CN108680989B - 一种高分辨率传像玻璃光纤束 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分辨率传像玻璃光纤束，包括：多个纤芯和多个空气孔包层，纤芯由二氧化硅材料构成，空气孔包层由不同直径的空气孔组成，空气孔包围纤芯成正六边形设置；空气孔直径包括至少两种规格，不同直径规格的空气孔数量相等或者比例接近1:1；不同直径规格的空气孔随机组合，形成多种不同类型的空气孔包层。本发明设计的玻璃光纤束，空气孔包层增大了芯包折射率差，同时利用不同直径的空气孔，构成多种不同类型的空气孔包层来抑制芯间串扰，能够实现高分辨率传像。

Description

一种高分辨率传像玻璃光纤束
技术领域
本发明属于光纤技术领域，更具体地，涉及一种高分辨率传像玻璃光纤束。
背景技术
传像光纤束是构成光纤内窥镜的主要元件，在医疗、工业检测以及国防等领域均具有重要应用。传像光纤束包含大量有序排列的纤芯，每个纤芯可以看作一个取样孔，将入射图像分成众多亮度不同的像元，再通过对应纤芯传递到出射端，即可实现图像的传输。
传像光纤束的分辨率直接影响图像的传输质量，其性能受限于纤芯密度和芯间串扰。理论上，纤芯密度越高单位光纤端面能传递的像素点越密集，越容易获得高分辨率的图像。但是，过高的纤芯密度导致芯间串扰增大，从而降低了图像的传输质量。为了解决这一问题，目前，商用传像光纤束通常将纤芯直径或纤芯折射率设置得略有差异来抑制芯间串扰。这种方法在一定程度上降低了芯间串扰，但是仍然难以满足一些高分辨率传像应用需求。根本原因在于，商用传像光纤束采用二氧化硅作为包层材料，纤芯则是掺有其它高折射率材料的二氧化硅，纤芯与包层折射率差较小，导致纤芯光线约束能力不强，纤芯之间串扰严重。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明设计了一种高分辨率传像玻璃光纤束，包含：多个纤芯和多个空气孔包层；包层数量与纤芯的数量相等；每个所述空气孔包层由六个成正六边形分布的空气孔组成；每个纤芯被一个空气孔包层环绕。
其中，所述纤芯位于最邻近六个空气孔构成的正六边形的中心，六个空气孔的圆心分别位于正六边形的六个顶点；所有由空气孔构成的正六边形边长均相等，空气孔的直径小于相邻空气孔圆心之间的距离Λ。
其中，纤芯材料是二氧化硅，每个纤芯最邻近的六个空气孔呈正六边形排布。
其中，空气孔的直径至少包含两种规格，不同直径规格的空气孔数量相等或者比例接近1:1；不同直径规格的空气孔随机分布在整个光纤束截面上。
其中，相邻空气孔圆心之间的距离范围为0μm<Λ<8μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的高分辨率传像玻璃光纤束，纤芯采用二氧化硅材料，每个纤芯外的包层由六个成正六边形排布的空气孔构成，具有较大的芯包折射率差，因而每个纤芯具有更强的限光能力。
(2)本发明的高分辨率传像玻璃光纤束，具有不同直径的空气孔随机构成的多种包层，能够降低芯间串扰。
(3)本发明的高分辨率传像玻璃光纤束，采用纯二氧化硅材料制成(空气除外)，与通过掺杂其它材料实现的商用传像光纤束相比，更容易实现低损耗传输。
附图说明
图1是本发明一实施例的高分辨率传像玻璃光纤束的部分横截面示意图；
图2是本发明另一实施例的高分辨率传像玻璃光纤束的部分横截面示意图；
图3是采用两种直径规格空气孔构成的多种不同空气孔包层的结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件和结构，其中，1-纤芯；2-空气孔包层；3-直径为d1的空气孔；4-直径为d2的空气孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点表述更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明的高分辨率传像玻璃光纤束的部分横截面示意图，包括：多个纤芯1和多个空气孔包层2。
纤芯1由二氧化硅材料构成，空气孔包层2是由六个成正六边形排布的空气孔构成。纤芯和最邻近空气孔圆心分别位于正六边形的中心与顶点上，相邻顶点之间的距离为Λ，相邻纤芯之间的距离为
Figure BDA0001732565400000031
每个空气孔相邻三个纤芯和三个空气孔，最外一层空气孔除外。
空气是自然界中折射率最低的物质，在包层中设置六个空气孔有助于降低包层的折射率，获得较大的芯包折射率差，从而增强纤芯的光线约束能力，进而可以实现更高密度的纤芯排布，达到提升传像光纤束分辨率的目的。
该实施例选用了两种规格的空气孔，分别为：直径为d1的空气孔3，和直径为d2的空气孔4，其中d1≠d2,这两种规格的空气孔数量比例接近1:1。采用空气孔3和空气孔4可以组合出多种不同类型的空气孔包层2，具体如图3所示。这些不同类型的空气孔包层2有助于降低纤芯之间的能量耦合，进而提升传像玻璃光纤束的分辨率。
图2是本发明的高分辨率传像玻璃光线束的另外一种实施例结构对应的部分横截面示意图，与图1的最大区别在于：纤芯之间的距离为2Λ，每个空气孔相邻两个纤芯和四个空气孔，最外一层空气孔除外。
本发明高分辨率传像玻璃光纤束可以采用成熟的光子晶体光纤制备工艺-堆叠法来进行制备。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高分辨率传像玻璃光纤束，其特征在于，包含：多个纤芯和多个空气孔包层；空气孔包层包围纤芯设置，包层数量与纤芯的数量相等；每个所述空气孔包层由六个成正六边形分布的空气孔组成；所述空气孔的直径至少包含两种规格，不同直径规格的空气孔数量相等或者比例接近1:1；不同直径规格的空气孔随机组合构成多种不同类型的空气孔包层；
所述纤芯位于最邻近六个空气孔构成的正六边形的中心，六个空气孔的圆心分别位于正六边形的六个顶点；所有由空气孔构成的正六边形边长均相等。
2.根据权利要求1所述的高分辨率传像玻璃光纤束，其特征在于，所述纤芯采用二氧化硅材料。
3.根据权利要求1所述的高分辨率传像玻璃光纤束，其特征在于，相邻空气孔圆心之间的距离为Λ，所述空气孔包层中的空气孔直径均小于Λ。
4.根据权利要求3所述的高分辨率传像玻璃光纤束，其特征在于，所述相邻空气孔圆心之间距离范围为0μm<Λ<8μm。
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