CN111190251A - 一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，通过三坩埚或棒管法拉制带有二个包层的光纤单丝，所述光纤单丝经一次排丝、一次复丝拉制成截面为正多边形的硬质光纤传像单元体，将所述单元体二次排丝后得到大截面的硬质光纤传像束，将硬质光纤传像束经端部热熔后将其中间部分置于酸溶液中酸溶掉酸溶层得到柔性光纤传像束。使用本发明的制造方法可制得圆形截面或正多边形截面，正六边形截面尺寸在8.8mm，正方形截面尺寸5mm以上，长度可达6米，分辨率最高可达到191lp/mm，的大截面高分辨率柔性光纤传像束。

Description

一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法。

背景技术

柔性光纤传像束是将多根一定长度的多组分玻璃光纤相关排列集合成束，两端一一对应，能够传输图像的一种光学元件。它的工作原理是：光线在高折射的芯料玻璃中传播，在低折射的皮料玻璃界面形成全反射，光纤束的每根单丝构成一个像元，像元的大小等于光纤截面的尺寸，像元的数量等于传像束光纤的总数，工作端面的文字或图像通过光纤束传输到接受端面。与传统光学成像系统相比，柔性光纤传像束具有可弯曲、体积小、重量轻、抗电磁、核辐射和高温腐蚀等特点。

目前制造光纤传像束常用的方法有两种：层叠法和酸溶法。层叠法一般是将单丝直径十几微米的光纤丝先通过设备排列成单丝有序排列的单片，再将单片按六角形规则紧密叠成束，单片之间通过胶水粘接。该工艺由于是一次拉丝法，后序是机器结合手工工序，造成传像束单丝直径粗、分辨率低。酸溶法是先拉制几百微米的带酸溶包层的光纤单丝，然后将数万或者更多的单丝在模具里排列成复丝棒后再次拉制成丝，最后用酸腐蚀掉单丝外层的可溶性玻璃，这样可以做到单丝直径在3～10um的像束。传统酸溶工艺法的光纤截面只能做到φ3mm以下，因为截面若过大，像束中间部分的可溶性玻璃因为酸溶不进去而无法被腐蚀掉，形成脆性的硬芯，从而无法获得柔性的传像束；如果酸溶时间过长，中间部分可以融掉，但外层的丝由于在酸中时间过长而损伤，造成大量的断、暗丝。

如中国专利CN101419308A介绍了一种大截面光纤传像束制造方法，所述大截面光纤传像束首先由若干根截面面积和长度相同的三层同轴光纤单丝排列成截面为正六边形的丝束，加热拉制成截面为正六边形的复丝；然后再将若干根截面面积和长度相同的、且截面为正六边形的复丝排列成截面为正十二边形的丝束，且使二次复丝束截面中任意相邻三个一次复丝的三个轴心的连线为等边三角形，再次加热拉制成截面为正十二边形的复丝，所得复丝经酸溶后制得。所制得的大截面光纤传像束的“直径”大于2.0mm、像素大于40,000、分辨率为：40～60线对/mm。该工艺法经过一次单丝拉制、一次复丝、二次复丝拉制共计三次高温拉丝，单丝容易受损，断丝、暗丝数量增加后降低透过率；在酸溶时截面尺寸过大比如20mm会造成两个问题，其一，在酸溶液中浸泡时间短会使中间部分不能有效溶解造成硬芯，其二，浸泡时间过长，中间部分虽然溶解，但是外围的光纤丝会由于在酸溶液中时间过长而损伤，形成断丝、暗丝。

中国专利CN101702045A介绍了一种分辨率光纤传像束的制造方法，将预制棒拉制成直径0.5～3mm的单丝，密排后放入薄壁外套管，再拉制成0.5～3mm复丝，复丝切成定长后，酸溶掉外包层，然后再密排成为复丝束，将复丝束放入薄壁外套管置于拉丝塔进行拉制直径0.2mm～2mm的光纤传象束_。该工艺制做的传像束单丝是熔融在一起，束不具柔软性，其经三次拉丝后，单丝容易受到损伤。

中国专利CN104614804A介绍了一种高分辨率和低断丝率的柔性光纤传像束及其酸溶制备方法。将光纤阵列单元和酸溶性玻璃包层光纤单丝按光纤束结构排列，经过一次或二次熔融拉制工艺得到复丝棒，再在酸溶液中溶解。该发明可制得截面在1～5mm，分辨率100～200LP/mm的光纤传像束。但该专利的缺点是，其光纤阵列单元内的单丝是融合在一起的，造成像束柔软性不佳，如果折断后整个阵列内数十根单丝都将断裂，造成信息量损失大；二次复丝增加光纤受伤的概率

