CN105372755B - 光纤面板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种光纤面板及其制备方法。光纤面板，包括阵列排布的数条光纤，光纤由皮料玻璃和芯料玻璃构成，本发明所述的光纤面板的芯料玻璃为红外玻璃。本发明所述的光纤面板的制备方法包括如下步骤：将皮料玻璃与酸溶玻璃制成玻璃棒管复合体，经拉丝、排版、热压等步骤制成酸溶毛坯；用酸溶液将酸溶毛坯中的酸溶玻璃溶蚀，制成微孔阵列；在压力的作用下将熔融的红外玻璃填充到微孔阵列中，经冷却、光学抛光等，制成光纤面板。本发明提供了一种新的光纤面板的制备方法，此方法可采用红外玻璃作为芯料玻璃，使光纤面板的有效光谱响应达2500nm以上。本发明为光纤面板制备提供了新的思路，可应用于多种光纤面板的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤技术，特别是涉及一种光纤面板及其制备方法。
背景技术
光学纤维面板(简称光纤面板)，由数千万根光纤规则排列而成，具有数值孔径高、级间耦合损失小、分辨率高、光学零厚度等特点，可以无失真地传递高清晰度图像，广泛应用于微光像增强器、高亮度高清晰显示器、光电耦合(CCD、CMOS)及其它高清晰图像接收、传输和耦合的仪器和设备中。
光纤由皮料玻璃和芯料玻璃构成。芯料玻璃是决定光纤面板性能的重要材料之一。现有光纤面板的芯料玻璃主要有钠硼硅酸盐玻璃(Na-B-Si)、钾硼硅酸盐玻璃(K-B-Si)、钠锌铝硼硅酸盐玻璃(Na-Zn-Al-B-Si)等，其有效光谱响应在2000nm以下；现有技术中采用氧化硼-氧化镧-氧化钡-二氧化钛-氧化锌-稀土氧化物(B-La-Ba-Ti-Zn)作为芯玻璃材料，有效光谱响应达2500nm。但是由于光纤面板的常规制备方法中包括三次拉丝和一次热压的四次高温步骤，且红外玻璃(硫系玻璃、卤化物玻璃、铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃等)具有粘度小、抗析晶性能差、稳定性差等特点，对成型气氛环境要求苛刻，因此，采用现有技术不能制备出有效光谱响应为2500nm以上的光纤面板。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种光纤面板及其制备方法，所要解决的技术问题是使光纤面板有效光谱响应为2500nm以上，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出的光纤面板是由红外玻璃作为芯料玻璃的光纤面板。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的光纤面板，其中所述的红外玻璃为硫系玻璃、卤化物玻璃、铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃或碲酸盐玻璃等。
优选的，前述的红外玻璃，其中所述的卤化物玻璃为氟化铍玻璃、氯化锌玻璃、溴化锌玻璃或氟化锆玻璃等。
本发明提出的光纤面板的制备方法，包括：
步骤1，将皮料玻璃与第一芯料玻璃制成玻璃棒管复合体，所述的第一芯料玻璃为酸溶玻璃；
步骤2，将所述的玻璃棒管复合体经拉丝、排版、热压制成酸溶毛坯；
步骤3，将所述的酸溶毛坯用酸溶液溶蚀，使所述的酸溶毛坯形成微孔阵列；
步骤4，将第二芯料玻璃与微孔阵列相接触，使所述的第二芯料玻璃进入到所述的微孔阵列中，所述的第二芯料玻璃为红外玻璃、钠硼硅酸盐玻璃、钾硼硅酸盐玻璃或钠锌铝硼硅酸盐玻璃；以及
步骤5，冷却固化。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的光纤面板的制备方法，其中所述的酸溶玻璃为硼镧钡玻璃。
优选的，前述的光纤面板的制备方法，其中所述的拉丝的温度为800～950℃。
优选的，前述的光纤面板的制备方法，其中所述的热压的温度为650～750℃，热压的压力为(4～5)×105N。
优选的，前述的光纤面板的制备方法，其中所述的第二芯料玻璃在保护气氛中熔融。
优选的，前述的光纤面板的制备方法，其中所述的步骤4，使所述的第二芯料玻璃进入到所述的微孔阵列中是通过增加保护气氛的压力实现的，所述的保护气氛的压力为0.3～2Mpa。
优选的，前述的光纤面板的制备方法，其中所述的红外玻璃为硫系玻璃、卤化物玻璃、铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃或碲酸盐玻璃。
优选的，前述的红外玻璃，其中所述的卤化物玻璃为氟化铍玻璃、氯化锌玻璃、溴化锌玻璃或氟化锆玻璃。
借由上述技术方案，本发明所述的光纤面板及其制备方法至少具有下列优点：
(1)本发明提供了一种新的光纤面板的制备方法。先制备酸溶毛坯，经溶解，制得微孔阵列，再将熔融的红外玻璃填充到微孔阵列中，制得光纤面板。此制备方法理论基础合理，操作方法可行，为光纤面板制备提供了新的思路，可应用于多种光纤面板的制备。
(2)本发明的方法温度远离红外玻璃的析晶温度区，可采用红外玻璃作为芯料玻璃制备光纤面板，使光纤面板的有效光谱响应达2500nm以上。
