CN108152882A - 一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤，所述侧发光光纤由柱形纤芯外圆周裹包层组成，所述包层上设有深入该包层内部的螺旋沟槽，所述螺旋沟槽的内部宽度小于其外部宽度，即螺旋沟槽内窄外宽。本发明所述的螺旋沟槽位于光纤包层表面并深入包层内部，以螺旋方式环绕光纤轴线、重复沟槽截面，螺旋沟槽截面表现为内窄外宽的形状；本发明所述的侧发光光纤与现有的成纤后局部改造方法相比，由于螺旋沟槽环布于光纤表面，其导致的侧面发光分布均匀、发光效率高、设计性好；本发明所述的螺旋沟槽还能对侧面出射的光束方向产生约束作用。
Description
技术领域
本发明涉及特殊光纤技术领域，尤其涉及一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤。
背景技术
侧发光光纤可在易燃易爆、绝缘要求高的特殊场合提供照明，该照明方式具有绝缘、柔性、防水、分布式、耐腐蚀、稳定性高、安全环保等优点。该类光纤还广泛应用于装饰幕墙、舞台灯、汽车装饰等个性化装饰照明场合。
侧发光光纤沿用通信光纤的制作方法，先制备截面大、长度短的光纤预制棒，然后通过拉丝获得所需光纤。其中预制棒截面与光纤截面为相似形。
侧发光光纤通常以塑料或石英为基础材料，采用光纤通行的芯-包结构，即光纤中心为折射率较高的纤芯，外部包覆折射率较低的包层，纤芯和外部包覆的包层共同构成光的波导。也有部分侧发光光纤为匀质纤维，光纤本身不具备上述双层或多层的芯-包结构，此类光纤以纤维本身作为波导的纤芯，以其外包覆的空气作为包层构成波导。
通信用光纤也采用上述芯-包波导结构。当所选材料损耗较小时，该结构能够保证大量光沿光纤向前传输，最终到达尾端输出。由于波导对光的良好束缚能力，该类光纤在传输过程中从光纤侧面泄露的光总量很小，用于照明效果不佳。
侧发光光纤由于特殊的分布式照明性应用目的，要求输入光能够均匀持续地从光纤侧面出射。为了提高侧面发光效率，已知的方法主要包括：
材料改性；例如在专利号为CN200980125175的专利中记载，向包层和/或纤芯材料中添加光散射剂。散射剂的加入能够增强所在区域的任意方向散射，导致更多的光在传输过程中改变方向，从侧面向外泄露。但该方法对材料中散射剂的类型、颗粒大小、分布密度、均匀度等都存在严格要求，加工难度大。
在专利号为CN01262914的专利中记载，在光纤表面通过消除或增加材料的方式形成离散散射体，在光纤侧面增加异种材料的反射膜。已有的局部改造方法存在处理工艺复杂、处理效率低、发光效率不够理想、一致性较差的问题。
发明内容
本发明提供一种带有螺旋沟槽的光纤结构及其易操作的制备方法，增加侧发光光纤的侧面发光效率。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明提供了一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤，所述侧发光光纤由柱形纤芯外圆周裹包层组成，所述包层上设有深入该包层内部的螺旋沟槽，所述螺旋沟槽的内部宽度小于其外部宽度。
进一步地，所述螺旋沟槽依据所述包层的总长度进行通长设置或分段设置。
进一步地，所述螺旋沟槽为并联的若干组螺旋沟槽。
进一步地，分布在所述包层上的螺旋沟槽为相同构造或者为不同构造的级联。
进一步地，所述螺旋沟槽在该侧发光光纤端面方向的截面为尖角朝向纤芯方向的弧边三角形状。
进一步地，所述纤芯的直径为0.1mm～1mm，所述包层的外径为0.2mm～5mm，所述螺旋沟槽的螺距为2mm～200mm；所述螺旋沟槽深入所述包层内0.05mm～2mm，所述螺旋沟槽的尖角为25°～40°。
本发明还提供了一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤的制备方法，该制备方法包括：
先在光纤预制棒表面通过机械加工或激光加工螺旋沟槽截面，然后沿该光纤预制棒中心线进行轴向旋转的同时，沿该光纤预制棒长度方向进行移动形成螺旋沟槽，最后对该光纤预制棒进行拉丝处理完成该侧发光光纤的制备。