综上所述，现有大截面传像束采用层叠法工艺，存在不能实现高分辨率的技术问题；采用酸溶法，存在像束柔软性不佳、多次拉丝后单丝透过率和对比度下降的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其最大圆形截面尺寸为φ40mm，最大正多边形传像束截面尺寸可以做到40mm，最高分辨率可达到191lp/mm。

本发明采用的技术方案是：

一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，包括以下步骤：

S1、拉丝：通过三坩埚或棒管法拉制带有二个包层的光纤单丝，内包层为光学包层，外包层为酸溶层，所述光纤单丝直径为0.3～0.6mm；

S2、一次排丝：将步骤S1所得光纤单丝在排丝模具中密列成横截面呈圆形或正多边形的光纤丝束，用金属丝将所述光纤丝束捆扎紧密；

S3、一次复丝：将捆扎紧密的光纤丝束在高温炉内进行拉丝形成单丝直径为3～10μm的硬质光纤传像单元体；

S4、二次排丝：将步骤S3所得硬质光纤传像单元体按一定长度在模具内密排成截面为圆形截面尺寸φ5mm～φ40mm或正多边形截面尺寸5mm～40mm的硬质光纤传像束；

S5、端部热熔：将步骤S4所得硬质光纤传像束在热熔设备中两端同时加压热熔，使光纤传像束两端的光纤单丝融合在一起；

S6、酸熔：将热熔后的光纤传像束从模具中取出，用耐酸材料将单丝融合在一起的两端部进行保护，然后将中间部分浸入流动的酸溶液中溶解掉酸溶层；

S7、铠装：将溶解后的光纤传像束取出，依次经洗涤、干燥、加金属端头、加护套、粗磨、精磨、抛光工序后，即可获得大截面高分辨率柔性光纤传像束。

所述酸溶液承载于酸溶液槽中，通过耐酸泵在酸溶液槽中往复循环流动。

所述酸溶液的流速为0.5～1Lm/min。

步骤S1中，三坩埚拉丝时，炉膛温度为1100～1200℃，炉口温度为780～880℃。

步骤S3中，高温炉的温度为800～900℃。

步骤S5中，热熔压力为300～400kgf/cm²，热熔温度为500～700℃。

步骤S6中，酸溶液为重量百分比浓度为0.3～1.5％的盐酸溶液。

一种大截面高分辨率柔性光纤传像束，由上述任意一种方法制得。

本发明的有益效果：

1、本发明大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，采用一次单丝拉制，一次复丝拉制，共计二次高温拉丝即得到光纤传像单元体，相比于现有专利减少了高温拉丝的次数，拉制过程中不易产生断丝，保证了单丝强度，提高了传像分辨率。

2、本发明大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，采用多个光纤传像单元体密排成圆形截面尺寸为φ5mm～φ40mm或多边形截面尺寸为5mm～40mm的光纤传像束后，再在流动的酸溶液中进行酸溶，酸溶液与每一个光纤传像单元体直接接触，光纤传像单元体的截面可以做的较小，酸溶的厚度就较小，不易因溶解不透而产生硬芯；且因酸液是流动的，溶解的效率及均匀性均得到提高。

3、使用本发明的方法可以制得最大圆形截面尺寸为φ40mm和最大正多边形截面尺寸在40mm，长度可达6米，分辨率最高可达到191lp/mm的大截面高分辨率柔性光纤传像束。

附图说明

图1是示出本发明光纤单丝的立体结构示意图。

图2是图1的截面示意图。

图3是由光纤单丝组成的光纤传像单元体的结构示意图。

图4是由光纤传像单元体组成的光纤传像束的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施方式1

实施例中所用原料均为市售；

所述截面尺寸的意思是：当截面为圆形时，截面尺寸指的是圆形截面的直径；当截面为正多边形时，截面尺寸指的是相对两边的距离。

参阅图1～图4，本实施例提供一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，包括以下步骤：

S1、拉丝：将轴芯玻璃棒、皮层玻璃棒和酸溶层玻璃棒加入到一个三套坩埚内同时加热熔化，三套坩埚放置在一个电炉内，控制炉膛温度为1100～1200℃，炉口温度为800～1000℃，在三套坩埚的口部拉制成三层同轴的光纤单丝10，并使光纤单丝10的直径控制在0.5mm；参见图1及图2，光纤单丝10包括高折射芯层1、低折射皮层2及最外层的酸溶层3，芯层1直径为355μm，皮层的厚度为50μm，酸溶层3厚度为22.5μm。

S2、一次排丝：将3万根直径为0.5mm的光纤单丝10，在排丝模具中密排成横截面为正六边形的光纤丝束，用金属丝将所述光纤丝束捆扎紧密；例如，在本实施例中，排成截面尺寸为88mm的正六边形光纤丝束；

