CN111072275A - 制备柔性光纤束的单丝及制备柔性光纤传输器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的在于提供一种制备柔性光纤束的单丝及制备柔性光纤传输器件的方法。所述的单丝包括双层同轴的纤芯和皮层，还包括设置于所述皮层外周的包覆层，其沿单丝径向包括与皮层的材料相同的第一区域和由酸溶性玻璃制成的第二区域；柔性光纤传输器件的制备方法如下：在普通双层同轴单丝束外周排列第二光纤单丝将其侧面包覆或在其外周套酸溶性玻璃管，加热拉丝得一次复丝；将一次复丝进行排列，加热拉丝得二次复丝；将二次复丝的端部涂胶，固化，酸溶，使未涂胶部分的二次复丝分散为单元丝，再根据需要合束。所要解决的技术问题是使柔性光纤传输器件既具有优异的柔韧性，同时又具有较高的强度，降低断丝率，从而更加适于实用。

Description

制备柔性光纤束的单丝及制备柔性光纤传输器件的方法

技术领域

本发明属于光纤制造技术领域，特别是涉及一种制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法。

背景技术

光纤传像束是指由玻璃或透明塑料制成的，由数千根甚至数万根长度一定、直径在10um左右的单丝，按照两端一一对应的关系紧密排列集束而成，能够用于传光和传像的光纤束。与传统的光学成像系统相比，光纤传像束具有可弯曲、体积小、重量轻、抗辐射和耐高温等优点，使得其在工业、医疗、科研和军事国防等领域具有广泛的应用前景。

酸溶法是目前国内外制造柔性光纤传像束最理想的方法。一般是通过制造三层同轴的柔性光纤，由内至外依次包括纤芯、皮层和酸溶性玻璃层；然后经过一次排丝、拉制和酸溶；二次排丝、拉制和酸溶；最后合束为柔性光纤。此种制备方法存在的主要问题在于：1、三层同轴的柔性光纤制造采用三坩埚法拉制，各层玻璃之间存在玻璃组分浸渗的问题，影响光纤的品质；2、经过一次排丝、拉制和酸溶之后，所得到的一次复丝的丝径很细，进行二次排丝和拉制的操作比较困难，且，也会发生较多断丝的问题；3、制造大截面的光纤时，传像束阵列中的可溶性玻璃包层会因为酸溶液很难渗透而无法被完全腐蚀，形成脆性的硬芯，从而无法获得柔性的传像束；而当延长酸溶时间，酸液又会腐蚀光纤内包层玻璃，从而导致暗丝或断丝。

基于以上背景，亟需要研发一种柔性光纤传输器件，使其既具有好的柔韧性，同时又能提高单元丝的强度，降低断丝率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法，所要解决的技术问题是使柔性光纤传输器件既具有优异的柔韧性，同时又具有较高的强度的和较低的断丝率，能够根据实际需要，制备出各种孔径和各种分路的柔性光纤传输器件，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。依据本发明提出的一种制备柔性光纤束的单丝，包括双层同轴的纤芯和皮层，其还包括设置于所述皮层外周的包覆层；其中，所述的包覆层沿单丝径向包括第一区域和第二区域；所述的第一区域与皮层的材料相同；所述的第二区域为酸溶性玻璃。

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，前述的单丝，其中所述的第一区域对应的圆心角为70°～180°；所述的第二区域对应的圆心角为180°～290°。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种柔性光纤传输器件的制备方法，其包括以下步骤：

将第一光纤单丝排列成单丝束；所述的第一光纤单丝为纤芯和皮层双层同轴的普通光纤单丝；

在所述的单丝束的外周依次以第一区域抵靠第一光纤单丝、第二区域远离第一光纤单丝的方式排列第二光纤单丝将单丝束的侧面包覆，或者，在所述的单丝束的外周套酸溶性玻璃管将单丝束的侧面包覆，加热拉丝得一次复丝；所述的第二光纤单丝为前述的制备柔性光纤束的单丝；

将所述的一次复丝进行排列，加热拉丝得二次复丝；

将所述的二次复丝的端部涂胶，固化，酸溶，使未涂胶部分的二次复丝分散为单元丝。

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，前述的方法，其中所述的目标形状为正多边形结构。

优选的，前述的方法，其中所述的单元丝的丝径≤50μm。

优选的，前述的方法，其还包括以下步骤：

所述的二次复丝的一端涂胶，固化，形成大端；

将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝；

将所述的单元丝再排列合束为一束或多束，于合束的端部涂胶，固化，形成小端。

优选的，前述的方法，其中将所述的大端与高斯分布的光源耦合；对不同强度的发光点进行再排列合束为一束或多束，使每一个小端的输出光都为平顶光束。

优选的，前述的方法，其还包括以下步骤：

所述的二次复丝的两端涂胶，固化，形成第一大端和第二大端；

将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝；

将所述的第一大端再排列合束为一束，将合束端部粘合成型，形成大截面端；

将所述的第二大端再排列合束为多束，将合束端部粘合成型，形成多路分束端。

优选的，前述的方法，其中所述的再排列合束通过光阑定位进行。

优选的，前述的方法，其中所述的柔性光纤传输器件的结构包括一分三、一分四、一分六、一分九。

借由上述技术方案，本发明提出的一种制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法至少具有下列优点：

