[0001] 本申请涉及光纤制造技术领域，具体涉及一种用于疏松体脱水及烧结的加热系统及加工方法。

[0002] 目前，在采用VAD法(Vapour phase Axial Deposition，轴向汽相沉积法)或OVD法(Outside Chemical Vapour Deposition，棒外化学汽相沉积法)制作光纤预制棒的过程中，首先在沉积室内沉积生成不透明的疏松体，再将疏松体悬挂在高温加热炉内进行脱水和烧结处理。在相关技术中，将疏松体一直旋转并上下移动经过高温区，在经过不同温度、气体氛围的脱水、烧结阶段后，最终成为透明的疏松体，但透明疏松体各部分的几何尺寸和光学特性存在差异。

[0043] 为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

[0044] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

[0045] 需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

[0046] 高温加热炉一般是由固定的加热器、隔热管、金属框体及控制系统组成，加热器提供加工过程中所需要的热源，由于加热器是固定设置状态，只能维持加热器近距离区域的一定范围内高温，其他区域随着距离越远而温度越低。疏松体在移动经过加热器时，疏松体的一部分才能进行有效加工，这样加热炉内温度分布不均，不仅导致疏松体的加工效率低，而且直接导致光纤预制棒几何尺寸在长度方向上的差异性，也间接导致靠近尾柄端的疏松体结构的损失、模场直径、截止波长等光学特性在长度方向上的差异性。

[0047] 目前，在相关技术中，通过增加加热器的高温区范围，如加热器尺寸变大，提高隔热效果等，又或者是调整加热炉内气体流动的方向、用量等，虽有一定效果，但疏松体一直是上下移动状态，而且高温区一直是固定区域，仍然无法从根本上解决疏松体受热不均的问题。

[0048] 基于此，本申请实施例提供一种用于疏松体脱水及烧结的加热系统及其加工方法，以解决目前疏松体在脱水及烧结过程后，疏松体各部分的几何尺寸和光学特性存在差异的问题。

[0049] 图1示出了本申请实施例提供的一种用于疏松体脱水及烧结的加热系统的结构示意图，为便于说明，本实施例仅示出了相关的部分。

[0050] 参阅图1，本申请实施例提供一种用于疏松体脱水及烧结的加热系统100包括隔离筒体10、送棒装置20、第一加热器30和第二加热器40；隔离筒体10内具有高温加热区，隔离筒体10设有进气口10a，进气口10a用于朝高温加热区提供反应气体；送棒装置20沿隔离筒体10的轴线方向L可移动设置，送棒装置20用于将疏松体I移动至隔离筒体10内的高温加热区；第一加热器30设于隔离筒体10的外侧，第一加热器30用于加热隔离筒体10形成高温加热区；第二加热器40设于送棒装置20上且朝疏松体I的一端设置，第二加热器40用于加热疏松体I。

[0051] 需要说明的是，疏松体I具有尾柄端，该尾柄端为石英玻璃棒，通过疏松体I的尾柄端将疏松体I固定在送棒装置20上。第二加热器40朝疏松体I的一端设置，也即第二加热器40靠近疏松体I固定在送棒装置20的所在一端设置，以便于第二加热器40对疏松体I靠近尾柄端的部分进行加热，以补偿反应所需热量。在本实施例中，在送棒装置20沿隔离筒体10的轴线方向L的移动过程中，可将疏松体I和第二加热器40同步移动，以伸至隔离筒体10内或从隔离筒体10内移出。在本实施例中，隔离筒体10采用石英玻璃材料制作，可耐高温。

[0052] 具体的，在疏松体I需要脱水或烧结时，将疏松体I固定在送棒装置20上，将第一加热器30和第二加热器40开启，通过第一加热器30加热隔离筒体10以在隔离筒体10内形成高温加热区，通过进气口10a向隔离筒体10内通入反应气体，通过送棒装置20将疏松体I移动至隔离筒体10的高温加热区，在移动过程中，通过第二加热器40对疏松体I进行加热，可根据疏松体I或第二加热器40与第一加热器30之间的垂直距离，调整第二加热器40的加热温度，以补偿反应所需热量，扩大疏松体I在单位时间内的有效加工范围，特别地，第二加热器40和疏松体I保持同步移动，可解决靠近尾柄端的部分疏松体I受热不均一的问题，使疏松体各部分反应均匀，减小疏松体I的几何尺寸在长度方向上的差异性，同时减小疏松体I的尾部结构的损失、模场直径、截止波长等光学特性在长度方向上的差异性，并且在整体上缩短了疏松体I在脱水、烧结阶段的加工时间。

