1.本发明专利属于光纤光电子技术领域，涉及一种光纤预制棒制造设备及方法。
背景技术：2.光纤（optical fiber）的典型结构是多层同轴圆柱体，如下图1所示，自内向外由纤芯、包层和涂敷层三部分组成。
3.其中纤芯和包层往往都是由不同折射率的石英材料组成，由于特殊的材料和机构设计使得光信号可以在光纤纤芯中稳定传输。石英光纤的石英材料部分是由拉制与光纤结构类似的光纤预制棒而制得的，因而光纤制造技术主要在于光纤预制棒的制造上。从20世纪70年代末期开始规模生产光纤以来，对光纤预制棒制造技术的研究和完善就从来没有间断过，典型的光纤预制棒制造方法有两类：一是管内法，包括改进的化学气相沉积法（mcvd）和等离子体化学气相沉积法（pcvd）；另一类是管外法，包括外部气相沉积法（ovd）和轴向气相沉积法（vad）。其中，ovd和vad沉积效率较高、生产成本较低，目前多用于制造通信光纤预制棒。而管内法的mcvd比较适合制备特种光纤预制棒，典型的如有源芯棒、保偏应力棒等；而pcvd可谓是功能最全面的预制棒制造设备，除了可以制备各类型的通信芯棒、多模棒外，也可用于制备各类型的特纤预制棒。
4.pcvd制棒工艺原理为：采用微波腔体产生的等离子体为反应提供热源，使通入到衬管中的sicl4、gecl4、o2等高纯反应原料发生氧化还原反应，反应物以玻璃态的形式逐层沉积在衬管内壁，沉积完成后需将仍是中空的衬管转移至pcvd设备旁的熔缩床完成最后的熔缩、烧实制得预制棒；存在的问题是，沉积和熔缩不能在熔缩床上一次性完成，生产效率和合格率低，需要在高温环境下下管和上管，存在安全隐患。
技术实现要素：5.本发明专利所要解决的技术问题是提供一种光纤预制棒制造设备及方法，采用在pcvd设备本体的气端载台一侧和泵端载台一侧分别设置石墨炉和谐振腔，保温炉位于石墨炉和谐振腔之间，衬管的延长管被气端载台和泵端载台的卡爪夹持，上下滑移机构驱动保温炉上下滑移，水平移动机构驱动石墨炉和谐振腔水平滑移，尾压系统与泵端载台连通，真空系统与尾压系统连，使衬管在沉积和熔缩烧实过程中在同一设备上完成，沉积后衬管内的压力转入受尾压系统控制状态，无需中途上管，避免高温下转移衬管，避免衬管高温状态转移过程中受应力影响导致炸裂，减少高温衬管转移时空气中的水气、污染物进入衬管内，降低影响光纤衰减的因素。
6.为解决上述技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：一种光纤预制棒制造设备，它包括pcvd设备本体、石墨炉系统、尾压系统和真空系统；所述石墨炉系统的石墨炉位于pcvd设备本体的气端载台一侧，pcvd设备本体的泵端载台一侧设置谐振腔，石墨炉和谐振腔之间设置保温炉，保温炉上下滑移进入气端载台和泵端载台之间，石墨炉和谐振腔水平滑移进入保温炉内，尾压系统与泵端载台连通，真空系统与尾压系统连通。
7.所述pcvd设备本体主要包括供料系统、等离子系统、保温炉系统、气端载台和泵端载台；供料系统主要包括存储化学前驱物的料柜和输送前驱物的气柜；等离子系统主要包括微波发生装置、微波波导传输装置、微波检测调节装置、冷却装置和谐振腔组成，用于发生氧化还原反应的能量源；保温炉系统主要包括保温炉连接的开合机构，以及与开合机构连接的上下滑移机构。
8.所述开合机构包括开合电机驱动张合的开合臂，开合臂与保温炉的二分之一箱体连接，开合电机固定于支臂上。
9.所述上下滑移机构包括升降电机输出端连接的主齿轮啮合的从动轮，升降丝杆与从动轮连接，升降丝杆与升降座配合，升降座沿直线轨滑动，升降座与开合机构的支臂连接。
