專利名稱：光纖傳像束及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳像束及其制造方法。
技術(shù)背景光纖傳像束是由數(shù)千根到一百多萬根具有良好波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光纖緊密有序地相干排列而 成，光纖絲量達(dá)五十萬以上的光纖傳像束俗稱大信息量光纖傳像束。大信息量光纖傳像束具 有體積小、重量輕、可在任意彎曲狀態(tài)下傳像，使用自由度大、無源抗干擾等特點(diǎn)，圖像傳 輸過程不受空間限制、易實(shí)現(xiàn)圖像的旋轉(zhuǎn)和圖像穩(wěn)定，因此大信息量光纖傳像束已廣泛應(yīng)用 于機(jī)器視覺(Machine Vision)、危險(xiǎn)的惡劣環(huán)境(Hazardous Enviro腦ents)、飛行模擬器(Flight Simulator)等方面瞄準(zhǔn)，軍事應(yīng)用已見報(bào)道，可用于主戰(zhàn)坦克的機(jī)關(guān)槍瞄準(zhǔn)、輕武器瞄準(zhǔn)、潛 望偵察監(jiān)視、核爆轟實(shí)驗(yàn)圖像即時采集等。目前制造光纖傳像束的主要方法有兩種酸溶法和層疊法。專利申請?zhí)?00510112352.7 "一種酸溶法制造小截面柔性光纖傳像束的制造方法"和專利號03147087.4 "生產(chǎn)蝕刻光導(dǎo) 纖維束的方法和改良的蝕刻光導(dǎo)纖維束"都公開了酸溶法制造光纖傳像束的工藝方法，光纖 直徑可小到8pm，即理想極限分辨率可達(dá)到721p/mm，但傳像截面一般只能做到03mm以下， 即光纖絲量少于15萬，因?yàn)榻孛嫒暨^大，傳像束中間部分的可溶性玻璃由于酸溶不進(jìn)去而無 法被腐蝕掉，如果延長腐蝕時間會急劇增加斷絲和暗絲，光纖直徑越細(xì)，采用酸溶法會使斷 絲率和暗絲率增高，即制造同樣困難，為了制造大信息量光纖傳像束，前蘇聯(lián)曾采用酸溶復(fù) 合法，即用酸溶法制造小截面?zhèn)飨袷?光纖絲量達(dá)3萬)作為子束，然后將子束進(jìn)行復(fù)合， 但是復(fù)合后的各子束間就有明顯的六角形黑框，雖然子束的分辨率高，但復(fù)合后的傳像束的 分辨率不高，同時圖像的傳輸易發(fā)生扭曲和失真。層疊法是制造大截面?zhèn)飨袷挠行Х椒ㄖ?一，問題是光纖絲徑一般不低于12pm，這是由于受限于拉絲工藝和排片工藝，成熟的光纖絲 直徑分布于15 16ym，即極限分辨率只能達(dá)331p/mm，顯然分辨率不高。專利申請?zhí)?00410073591.1 "高分辨率光纖傳像束的制造方法"提出先拉制1 2mm的 粗光纖絲，將7根或19根粗光纖絲復(fù)合拉制12 18pm的復(fù)絲，然后將12 18pm的復(fù)絲通 過排片、上膠再層疊來制成傳像束，經(jīng)分析該方法只能是一種想法，不具有實(shí)用性，原因如 下:1、因粗光纖絲的直徑太細(xì)，7根或19根粗光纖絲復(fù)合就不能太長，否則拉出的復(fù)絲端 面的一一對應(yīng)關(guān)系就會被破壞，即圖像傳輸就會變形和扭曲，同時7根或19根粗光纖絲復(fù)合 長度短，則拉絲作業(yè)時間短，這對復(fù)絲直徑精度控制及拉絲作業(yè)極為困難；2、因粗光纖絲的 直徑太細(xì)，7根或19根粗光纖絲復(fù)合的直徑就小，則拉絲作業(yè)時間短，顯然復(fù)絲廢品率高； 3、復(fù)絲直徑12 18nm， 7根或19根粗光纖絲復(fù)合的直徑又小，而組合體的送入爐內(nèi)的速度 不能低于0.5mm/分鐘，則復(fù)絲的牽引速度就快，且不論對設(shè)備要求，就是拉絲作業(yè)時的引絲、 換拉絲筒、復(fù)絲張力控制等都極為困難，同時容易斷絲，如果復(fù)絲的張力控制得不好，極不 易于復(fù)絲的排片；4、復(fù)絲結(jié)構(gòu)過于簡單，拉復(fù)絲時復(fù)絲易產(chǎn)生分叉，如果提高爐溫來防止分叉，則復(fù)絲變形嚴(yán)重且暗絲增多，所制成的傳像束因斷暗絲率高而不具實(shí)用性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種光纖傳像束，制造方法簡單易行，且可以同時具有大截面和高分辨率。 本發(fā)明還提供了上述光纖傳像束的制造方法。