[0053] 在一些实施例中，第二加热器40沿第一方向F1的尺寸大于疏松体I的最大径向尺寸；第一方向F1平行于疏松体I的径向。通过设置第二加热器40沿第一方向F1的尺寸大于疏松体I的最大径向尺寸，扩大第二加热器40对疏松体I的加热范围，更好的补偿疏松体I所需的热量。

[0054] 在一些实施例中，本申请的加热系统100还包括升降机构(图中未示出)，送棒装置20与升降机构连接，升降机构用于牵引送棒装置20沿隔离筒体10的轴线方向L移动。具体的，在隔离筒体10的一侧设置落地或悬空的升降机构，通过升降机构牵引送棒装置20在隔离筒体10的轴线方向L上往复运动，简要说明的是，升降机构可包括驱动电机、导轨和传动件等部件，可根据机械常规技术合理设置升降机构，本实施例在此不限制。如此，通过设置升降机构来牵引送棒装置20沿隔离筒体10的轴线方向L移动，以带动疏松体I和第二加热器
40能够沿隔离筒体10的轴线方向L上往复移动，有助于实现脱水和烧结工艺。

[0055] 继续参阅图1，在一些实施例中，送棒装置20包括沿隔离筒体10的轴线方向L依次连接的主体21、连接件22和固定件23；主体21位于隔离筒体10外，且沿隔离筒体10的轴线方向L可移动设置；第二加热器40安装于连接件22上且朝固定件23设置；固定件23用于固定疏松体I的一端。具体的，主体21位于隔离筒体10外且连接于升降机构，通过升降机构牵引主体21沿隔离筒体10的轴线方向L往复移动。第二加热器40安装于连接件22且朝固定件23设置，以靠近疏松体I的尾柄端设置。固定件23配置为卡盘，卡盘具有三个或四个卡爪，将疏松体I的尾柄端悬挂到卡盘并通过卡爪紧固。如此，通过设置送棒装置20包括沿隔离筒体10的轴线方向L依次连接的主体21、连接件22和固定件23，便于安装固定疏松体I和第二加热器40，疏松体I和第二加热器40能够同步移动，同时可利用第二加热器40加热疏松体I，以补偿反应所需热量。

[0056] 在一些实施例中，连接件22包括导线管221和套设于导线管221外的保护管222；第二加热器40包括保护壳体41和设于保护壳体41内的加热器本体42；导线管221和保护管222共同贯穿保护壳体41；导线管221内设有导线s，且导线s穿出保护管222和导线管221，导线s电性连接加热器本体42和电源。

[0057] 具体的，连接件22连接于主体21和固定件23之间，通过设置连接件22包括导线管221和套设于导线管221外的保护管222，也即将连接件22设置成双层管体，在本实施例中，导线管221为金属管，用于容纳导线s，并且提供力量支撑。保护管222采用高纯石英制作，耐高温。进一步的，通过设置第二加热器40包括保护壳体41和设于保护壳体41内的加热器本体42，也即将第二加热器40设置成双层结构体，在本实施例中，保护壳体41采用高纯石英制作，加热器本体42采用具备良好导热性和电阻性的石墨材料制作。通过导线管221和保护管
222共同贯穿保护壳体41，可通过螺接方式将保护管222和保护壳体41连接固定，从而将第二加热器40安装在连接件22上。通过在导线管221内设置导线s，导线s采用电缆线，导线s经由导线管221以及送棒装置20的主体21延伸出去，导线s的一端连接于加热器本体42，另一端连接低电压、大电流的交流电源，以便于第二加热器40通电可用，在通电时加热器本体42通过石墨产生热量，可持续提供900℃以上的高温环境。在本实施例中，上述构造的第二加热器40和连接件22，可以在900℃至1500℃范围内长时间加工作业。如此，通过将连接件22和第二加热器40均设置成双层结构，可保护导线管221、导线s、加热器本体42不被隔离筒体
10内气体腐蚀破坏，又可防止疏松体I受异物污染，并且可长时间高温加工作业。

