CN111393023A - 一种高清晰度光纤倒像器及其制备方法、用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高清晰度光纤倒像器及其制备方法、用途，制备高清晰度光纤倒像器的光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：SiO2 70‑79％，Al2O3 0.1‑5.0％，B2O3 0.1‑6.0％，Li2O 0‑1.0％，Na2O 5.0‑8.0％，K2O 5.0‑8.0％，MgO 0‑1.0％，CaO 0.1‑5.0％，MnO2 1.0‑5.0％，V2O5 0.1‑5.0％，Nd2O3 0.1‑1.0％，CoO 0‑1.0％，NiO 0‑1.0％。本发明的高清晰度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光小于1％，分辨率大于140lp/mm，固定图案噪声性能指标优良，在10倍显微镜下观察无明显复丝边界，在500‑600nm波长范围内透过率＞65％，该高清晰度光纤倒像器可应用于微光像增强器中。

Description

一种高清晰度光纤倒像器及其制备方法、用途
技术领域
本发明涉及光纤传像元件制造领域，特别涉及一种高清晰度光纤倒像器及其制备方法、用途。
背景技术
众所周知，微光夜视技术对士兵夜间的观察和作战起着非常重要的作用，在夜视领域被广泛应用的微光夜视仪，具有在夜间低照度条件下观察及瞄准的能力，具有分辨力高、体视感好的特点，是士兵夜间作战的主要装备，能够保证士兵在夜间完成探测、瞄准、击中作战目标的任务。在微光夜视技术发展早期，由于受成本约束，对成像分辨率和像质要求均比较低，但是随着光纤传像元件的发展以及各类电子产品性能提升和价格平抑，高清晰度的微光夜视仪正逐步实现技术可行，从普通清晰度到低标准清晰度，再到目前的高清晰度，高清晰度微光夜视技术已经成为主流发展趋势。
微光夜视仪的高清晰度包括高分辨率与高对比度两个方面，分辨率不断提高带来的好处是可以看到更多的细节，而对比度的提高能让传像更加清晰醒目。其中对比度对视觉效果的影响非常关键，对比度是指画面的明暗反差程度，增加对比度，画面中亮的地方会更亮，暗的地方会更暗，明暗反差增强；对比度越大，传像越清晰醒目，而对比度小，则会让整个传像画面都灰蒙蒙的。高对比度对于传像的清晰度、细节表现等都有很大的帮助。而提高对比度的方法有两种：一是提高亮度以增加对比度，此方法相对简单，不过受到像管寿命、元件漏光等问题的限制，亮度不能无限量的提高，而虚高的亮度也会使得传像因高亮而失真，带来不好的效果；二是让黑色更黑，降低最低亮度，使得明暗反差更加明显。
光纤传像元件包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥、光纤传像束等，是一种性能优异的光电成像元器件，具有数值孔径大，传光效率高，分辨率高，传像清晰、真实，在光学上具有零厚度，结构简单，体积小，重量轻，气密性好，畸变小，斑点少，级间耦合损失小，耦合效率高，能改善边缘像质等特点。光纤传像元件最典型的应用是作为微光像增强器的光学输入、输出窗口，对提高成像器件的品质起着重要的作用，广泛地应用于军事、刑侦、航天、医疗等领域的各种阴极射线管、摄像管、电荷耦合器件CCD耦合、医疗器械显示屏以及高清晰度电视成像和其他需要传送图像的仪器和设备中，是当今世纪光电子行业的高科技尖端产品。光纤传像元件的传像机理是利用光学纤维的全反射原理实现的，构成光纤传像元件的光学纤维是由低折射率的皮料玻璃管、高折射率的芯料玻璃棒和光吸收料玻璃丝，利用棒管结合和真空拉制工艺经热熔压制备而成的。由于光学纤维完全由皮料玻璃紧密地熔合在一起，各相邻之间的光学纤维靠的近，导致相邻纤维间会出现串光，或者由于制备过程中温度场或者拉制受力不均匀，可能导致的皮层玻璃管的壁厚不均匀等问题，会导致输入光线在全反射过程中穿透皮层发生光渗透现象，造成漏光，或者光纤纤维的芯料或皮料接触界面因为存在缺陷或污染物，而破坏了光的全反射条件，使光线在此发生了散射，这些散射光进入到相邻纤维中，就造成了串光。而杂散光的存在是直接影响光纤传像元件的对比度和清晰度等成像质量的重要因素。