进一步地，在所述拉丝处理的前后，光纤预制棒和侧发光光纤的直径比为1：a，螺旋沟槽的螺距比为2a：1。
本发明还提供了一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤的另一种制备方法，该制备方法包括：
对光纤预制棒进行拉丝处理，光纤预制棒从拉丝口拉出后先进行机械加工或激光加工螺旋沟槽，然后绕线上盘完成该侧发光光纤的制备。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的螺旋沟槽位于光纤包层表面并深入包层内部，以螺旋方式环绕光纤轴线、重复沟槽截面，螺旋沟槽截面表现为内窄外宽的形状。在要求光纤使用长度较短或侧面漏泄强度较高时，螺旋沟槽可以深入至纤芯区。所述螺旋沟槽可以遍布光纤表面，也可以仅分布于光纤表面的一段或数段。分布于光纤表面的螺旋沟槽可以采用同种参数，也可以是不同参数螺旋沟槽的级联。螺旋沟槽的截面形状、进入包层内部的深度、螺距等几何参数决定光纤的侧面发光效率。与已有的成纤后局部改造方法相比，由于螺旋沟槽环布于光纤表面，其导致的侧面发光分布均匀、发光效率高、设计性好。螺旋沟槽还能对侧面出射的光束方向产生约束作用。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为本发明实施例一中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤立体示意图；
图1b为本发明实施例一中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤端面示意图；
图1c为本发明实施例一中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤剖面示意图；
图2a为本发明实施例二中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤立体示意图；
图2b为本发明实施例二中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤端面示意图；
图2c为本发明实施例二中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤剖面示意图；
图3a为本发明实施例三中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤立体示意图；
图3b为本发明实施例三中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤端面示意图；
图3c为本发明实施例三中所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤剖面示意图。
【附图说明】
1-纤芯，2-包层，3-螺旋沟槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例一
本实施例提供一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤，该侧发光光纤的外观立体示意图、端面示意图、剖面示意图分别如图1a、图1b、图1c所示。该侧发光光纤是圆柱形结构，该圆柱形结构的端面从内而外依次为纤芯1、包层2和位于包层表面并深入包层内部的螺旋沟槽3。该螺旋沟槽3在光纤端面方向上的截面满足沟槽截面内窄外宽的要求。
本实施例的一个较优实例为：该螺旋沟槽3在光纤端面方向上的截面为尖角朝向该侧发光光纤内侧的弧边三角形。
进一步的，上述较优实例可以选择各部分结构参数分别为：纤芯1的直径为0.4mm；包层2的外径为1mm；螺旋沟槽3的螺距为10mm；螺旋沟槽3的弧边三角形截面深入包层2内0.2mm，朝向光纤内侧的尖角25°。
实施例二
