一种用于MCVD的稀土及共掺剂原料蒸汽的输送装置的制作方法

本发明属于光纤光缆制备技术领域，更具体地，涉及一种用于mcvd的稀土及共掺剂原料蒸汽的输送装置。

背景技术：

随着光纤激光器在工业加工、医疗、航空、军事等领域地快速发展，人们对光纤激光器的功率、光束质量、光暗化性能、转换效率等性能提出了更高的要求。掺稀土光纤作为光纤激光器的核心部件，充当激光增益介质和光波导的角色，所以掺稀土光纤的背景损耗、吸收系数、光光转换效率、数值孔径、光束质量、光暗化性能等直接决定了光纤激光器的品质。

掺稀土光纤由掺稀土预制棒拉丝而成，制备掺稀土光纤预制棒的mcvd方法主要分为液相掺杂法和气相掺杂法。液相掺杂法是制备掺稀土光纤预制棒最早采用的工艺方法，它是通过mcvd工艺在反应管内壁沉积结构疏松的沉积层，将这种结构疏松的沉积层浸泡在含有稀土离子的溶液中，使沉积层吸附溶液中的稀土离子，然后再经过脱水、玻璃化等工艺将稀土离子掺杂进反应管中，属于一种离线掺杂工艺，制备的掺稀土光纤损耗较大、稀土掺杂不均匀、折射率剖面不可控且不适合制备大模场掺稀土光纤。气相掺杂法是近些年发展出来的一种工艺方法，它是通过将含有稀土元素的稀土螯合物或者氯化物以气体的方式带到mcvd反应管内，在管外热源的作用下，与mcvd通入的硅、磷等一起发生氧化反应，迁移并沉积到反应管内壁，直接形成掺杂芯区，属于一种在线掺杂工艺，该工艺可精确控制稀土及共掺剂的浓度，且沉积过程中整个系统完全密封，制备的掺稀土光纤损耗小、折射率剖面控制更精细、稀土浓度可灵活调节且均匀性好，适合制备超大模场掺稀土光纤。

相比于硅、磷等原材料而言，稀土螯合物需要在200℃左右高温才能形成一定的饱和蒸气压；三氯化铝需要在100℃以上才有一定的饱和蒸气压，且存在极强的腐蚀性。因此这些高温蒸汽输送过程中对管道的密封性、耐腐蚀性、耐高温性要求极高，另外输送管道的内外洁净度必须达到电子级别的要求。目前高温蒸汽通入mcvd车床沉积衬管的主要通过插入管（injectiontube）来实现，其结构依次为：石英管、带加热功能的金属管、输气管道、热电偶等，石英管的出气口有堵头，堵头上输气管道伸出的孔，石英管包裹金属管，金属管包裹输气管道。该方案主要存在三个方面的不足：一是石英管虽然耐高温耐腐蚀，但是由于插入管是活动部件极易破碎，更换极其麻烦；二是由于要维持200℃以上的高温，金属管的加热组件容易老化和温度不准确；三是石英管和堵头之间容易密封不严，影响系统的气密性，导致掺稀土光纤的损耗变大。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于mcvd的稀土及共掺剂原料蒸汽的输送装置。该装置具备耐高温、耐腐蚀、不会破损、气密性好、温度控制精准、能耗低、无附加损耗、成本低、寿命长的优点。能确保稀土及共掺剂高温蒸汽以精准的流量和温度到达反应区域，实现稀土的高质量掺杂。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于mcvd的稀土及共掺剂原料蒸汽的输送装置，包括双层金属套管、原料输送管道、加热流体的进出管道、加热流体、热电偶、流体加热箱以及系统保温箱。

所述双层金属套管呈圆柱状，内径为d1、外径为d2，内层和外层均为厚度约为0.3±0.05mm金属，两金属管之间的间隙大约为1-2mm、并做抽真空处理，套管长度在1000-1200mm之间。所述的金属可以选用不锈钢316l或者钛合金材质，优选地选用不锈钢316l。

所述的原料输送管道包括稀土螯合物输气管道、三氯化铝输气管道、氧气管道和氦气管道。管道选用1/8英寸的不锈钢316l管道（内表面ep处理-电化学抛光），输送管道均位于上述的双层金属套管内。

所述加热流体进出管道用于输送加热流体，使双层金属套管内的温度保持在t，精度控制在t±1℃，当套管内温度低于t-1℃时，加热流体通过进口泵入双层金属套管，此时冷流体从出口流出。管道选用不锈钢316l管道，内径在4mm左右。

所述加热流体用于加热双层金属套管内的输气管道，流体通过上述的流体进出口管道在双层金属套管和流体加热箱内循环。所述的流体可以是液体也可以是气体，优选地使用氦气。

所述的热电偶用于检测双层金属套管内的温度，当其探测的温度低于t-1℃时，其反馈一个信号给控制系统，控制热流体向双层金属套管的泵入。

所述的流体加热箱用于储存和加热流体，其通过流体进出管道与双层金属套管相通。加热内箱有流体温控单元，确保流体的温度控制在t±2℃之间。另外流体在进入双层金属套管的管道上有流体泵，用于向双层金属套管内泵入热流体。

所述的原料输送管道、加热流体进出管道以及热电偶与双层金属套管内腔形成一个密闭的系统。即原料输送管道、加热流体进出管道以及热电偶与双层金属套管的两端通过两个圆饼状的金属堵头密封，其密封方式为焊接，原料输送管道、加热流体进出管道以及热电偶焊接在堵头上，堵头分别焊接在双层金属套管的两个端面上。在进入衬管的一端各焊接部位（包括堵头本身）必须平整光滑。端头可以选用不锈钢316l或者钛合金材质，优选地选用不锈钢316l。

所述的原料输送管道、加热流体进出管道、热电偶、堵头和双层金属套管构成的密封组件，需要进行ep处理，由进入衬管的一端开始，长度在900-1000mm。

所述系统保温箱主要用于对双层金属套管与流体加热箱连接处、输气管道、流体加热箱进行保温，避免系统的温度在连接处突变。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、采用双层金属套管具备以下两个优点：利用其抽真空的特性避免内部热量的散失，可以很好的保持输气管道的温度，防止降温导致的原材料冷凝，并可以减少能源消耗；利用金属的强度高、延展性好的特点，套管可以有很长的寿命周期；

2、采用循环流体加热的方式可以保证输气管道的温度均匀的维持在一定的高温，且温度控制精准；

3、通过用金属堵头将输送管道和双层金属套管的焊接密封，可以增加输送装置的密封性，从而提高整个沉积系统的密封性，可以很好的降低光纤的损耗和水峰；

4、通过将输送装置做ep处理，可以提高该装置的洁净度和耐腐蚀特性，在满足高温蒸汽输送的同时不引入其它的杂质；

5、本发明所采用的材质均为金属，具备成本低、可靠、耐用。

附图说明

图1是本发明实施例中用于mcvd的稀土及共掺剂原料蒸汽的输送部件的结构示意图；

图2是本发明实施例中用于mcvd的稀土及共掺剂原料蒸汽输送装置的端面图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-系统保温箱2-流体加热箱3-稀土输送管道4-三氯化铝输送管道5-流体泵6-金属堵头7-双层金属套管的外层金属8-双层金属套管的内层金属9-流体进口10-金属堵头11-热电偶12-流体出口13-接头14-接头15-流体控温单元16-输气管道17-双层金属套管的抽真空部分18-经密封后的双层金属套管内腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供了一种用于mcvd的稀土及共掺剂原料蒸汽的输送装置，包括双层金属套管（7、8、17构成）、原料输送管道3和4、加热流体的进出管道9和12、加热流体、热电偶11、流体加热箱2以及系统保温箱1。

参见图1,本实例的7和8均为壁厚度在0.3±0.05mm不锈钢316l圆筒，通过端面焊接形成双层套管，且7和8之间的中空部分抽真空形成17。

本实例的稀土输送管道3、三氯化铝输送管道4以及氧气或氦气管道（与3、4同类型的管道）经堵头6和10经过双层套管的内部，且输送管道与堵头的连接处焊接密封。

本实例的流体进入管道9用于热流体向双层套管内泵入热流体，其出口在靠近堵头10约2-3mm的截面上；流体出口管道12用于双层套管内冷流体的流出；9和12经堵头6进入双层套管内部，其连接处采用焊接密封。

本实例中6和10分别于双层套管的两个端面焊接密封，焊接平整光滑。

本实例中11用于检测双层套管内的温度。

参考图1和图2，本实例中7和10焊接构成的外表面（包括16与10的连焊接处）需经过ep处理，其粗糙度要在0.003微米以下。

本实例中流体加热箱2包含箱体、温控单元15、流体泵5、流体进出口13和14，箱内的流体依次经5、13、9、18、12、14、2形成一个闭路循环。其具体工作原理为：流体经15加热到一定温度t1（t-t＋2℃之间）并维持10min后；启动5；流体经13和9进入18，此时18内的流体经12和14回到2内继续加热；当11检测到18的温度t2到达t±1℃时，关闭5；流体在2内保温。当11检测到18的温度降低到t-1℃以下时，启动上面的循环。整个过程中15作为温控单元，实时地检测2内的流体温度并加热，使流体的温度维持在t±2℃之间。

本实例中系统保温箱1用于对双层金属套管、流体加热箱连接处13和14、输气管道3和4、流体加热箱2进行保温，避免系统的温度在连接处突变。

本领域的技术人员容易理解，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。