为了解决上述难题，通常采用在相邻的光学纤维的空隙处填充光吸收料玻璃丝的方式来吸收杂散光以提高光纤传像元件的成像质量。在排列好的光学纤维的间隙中插入光吸收丝，让光学纤维皮层的外部加入光吸收物质来吸收串光或杂散光，以实现光绝缘，这样不仅能吸收串光、漏光等作用，而且还不会降低芯皮面积比。但采用插吸收丝法不能完全实现光绝缘，存在上述缺陷的关键就是光吸收料问题。对光吸收材料的要求，一是在整个可见光及近红外波长范围内都有很强的光吸收能力，二是具有与皮层玻璃相似的热膨胀系数，以便在工艺中相互匹配，三是稳定的物理化学性能，在拉丝、热熔压、扭转成型等工艺过程中不易发生析晶或发生离子价态变化。普通的光吸收料玻璃在0.5mm厚度下对可见光范围仍然具有较高的透过率，随着厚度减薄，透过率会逐渐增加，而传统的光纤传像元件的光吸收料，普遍存在杂散光吸收效率低、成像对比度差等问题，特别是应用于光纤传像元件中的光吸收料玻璃，由于目前存在的光吸收料大多含有Fe2O3，但是铁离子的存在会使光学纤维在高温拉丝过程中褪色，不易在玻璃中保持氧化状态，特别是对于纤维丝径小于等于4.0μm的光学纤维丝，着色离子会扩散到皮层玻璃中去，无法满足高清晰度光纤传像元件的应用需求。
因此，微光夜视仪能否捕捉到足够清晰的细节信息，与光纤传像元件的分辨率和对比度有很大关系，对比度是光纤传像产品中的一个重要性能指标，目前市场上光纤传像元件的对比度只能达到3-5％，随着光纤传像技术的不断发展，对产品的各项性能要求越来越高，而光纤倒像器则是保障微光夜视仪成像质量的关键材料，但是目前光纤倒像器产品还未有符合市场需求的高分辨率和高对比度光纤倒像器产品。
发明内容
为了解决现有技术存在的难题，本发明提供了一种能够提升光纤传像元件成像的对比度和清晰度的高清晰度光纤倒像器及其制备方法、用途。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种高清晰度光纤倒像器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高折射率的芯料玻璃棒和低折射率的皮料玻璃管匹配后进行单丝拉制，得到拉制的单丝，所述单丝的丝径为2.625～3.175mm；将光吸收料玻璃拉制成光吸收丝，所述光吸收丝的丝径为0.38～0.41mm；
(2)将拉制的单丝排列成六方形，并将光吸收丝插入到拉制的单丝之间相邻的空隙中，得到一次复合棒；六方形中，单丝每边根数为6根，单丝排成的一次复合棒的单丝总根数为91根，光吸收丝的插丝根数为42-96根，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的六方形对边尺寸为0.99-1.12mm；
(3)将一次复丝再排列成六方形二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数为14根，一次复丝的排棒总根数为547根，将二次复合棒再拉制成丝径小于等于4.0μm的二次复丝，所述二次复丝的六方形对边尺寸为0.90-1.20mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段，经热熔压成型，即得到光学纤维板毛坯板，光学纤维板毛坯板的两端经过180°角度的扭转成型，得到高清晰度光纤倒像器。
进一步地，还包括光吸收料玻璃的制备包括以下步骤：
(a)原料配备：按照配比称取石英砂、氧化铝、硼酸或硼酐、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碱式碳酸镁、碳酸钙、二氧化锰、五氧化二钒、氧化钕、氧化钴和氧化镍，混合均匀，得到原料混合物；
(b)第一次熔融：称取部分原料混合物放入坩埚中进行第一次熔融，待原料混合物熔融后，将玻璃熔体淬冷，淬冷后将熟料玻璃干燥粉碎，得到熟料玻璃粉；