所述光纖傳像束，包括光纖復(fù)絲，所述光纖復(fù)絲包括軸向平行的光纖單絲、玻璃管和EMA 纖維，光纖單絲排列在玻璃管中，EMA纖維填充于光纖單絲之間或光纖單絲與玻璃管之間。所述光纖傳像束的制造方法，包括以下步驟將多根光纖棒復(fù)合為復(fù)式光纖棒，拉制成光纖復(fù)絲后經(jīng)排片、疊片，制成光纖傳像束，將多根光纖棒復(fù)合為復(fù)式光纖棒的方法是將光纖棒和EMA纖維插入玻璃管中，使EMA纖維填充于光纖棒之間或光纖棒與玻璃管之間， 光纖棒、玻璃管和EMA纖維軸向平行。光纖棒和光纖單絲具有芯皮結(jié)構(gòu)，其中光纖棒直徑為5 10mm、截取長度為0.5 lm， 直徑的選擇和長度的截取視傳像束對光纖單絲直徑和傳像截面尺寸的要求。柔軟的傳像束所 采用的光纖單絲的數(shù)值孔徑一般為0.6左右，不同于光纖面板和光錐所采用的光纖絲(其數(shù) 值孔徑為l),為防止光纖單絲皮層太薄而漏光產(chǎn)生暗絲，因此光纖棒和光纖單絲的芯皮直徑關(guān)系需滿足(d;g/c^)2《0.64，其中ds為芯層直徑，da為皮層直徑。光纖復(fù)絲(multi-fiber)由多根光纖單絲復(fù)合在一起，本發(fā)明所述的光纖復(fù)絲是用作傳像 束層疊工藝中的一個單元，所以光纖復(fù)絲的直徑不易太粗，同時考慮到拉絲工藝， 一般光纖 復(fù)絲直徑為20 50nm，光纖復(fù)絲中的光纖單絲排列有三角形、正方形、長方形或六角形排列 等，其排列方式和光纖單絲的數(shù)量視傳像束要求的分辨率來設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)光纖復(fù)絲采用最簡單 的六角形排列是由7根光纖單絲(Mono fiber)構(gòu)成，如圖1所示。采用如圖1結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在拉絲過程中光纖單絲容易分離。在光纖單絲的間隙處插入EMA 纖維，光纖復(fù)絲結(jié)果如圖2所示，拉制光纖復(fù)絲時光纖單絲不分離，但發(fā)現(xiàn)光纖單絲的變形嚴(yán) 重。而采用本發(fā)明，在外部套玻璃管，并在光纖單絲間及光纖單絲與玻璃管之間插入EMA纖 維進(jìn)行填充，拉制光纖復(fù)絲時光纖單絲不分離，光纖單絲變形量小，符合要求，光纖復(fù)絲如圖 3所示。其中，單處空隙處可以采用一根EMA纖維填充，也可以采用多根EMA纖維進(jìn)行填充。其中玻璃管起到固定、粘結(jié)作用，為了保證復(fù)式光纖棒的順利拉制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，可以對所用玻璃管的材料進(jìn)行限定，如軟化點(diǎn)不能高于光纖單絲材料。另外， 玻璃管壁厚限制了不同光纖復(fù)絲之間光纖單絲的距離，也限制了傳像束中的有效工作面積， 因此玻璃管不宜過厚。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以通過實(shí)驗(yàn)確定玻璃管的合適壁厚。優(yōu)選的 方案是，光纖棒中的玻璃管壁厚0.5mm-0.8mm，光纖復(fù)絲中玻璃管壁厚l-2pm。采用上述玻 璃管壁厚，所得光纖傳像束可以具有較高的分辨率。EMA是extra mural absorption material (超薄壁光吸收材料)的簡稱，常應(yīng)用于光纖傳像4制品中，如光纖面板、光錐、傳像束等，主要功能是吸收光纖的外射光線(spmy ray)以提 高光纖傳像制品的像對比度，本發(fā)明采用纖維結(jié)構(gòu)形式，成形于光纖單絲的間隙處，不僅是 為了提高圖像對比度，還為了增強(qiáng)光纖單絲間的粘接力，由于EMA纖維與光纖單絲材料相 比，軟化點(diǎn)較低，因此，在拉絲過程中，EMA纖維先軟化，起到粘結(jié)光纖單絲的作用。EMA 纖維有透明玻璃纖維和黑色玻璃纖維二種，采用透明玻璃纖維，其折射率不能高于光纖皮層 的折射率，否則透明玻璃纖維會傳光而影響圖像的對比度，黑色玻璃纖維具吸光性，只要求 與光纖的熱性能匹配，不要求其折射率。