S3、一次复丝：将捆扎紧密的光纤丝束在800℃～900℃的高温炉内进行拉丝形成单丝直径为8μm的硬质光纤传像单元体100，参见图3，在本实施例中，拉制成截面为0.82mm的正六边形硬质光纤传像单元体；

S4、二次排丝：将150个光纤传像单元体100切割成6米长，在模具内自下向上密排成截面尺寸为17.6mm的正六边形硬质光纤传像束，参见图4；

S5、端部热熔：将步骤S4所得光纤传像束置于热熔设备中，在温度500～700℃、压力300～400kgf/cm²下对其两端同时进行加热、加压热熔，使传像束两端部的光纤单丝融合在一起，而中间部分的单元体相互分离；

S6、酸熔：待冷却后，将光纤传像束从模具中取出，用耐酸材料将两端部进行保护，然后将中间部分放入酸溶液槽中，启动酸泵让酸溶液不断流动，酸溶液与每一个光纤传像单元体100直接接触，自外向内的溶解掉各单元体内的光纤单丝的酸溶层3，使所有光纤单丝分离，得到柔性光纤传像束；在本实施例中，控制酸溶液的流速为0.5～1L/min；

S7、铠装：将溶解完成后的光纤传像束取出，依次经洗涤、干燥、加金属端头、加护套、粗磨、精磨、抛光工序后，即可获得单丝直径为8μm，端面截面尺寸为17.6mm，长度为6米的高分辨率大截面柔性光纤传像束成品。

测定实施例1所得光纤传像束的分辨率为72lp/mm，像素数为4500000，有效通光面积为260mm²。

在其他实施例中，步骤S1拉制成的三层同轴光纤单丝10的直径可根据需要在0.3～0.6mm范围内选择。

在其他实施例中，一次排丝所得光纤束的横截面也可为圆形或正四边形。

在其他实施例中，一次复丝所得硬质光纤传像单元体内的光纤单丝得直径可根据需要在3～10μm范围内选择。

在其他实施例中，二次排丝所得硬质光纤传像单元体的横截面也可为圆形或正四边形，圆形截面尺寸在φ5mm～φ40mm范围内选择，正四边形截面尺寸在5mm～40mm范围内选择，切割长度可根据需要在6米范围内选择。

通过本发明的方法可以制得圆形截面或正多边形截面，最大圆形尺寸φ40mm、最大正多边形截面尺寸40mm，长度可达6米，分辨率最高可达到191lp/mm，的大截面高分辨率柔性光纤传像束。

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 (8)

1.一种大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、拉丝：通过三坩埚或棒管法拉制带有二个包层的光纤单丝，内包层为光学包层，外包层为酸溶层，所述光纤单丝直径为0.3～0.6mm；

S2、一次排丝：将步骤S1所得光纤单丝在排丝模具中密列成横截面呈圆形、正多边形的光纤丝束，用金属丝将所述光纤丝束捆扎紧密；

S3、一次复丝：将捆扎紧密的光纤丝束在高温炉内进行拉丝形成单丝直径为3～10μm的硬质光纤传像单元体；

S4、二次排丝：将步骤S3所得硬质光纤传像单元体按一定长度在模具内密排成圆形截面尺寸φ5mm～φ40mm或正多边形截面尺寸5mm～40mm的硬质光纤传像束；

S5、端部热熔：将步骤S4所得硬质光纤传像束在热熔设备中两端同时加压热熔，使光纤传像束两端的光纤单丝融合在一起；

S6、酸溶：将热熔后的光纤传像束从模具中取出，用耐酸材料将单丝融合在一起的两端部进行保护，然后将中间部分浸入流动的酸溶液中溶解掉酸溶层；

S7、铠装：将溶解后的光纤传像束取出，依次经洗涤、干燥、加金属端头、加护套、粗磨、精磨、抛光工序后，即可获得大截面高分辨率柔性光纤传像束。

2.根据权利要求1所述的大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其特征在于，所述酸溶液承载于酸溶液容器中，通过耐酸泵在酸溶液槽中往复循环流动。

3.根据权利要求2所述的大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其特征在于，所述酸溶液的流速为0.5～1L/min。

4.根据权利要求1或2所述的大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其特征在于，步骤S1中，三坩埚拉丝时，炉膛温度为1100～1200℃，炉口温度为800～1000℃。

5.根据权利要求1或2所述的大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其特征在于，步骤S3中，高温炉的温度为800～900℃。

6.根据权利要求1或2所述的大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其特征在于，步骤S5中，热熔压力为300～400kgf/cm²，热熔温度为500～700℃。

7.根据权利要求1或2所述的大截面高分辨率柔性光纤传像束制造方法，其特征在于，步骤S6中，酸溶液为重量百分比浓度为0.3～1.5％的盐酸溶液。

8.一种大截面高分辨率柔性光纤传像束，其特征在于，由权利要求1～8任意一种方法制得。

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