1设置在反应单元2远离沉积喷灯的一侧，储存单元1具体包括储存罐，储存罐内储存有脱水剂10，储存罐与反应腔20连通，脱水剂10进入第一反应区200，与位于第一反应区200内的沉积靶棒4表面的羟基进行置换取代后，连同未反应的脱水剂10通过第二反应区201排
出，使得脱水剂10的流动方向与沉积靶棒4旋转产生的气流方向一致，同时作业时彼此不会干扰。其中，储存罐与反应腔20通过输送管道连通，由于沉积靶棒4在沉积时对温度有要求，因此，为了避免脱水剂10的温度与沉积靶棒4的表面温度温差过大而影响沉积靶棒4的沉积表面，这里在输送管道的表面包覆一层保温加热层，该保温加热层持续为输送管道加热并保温，使得经过输送管道的脱水剂10温度升高，尽可能的减小与沉积靶棒4之间的温差，防止沉积靶棒4突然遇冷，另外，保温加热层的温度可调，根据实际的生产情况去调节控制。
25.在沉积开始前，沉积靶棒4的直径尺寸为50~80mm，由于在沉积开始前期玻璃微粒的附着力较差，如果提前通入脱水剂10会导致疏松体开裂不良，因此在刚开始沉积时不会立即就对沉积靶棒4进行脱水操作，随着沉积的进行，当沉积靶棒4的直径增加至100mm左右时，则可以开始对其进行脱水操作。具体的，通过控制单元3将反应单元2整体沿竖直方向上移，使得沉积靶棒4的底部距离脱水剂10进气位置所处水平面的上方20mm处，同时控制储存罐开始向反应腔20内通入脱水剂10，初始的输入流量为0.5slm。
26.进一步的，反应腔20内设有台阶结构202，台阶结构202用于将反应腔20划分为第一反应区200和第二反应区201，且靠近第一反应区200的台阶面呈倾斜面，以使第一反应区200的宽度尺寸沿靠近腔口的方向逐渐变大。
27.进一步的，第一反应区200沿宽度方向的截面呈方形，第二反应区201沿宽度方向的截面呈朝远离第一反应区200凹陷的弧形。
28.具体的，由于沉积靶棒4本身具有一定的长度，因此，对应的，反应腔20也为对应的长条形，整个反应腔20的体积相对来说也比较大，另外在前面也提到在脱水时沉积靶棒4的底部始终与进气的位置之间的高度差为20mm，除了可以保证其底部有足够多的脱水剂10外，还能保证沉积靶棒4与反应腔20之间存在安全距离，不会阻碍沉积靶棒4的正常沉积。那么此时存在一个问题，即本身反应腔20体积很大，在脱水前又需要先通入足够高度的脱水剂10，而位于第二反应区201内的脱水剂10根据位置对应的关系，其实际上不会参与沉积靶棒4的脱水反应，另外，氯气类的气体本身具有一定的腐蚀性，对空气也有污染性，因此为了尽可能的提高脱水剂10的利用率，从节约气体和减轻尾气回收处理负担的角度出发，将反应腔20划分为第一反应区200和第二反应区201两个具有不同平均高度的区，以提高脱水剂10的利用率，减轻尾气处理的负担，从而也很可观的减少了生产成本，另外，在一定程度上还有效的提高了第一反应区200内的脱水剂10的浓度。
29.进一步的，由于脱水剂10的密度比空气重，因此脱水剂10进入反应腔20后，会慢慢先聚集在第一反应区200的底部，并随着脱水剂10的逐渐通入，脱水剂10形成的气体氛围的高度逐渐升高，因此，根据脱水剂10本身的特性，在第一反应区200远离第二反应区201的一侧上设有进气口203，第二反应区201远离第一反应区200的一侧沿竖直方向间隔设有至少两个出气口204，进气口203所处的水平面的高度低于位于最下方的出气口204所处的水平面的高度。其中，进气口203略高于第一反应区200的内壁底部，无论对于直径尺寸多大的沉积靶棒4，脱水剂10的高度被配置为覆盖沉积靶棒4三分之一的高度为最佳，这主要通过调节脱水剂10的进气流量获得，此外脱水过程还需要考虑脱水剂10的浓度，因此，基于上述两方面的考虑，沉积靶棒4的直径尺寸与脱水剂10的输出流量之间的关系如下表表1所示：表1沉积靶棒的直径与脱水剂的输出流量的关系对应表