1、本发明提出的制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法，其在普通双层同轴的光纤的皮层外周包覆了一层分别由皮层材料和酸溶性玻璃材料制成的阴阳包覆层，使光纤单丝的最外层，一部分为皮层材料层，另一部分为酸溶性材料层；在排丝时，使皮层材料层抵靠内层的普通双层同轴的光纤，酸溶性材料层远离内层的普通双层同轴的光纤，得到一次复丝棒；将其加热拉制得一次复丝；所述的一次复丝外围是酸溶性玻璃层，内部为彼此熔接粘合的普通光纤；此种一次复丝在后续的酸溶工艺中，既可以得到强度好的单元丝，降低断丝率，又可以避免内部由于酸液难以渗透而产生的硬芯问题，影响其柔软性；

2、本发明提出的制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法，其中的第一光纤单丝为双层同轴的纤芯和皮层；第二光纤单丝为在双层同轴的纤芯和皮层包覆阴阳包覆层，所述的包覆层制备时，分别先拉制皮层材料的玻璃棒、酸溶性玻璃的玻璃棒以及纤芯和皮层双层同轴的普通光纤单丝(第一光纤单丝)，将皮层材料的玻璃棒、第一光纤单丝和酸溶性玻璃的玻璃棒依次排列后，采用高均温拉丝炉加热拉丝，所拉制的单丝尺寸精度好，丝径的误差在正负1μm之内；此种制备方法避免了现有技术中三层同轴光纤制备时的三坩埚法，克服了三层玻璃组分之间的浸渗问题，增强了三组分玻璃间的配合度；

3、本发明提出的制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法，通过光纤单丝的特殊设计，避免了现有技术中全套棒管组合的缺陷，降低了制管难度和成本；

4、本发明提出的制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法，通过不同的工艺设计，能够制造出不同孔径、不同分路方式的传输器件；可广泛适用于工业窥镜、医学检测、科学研究和航天探测等领域。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明提出的制备柔性光纤束的单丝的结构示意图；

图2是图1沿A-A的剖面图；

图3是普通光纤单丝的结构示意图-横截面；

图4是本发明的一次排丝的单丝束的结构示意图-横截面；

图5是本发明的一次复丝棒的结构示意图-横截面；

图6是本发明提出的柔性光纤传输器件(一分四)的结构示意图。

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,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种制备柔性光纤束的单丝以及制备柔性光纤传输器件的方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明提出一种制备柔性光纤束的单丝2，如附图1和2所示，其包括双层同轴的纤芯21和皮层22，其还包括设置于所述皮层22外周的包覆层；其中，所述的包覆层沿单丝径向包括第一区域231和第二区域232；所述的第一区域231与皮层22的材料相同；所述的第二区域232为酸溶性玻璃。

所述的制备柔性光纤束的单丝2为三层同轴的光纤单丝。所述的包覆层由两部分组成，其中，沿单丝轴向某一侧的表面采用与皮层相同的材料制成，与其相对的另一侧的表面采用酸溶性玻璃制成。沿单丝径向剖面，所述的包覆层呈现为环形。环形由两种不同的材料组成，一部分材料同皮层材料，另一部分材料为酸溶性材料。

优选的，所述的第一区域231对应的圆心角为70°～180°；所述的第二区域232对应的圆心角为180°～290°。

本发明的技术方案中，限定与皮层材料相同的第一区域231略小于酸溶性玻璃对应的第二区域232，其目的在于使酸溶性玻璃能够充分分割一次复丝棒，在酸溶时相邻的一次复丝能够容易分开，避免因为其难以分开而延长酸溶时间造成的一次复丝的质量受损；以包覆层圆周的周长进行区分，第一区域231的弧长为圆周长的20％～50％，第二区域232的弧长为圆周长的50％～80％。

所述的制备柔性光纤束的单丝2制备时，需先分别拉制皮层材料的玻璃棒、酸溶性玻璃的玻璃棒以及纤芯和皮层双层同轴的普通光纤单丝(第一光纤单丝)，将皮层材料的玻璃棒、第一光纤单丝和酸溶性玻璃的玻璃棒依次排列后，采用高均温拉丝炉加热拉丝，所拉制的单丝尺寸精度好，丝径的误差在正负1μm之内。