[0058] 在一些实施例中，导线管221设有进气通道和排气通道，进气通道用于向导线管221内提供冷却气体，排气通道贯穿保护管222并连通保护壳体41的内部空间，保护壳体41设有排气孔。具体的，可以在导线管221靠近送棒装置20的主体21的顶端开设进气通道，导线管221和保护管222在位于第二加热器40的保护壳体41内的侧壁上开设贯通开口，以形成排气通道。在本实施例中，冷却气体可采用氦气。通过进气通道向导线管221内提供氦气，在高温环境下冷却导线s，带走导线s上的热量。通过排气通道将经过热交换的氦气通入保护壳体41内并通过排气孔排至隔离筒体10内，可将加热器本体42的热源快速传导给隔离筒体
10内，补偿反应温度。

[0059] 在一些实施例中，第一加热器30沿隔离筒体10的周向围绕隔离筒体10设置。本实施例中，第一加热器30采用具备良好导热性和电阻性的石墨材料制作，通过电缆线连接至低电压、大电流的交流电源。第一加热器30通电时，通过石墨产生热量，可持续提供900℃以上的高温。进一步的，第一加热器30为环状加热器，环绕隔离筒体10的侧壁外设置，在本实施例中，可通过设置绝缘底座将第一加热器30固定在隔离筒体10外的环状炉框体50上，如此，可均匀加热隔离筒体10，形成热量均匀分布的高温加热区，有助于使疏松体I各部分均匀受热。

[0060] 进一步的，送棒装置20可旋转设置，以使疏松体I沿其轴线方向旋转。具体的，可将送棒装置20的主体21配置为可旋转的卡盘结构，实现送棒装置20可旋转设置，如此，送棒装置20下降的同时实现旋转，带动疏松体I自转，使疏松体I的径向各部分均匀受热。

[0061] 在一些实施例中，隔离筒体10还设有排气口10b，排气口10b和进气口10a位于第一加热器30沿隔离筒体10的轴线方向L的两侧；在本实施例中，进气口10a用于朝高温加热区提供反应气体，通过排气口10b和进气口10a位于第一加热器30沿隔离筒体10的轴线方向L的两侧设置，如此，可在隔离筒体10内形成气流通道，提高反应气体的流动性。

[0062] 参阅图1和图2，基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种用于疏松体脱水及烧结的加热系统100的加工方法，包括：

[0063] S201、通过启动第一加热器30和第二加热器40，使第一加热器30升温到第一温度，第二加热器40升温到第二温度。

[0064] S202、利用送棒装置20将疏松体I朝向隔离筒体10的高温加热区移动，并向进气口10a通入反应气体。

[0065] S203、待第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第一距离阈值时，使第二加热器40升温到第三温度。

[0066] S204、待第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第二距离阈值时，使第二加热器40降温到第二温度，且通过送棒装置20将疏松体I背向隔离筒体10的高温加热区移动；其中，第二距离阈值小于第一距离阈值。

[0067] 需要说明的是，第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第一距离阈值时，疏松体I的头部伸至高温加热区，第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第二距离阈值，疏松体I的尾部到达高温加热区。本实施例中，可通过对升降机构的驱动电机进行计数，来确定第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L的距离，并且可设置控制器，通过反馈控制方式来控制第二加热器40自动升温或降温。