本实施例提供一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤，该侧发光光纤的外观立体示意图、端面示意图和剖面示意图分别如图2a、图2b、图2c所示。该侧发光光纤是圆柱形结构，该圆柱形结构的端面从内而外依次为纤芯1、包层2和位于包层表面并深入包层内部的螺旋沟槽3。螺旋沟槽3在光纤剖面上的截面满足沟槽截面内窄外宽的要求。
本实施例的一个较优实例为：螺旋沟槽3在光纤剖面上的截面为一角朝向该侧发光光纤内侧的三角形。
进一步的，上述较优实例可以选择各部分结构参数分别为：纤芯1的直径为0.4mm；包层2的外径为1mm；螺旋沟槽3的螺距为10mm；螺旋沟槽3的三角形截面深入包层2内0.2mm，朝向光纤内侧的夹角25°。
实施例三
本实施例提供一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤，该侧发光光纤的外观立体示意图、端面示意图和剖面示意图分别如图3a、图3b、图3c所示。该侧发光光纤是圆柱形结构，该圆柱形结构的端面从内而外依次为纤芯1、包层2和位于包层表面并深入包层2内部的螺旋沟槽3。该侧发光光纤表面分为若干段，每段使用不同螺旋沟槽处理。
在本实施例中，该侧发光光纤表面分为3段，a段、c段表面分布有不同的两类螺旋沟槽，b段表面未作处理。
本实施例的一个较优实例为：a段光纤表面螺旋沟槽3为并联的四组螺旋沟槽，所有沟槽参数相同，沟槽横截面在光纤横截面上均布；c段光纤表面螺旋沟槽3为单列螺旋沟槽。
进一步的，上述较优实例可以选择各部分结构参数分别为：纤芯1的直径为0.4mm；包层2的外径为1mm；并联的四组螺旋沟槽3在该侧发光光纤端面方向上的截面为尖角朝向光纤内侧的弧边三角形，该弧边三角形的截面深入包层2内0.2mm，朝向光纤内侧的尖角为25°，螺距为10mm；单列螺旋沟槽3在该侧发光光纤端面方向上的截面为尖角朝向光纤内侧的弧边三角形，该弧边三角形的截面深入包层2内0.2mm，朝向光纤内侧的尖角为40°，螺距为8mm。
实施例四
本发明实施例提供一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤，结合图1a、图1b、图1c、图2a、图2b、图2c、图3a、图3b、图3c所示。所述侧发光光纤由柱形纤芯1外圆周裹包层2组成，所述包层2上设有深入该包层2内部的螺旋沟槽3，所述螺旋沟槽3的内部宽度小于其外部宽度，即螺旋沟槽3内窄外宽。
在本实施例中，所述螺旋沟槽3依据所述包层2总长度进行通长设置或分段设置。
在本实施例中，所述螺旋沟槽3为并联的若干组螺旋沟槽。
在本实施例中，分布在所述包层上的螺旋沟槽3为相同构造或者为不同构造的级联。
在本实施例中，所述螺旋沟槽3在该侧发光光纤端面方向的截面为尖角朝向纤芯1方向的弧边三角形状。
在本实施例中，所述纤芯1的直径为0.1mm～1mm，所述包层2的外径为0.2mm～5mm，所述螺旋沟槽3的螺距为2mm～200mm；所述螺旋沟槽3深入所述包层2内0.05mm～2mm，所述螺旋沟槽3的尖角为25°～40°。
本实施例还提供一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤的制备方法，该制备方法为：先在光纤预制棒表面通过机械加工或激光加工螺旋沟槽截面，然后沿该光纤预制棒中心线进行轴向旋转的同时，沿该光纤预制棒长度方向进行移动形成螺旋沟槽，最后对该光纤预制棒进行拉丝处理完成该侧发光光纤的制备。
本实施例中，在所述拉丝处理的前后，光纤预制棒和侧发光光纤的直径比为1：a，螺旋沟槽的螺距比为2a：1。
本实施例提供的一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤的另一种制备方法为：对光纤预制棒进行拉丝处理，光纤预制棒从拉丝口拉出后先进行机械加工或激光加工螺旋沟槽，然后绕线上盘完成该侧发光光纤的制备。
综上所述，本发明所述带有螺旋沟槽的侧发光光纤，关键结构在于环绕光纤外表面的螺旋形沟槽。该结构为侧发光光纤的侧面漏泄提供良好通道，并具有适宜于大规模生产的简单快速制备方法。