光纖復(fù)絲經(jīng)排片步驟，成為一定寬度的光纖復(fù)絲片，然后通過光柵莫爾條紋技術(shù)來疊片。 理論和實(shí)踐表明，光纖復(fù)絲間呈"六角形"排列狀態(tài)，其光纖傳像束的分辨率最高，因此要 保證使上一排光纖復(fù)絲"波峰"與下一排光纖復(fù)絲的"波谷" 一一對應(yīng)。為了保證光纖傳像 束的光纖復(fù)絲間嚴(yán)格呈"六角形"排列，除了確保光纖復(fù)絲直徑均勻、排片質(zhì)量好之外，疊 片技術(shù)也起決定性作用。所述"光柵莫爾條紋效應(yīng)"就是把每片光纖復(fù)絲片視為一個透射光 柵，兩個透射光柵疊加并相互成一個角度時，即形成莫爾條紋，關(guān)系式為W=d/e。其中W 一莫爾條紋寬度，d—光柵常數(shù)(在這里代表光纖復(fù)絲直徑)，9—兩疊加光柵之間的夾角。
由式可知e越小，w越大，即條紋越寬，當(dāng)e為o時莫爾條紋無限寬，條紋"消失"，表明 上絲片的絲與相鄰下絲片的絲在軸向上完全平行，此時為最佳疊片位置。疊片完成后浸膠并 固化，通過研磨、拋光、鎧裝等工序后制造成所要求的高分辨率大信息量光纖傳像束。
本發(fā)明采用層疊法制備傳像束，在傳統(tǒng)的光纖復(fù)絲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用玻璃管結(jié)構(gòu)，同時
在光纖單絲的空隙處和光纖單絲與玻璃管之間插入EMA纖維，既可以提高圖像對比度，還
可以增強(qiáng)光纖單絲間的粘接力，而且拉制光纖復(fù)絲時光纖單絲不分離,光纖單絲變形量小，可 以得到單絲直徑小、傳像截面大的傳像束，從而可以制備高分辨率的大截面?zhèn)飨袷?br>
本發(fā)明構(gòu)思新穎，制造方法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，有效提高了光纖傳像束的質(zhì)量，可用層疊 法制備高分辨率的大信息量傳像束。
圖1是對照實(shí)施例1中復(fù)式光纖棒或光纖復(fù)絲結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是對照實(shí)施例2中復(fù)式光纖棒或光纖復(fù)絲結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明所述復(fù)式光纖棒或光纖復(fù)絲結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是光纖復(fù)絲制造工藝流程圖； 圖5是傳像束制束工藝流程圖； 圖6是光纖棒剖視圖7是本發(fā)明光纖傳像束中光纖排列示意圖8是對照實(shí)施例2所得光纖復(fù)絲制成束后的顯微鏡截面照片；
圖9是本發(fā)明所得光纖復(fù)絲制成束后的顯微鏡截面照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 實(shí)施步驟如下
1、 拉制光纖棒，如圖6，芯料5折射率1. 62，皮管4折射率1. 49，所以數(shù)值孔徑為0. 64; 光纖棒的芯直徑d芯=6咖、d皮=7. 5mm，貝lj (d芯/d皮)2=0. 64，也就是說當(dāng)光纖單絲直徑 為1(Vm時光纖皮層4厚度是lpm，因此光纖皮層4不會漏光，理論上的暗絲不會產(chǎn)生；光 纖棒的截取長度0. 8m,共制14根光纖棒。
2、 拉制01.1+O.O6mm的EMA黑色玻璃纖維若干。
3、 制備玻璃管，內(nèi)徑022.5+0.lmm、壁厚0.5mm、長度lm、數(shù)量2根。
4、 如圖3，將7根光纖棒插入一根玻璃管3中，光纖棒l呈六角形排列，然后插入多根 EMA纖維2，填充光纖棒1之間或光纖棒1與玻璃管3間的空隙處，較大空隙處可采用多根 EMA纖維進(jìn)行填充，得到復(fù)式光纖棒，將復(fù)式光纖棒安裝到拉絲塔上，通過送棒裝置將復(fù)式 光纖棒送入管式爐中拉絲。
5、 光纖復(fù)絲直徑控制在30tim 30.2^im，共拉制約10筒的光纖復(fù)絲，如圖3所示，光纖 復(fù)絲包括軸向平行的光纖單絲1、玻璃管3和EMA纖維2,光纖單絲1排列在玻璃管3中， EMA纖維2填充于光纖單絲1之間或光纖單絲1與玻璃管3之間，其中光纖單絲1直徑為 lOjrni。將光纖復(fù)絲制成束，通過顯微鏡觀察，截面照片如圖9所示，光纖單絲不分離、不變 形。
6、 將光纖復(fù)絲通過圖5的制束工藝，即排片、疊片、鎧裝、端面磨拋等來制成傳像束， 其傳像束中的光纖排列如圖7所示。得到的傳像束光纖單絲數(shù)為100萬，截面直徑13.5mm， 長600mm，分辨率高達(dá)501p/mm。
對照實(shí)施例1
光纖棒同實(shí)施例l，如圖1將7根光纖棒1按六角形排列固定得到復(fù)式光纖棒，將復(fù)式 光纖棒安裝到拉絲塔上，通過送棒裝置將復(fù)式光纖棒送入管式爐中拉絲。光纖復(fù)絲直徑控制 在30pm，共拉制約10筒的光纖復(fù)絲，其中光纖單絲直徑為10pm，拉制時光纖單絲分離。
對照實(shí)施例2
光纖棒同實(shí)施例l，如圖2將7根光纖棒1按六角形排列，光纖棒1間的空隙處填充EMA 纖維2，固定得到復(fù)式光纖棒，將復(fù)式光纖棒安裝到拉絲塔上，通過送棒裝置將復(fù)式光纖棒 送入管式爐中拉絲。光纖復(fù)絲直徑控制在30nm，共拉制約10筒的光纖復(fù)絲，其中光纖單絲 直徑為10pm。將光纖復(fù)絲制成束，通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)光纖復(fù)絲變形量大，如圖8所示。
權(quán)利要求
1、一種光纖傳像束，包括光纖復(fù)絲，其特征在于所述光纖復(fù)絲包括軸向平行的光纖單絲、玻璃管和EMA纖維，光纖單絲排列在玻璃管中，EMA纖維填充于光纖單絲之間或光纖單絲與玻璃管之間。
2、 如權(quán)利要求1所述的光纖傳像束，其特征在于所述光纖復(fù)絲直徑為20 50pm，光纖復(fù) 絲中玻璃管壁厚l-2pm。
3、 如權(quán)利要求1所述的光纖傳像束，其特征在于所述EMA纖維為透明玻璃纖維，折射率 不大于光纖單絲皮層折射率。
4、 如權(quán)利要求1所述的光纖傳像束，其特征在于所述EMA纖維為黑色玻璃纖維。
5、 如權(quán)利要求1所述的光纖傳像束，其特征在于所述光纖單絲包括皮層和芯層，(ds/ds)2 《0.64，其中d芯為芯層直徑，d皮為皮層直徑。
6、 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的光纖傳像束，其特征在于光纖傳像束中光纖復(fù)絲呈六角 形排列。
7、 如權(quán)利要求6所述的光纖傳像束，其特征在于相鄰兩層的光纖復(fù)絲在軸向上平行。
8、 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的光纖傳像束，其特征在于光纖復(fù)絲中的光纖單絲呈三角 形、正方形、長方形或六角形排列。
9、 如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述光纖傳像束的制造方法，包括以下步驟將多根光纖棒復(fù) 合為復(fù)式光纖棒，拉制成光纖復(fù)絲后經(jīng)排片、疊片，制成光纖傳像束，其特征在于將多 根光纖棒復(fù)合為復(fù)式光纖棒的方法是將光纖棒和EMA纖維插入玻璃管中，使EMA纖 維填充于光纖棒之間或光纖棒與玻璃管之間，光纖棒、玻璃管和EMA纖維軸向平行。
10、 如權(quán)利要求9所述的光纖傳像束的制造方法，其特征在于所述光纖棒直徑為5 10mm， 長0.5 lm，光纖棒中的玻璃管壁厚0.5mm-0.8mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖傳像束，制造方法簡單易行，且可以同時具有大截面和高分辨率。本發(fā)明還提供了上述光纖傳像束的制造方法。所述光纖傳像束，包括光纖復(fù)絲，所述光纖復(fù)絲包括軸向平行的光纖單絲、玻璃管和EMA纖維，光纖單絲排列在玻璃管中，EMA纖維填充于光纖單絲之間或光纖單絲與玻璃管之間。所述光纖傳像束的制造方法，包括以下步驟將多根光纖棒復(fù)合為復(fù)式光纖棒，拉制成光纖復(fù)絲后經(jīng)排片、疊片，制成光纖傳像束，將多根光纖棒復(fù)合為復(fù)式光纖棒的方法是將光纖棒和EMA纖維插入玻璃管中，使EMA纖維填充于光纖棒之間或光纖棒與玻璃管之間，光纖棒、玻璃管和EMA纖維軸向平行。本發(fā)明有效提高了光纖傳像束的質(zhì)量，可制備高分辨率的大信息量傳像束。
文檔編號G02B6/02GK101598835SQ20091003251
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者磊 孫, 張建明, 張振遠(yuǎn), 徐明泉, 昊 朱, 莉 李, 蓉 王, 高建寧 申請人:南京春輝科技實(shí)業(yè)有限公司