(c)二次混合：将熟料玻璃粉与原料混合物按照质量比1:2～1:3的配比混合均匀，得到二次混合料；
(d)第二次熔融、澄清、浇铸及凝固：将混合料放入坩埚中进行第二次熔融，待玻璃熔融后澄清，将熔融澄清后的玻璃液在模具中浇铸成规定的规格，待玻璃冷却凝固后，得到光吸收料玻璃。
所述用于制备高清晰度光纤倒像器的光吸收料玻璃的组合物，由以下摩尔百分含量的组分组成：
Figure BDA0002461262780000041
优选地，所述用于制备高清晰度光纤倒像器的光吸收料玻璃的组合物，由以下摩尔百分含量的组分组成：
Figure BDA0002461262780000042
Figure BDA0002461262780000051
优选地，所述用于制备高清晰度光纤倒像器的光吸收料玻璃的组合物，由以下摩尔百分含量的组分组成：
Figure BDA0002461262780000052
Figure BDA0002461262780000061
所述第一次熔融包括在1300-1600℃温度下熔融6-10小时，所述原料混合物熔制过程中进行2-3次的搅拌。
所述第二次熔融包括1400-1500℃温度下熔融2-6小时，所述混合料熔融过程中进行2-3次的搅拌；所述澄清包括在1450-1480℃，温度下澄清2-3小时。
进一步地，还包括：待浇铸完成后玻璃液还未完全凝固时，用震荡器将玻璃熔液振动均匀，以去除玻璃熔体中的内部孔洞和气泡。
本发明还提供一种高清晰度光纤倒像器，按照上述的制备方法制备得到。
所述高清晰度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光小于1％；所述高清晰度光纤倒像器分辨率大于140lp/mm；所述高清晰度光纤倒像器在500-600nm波长范围内，光谱透过率＞65％。
本发明还提供了一种高清晰度光纤倒像器在微光夜视技术上的应用，该光纤倒像器可应用于微光像增强器中。
本发明的光吸收料玻璃适合用来制备光纤传像元件时用作光学纤维的壁外吸收玻璃材料，光纤传像元件包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥、光纤传像束，特别适合用于制备高清晰度光纤倒像器。
本发明中，SiO2是玻璃形成骨架的主体，是玻璃骨架中起主要作用的成分。SiO2的摩尔百分比(mol.％)为70-79。SiO2含量低于70mol.％，不易获得与皮料玻璃相似的热膨胀系数，同时会降低玻璃的耐化学稳定性；SiO2含量高于79mol.％时，玻璃的高温黏度会增加，造成玻璃熔制温度过高。
Al2O3属于玻璃的中间体氧化物，Al3+有两种配位状态，即位于四面体或八面体中，当玻璃中氧足够多时，形成铝氧四面体[AlO4]，与硅氧四面体形成连续的网络，当玻璃中氧不足时，形成铝氧八面体[AlO6]，为网络外体而处于硅氧结构网络的空穴中，所以在一定含量范围内可以和SiO2是玻璃网络形成的主体。Al2O3含量大于5.0mol.％会显著增加玻璃高温黏度，使玻璃的熔制温度升高，因此，Al2O3的摩尔百分比(mol.％)为0.1-5.0。
B2O3为玻璃形成氧化物，也是构成玻璃骨架的成分，同时又是一种降低玻璃熔制黏度的助溶剂。硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构组元，在不同条件下硼可能以三角体[BO3]或硼氧四面体[BO4]存在，在高温熔制条件时，一般难于形成硼氧四面体，而只能以三面体的方式存，但在低温时，在一定条件下B3+有夺取游离氧形成四面体的趋势，使结构紧密而提高玻璃的低温黏度，但由于它有高温降低玻璃黏度和低温提高玻璃黏度的特性，也是降低玻璃折射率的主要成分，由此决定了它的含量范围较小。B2O3的摩尔百分比(mol.％)为0.1-6.0，B2O3的含量大于6.0mol.％，会降低玻璃的折射率，同时使玻璃的分相倾向增加。
Li2O是玻璃结构网络外体氧化物，Li2O的含量大于1.0mol.％时会增加玻璃的折射率，同时造成玻璃的膨胀系数增加，因此，Li2O的摩尔百分比(mol.％)为0-1.0。