具体的，出气口204设置多个的原因在于，不同直径的沉积靶棒4对应的脱水剂10的高度不同，因此所需的出气口204的高度也不同，理论上，直径较小时，所需的脱水剂10的高度最小，最先用到最下方的出气口204，随着直径的增加，需要对应的脱水剂10的高度越来越高，则可以关闭下面的出气口204，依次开启位于上方的出气口204，另外，由于脱水剂排气时也会影响到脱水剂10的浓度，经试验得出，排气压差稳定在100pa时，能满足需要的脱水剂10的浓度而不会导致泄漏，因此，多个出气口204也可以起到调节压差的作用。最后，每一出气口204内还均设有气体监测器52，其用于监测脱水剂10，即在排气时一般会将位于最上方的出气口204打开，其目的主要在于监测脱水剂10有没有达到快要溢出的警戒值。
30.进一步的，由于反应腔20为敞口设计，且暴露面积较大，虽然脱水剂10的密度大于空气，但由于一直有源源不断的气体进入至反应腔20内，因此也会有溢出泄露的风险，因此，为了尽可能的避免泄露，保证安全，反应系统还包括盖板单元5，盖板单元5主要包括第一盖板50和第二盖板51，第一盖板50的一端与第二反应区201远离第一反应区200的一侧顶部相连，另一端与第二盖板51相连，第二盖板51远离第一盖板50的一端所处的水平面高于第一盖板50所处的水平面，且该端上设有气体监测器52。其中，第一盖板50和第二盖板51主要覆盖第二反应区201上方的空间，由于第二盖板51远离第一盖板50的一端所处的水平面高于第一盖板50所处的水平面，且该端上还设有气体监测器52，因此若真的发生了溢出泄露，位于第二盖板51端部的气体监测器52也能及时检测出来，从而及时提醒操作人员进行相应的处理，保证操作环境的安全。
31.进一步的，由于沉积靶棒4的直径尺寸变化比较大，因此，为了保证在其直径尺寸较小及较大时均可以很好的封闭对于的腔口，这里第一盖板50为伸缩板，第一盖板50配置为：第一盖板50与控制单元3相连，控制单元3用于根据监测的沉积靶棒4的直径尺寸控制第一盖板50沿反应腔20的宽度方向来回移动。具体的，当沉积靶棒4的直径尺寸较小时，伸长第一盖板50，随着沉积靶棒4的直径尺寸逐渐变大，相应的，第一盖板50也逐渐往后缩，以尽可能的避免脱水剂10溢出泄露。
32.进一步的，第一盖板50与第二反应区201和第二盖板51均转动连接，并用于根据沉积靶棒4的直径尺寸在控制单元3的控制下转动。具体的，由于在沉积前期和后期，沉积靶棒4的直径尺寸变化较大，当直径较小时，其几乎全部位于第一反应区200内部，此时第一盖板50伸长后可能会出现阻碍沉积喷灯喷射的问题，因此，将第一盖板50与第二反应区201设置
为转动连接后，可以在此时向下转动第一盖板50，保证沉积工作的正产进行，随着直径尺寸后续的改变，第一盖板50再逐渐回缩并抬起。另外由于第二盖板51与第一盖板50之间也是转动连接，因此可以根据实际的情况进行更为细致的调节，这里可以分别在第一盖板50和第二盖板51上设置距离传感器，根据其监测到的与沉积靶棒4之间的距离，控制单元3去调节第一盖板50和第二盖板51的转动角度以及第一盖板50的伸缩情况。
33.进一步的，第二盖板51呈朝远离反应腔20方向凹陷的弧形，其类似于盖子的形状，可以更好的起到类似阻挡及密封的作用。
34.进一步的，反应系统还包括测径仪6，测径仪6与控制单元3相连，测径仪6主要用于实时监测沉积靶棒4的直径尺寸的变化。
