光纤预制棒及其制备方法、粉末棒沉积设备

1.一种光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：依次在靶棒表面形成主要构成为二氧化硅的芯层、内包层、光学包层，得到粉末棒，其中所述芯层还包括反应生成的二氧化锗；其中所述芯层还包括反应生成的二氧化锗的步骤中，形成内包层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、Ar气体，其中四氯化硅的通入流量控制在4g/min~12g/min，反应生成的二氧化硅粉末密度控制在0.5~1.5g/cm 3 ，内包层的厚度是芯层半径的1/8~1，形成光学包层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、Ar气体，其中四氯化硅的通入流量控制在25g/min~50g/min，反应生成的二氧化硅粉末密度控制在0.2~0.6g/cm 3 ，光学包层和内包层的总厚度是芯层半径的3.0~10.5倍；抽离靶棒以形成中空的粉末棒，然后将碱金属通入中空部分，进而使得碱金属扩散至粉末棒中得到碱金属掺杂的粉末棒；将所述碱金属掺杂的粉末棒依序进行脱羟、烧结、玻璃化三个阶段处理以成型氟化物在芯层、内包层和光学包层内约束性扩散的玻璃棒，其中烧结阶段包括若干煅烧阶段，每一煅烧阶段和玻璃化阶段根据预设折射率要求设定通入氟化物气体的流量；采用轴向气相沉积工艺或外部气相沉积工艺在所述玻璃棒的表层成型外包层，然后通过掺氟烧结，得到透明的光纤预制棒。 2.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述抽离靶棒以形成中空的粉末棒，然后将碱金属通入中空部分，进而使得碱金属扩散至粉末棒中得到碱金属掺杂的粉末棒的步骤，其中所述碱金属由载气携带通入所述中空的粉末棒的中空部分，所述载气的流量控制在200cc/min~500cc/min，所述载气的环境压力控制在5~15pa，环境温度控制在300~500℃，所述碱金属的持续通入时长控制在4~6h。 3.根据权利要求2所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述碱金属包括锂、钠、钾、铷碱金属离子的一种或至少两种组合；所述载气包括Ar、O 2 、N 2 中的一种。 4.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述烧结阶段包括第一煅烧阶段和第二煅烧阶段，所述第一煅烧阶段的升温速率大于所述第二煅烧阶段的升温速率，所述第一煅烧阶段结束时温度与所述第二煅烧阶段的起始温度相同。 5.根据权利要求4所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：脱羟阶段中温度控制在1200~1250℃；第一煅烧阶段，以脱羟阶段的温度为起始温度，以3~5℃/min的升温速率升至1300℃~1400℃；第二煅烧阶段，以第一煅烧阶段结束时温度为起始温度，以0.5~2℃/min的升温速率升至1450℃~1500℃；进入玻璃化阶段，保持第二煅烧阶段结束时温度，恒温时间2~6h。 6.根据权利要求5所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述第一煅烧阶段中氟化物气体通入流量为400cc/min~600cc/min；所述第二煅烧阶段中氟化物气体通入流量为600cc/min~1000cc/min；所述玻璃化阶段中氟化物气体通入流量为300cc/min~500cc/min。 7.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：在所述依次在靶棒表面形成主要构成为二氧化硅的芯层、内包层、光学包层，得到粉末棒，其中所述芯层还包括反应生成的二氧化锗的步骤中，形成芯层的反应气体包括氧气、氢气、四氯化硅、四氯化锗、Ar气体，其中四氯化锗的通入流量控制在20-120cc/min。 8.根据权利要求1所述的光纤预制棒的制备方法，其特征在于：所述掺氟烧结的步骤包括将包覆有外包层的玻璃棒置于氟化物气氛中煅烧，其中氟化物通入流量控制在300~800cc/min；所述氟化物包括SiF 4 、CF 4 、SF 6 、C 2 F 6 、SOF 2 、C 2 F 2 Cl 2 的一种或至少两种组合。 9.一种光纤预制棒，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的光纤预制棒的制备方法成型得到，所述光纤预制棒由内而外依次包括同轴设置的：中间芯层，半径4~6μm，相对二氧化硅的折射率为0.03~0.12%；内结构包层，半径5~8μm，相对二氧化硅的折射率为线性渐变分布；光学结构层，半径25~45μm，相对二氧化硅的折射率为-0.25~-0.35%；外包层，半径等于62.5μm，相对二氧化硅的折射率为-0.20~-0.30%。 10.一种粉末棒沉积设备，包括喷灯、沉积室、靶棒及吊杆，所述靶棒的一端连接于所述吊杆端部，所述靶棒伸入所述沉积室，所述喷灯喷射反应气流沉积粉末附着于靶棒上，其特征在于：应用于如权利要求1至8任意一项中所述的光纤预制棒的制备方法，所述沉积室连通于上部沉积腔体，所述上部沉积腔体包括同轴设置的上部沉积腔体内层和上部沉积腔体外层及盖设在远离沉积室的端部的上部沉积腔体端盖，其中上部沉积腔体内层用以容纳粉末棒上提空间，上部沉积腔体外层用于外部气体的灌入，所述喷灯包括光学包层喷灯、内包层喷灯和芯层喷灯，所述光学包层喷灯、内包层喷灯和芯层喷灯依次设于所述沉积室下部一侧；所述靶棒包括空心靶棒和实心靶棒，所述空心靶棒的第一端部连接于所述吊杆上；所述实心靶棒的第一端部穿插固定在所述空心靶棒的第二端部的内孔中，所述实心靶棒的第二端部为自由端，所述靶棒在所述吊杆的带动下转动或移动；所述空心靶棒第一端部和所述实心靶棒的第二端部之间的表面用于沉积形成附接于所述空心靶棒和所述实心靶棒上的粉末棒，沉积完成后，所述实心靶棒的第二端部用作夹持部，在外力作用下使得所述实心靶棒抽出以形成附接所述空心靶棒的空心粉末棒；所述空心靶棒的第一端部为碱金属及其载气的进口，所述空心粉末棒的自由端的内孔为碱金属及其载气的出口；所述空心靶棒的长度小于所述实心靶棒的长度。 11.根据权利要求10所述的粉末棒沉积设备，其特征在于：上部沉积腔体端盖对应于上部沉积腔体外层的部分设有不少于10个气孔，用以控制进气气流大小。