[0068] 在本实施例中，疏松体I需要脱水或烧结处理时，在疏松体I需要脱水或烧结时，将疏松体I固定在送棒装置20上，使疏松体I位于隔离筒体10内的预设初始位置上，将第一加热器30和第二加热器40开启，使第一加热器30升温到第一温度，第二加热器40升温到第二温度，如此，通过第一加热器30加热隔离筒体10以形成高温加热区，通过第二加热器40对疏松体I进行预热；通过进气口10a向隔离筒体10内通入反应气体，并通过送棒装置20将疏松体I朝隔离筒体10的高温加热区移动，在移动过程中，通过第二加热器40对疏松体I进行加热，可根据第二加热器40与第一加热器30之间的垂直距离，调整第二加热器40的加热温度。具体的，当第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第一距离阈值时，使第二加热器40升温到第三温度，待第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第二距离阈值时，使第二加热器40降温到第二温度，且通过送棒装置20将疏松体I背向隔离筒体10的高温加热区移动，将疏松体I快速回复至预设初始位置。

[0069] 在一些实施例中，本申请的加工方法还包括：在脱水过程中，反应气体包括氯气和氦气，第一温度为1100℃～1200℃，第二温度为900℃，第三温度为1200℃～1300℃。需要说明的是，在脱水过程中，反应气体可以包括氯气和氦气，还可包括氧气。反应气体可以进入疏松体I内，利用小分子量的氦气传递热量，利用氯气置换疏松体I内残留的氢氧根离子，利用氧气弥补二氧化硅缺陷，降低光纤预制棒在波长1383nm处的信号衰减。

[0070] 具体的，在脱水过程中，将疏松体I固定在送棒装置20上，使疏松体I位于隔离筒体10内的预设初始位置上，将第一加热器30和第二加热器40开启，使第一加热器30升温到
1100℃～1200℃，第二加热器40升温到900℃，通过进气口10a向隔离筒体10内通入氯气、氦气和氧气，并通过送棒装置20将疏松体I朝向隔离筒体10的高温加热区下降，当第二加热器
40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到指定的第一距离阈值时，使第二加热器40升温到1200℃～1300℃，待第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第二距离阈值时，使第二加热器40降温到900℃，且通过送棒装置20将疏松体I背向隔离筒体10的高温加热区移动，将疏松体I快速回复至预设初始位置。

[0071] 进一步的，在烧结过程中，反应气体包括氦气，第一温度为1500℃～1600℃，第二温度为900℃，第三温度为1400℃～1500℃。

[0072] 需要说明的是，在烧结过程中，反应气体包括氦气。氦气可以进入疏松体I内，利用小分子量的氦气传递热量，使疏松体I收缩为透明体。

[0073] 具体的，在烧结过程中，将疏松体I固定在送棒装置20上，使疏松体I位于隔离筒体10内的预设初始位置上，将第一加热器30和第二加热器40开启，使第一加热器30升温到
1500℃～1600℃，第二加热器40升温到900℃，通过进气口10a向隔离筒体10内通入氦气，并通过送棒装置20将疏松体I朝向至隔离筒体10的高温加热区下降，当第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L的间隔距离达到指定的第一距离阈值时，使第二加热器40升温到1400℃～1500℃，待第二加热器40与第一加热器30在隔离筒体10的轴线方向L上的间隔距离达到第二距离阈值时，使第二加热器40降温到900℃，且通过送棒装置20将疏松体I背向隔离筒体10的高温加热区移动，将疏松体I快速回复至预设初始位置。最后，将第一加热器30逐步降温至900℃～1000℃，第二加热器40逐步降温至60℃～100℃，将疏松体I的尾柄端从送棒装置20的固定件23上松解，取下呈现透明状态的疏松体I。

[0074] 如此，在脱水、烧结过程中，当疏松体I下降且靠近第一加热器30所形成的高温加热区时，升高第二加热器40的加热温度，使疏松体I靠近尾柄端的部分的反应温度持续稳定并提高15％～25％，减小与疏松体I头部的反应温度的差异，提高疏松体I在脱水或烧结过程中受热均匀性，使疏松体各部分反应均匀，以减小疏松体I的几何尺寸在长度方向上的差异性，同时减小疏松体I的尾部结构的损失、模场直径、截止波长等光学特性在长度方向上的差异性，并且从整体上缩短了疏松体I在脱水、烧结阶段的加工时间，还降低电力和反应气体的消耗，实现了疏松体I在上述加热系统100上高效、节能、高质量的加工。

[0075] 以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。