一种连续供料的单晶光纤生长装置及方法

本发明属于单晶光纤，尤其涉及一种连续供料的单晶光纤生长装置及方法。

背景技术：

1、单晶光纤作为块状晶体与传统光纤的结合体,兼具了晶体优异的物理和化学性质以及传统光纤全反射波导结构和散热效率高的优势。由于其原子在三维空间作有序排列，其物理、化学性能与同成分的晶体材料一致，单晶光纤具有热导率高、透过波段宽、非线性效应弱等优势。在高功率激光、中红外激光、高能射线探测、高温传感等方面有着广泛的应用，尤其是在在航空发动机状态感知、石油化工等超高温恶劣环境(>1600℃)探测领域展现出极大的应用前景。

2、单晶光纤的制备方法有导模法、微下拉法、激光器加热基座法(laser heatedpedestal growth,lhpg)等。主流的单晶光纤制备方法中，lhpg使用二氧化碳(co2)激光器作为超清洁热源加热预制源棒的顶端形成高温的融化区域，放入种子光纤一端进入融化区域，通过牵引种子光纤向上提拉生长光纤，这是目前生长高品质百微米直径单晶光纤的唯一方式。

3、目前的lhpg技术结构有反射式和透射式两种，co2激光通过反射镜或锥透镜后，形成一个环形的激光，经过转向镜(turning mirror)和抛物面聚焦镜(parabolic mirror)后聚焦到料棒顶端，形成加热区。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

5、当前主流lhpg技术方案的光路调节自由度多，光路调节过程较为繁琐。由于环形光斑尺寸巨大，化区域。这种方法需要大尺寸(直径约80mm)透镜和反射镜，加工精度要求苛刻，其光路调节也比较复杂。因此，光纤生长的过程中需要经常性地手工调节和修正，急需更简化的光路设计。

6、另外，由于单根晶体棒长度有限，因此生长长距离的单晶光纤的过程中会发生晶体棒耗尽的而被迫中断光纤生长的现象，断点前后生长的单晶光纤通常存在缺陷，光学质量降低。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种连续供料的单晶光纤生长装置及方法。

2、本发明是这样实现的，一种连续供料的单晶光纤生长装置及方法包括：

3、co2激光器、反射镜a、反射镜b、锥透镜、xyz三轴线性电机、双晶体夹持装置、球面反射镜、旋转电机；

4、co2激光器上方设置有反射镜a；反射镜a上方设置有反射镜b；反射镜b上方设置有锥透镜；锥透镜上方设置有xyz三轴线性电机。

5、进一步，所述xyz三轴线性电机上方设置有双晶体夹持装置。

6、进一步，所述双晶体夹持装置上方设置有球面反射镜。

7、进一步，所述球面反射镜上方设置有旋转电机。

8、本发明的另一目的在于提供一种连续供料的单晶光纤生长装置实现方法包括：

9、步骤1，co2激光器通过反射镜a、反射镜b调节角度，入射至锥透镜形成空心环形光斑，锥透镜采用硒化锌znse材质，对co2激光有高透射率，通过镀增透膜提高其透射率；

10、步骤2，晶体原材料为直径1-2mm，长度50-200mm的圆棒，固定在xyz三轴线性电机顶端；

11、步骤3，使用直径2英寸或3英寸的球面反射镜，安装在2英寸或3英寸的三维调节镜架上，球面反射镜将空心环形光斑聚焦至晶体圆棒顶端形成高温区域；

12、步骤4，一个旋转电机带动主动轮，一个从动轮加紧光纤，通过旋转可以向上提拉光纤。

13、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

14、第一、本发明降低成本、简化光路；去掉大尺寸的锥透镜和反射镜，降低光路调节难度，将抛物面镜替换为球面镜，加工精度要求更低。

15、第二，本发明可以使单晶光纤长距离连续生长；设计了双晶体棒进料系统，保证光纤不间断生长。本发明针对现有单晶光纤生长装置在效率和质量控制方面存在的技术问题进行了优化。传统方法在光纤生长过程中通常无法实现连续供料，导致生长过程的中断，容易在光纤内部产生缺陷，进而影响单晶光纤的质量。以上问题制约了单晶光纤的生产效率和产品质量，亟需改进。