(3)本发明光纤面板的制备方法，可将多种红外玻璃作为芯料玻璃，例如硫系玻璃、卤化物玻璃、铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃和碲酸盐玻璃等。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的8个较佳实施例详细说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的光纤面板及其制备方法的具体实施方式，详细说明如后。
实施例1
此实施例提出的光纤面板的制备方法，包括：
步骤1，选用硼硅酸盐玻璃作为皮料玻璃，选用硼镧钡玻璃作为芯料玻璃，制成玻璃棒管复合体。所述的玻璃棒管复合体的管内径为(25±0.5)mm，壁厚为(4.0±0.1)mm；棒外径为(25±0.5)mm，配合间隙≤0.5mm。
步骤2，将所述的玻璃棒管复合体经拉丝、排版、热压、切片和抛光制成酸溶毛坯。
所述的拉丝为三次拉丝，拉丝温度均为850℃；第一次拉丝，将所述的玻璃棒管复合体制成单丝，所述的单丝的直径为(2.5±0.002)mm；第二次拉丝，将所述的单丝经捆绑制得正六边形一次复丝棒，所述的复丝棒对边为20mm，经拉丝制成一次复丝，所述的一次复丝的对边为(1.0±0.002)mm；第三次拉丝，将所述的一次复丝经捆绑得正六边形二次复丝棒，所述的二次复丝棒的对边为20mm，经拉丝制成二次复丝，所述的二次复丝的对边为(1.0±0.002)mm；将所述的二次复丝在模具中整齐排列后，热压形成板段，所述的模具的内径为65mm，所述的热压的温度为690℃，热压的压力为4×105N，热压的真空度为1×10-2Pa。将所述板段经磨床滚圆、内圆切片机切片、研磨机研磨、抛光机抛光，制得酸溶毛坯；所述的酸溶毛坯的同轴度为50μm，平行度为2μm，平面度为0.1μm。
步骤3，将所述的酸溶毛坯用盐酸溶液溶蚀，再用超声波清洗机清洗，使所述的酸溶毛坯形成微孔阵列。
所述的盐酸溶液的浓度为0.1mol/L，溶蚀的温度为60℃，时间为30min；所述的超声波清洗机的频率为40MHz；所述的微孔阵列的孔径为30μm。
步骤4，在模具内，将所述的硫系玻璃与所述的微孔阵列相接触，在氦气的保护下，将硫系玻璃加热至熔融，通过增加保护气体的压力和在微孔阵列下端抽真空的双重作用下，使所述的硫系玻璃进入到所述的微孔阵列中，制得光纤面板坯板。
所述的硫系玻璃的组分为Ge33As12Se55；所述的模具的内径65mm；将所述的微孔阵列放在所述的模具内，并将硫系玻璃放在微孔阵列上端；在所述的模具下端抽真空，至真空度＜1×10-2Pa，然后关闭真空，在模具上端通入氦气，至一个大气压(101.325kPa)，形成保护气氛，加热模具至550℃，保温50min后将所述的硫系玻璃充分熔融；逐渐增加模具上方氦气压力，至1MPa，同时在所述的模具下端抽真空，至真空度＜1×10-2Pa，在重力和气体压力的共同作用下，熔融的硫系玻璃填充到微孔阵列内，制得光纤面板坯板。
步骤5，对所述的光纤面板坯板进一步开球面、光学抛光，制得红外光纤面板。
采用上述制备方法，制得了以硫系玻璃(组分为Ge33As12Se55)为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制得的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是2500～7000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
实施例2
此实施例提出的光纤面板的制备方法与实施例1的区别见表1，其它制备步骤与实施例1基本一致。
表1光纤面板主要制备参数
采用上述制备方法，制得了以氟化铍玻璃、氯化锌玻璃、溴化锌玻璃或氟化锆玻璃等卤化物玻璃为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制得的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是2500～7000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
实施例3
此实施例提出的光纤面板的制备方法与实施例1的区别见表2，其它制备步骤与实施例1基本一致。
表2光纤面板主要制备参数
| 芯料玻璃 | 拉丝温度 | 热压温度 | 热压压力 | 保护气体压力 |
| 铝酸钙玻璃 | 900℃ | 710℃ | 5×105N | 1Mpa |
采用上述制备方法，制得了以铝酸钙玻璃为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制得的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是2500～7000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
实施例4
此实施例提出的光纤面板的制备方法与实施例1的区别见表3，其它制备步骤与实施例1基本一致。
表3光纤面板主要制备参数
| 芯料玻璃 | 拉丝温度 | 热压温度 | 热压压力 | 保护气体压力 |
| 锗酸盐玻璃 | 950℃ | 750℃ | 5×105N | 2Mpa |