Na2O是玻璃结构网络外体氧化物，Na2O的含量大于8.0mol.％时会增加玻璃的热膨胀系数，同时提高玻璃的折射率，因此Na2O的摩尔百分比(mol.％)为5.0-8.0。
K2O是玻璃结构网络外体氧化物，K2O的含量大于8.0mol.％时会增加玻璃的热膨胀系数，同时提高玻璃的折射率，因此K2O的摩尔百分比(mol.％)为5.0-8.0。
MgO是玻璃结构网络外体氧化物，MgO的含量大于1.0mol.％时会增加玻璃的析晶倾向，同时会降低玻璃的密度，提高玻璃的折射率，因此，MgO的摩尔百分比(mol.％)为0-1.0。
CaO是玻璃结构网络外体氧化物，CaO的含量大于5.0mol.％，会降低玻璃耐化学稳定性，提高玻璃的折射率，增大玻璃的析晶倾向，因此，CaO的摩尔百分比(mol.％)为0.1-5.0。
MnO2是光吸收料玻璃的着色剂，MnO2的摩尔百分比(mol.％)为1.0-5.0，在本发明中MnO2是起主要作用的可见光吸收剂，MnO2因为价态稳定，在玻璃中着色稳定，对可见光光吸收强烈，Mn4+离子在500-580nm之间均有不同程度的吸收，MnO2的含量大于5.0mol.％，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
V2O5是光吸收料玻璃的着色剂，V2O5的摩尔百分比(mol.％)为0.1-5.0，V2O5能固化锰离子着色，从而使光吸收料着色更稳定。V2O5的含量大于5.0mol.％时，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
Nd2O3是光吸收料玻璃的着色剂，稀土离子Nd3+在玻璃中的光谱特性和光吸收十分稳定，而且Nd3+在548nm、568nm、588nm处均有较强的吸收峰，少量的Nd3+在玻璃中能起到复合吸收的效果。Nd2O3的摩尔百分比(mol.％)为0.1-1.0，Nd2O3的含量大于1.0mol.％时，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
CoO是光吸收料玻璃的着色剂，CoO的摩尔百分比(mol.％)为0-1.0，CoO能与锰离子结合起来，在玻璃中形成稳定的形态，从而使光吸收料着色更稳定。CoO的含量大于1.0mol.％时，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
NiO是光吸收料玻璃的着色剂，NiO的摩尔百分比(mol.％)为0-1.0，NiO是一种良好的可见光吸收剂，Ni2+在可见光区域具有较好的吸收效果，但是在近红外区域有较高的透过率。NiO的含量大于1.0mol.％时，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
与现有技术相比，本发明的高清晰度光纤倒像器所用的光吸收料玻璃具有以下特性：
(1)具有良好的光吸收性能，在0.5±0.02mm厚度下在500-600nm波长范围内具有强烈均匀的光吸收能力和光谱吸收效果，光谱透过率≤3％；
(2)具有与皮料玻璃相似的热膨胀系数和粘度特性，玻璃的热膨胀系数(82±2)×10-7/℃；
(3)具有良好的化学稳定性和抗析晶性能，光吸收料玻璃熔融后内部无结石、无气泡孔洞，在850℃保温6小时不分相、不析晶，抗析晶性能好，化学稳定性优良等优点。
本发明的高清晰度光纤倒像器具有以下特性：
(1)该高清晰度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光小于1％；
(2)该高清晰度光纤倒像器分辨率大于140lp/mm；
(3)该高清晰度光纤倒像器具有优良的固定图案噪声性能，在10倍显微镜下观察无明显复丝边界；
(4)该高清晰度光纤倒像器在500-600nm波长范围内透过率＞65％。