35.进一步的，为了达到更好的脱水效果，可以在沉积靶棒4沉积结束后，使其在反应单元2内再待1小时左右，期间可以进行旋转翻面，然后再进行后续结束作业，这样可以在上述的基础上更彻底的去除羟基保证脱水的效果。
36.本反应系统主要用于改善光纤传输衰减，相比于相关技术中需要在马弗管中烧结时才能对疏松体进行脱水，本反应系统可以在沉积过程中就同时实现脱水，大大降低了对马弗炉内参数条件的控制要求，另外，由于是在沉积过程中进行脱水，使得每一层均与脱水剂10进行了充分的接触，因此可以尽可能的将其内的羟基置换取代出来，能更有效的去除羟基；另外，整个脱水的过程与沉积过程严格配合，根据沉积过程直径尺寸的变化，相应的改变脱水剂10得输出流量，改变反应单元2整体的相对沉积靶棒4的位置，改变出气口204的开闭状态，改变第一盖板50和第二盖板51的位置及角度等，使得腔内的脱水剂10浓度始终合适，以更加有效地对沉积靶棒4内的羟基进行去除，保证了去除的效果；最后，本反应系统的结构设计尽可能的节约了脱水剂10的用量，也尽可能的保证了使用环境的安全。
37.本技术还提供了一种改善光纤传输衰减的方法，其步骤包括：监测沉积过程中的沉积靶棒4的直径尺寸，并判断其是否不小于预设直径；若是，则驱动反应单元2沿竖直方向移动以收容沉积靶棒4，并根据直径尺寸调控第一反应区200与沉积靶棒4之间的重叠面积，同时还根据直径尺寸调控储存单元1内脱水剂10的输出流量，以实现对沉积过程中的沉积靶棒4进行持续脱水。
38.具体的，在沉积开始前，在沉积靶棒4的下方安装反应系统，沉积开始用，采用测径仪6实时监测沉积靶棒4的直径尺寸，当沉积靶棒4的直径尺寸达到100mm时，利用控制单元3驱动反应单元2沿竖直方向朝上方移动，使得沉积靶棒4的底部距离进气口203所处水平面20mm左右，即停止移动反应单元2；随后开始控制储存罐朝反应腔20内输送脱水剂10，初始流量为0.5slm，其能使得沉积靶棒4约三分之一的棒体沉浸在脱水剂10的气体氛围中，随着沉积靶棒4的不停旋转以及脱水剂10形成的流动的气体氛围，脱水开始。
39.具体的，由于前期沉积靶棒4的直径尺寸很小，因此脱水剂10形成的气体氛围的高度刚好达到位于最下方的出气口204，后续随时沉积的继续，沉积靶棒4的直径尺寸不断增加，为了保证脱水的效果，脱水剂10的输出流量也不断的增加，相应的脱水剂10形成的气体氛围的高度也不断升高，对应的，开启位于更上方的出气口204，以保证正常的排气以及合适的脱水剂10浓度，其中，在第一反应区200内设置有浓度监测器，利用其可以验证之前设置的脱水剂10的输出流量是否合适，也可以通过控制单元3对输出流量进行适当的调节，以及对出气口204的开闭进行调节，以保证脱水剂10的浓度在合适的范围内。
40.具体的，由于前期沉积靶棒4的直径尺寸很小，因此在刚开始脱水时，利用控制单元3驱动第一盖板50伸长，并适当朝靠近反应腔20的方向转动第一盖板50和第二盖板51，以保证脱水剂尽可能处于反应腔20内，随着沉积的继续，直径尺寸不断变大，所需气体氛围的高度越来越高，也为了不阻碍沉积喷灯的沉积，因此，对应回缩第一盖板50，并朝上方转动第一盖板50和第二盖板51，这个可以认为实时通过人眼调控，也可以根据装在第一盖板50和第二盖板51上的距离传感器监测的数据进行调节。
41.具体的，当沉积靶棒4沉积结束后，未来保证更好的脱水效果，可以使其在反应单元2内再保存1小时左右，期间可以进行旋转翻面，然后再进行后续结束作业，这样可以在上述的基础上更彻底的去除羟基保证脱水的效果。
42.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
43.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。