16、本发明通过简化光路中的光学元件数量从而降低引入的光学损耗，显著提高晶体材料的加热效率。激光器发射的高能量激光束经过反射和聚焦，能够精确地加热晶体材料，使其在短时间内达到所需温度。同时，xyz三轴线性电机和旋转电机的结合使用，实现了对晶体材料的精确位置控制和均匀加热。这一技术进步大大提升了晶体生长的均匀性和稳定性，保证了单晶光纤的高质量连续生长。

17、本发明引入了连续供料的创新设计，通过精确控制激光加热和晶体生长过程，能够不断为晶体生长提供新的材料。这一设计避免了传统方法中因供料中断导致的生产效率低下问题。连续供料不仅提高了生产效率，还确保了晶体生长过程的连续性和稳定性，有助于实现大规模、连续生产。综上所述，本发明在技术和应用层面上都实现了显著的进步，具有广阔的应用前景。

18、第三，本发明提供了一种用于实施如权利要求1-6任意一项所述的连续供料单晶光纤生长装置的实现方法。首先，通过co2激光器和两个反射镜(反射镜a和反射镜b)调节激光的角度。采用硒化锌(znse)材质的锥透镜来提高co2激光的透射率，并通过镀增透膜进一步增强其透射性能。

19、其次，晶体原材料为直径1-2mm、长度50-200mm的圆棒，并固定在xyz三轴线性电机的顶端。这样可以实现精确的三维定位和移动，确保材料在激光照射下稳定均匀地加热和融化。

20、然后，采用直径2英寸或3英寸的球面镜反射镜，安装在相应尺寸的三维调节镜架上。这样可以实现反射镜的精确调节和定位，确保激光的聚焦和照射效果，从而提高单晶光纤的生长质量。

21、最后，通过一个旋转电机带动主动轮，并使用一个从动轮夹紧光纤。通过旋转电机的运动，可以实现对光纤的向上提拉。这一过程确保了光纤的连续拉伸和生长，有效解决了现有技术中的技术问题，实现了显著的技术进步。整个装置和方法通过精确的机械和光学调节，实现了高质量的单晶光纤连续生长，具有重要的实际应用价值。

技术特征：

1.一种连续供料的单晶光纤生长装置，其特征在于，包括以下依次排列的组件：co2激光器、反射镜a、反射镜b、锥透镜、xyz三轴线性电机、双晶体夹持装置、球面反射镜和旋转电机；

2.根据权利要求1所述的连续供料的单晶光纤生长装置，其特征在于，所述co2激光器发射的激光束经过反射镜a和反射镜b的反射后，由锥透镜聚焦，形成高能密度的激光束，为单晶光纤的生长提供能量。

3.根据权利要求1所述的连续供料的单晶光纤生长装置，其特征在于，所述xyz三轴线性电机精确控制激光束的聚焦位置，使得激光束能够准确照射到单晶光纤籽晶和原料棒的接触处，从而实现单晶光纤的均匀生长。

4.根据权利要求1所述的连续供料的单晶光纤生长装置，其特征在于，所述双晶体夹持装置用于夹持两根待生长的单晶原料棒，实现原料的连续供料，并保持籽晶与原料棒之间的相对位置稳定，以促进单晶光纤的顺利生长。

5.根据权利要求1所述的连续供料的单晶光纤生长装置，其特征在于，所述球面反射镜用于将激光束反射回单晶光纤的生长区域，提高激光能量的利用效率，从而促进单晶光纤的生长速度和质量。

6.根据权利要求1所述的连续供料的单晶光纤生长装置，其特征在于，所述旋转电机通过驱动球面反射镜旋转，改变激光束的入射角度。

7.一种实施如权利要求1-6任意一项所述连续供料的单晶光纤生长装置的连续供料的单晶光纤生长装置实现方法，其特征在于，所述连续供料的单晶光纤生长装置实现方法包括：

技术总结本发明属于单晶光纤技术领域，公开了一种连续供料的单晶光纤生长装置及方法，本发明提供的连续供料的单晶光纤生长装置包括：CO<subgt;2</subgt;激光器、反射镜a、反射镜b、锥透镜、XYZ三轴线性电机、双晶体夹持装置、球面反射镜、旋转电机。与传统激光加热基座法相比，本发明降低成本、简化光路，去掉了大尺寸的锥透镜和反射镜，降低光路调节难度，将抛物面镜替换为球面镜，加工精度要求更低。设计了双晶体棒进料系统，保证单晶光纤可实现不间断生长。技术研发人员：高悉宝,段奥成,邓星,王晴岚受保护的技术使用者：湖北汽车工业学院技术研发日：技术公布日：2024/10/17