本发明经过光吸收丝的插入和调节，缩小了光学纤维的丝径，提高了光纤倒像器的分辨率，使得光纤倒像器的分辨率大于140lp/mm，并提高了光纤倒像器的对比度，使得光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光小于1％，从而制备得到高清晰度的光纤倒像器。本发明的高清晰度光纤倒像器具有杂散光串扰少、分辨率高、对比度高的优点。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。
图1为本发明实施例提供的高清晰光纤倒像器的边缘对比度测试结果；
图2为本发明实施例提供的组成光纤传像元件的光学纤维内部结构示意图；
图3为本发明实施例提供的光吸收料玻璃的光谱透过率曲线图。
图中:1为光吸收丝，2为芯料玻璃棒，3为皮料玻璃管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，但不作为对本发明的限定。
参见图1，从图中可以看出，在距刀口0.1mm处的串光小于1％，正常水平的3-5％的对比度明显提高；
参见图2，皮料玻璃管3内部设有芯料玻璃棒2，两者匹配后组成复合棒，多个复合棒排列后，在相邻的复合棒之间设有光吸收料玻璃拉制而成的光吸收丝1，采用本发明的光吸收料玻璃的壁外插丝方法能有效吸收光学纤维内部的串光。
参见图3，从图中可以看出，光吸收料玻璃在500-600nm波长范围内的光谱透过率小于3％，可见光吸收效果非常明显。
在本文中，所有的“摩尔百分比mol.％”是基于最终的玻璃组合物的总摩尔量，在表1中详细列出了实施例的玻璃化学组成(mol.％)。其中，玻璃的透过率采用透过率测试仪来测定；析晶温度采用梯温炉测定；30-300℃的线膨胀系数α30/300[10-7/℃]采用卧式膨胀仪测量，以平均线膨胀系数表示，采用ISO 7991规定的方法测量。
表1实施例的化学组成(mol.％)和玻璃性能
Figure BDA0002461262780000111
实施例1
首先，按表1实施例1玻璃成份选择原料后混合均匀，得到原料混合物，原料要求：
石英砂或水晶粉(高纯，150μm筛上物为1％以下、45μm筛下物为30％以下、Fe2O3含量小于1ppm)、氧化铝粉(分析纯，平均粒径50μm)、硼酸或硼酐(400μm筛上物为10％以下、63μm筛下物为10％以下)、碳酸锂(分析纯，纯度≥99.0％)、碳酸钠(工业纯碱)、碳酸钾或硝酸钾(分析纯，纯度≥99.0％)、碱式碳酸镁(化学纯，平均粒径50μm)、碳酸钙(分析纯，平均粒径250μm)、二氧化锰(分析纯)、氧化钒(分析纯)、氧化钕(分析纯)、氧化钴(分析纯)、氧化镍(分析纯)。
并且玻璃原料中对变价元素的氧化物如Fe2O3等进行严格控制，成品玻璃Fe2O3含量小于1ppm，并使其配料满足表1的玻璃化学组成。
称取部分原料混合物放入石英坩埚，在1500℃温度下熔融8小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行2至3次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体淬冷，淬冷后将熟料玻璃干燥粉碎，得到熟料玻璃粉，再将熟料玻璃粉与按照表1实施例1的原料组成混合而成的原料混合物以质量比1:2的配比混合均匀，得到混合料，将混合料放入石英坩埚中；然后在1450℃温度下熔融4小时，玻璃熔制过程中进行2-3次的搅拌，待玻璃熔融后，在1470℃温度下澄清2小时，将熔融玻璃液浇铸成规定的规格，待浇铸完成后玻璃液还未完全凝固时，用震荡器将玻璃熔液振动均匀以去除玻璃熔体中的内部孔洞和气泡，待玻璃棒冷却凝固后，进行退火处理，即得到本发明的光吸收料玻璃。
在表1中显示了试样的基本性能，厚度0.5mm的样品的可见光透过率为2.5％；样品析晶温度为860℃，热膨胀系数为81×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备光纤倒像器的方法：