本发明还提出一种柔性光纤传输器件的制备方法，如附图3至附图5所示，其包括以下步骤：

将第一光纤单丝1排列成单丝束(见附图3)；所述的第一光纤单丝1为纤芯11和皮层12双层同轴的普通光纤单丝1；在所述的单丝束的外周依次以第一区域231抵靠第一光纤单丝1、第二区域232远离第一光纤单丝1的方式排列第二光纤单丝2将单丝束的侧面包覆，或者，在所述的单丝束的外周套酸溶性玻璃管将单丝束的侧面包覆，加热拉丝得一次复丝；所述的第二光纤单丝为前述的制备柔性光纤束的单丝；将所述的一次复丝进行排列，加热拉丝得二次复丝；将所述的二次复丝的端部涂胶，固化，酸溶，使未涂胶部分的二次复丝分散为单元丝。

将第二光纤单丝2以指定方式包覆于单丝束外周，再以皮层材料单丝嵌缝填充各单丝之间的间隙，形成一次复丝棒；所述的一次复丝棒为刚性的光纤束；将一次复丝棒拉制后再次排列形成二次复丝棒，所述的二次复丝棒也是刚性的光纤束。

为了保证二次复丝在酸洗后其端面仍为规则排布的紧密堆积结构，在二次复丝的端部采用紫外线固化胶进行涂覆，涂覆完毕后立马用紫外线灯管照射使其固化。

将胶封固化后的二次复丝浸泡在酸溶液中，未被胶封部分的二次复丝中的酸溶性玻璃在酸溶液的作用下溶解，使由酸溶性玻璃相互熔接于一起的一次复丝之间相互分离，使得二次复丝从刚性转变成柔性。

优选的，所述的目标形状为正多边形结构。

优选的，所述的目标形状为正六边形结构。由于正六边形的规整度很好，将光纤单元制作为正六边形结构，能够很好地进行合束和分束。

优选的，所述的单元丝的丝径≤50μm。

所述的一次复丝经过再次排列并拉制为二次复丝后，一次复丝的直径又被拉细十几倍甚至几十倍；二次复丝被浸泡于酸溶液中后，通过酸溶性玻璃彼此熔接的一次复丝分散开形成单元丝；所述的单元丝即为被拉细的一次复丝，其丝径小于50微米，表现出非常优异的柔软性；且，所述的单元丝为多根单丝形成的复丝，可以提高单个传像束单元的机械强度，降低断丝率。

优选的，其还包括以下步骤：所述的二次复丝的一端涂胶，固化，形成大端；将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝；将所述的单元丝再排列合束为一束或多束，于合束的端部涂胶，固化，形成小端。

所述的柔性光纤传输器件为柔性多路光纤分束，是一种复杂的光纤传输器件。所述的大端作为输入端、小端作为输出端，分别与其他光纤耦合以完成光纤信号的传输。

优选的，将所述的大端与高斯分布的光源耦合；对不同强度的发光点进行再排列合束为一束或多束，使每一个小端的输出光都为平顶光束。

通过对于发光点的重新排列合束，是各个输出端的光为平顶光束，达到光源的匀化效果。

优选的，其还包括以下步骤：所述的二次复丝的两端涂胶，固化，形成第一大端和第二大端；将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝；将所述的第一大端再排列合束为一束，将合束端部粘合成型，形成大截面端；将所述的第二大端再排列合束为多束，将合束端部粘合成型，形成多路分束端。

所述的柔性光纤传输器件为柔性光纤耦合器，其两端的硬质部分根据耦合面积尺寸和形式再次排丝，并使端面粘合成型，一端形成大截面，另一端形成多路分束。所述的柔性光纤耦合器能够实现各分束采集的图像汇聚在大截面端的功能，可以将多路图像汇聚到一个端面上输出，这一特点可在特殊场合取代大面阵CCD以及特殊形状要求的CCD。

优选的，所述的再排列合束通过光阑定位进行。

优选的，所述的柔性光纤传输器件的结构包括一分三、一分四、一分六、一分九，如附图6所示。

柔性多路光纤分束的结构具有多样化，可以满足不同的耦合需求。

本发明的技术方案制备的柔性光纤传输器件的质量轻、柔韧性好，弯曲度高，耦合灵活等特点，结合光纤的传像、传光基本特性，可实现传统光纤和硬质光纤无法实现的功能，可广泛适用于工业窥镜、医学检测、科学研究和航天探测等领域。并且，通过不同的工艺设计，能制造出不通孔径、不同分路方式的产品。