采用上述制备方法，制得了以锗酸盐玻璃为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制得的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是2500～7000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
实施例5
此实施例提出的光纤面板的制备方法与实施例1的区别见表4，其它制备步骤与实施例1基本一致。
表4光纤面板主要制备参数
| 芯料玻璃 | 拉丝温度 | 热压温度 | 热压压力 | 保护气体压力 |
| 碲酸盐玻璃 | 900℃ | 700℃ | 5×105N | 1Mpa |
采用上述制备方法，制得了以碲酸盐玻璃为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制得的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是2500～7000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
实施例6
此实施例提出的光纤面板的制备方法与实施例1的区别见表5，其它制备步骤与实施例1基本一致。
表5光纤面板主要制备参数
| 芯料玻璃 | 拉丝温度 | 热压温度 | 热压压力 | 保护气体压力 |
| 钠硼硅酸盐玻璃 | 920℃ | 710℃ | 5×105N | 1Mpa |
采用上述制备方法，制得了以钠硼硅酸盐玻璃为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制得的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是380～2000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
实施例7
此实施例提出的光纤面板的制备方法与实施例1的区别见表6，其它制备步骤与实施例1基本一致。
表6光纤面板主要制备参数
| 芯料玻璃 | 拉丝温度 | 热压温度 | 热压压力 | 保护气体压力 |
| 钾硼硅酸盐玻璃 | 920℃ | 700℃ | 5×105N | 2Mpa |
采用上述制备方法，制得了以钾硼硅酸盐玻璃为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制得的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是380～2000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
实施例8
此实施例提出的光纤面板的制备方法与实施例1的区别见表7，其它制备步骤与实施例1基本一致。
表7光纤面板主要制备参数
| 芯料玻璃 | 拉丝温度 | 热压温度 | 热压压力 | 保护气体压力 |
| 钠锌铝硼硅酸盐玻璃 | 900℃ | 700℃ | 5×105N | 1Mpa |
采用上述制备方法，制得了以钠锌铝硼硅酸盐玻璃为芯料玻璃的光纤面板，此实施例制备的光纤面板的性能测试结果如下：
光纤面板的性能测试结果如下：
1、光谱透过范围：
该光纤面板的光谱透过率范围是380～2000nm，总透过率＞40％，且任意两个波长处的光透过率差值小于20％。
2、刀口响应：
离刀口50μm，刀口响应值≤0.5％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰等，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种光纤面板，包括阵列排布的数条光学纤维，所述的光学纤维包括皮料玻璃和芯料玻璃，其特征在于：
所述的芯料玻璃为红外玻璃，
所述光纤面板的制备方法包括，
步骤1，将皮料玻璃与第一芯料玻璃制成玻璃棒管复合体，所述的第一芯料玻璃为酸溶玻璃；
步骤2，将所述的玻璃棒管复合体经拉丝、排版、热压和抛光制成酸溶毛坯；
步骤3，将所述的酸溶毛坯用酸溶液溶蚀，使所述的酸溶毛坯形成微孔阵列；
步骤4，将第二芯料玻璃与所述的微孔阵列相接触，使所述的第二芯料玻璃进入到所述的微孔阵列中，所述的第二芯料玻璃为红外玻璃；以及
步骤5，冷却固化，
其中，步骤4，使所述的第二芯料玻璃进入到所述的微孔阵列中是通过增加保护气氛的压力实现的，所述的保护气氛的压力为0.3～2Mpa。
2.根据权利要求1所述的光纤面板，其特征在于：
所述的红外玻璃为硫系玻璃、卤化物玻璃、铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃或碲酸盐玻璃。
3.根据权利要求2所述的光纤面板，其特征在于：
所述的卤化物玻璃为氟化铍玻璃、氯化锌玻璃、溴化锌玻璃或氟化锆玻璃。
4.根据权利要求1所述的光纤面板，其特征在于：
所述的酸溶玻璃为硼镧钡玻璃。
5.根据权利要求1所述的光纤面板，其特征在于：
所述的拉丝的温度为800～950℃；或
所述的热压的温度为650～750℃，热压的压力为(4～5)×105N。
6.根据权利要求1所述的光纤面板，其特征在于：
所述的第二芯料玻璃在保护气氛中熔融。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |