CN101339820B - 一种光电同传纤维的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电同传纤维，包括：光导纤维，包裹在所述光导纤维外由有机聚合物制成的外包裹层，以及嵌在所述外包裹层内且与所述光导纤维平行的一根或多根金属丝。本发明的光电同传纤维采用光导纤维实现导光功能，它的导电功能由嵌入外包裹层的金属丝实现，光导纤维和金属丝通过由有机聚合物制成的外包裹层集成为光电同传纤维，外包裹层起到光导纤维和金属丝的位置固定和保护的作用。金属丝的数目和排列方式可以灵活设计，以适应各种应用要求。与传统带保护层的光导纤维相比，本发明在导光功能的基础上增加的导电功能。与光纤与导线混合封装的光缆相比，它具有光电集成化的特点，减小了体积和重量。

Description

一种光电同传纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及光电传导领域，特别是涉及一种光电同传纤维及其制造方法。

背景技术

传统的光纤是由透明玻璃材料拉制而成的全介质光波导，具有低光学损耗，高机械性能和温度性能等特点，作为低损耗光传输手段，已经普遍被应用到光通信和光传感等光信息应用中。在设计和实际应用中强调它的光学功能，如低损耗光传输，适当的色散特性，好的模场分布等等。在实际应用中，光纤往往作为光传输通道，或者利用传输特性随外界环境的变化作为无源的光传感手段。

然而，光电子技术中光学功能必定要与电子学的功能和相应的电子器件相结合，实现特定的光电信息功能。特别是在分布传感网络中，一些类型的传感器在给出光信号的同时需要供电支持；在另一些传感器中，需要提供外加电场以实现特定的光传感功能；在光纤本身作为传感单元的应用中，也经常需要通过电学手段控制光纤的温度应力环境。在这些应用中，都需要电学功能的参与。传统的光纤由于其全介质光波导的结构，难以支持以上复杂的光电复合功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单可以同时传导光电的纤维，特别是提供一种光电同传纤维及其制造方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种光电同传纤维，包括：光导纤维，包裹在所述光导纤维外由有机聚合物制成的外包裹层，以及嵌在所述外包裹层内且与所述光导纤维平行的一根或多根金属丝。

其中，所述光导纤维为直径小于1mm的光纤。

其中，所述光纤为单模石英光纤、多模石英光纤、硫化物光纤或塑料光纤中的一种或几种。

其中，所述有机聚合物为热塑性有机聚合物。

其中，所述热塑性有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚碳酸脂或聚醚砜。

其中，所述金属丝的直径小于或等于1mm。

其中，所述金属丝为银丝、铝丝、金丝、铜丝、铁丝、镆丝、镍丝、锡丝、钨丝或钛丝中的一种或几种。

另一方面，本发明的技术方案还提供一种光电同传纤维的制造方法，包括以下步骤：将有机聚合物制成纤维预制棒，所述纤维预制棒沿中心轴方向设有中心孔，以及一个或多个通孔；将光导纤维穿过所述纤维预制棒的中心孔，金属丝穿过所述通孔；所述纤维预制棒放入垂直管炉内加热熔融，使用拉丝电机拉出纤维，拉制过程中，熔融的聚合物将包裹并带动光导纤维和金属丝下拉，形成光电同传纤维。

其中，所述有机聚合物为管状，管孔为中心孔，在管壁上沿中心轴方向加工一个或多个通孔。

其中，所述纤维预制棒包括内管和外管，所述外管的内径与所述内管的外径配合，所述内管的管壁上沿中心轴方向设有一个或多个槽孔，所述内管的管孔为所述中心孔，所述槽孔为所述通孔。

上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点：光导纤维和金属丝通过有机聚合物包裹层集成为光电同传纤维，有机聚合物包裹层起到光导纤维和金属丝的位置固定和保护的作用。金属丝的数目和排列方式可以灵活设计，以适应各种应用要求。与传统带保护层的光导纤维相比，本发明在导光功能的基础上增加的导电功能。与光纤与导线混合封装的光缆相比，它具有光电集成化的特点，减小了体积和重量。

附图说明

图1是本发明实施例的一种光电同传纤维的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种纤维预制棒的结构示意图；

图3是本发明实施例的另一种纤维预制棒的外管的结构示意图；

图4是与图3中的纤维预制棒外管配合的内管的结构示意图；

图5是本发明实施例的一种加工光电同传纤维的系统的结构示意图。

其中，1：金属丝；2：光导纤维；3：外包裹层；4：通孔；5：中心孔；6：纤维预制棒；7：外管的内径；8：内管的外径；9：槽孔；10：垂直管炉；11：拉丝电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例的光电同传纤维结构如图1所示，它的内部导光部分是光导纤维2，光导纤维2外是由有机聚合物材料制成的外包裹层3。在外包裹层3中嵌有一根或多根金属丝1。所述光导纤维2可以是任何直径小于1mm的现有光纤，如单模或多模石英光纤，硫化物光纤或塑料光纤等。所述有机聚合物是热塑性有机聚合物材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，Polymethyl methacrylate)，聚醚酰亚胺(PEI，polyether-imide)或聚醚砜(PES，Polyethersulfone)、聚苯乙烯、聚碳酸脂等。所述金属丝1可以是直径不超过1mm的任何金属丝，如银丝、铝丝、金丝、铜丝、铁丝、镆丝、镍丝、锡丝、钨丝或钛丝等。

光电同传纤维的制作方法为棒拉法，分为纤维预制棒制作和纤维拉制两部分。

首先是制作纤维预制棒6，纤维预制棒6就是由有机聚合物制成有中心孔5以及一个或多个通孔4的棒，中心孔5和通孔4为沿纤维预制棒6中心轴的方向设置，其中，中心孔5用来穿入光导纤维2，通孔4用来 穿入金属丝1。结构如图2所示，通孔4的大小和位置根据光电同传纤维的应用需求设计。纤维预制棒6的制作有两种方式，一种方式为通过在有机聚合物管管壁上直接机械打孔制成。另一种方式为采用两个不同尺寸的有机聚合物管，即外管和内管，其中内管的外径8与外管的内径7相配合，如图3、图4所示，在内管外壁上采用机械加工方法加工出沿管轴方向的槽孔9，而后将外管和内管套在一起，内管的管孔为中心孔5，槽孔9为通孔4，从而构成管壁带通孔4和中心孔5的纤维预制棒6。

纤维拉制过程中，把光导纤维2穿过纤维预制棒6中间的中心孔5，金属丝1穿过管壁上的通孔4，而后把纤维预制棒放入垂直管炉10内加热熔融，使用拉丝电机11拉出纤维。拉制过程中，熔融的聚合物将包裹并带动光导纤维和金属丝下拉，形成本发明提出的光电同传纤维。

下面以一个具体实例说明本发明。光导纤维选用普通石英单模光纤(含外覆层，250um直径)，金属丝选用200um直径的铜丝，有机塑料材料选用内径4mm，外径8mm和内径8mm，外径12mm的两种PMMA管。在小直径管(内管)的外壁刻4个深度为220um的槽孔，插入大直径管(外管)中构成纤维预制棒。把石英单模光纤穿过纤维预制棒的中心孔，4根铜丝穿过管壁上4个通孔，竖直悬挂放入垂直管炉中拉制成光电同传纤维。拉制过程如图5所示，制作得到的光电同传纤维外径为0.6mm，含一根石英单模光纤和四根铜丝。

由以上实施例可以看出，本发明实施例的光电同传纤维采用光导纤维实现导光功能，其光学性能由光导纤维的特性决定。它的导电功能由嵌入外包裹层的金属丝实现，导电性能取决于金属丝的种类和直径。光导纤维和金属丝通过由有机聚合物制成的外包裹层集成为光电同传纤维，外包裹层起到光导纤维和金属丝的位置固定和保护的作用。金属丝的数目和排列方式可以灵活设计，以适应各种应用要求。与传统带保护层的光导纤维相比，本发明在导光功能的基础上增加的 导电功能。与光纤与导线混合封装的光缆相比，它具有光电集成化的特点，减小了体积和重量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光电同传纤维的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将有机聚合物制成纤维预制棒，所述纤维预制棒沿中心轴方向设有中心孔，以及一个或多个通孔；

将光导纤维穿过所述纤维预制棒的中心孔，金属丝穿过所述通孔；

所述纤维预制棒放入垂直管炉内加热熔融，使用拉丝电机拉出纤维，拉制过程中，熔融的聚合物将包裹并带动光导纤维和金属丝下拉，形成光电同传纤维。

2.如权利要求1所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述纤维预制棒为管状，管孔为中心孔，在管壁上沿中心轴方向加工一个或多个通孔。

3.如权利要求1所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述纤维预制棒包括内管和外管，所述外管的内径与所述内管的外径配合，所述内管的管壁上沿中心轴方向设有一个或多个槽孔，所述内管的管孔为所述中心孔，所述槽孔为所述通孔。

4.如权利要求1所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述光导纤维为直径小于1mm的光纤。

5.如权利要求4所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述光纤为单模石英光纤，多模石英光纤，硫化物光纤或塑料光纤中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述有机聚合物为热塑性有机聚合物。

7.如权利要求6所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述热塑性有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚醚酰亚胺或聚醚砜。

8.如权利要求1所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述金属丝的直径小于或等于1mm。

9.如权利要求8所述的光电同传纤维的制造方法，其特征在于，所述金属丝为银丝、铝丝、金丝、铜丝、铁丝、镍丝、锡丝、钨丝或钛丝中的一种或几种。

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