本发明所述的螺旋沟槽位于光纤包层表面并深入包层内部，以螺旋方式环绕光纤轴线、重复沟槽截面，螺旋沟槽截面表现为内窄外宽的形状。在要求光纤使用长度较短或侧面漏泄强度较高时，螺旋沟槽可以深入至纤芯区。所述螺旋沟槽可以遍布光纤表面，也可以仅分布于光纤表面的一段或数段。分布于光纤表面的螺旋沟槽可以采用同种参数，也可以是不同参数螺旋沟槽的级联。螺旋沟槽的截面形状、进入包层内部的深度、螺距等几何参数决定光纤的侧面发光效率。与已有的成纤后局部改造方法相比，由于螺旋沟槽环布于光纤表面，其导致的侧面发光分布均匀、发光效率高、设计性好。螺旋沟槽还能对侧面出射的光束方向产生约束作用。
本发明提出的带有螺旋沟槽的侧发光光纤的制备方法。在光纤表面制作螺旋沟槽可以在拉丝前进行。对已经制作完成的预制棒，采用机械加工或激光烧蚀制作沟槽截面，配合预制棒沿中心线的轴向旋转和沿长度方向的移动形成螺旋沟槽。处理后的预制棒延续常规的后续拉丝工艺完成光纤拉制。在预制棒表面制作螺旋沟槽的制备方法可以采用常规机械加工或激光加工的工艺及设备，加工速度快、精度高、一致性好。由于光纤预制棒的直径远大于光纤，拉丝后螺旋沟槽的螺距会明显增加。对于拉丝前后直径比为1：a的预制棒和光纤，拉丝前后的螺距比为2a：1。
在光纤表面制作螺旋沟槽也可以在拉丝过程中进行。使用未经特殊处理的预制棒进行拉丝，在预制棒拉丝塔的拉丝口处安置机械加工或激光加工装置，光纤从拉丝口拉出后先在线加工螺旋沟槽，然后绕线上盘。在拉丝过程中制作螺旋沟槽工作量大于前述在预制棒表面加工螺旋沟槽的方法，优点在于能够避免拉丝过程对螺旋沟槽形状的影响。
在光纤表面制作螺旋沟槽也可以在拉丝后进行。对于常规的侧发光光纤，在使用时根据需要，以机械加工、激光烧蚀、等离子刻蚀或化学腐蚀的方法加工光纤外表面，获得前述螺旋沟槽。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤，其特征在于，所述侧发光光纤由柱形纤芯(1)外圆周裹包层(2)组成，所述包层(2)上设有深入该包层(2)内部的螺旋沟槽(3)，所述螺旋沟槽(3)的内部宽度小于其外部宽度。
2.根据权利要求1所述的侧发光光纤，其特征在于，所述螺旋沟槽(3)依据所述包层(2)的总长度进行通长设置或分段设置。
3.根据权利要求1所述的侧发光光纤，其特征在于，所述螺旋沟槽(3)为并联的若干组螺旋沟槽。
4.根据权利要求1所述的侧发光光纤，其特征在于，分布在所述包层(2)上的螺旋沟槽(3)为相同构造或者为不同构造的级联。
5.根据权利要求1所述的侧发光光纤，其特征在于，所述螺旋沟槽(3)在该侧发光光纤端面方向的截面为尖角朝向纤芯(1)方向的弧边三角形状。
6.根据权利要求5所述的侧发光光纤，其特征在于，所述纤芯(1)的直径为0.1mm～1mm，所述包层(2)的外径为0.2mm～5mm，所述螺旋沟槽(3)的螺距为2mm～200mm；所述螺旋沟槽(3)深入所述包层(2)内0.05mm～2mm，所述螺旋沟槽(3)的尖角为25°～40°。
7.一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤的制备方法，其特征在于，
先在光纤预制棒表面通过机械加工或激光加工螺旋沟槽截面，然后沿该光纤预制棒中心线进行轴向旋转的同时，沿该光纤预制棒长度方向进行移动形成螺旋沟槽，最后对该光纤预制棒进行拉丝处理完成该侧发光光纤的制备。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述拉丝处理的前后，光纤预制棒和侧发光光纤的直径比为1：a，螺旋沟槽的螺距比为2a：1。
9.一种带有螺旋沟槽的侧发光光纤的制备方法，其特征在于，对光纤预制棒进行拉丝处理，光纤预制棒从拉丝口拉出后先进行机械加工或激光加工螺旋沟槽，然后绕线上盘完成该侧发光光纤的制备。
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