10.所述石墨炉系统主要包括石墨炉、循环冷却装置、温控系统和炉内气氛控制系统，在沉积完成后，将石墨炉移动至保温炉内并提供优质的高温热源。
11.所述石墨炉和谐振腔与水平移动机构连接；水平移动机构包括滑轨滑动配合的石墨炉载台和谐振腔载台，石墨炉丝杆机构和谐振腔丝杆机构分别与石墨炉载台和谐振腔载台配合，石墨炉载台电机和谐振腔载台电机分别与石墨炉丝杆机构和谐振腔丝杆机构连接；集束箱位于石墨炉载台和谐振腔载台之间，拖链与集束箱和石墨炉载台和谐振腔载台连接。
12.所述尾压系统包括泵端压力阀连通的旁通管，以及位于旁通管上的旁通阀，泵端压力阀与泵端载台连通。
13.所述真空系统包括真空泵过滤器连接的真空泵，真空泵过滤器的进气侧设置真空泵阀与尾压系统的旁通管连通。
14.所述真空泵阀和旁通管之间的管路中设置尾排抽风管，真空泵出气侧设置尾排管与尾排抽风管连通，尾排抽风管与尾排处理系统连通，尾排抽风管上设置抽风阀；尾排处理系统由pid控制器控制。
15.如上所述的光纤预制棒制造设备的光纤预制棒制造方法，它包括如下步骤：s1，上管，将两端接好延长管的衬管装夹到pcvd设备本体上，延长管由卡爪夹持；此步骤中，衬管两端的延长管分别穿过石墨炉和谐振腔与气端载台和泵端载台连通；s2，合炉，升降电机驱动升降丝杆旋转带动升降座沿直线轨向下滑动，保温炉随升降座同步下降；与此同时，开合电机启动，驱动开合臂带动保温炉张开；当保温炉下降到设定高度后，升降电机停止，开合电机驱动开合臂带动保温炉闭合；此时，衬管位于保温炉内，延长管穿过保温炉两端的通孔，石墨炉位于保温炉外，谐振腔位于保温炉内；s3，加温，保温炉启动加热，衬管的温度逐渐升高，使保温炉的温度达到设定的沉积温度；s4，抽真空，真空泵启动，旁通阀和抽风阀关闭，抽取衬管内部的空气，使衬管内部处于高真空状态；s5，沉积，供料系统和等离子系统启动，谐振腔载台电机驱动谐振腔丝杆机构带动谐振腔沿衬管轴向来回移动；工艺气体从泵端载台快速穿过衬管流入气端载台，在微波作用形成等离子体并发生氧化反应，形成氧化物微粒沉积于衬管内壁表面；s6，压力控制，真空泵阀关闭，气端载台通入的氧气或氮气进入衬管内，当衬管内
的气压达到大气压后，旁通阀和抽风阀打开，衬管内的压力转入受尾压系统控制状态，通过进气和微负压压力pid控制使衬管内部的压力稳定；s7，开炉，开合电机启动，驱动开合臂带动保温炉张开；同时升降电机驱动升降丝杆旋转带动升降座沿直线轨向上滑动，保温炉随升降座同步上升，使保温炉位于衬管上部；s8，移开谐振腔，谐振腔载台电机驱动谐振腔丝杆机构带动谐振腔沿衬管运动，使谐振腔靠近泵端载台一端的延长管段；s9，熔实，石墨炉载台电机驱动石墨炉丝杆机构带动石墨炉进入衬管的熔缩烧实区，并沿衬管的熔缩烧实区来回移动；与此同时，石墨炉启动形成高温热源，作用于衬管内的氧化物微粒沉积区；此步骤中，石墨炉按照recipe逐步对衬管进行熔缩和烧实，得到实心的光纤预制棒；s10，下棒，石墨炉载台电机驱动石墨炉丝杆机构带动石墨炉移出衬管的熔缩烧实区外靠近气端载台，采用氢氧焰手灯将实心的光纤预制棒拉断，松开卡爪取下光纤预制棒；尾排处理系统将沉积过程中真空泵排出的尾气以及在熔缩过程中尾压系统排出的尾气进行充分的吸收中和。
16.本发明专利的主要有益效果主要体现于：将石墨炉系统、尾压系统和真空系统集成在现有pcvd设备本体上，成本低，结构紧凑，占用空间小。
17.衬管沉积和熔缩烧实在同一设备上完成，无需中途转移高温衬管，提高操作人员的安全性和生产效率。
18.在衬管沉积后，沉积后衬管内的压力转入受尾压系统控制状态，通过进气和微负压压力pid控制使衬管内部的压力稳定。
19.上下滑移机构驱动保温炉上下滑移，水平移动机构驱动石墨炉和谐振腔水平滑移，开闭机构驱动保温炉开闭，使衬管沉积时谐振腔进入保温炉内，熔缩烧实时石墨炉提供稳定的热源沿衬管来回滑动。
20.在进行生产过程中无需作业人员在高温下将沉积后的衬管快速转移到熔缩床子，提高操作人员更安全，提高生产效率。
21.无需高温衬管转移装置，减少了辅助设备；同时衬管在沉积完成后无需转移冷却，不与转移装置接触，避免转移过程中受应力影响导致炸裂。
22.不仅可制备光纤预制棒，还有利于多模预制棒、应力棒、掺f管的制备，适应性好。
23.尾排处理系统与真空系统和尾压系统连通，减少在沉积完成后，转移过程中空气中的水气、污染物进入到衬管中，降低影响光纤衰减的因素。
附图说明
24.下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明：图1为本发明的结构示意图。
25.图2为本发明开合机构与保温炉和上下滑移机构连接的示意图。
26.图3为本发明水平移动机构与石墨炉和谐振腔连接的示意图。
27.图中：料柜11，气柜12，谐振腔13，保温炉14，气端载台15，泵端载台16，开合电机21，开合臂22，支臂23，升降电机31，主齿轮32，从动轮33，升降丝杆34，升降座35，直线轨36，
石墨炉41，滑轨51，石墨炉载台52，谐振腔载台53，石墨炉丝杆机构54，谐振腔丝杆机构55，石墨炉载台电机56，谐振腔载台电机57，集束箱58，拖链59，泵端压力阀61，旁通管62，旁通阀63，真空泵过滤器71，真空泵72，真空泵阀73，尾排抽风管81，尾排管82，尾排处理系统83，抽风阀84。
具体实施方式
28.如图1~图3中，一种光纤预制棒制造设备，它包括pcvd设备本体、石墨炉系统、尾压系统和真空系统；所述石墨炉系统的石墨炉41位于pcvd设备本体的气端载台15一侧，pcvd设备本体的泵端载台16一侧设置谐振腔13，石墨炉41和谐振腔13之间设置保温炉14，保温炉14上下滑移进入气端载台15和泵端载台16之间，石墨炉41和谐振腔13水平滑移进入保温炉14内，尾压系统与泵端载台16连通，真空系统与尾压系统连通。使用时，衬管的延长管被气端载台15和泵端载台16的卡爪夹持，上下滑移机构驱动保温炉14上下滑移，水平移动机构驱动石墨炉41和谐振腔13水平滑移，尾压系统与泵端载台16连通，真空系统与尾压系统连通，使衬管在沉积和熔缩烧实过程中在同一设备上完成，沉积后衬管内的压力转入受尾压系统控制状态，无需中途上管，避免高温下转移衬管，避免衬管高温状态转移过程中受应力影响导致炸裂，减少高温衬管转移时空气中的水气、污染物进入衬管内，降低影响光纤衰减的因素。
29.优选的方案中，所述pcvd设备本体主要包括供料系统、等离子系统、保温炉系统、气端载台15和泵端载台16；供料系统主要包括存储化学前驱物的料柜11和输送前驱物的气柜12；等离子系统主要包括微波发生装置、微波波导传输装置、微波检测调节装置、冷却装置和谐振腔13组成，用于发生氧化还原反应的能量源；保温炉系统主要包括保温炉14连接的开合机构，以及与开合机构连接的上下滑移机构。
30.优选地，料柜11与气柜12连通，气柜12与气端载台15和泵端载台16连通，衬管两端的延长管与气端载台15和泵端载台16连通，延长管被气端载台15和泵端载台16上的卡爪夹持。气端载台15和泵端载台16为pcvd设备本体的现有技术。
31.优选地，等离子系统在衬管沉积过程中，为其提供氧化还原反应的能量源，谐振腔13在沉积过程中处于滑动状态，即沿衬管轴向滑动，作为在微波频率下活动的谐振元件。
32.优选地，保温炉系统的主要作用为在沉积过程中对衬管进行加热保温，保证沉积过程中环境温度的稳定，这既可以降低对微波发生装置的功率要求，也可以降低沉积过程中产生的应力。
33.优选的方案中，所述开合机构包括开合电机21驱动张合的开合臂22，开合臂22与保温炉14的二分之一箱体连接，开合电机21固定于支臂23上。使用时，开合电机21驱动开合臂22展开带动保温炉14张开，反之，则驱动开合臂22收缩带动保温炉14闭合。
34.优选地，保温炉14采用原有的系统，不同的是保温炉14外壳为分体结构。
35.优选地，开合机构采用挖机液压抓斗开合机构，保温炉14的箱体为两个二分之一组合的中空箱体，位于两个二分之一箱体的两端设置半圆形孔，闭合时衬管两端的延长管位于两个半圆形组合的通孔内。
36.优选的方案中，所述上下滑移机构包括升降电机31输出端连接的主齿轮32啮合的从动轮33，升降丝杆34与从动轮33连接，升降丝杆34与升降座35配合，升降座35沿直线轨36
滑动，升降座35与开合机构的支臂23连接。安装时，直线轨36固定于pcvd设备本体的床身上，使用时，升降电机31驱动主齿轮32带动从动轮33转动 ，从动轮33带动升降丝杆34转动驱动升降座35沿直线轨36滑动，与其连接的开合机构随其同步运动。
37.优选的方案中，所述石墨炉系统主要包括石墨炉41、循环冷却装置、温控系统和炉内气氛控制系统，在沉积完成后，将石墨炉41移动至保温炉14内并提供优质的高温热源。石墨炉系统为熔缩床中的现有系统，提供优质的高温热源对衬管进行逐次熔缩，并最终将衬管烧实制成实心的预制棒。
38.优选的方案中，所述石墨炉41和谐振腔13与水平移动机构连接；水平移动机构包括滑轨51滑动配合的石墨炉载台52和谐振腔载台53，石墨炉丝杆机构54和谐振腔丝杆机构55分别与石墨炉载台52和谐振腔载台53配合，石墨炉载台电机56和谐振腔载台电机57分别与石墨炉丝杆机构54和谐振腔丝杆机构55连接；集束箱58位于石墨炉载台52和谐振腔载台53之间，拖链59与集束箱58和石墨炉载台52和谐振腔载台53连接。使用时，谐振腔载台电机57驱动谐振腔丝杆机构55带动谐振腔13沿衬管轴向来回移动，石墨炉载台电机56驱动石墨炉丝杆机构54带动石墨炉41进入衬管的熔缩烧实区，并沿衬管的熔缩烧实区来回移动；集束箱58与电气线路电性连接，电气线路置于拖链59内，在石墨炉载台52和谐振腔载台53来回移动过程中拖链59带动电气线路弯折，不易使电气线路受损。
39.优选的方案中，所述尾压系统包括泵端压力阀61连通的旁通管62，以及位于旁通管62上的旁通阀63，泵端压力阀61与泵端载台16连通。使用时，尾压控制系统主要由连接尾端抽风的管道、泵端压力阀61、旁通管62和旁通阀63组成，其主要作用为在熔缩烧实过程中保证衬管内稳定的微负压或微正压状态，并起到将挥发物和少量疏松体带走的作用。
40.优选的方案中，所述真空系统包括真空泵过滤器71连接的真空泵72，真空泵过滤器71的进气侧设置真空泵阀73与尾压系统的旁通管62连通。使用时，真空系统主要由真空泵72、真空泵过滤器71、管道和真空泵阀73组成，其主要作用是维持沉积过程中衬管内部的真空状态，保证等离子体被微波的成功激发。
41.优选的方案中，所述真空泵阀73和旁通管62之间的管路中设置尾排抽风管81，真空泵72出气侧设置尾排管82与尾排抽风管81连通，尾排抽风管81与尾排处理系统83连通，尾排抽风管81上设置抽风阀84；尾排处理系统83由pid控制器控制。使用时，尾排处理系统83的作用是，对在沉积过程中将真空泵72排出的尾气以及在熔缩过程中尾压系统排出的尾气进行充分的吸收中和，以免排出的尾气污染空气。
42.优选的方案中，如上所述的光纤预制棒制造设备的光纤预制棒制造方法，它包括如下步骤：s1，上管，将两端接好延长管的衬管装夹到pcvd设备本体上，延长管由卡爪夹持；此步骤中，衬管两端的延长管分别穿过石墨炉41和谐振腔13与气端载台15和泵端载台16连通；s2，合炉，升降电机31驱动升降丝杆34旋转带动升降座35沿直线轨36向下滑动，保温炉14随升降座35同步下降；与此同时，开合电机21启动，驱动开合臂22带动保温炉14张开；当保温炉14下降到设定高度后，升降电机31停止，开合电机21驱动开合臂22带动保温炉14闭合；此时，衬管位于保温炉14内，延长管穿过保温炉14两端的通孔，石墨炉41位于保温炉14外，谐振腔13位于保温炉14内；
s3，加温，保温炉14启动加热，衬管的温度逐渐升高，使保温炉14的温度达到设定的沉积温度；s4，抽真空，真空泵72启动，旁通阀63和抽风阀84关闭，抽取衬管内部的空气，使衬管内部处于高真空状态；s5，沉积，供料系统和等离子系统启动，谐振腔载台电机57驱动谐振腔丝杆机构55带动谐振腔13沿衬管轴向来回移动；工艺气体从泵端载台16快速穿过衬管流入气端载台15，在微波作用形成等离子体并发生氧化反应，形成氧化物微粒沉积于衬管内壁表面；s6，压力控制，真空泵阀73关闭，气端载台15通入的氧气或氮气进入衬管内，当衬管内的气压达到大气压后，旁通阀63和抽风阀84打开，衬管内的压力转入受尾压系统控制状态，通过进气和微负压压力pid控制使衬管内部的压力稳定；s7，开炉，开合电机21启动，驱动开合臂22带动保温炉14张开；同时升降电机31驱动升降丝杆34旋转带动升降座35沿直线轨36向上滑动，保温炉14随升降座35同步上升，使保温炉14位于衬管上部；s8，移开谐振腔，谐振腔载台电机57驱动谐振腔丝杆机构55带动谐振腔13沿衬管运动，使谐振腔13靠近泵端载台16一端的延长管段；s9，熔实，石墨炉载台电机56驱动石墨炉丝杆机构54带动石墨炉41进入衬管的熔缩烧实区，并沿衬管的熔缩烧实区来回移动；与此同时，石墨炉41启动形成高温热源，作用于衬管内的氧化物微粒沉积区；此步骤中，石墨炉41按照recipe逐步对衬管进行熔缩和烧实，得到实心的光纤预制棒；s10，下棒，石墨炉载台电机56驱动石墨炉丝杆机构54带动石墨炉41移出衬管的熔缩烧实区外靠近气端载台15，采用氢氧焰手灯将实心的光纤预制棒拉断，松开卡爪取下光纤预制棒；尾排处理系统83将沉积过程中真空泵72排出的尾气以及在熔缩过程中尾压系统排出的尾气进行充分的吸收中和。
43.上述的实施例仅为本发明专利的优选技术方案，而不应视为对于本发明专利的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明专利的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明专利的保护范围之内。