下面通过更为具体的实施例作进一步说明。

下述的实施例中，加热拉制采用高均温拉丝炉，加热等工艺参数无需特殊控制，采用本领域常规的参数即可实现。

实施例1

第二光纤单丝制备：

选取直径为30mm的芯料玻璃棒，内径为30.5mm、壁厚3.5mm的皮层管，套管后，在皮层管的外围包覆对应圆心角90°、厚度为2mm的皮层材料以及对应圆心角270°、厚度为2mm的酸溶性材料。包覆完毕后进行第二光纤单丝的拉制，丝径为3.195mm，同时所谓的普通光纤单丝(第一光纤单丝)的丝径也为3.195mm。

柔性传输器件制备：

排列一次复丝棒时，第二光纤单丝的第一区域抵靠第一光纤单丝、第二区域远离第一光纤单丝的方式排列成Φ25.5mm正六边形复丝棒。经高均温拉丝炉拉制一次复丝丝径1.67mm，一次复丝再次进行排Φ21.7mm正六边形二次复丝棒，再经过拉丝炉进行二次复丝的拉制，二次复丝丝径为0.65mm。将二次复丝进行端面涂胶、固化、酸溶后所得的柔性光纤束单丝孔径为6μm，单元丝丝径为50μm。将二次复丝的一端涂胶，固化，形成大端，将大端与高斯分布的光源耦合；将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝，利用光阑定位对不同强度的发光点进行再排列合束为四束，于合束的端部涂胶，固化，形成小端；所述的每一个输出端的输出光都为平顶光束，达到了光源的匀化效果。

实施例2

第二光纤单丝的制备同实施例1。

柔性传输器件制备：

排列一次复丝棒时，第二光纤单丝的第一区域抵靠第一光纤单丝、第二区域远离第一光纤单丝的方式排列成Φ25.5mm正六边形复丝棒。经高均温拉丝炉拉制一次复丝丝径1.67mm，一次复丝再次进行排Φ21.7mm正六边形二次复丝棒，再经过拉丝炉进行二次复丝的拉制，二次复丝丝径为0.65mm。将二次复丝进行端面涂胶、固化、酸溶后所得的柔性光纤束单丝孔径为6μm，单元丝丝径为50μm。将二次复丝的两端涂胶，固化，形成第一大端和第二大端；将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝；将二十个第一大端再排列合束为一束，将合束端部粘合成型，形成大截面端；将每五个第二大端再排列合束，共合为四束，将合束端部粘合成型，形成四个分束端。将柔性传输器件的每一分路与一个探测端耦合即每一分路为一个输入端，并将多路图像汇聚到一个端面上输出。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

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，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种制备柔性光纤束的单丝，包括双层同轴的纤芯和皮层，其特征在于，其还包括设置于所述皮层外周的包覆层；其中，所述的包覆层沿单丝径向包括第一区域和第二区域；所述的第一区域与皮层的材料相同；所述的第二区域为酸溶性玻璃。

2.根据权利要求1所述的单丝，其特征在于，所述的第一区域对应的圆心角为70°～180°；所述的第二区域对应的圆心角为180°～290°。

3.一种柔性光纤传输器件的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

将第一光纤单丝排列成单丝束；所述的第一光纤单丝为纤芯和皮层双层同轴的普通光纤单丝；

在所述的单丝束的外周依次以第一区域抵靠第一光纤单丝、第二区域远离第一光纤单丝的方式排列第二光纤单丝将单丝束的侧面包覆，或者，在所述的单丝束的外周套酸溶性玻璃管将单丝束的侧面包覆，加热拉丝得一次复丝；所述的第二光纤单丝为权利要求1或2所述的制备柔性光纤束的单丝；

将所述的一次复丝进行排列，加热拉丝得二次复丝；

将所述的二次复丝的端部涂胶，固化，酸溶，使未涂胶部分的二次复丝分散为单元丝。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的目标形状为正多边形结构。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的单元丝的丝径≤50μm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

所述的二次复丝的一端涂胶，固化，形成大端；

将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝；

将所述的单元丝再排列合束为一束或多束，于合束的端部涂胶，固化，形成小端。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述的大端与高斯分布的光源耦合；对不同强度的发光点进行再排列合束为一束或多束，使每一个小端的输出光都为平顶光束。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

所述的二次复丝的两端涂胶，固化，形成第一大端和第二大端；

将未涂胶部分的二次复丝酸溶，使其分散为单元丝；

将所述的第一大端再排列合束为一束，将合束端部粘合成型，形成大截面端；

将所述的第二大端再排列合束为多束，将合束端部粘合成型，形成多路分束端。

9.根据权利要求6至8任一项所述的方法，其特征在于，所述的再排列合束通过光阑定位进行。

10.根据权利要求6至8任一项所述的方法，其特征在于，所述的柔性光纤传输器件的结构包括一分三、一分四、一分六、一分九。

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