(1)将折射率1.81的芯料玻璃棒和折射率1.49的皮料玻璃管匹配后进行单丝拉制，得到拉制的单丝，单丝丝径为2.90mm；将光吸收料玻璃拉制成光吸收丝，光吸收丝的丝径为0.40mm；
(2)将拉制的单丝排列成六方形，并将光吸收丝按插丝图位置插入到拉制的单丝之间相邻的空隙中，得到一次复合棒；单丝每边根数为6根，单丝排成的一次复合棒的单丝总根数为91根，光吸收丝的插丝根数为72根；再将一次复合棒拉制成一次复丝，一次复丝的六方形对边尺寸为1.05mm；
(3)将一次复丝再按要求排列成六方形的二次复合棒，一次复丝排棒每边根数14根，一次复丝的排棒总根数547根，将二次复合棒再拉制成丝径等于4.0μm的二次复丝，所述二次复丝的六方形对边尺寸为1.10mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段，经热熔压成型，即得到光学纤维板毛坯板，光学纤维板毛坯板的两端经过180°角度的扭转成型，得到高清晰度光纤倒像器。
上述制备的高清晰度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光为0.9％，所制备的光纤倒像器分辨率144lp/mm，所制备的光纤倒像器在500-600nm波长范围内，光谱透过率70％，将上述制得的高清晰度光纤倒像器应用于微光像增强器中，能明显提高微光像增强器的对比度和分辨率。
实施例2
玻璃组成参照表1实施例2，使用与实施例1相同的原料及原料要求，称取部分原料混合物放入石英坩埚，在1400℃温度下熔融10小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行2至3次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体淬冷，淬冷后将熟料玻璃干燥粉碎，得到熟料玻璃粉，再将熟料玻璃粉与按照表1实施例2的原料组成混合而成的原料混合物以质量比1:3的配比混合均匀，放入石英坩埚中；在1450℃温度下熔融5小时，玻璃熔制过程中进行2-3次的搅拌，待玻璃熔融后，在1460℃温度下澄清3小时，将熔融玻璃液浇铸成规定的规格，并振动均匀后进行退火处理，即得到本发明的光吸收料玻璃。
在表1中显示了试样的基本性能，厚度0.5mm的样品的可见光透过率为2.9％；样品析晶温度为863℃，热膨胀系数为83×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备光纤倒像器的方法：
(1)将高折射率的芯料玻璃棒和低折射率的皮料玻璃管匹配后进行单丝拉制，得到拉制的单丝，所述单丝的丝径为3.12mm；将光吸收料玻璃拉制成光吸收丝，所述光吸收丝的丝径为0.39mm；
(2)将拉制的单丝排列成六方形，并将光吸收丝插入到拉制的单丝之间相邻的空隙中，得到一次复合棒，单丝每边根数为6根，单丝排成的一次复合棒的单丝总根数为91根，光吸收丝的插丝根数为78根，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的六方形对边尺寸为1.12mm；
(3)将一次复丝再排列成六方形二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数14根，一次复丝的排棒总根数547根，将二次复合棒再拉制成丝径为3.59μm的二次复丝，所述二次复丝的六方形对边尺寸为1.20mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段，经热熔压成型，即得到光学纤维板毛坯板，光学纤维板毛坯板的两端经过180°角度的扭转成型，得到高清晰度光纤倒像器。
上述制备的高清晰度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光为0.8％，所制备的光纤倒像器分辨率161lp/mm，所制备的光纤倒像器在500-600nm波长范围内，光谱透过率68％，将上述制得的高清晰度光纤倒像器应用于微光像增强器中，能明显提高微光像增强器的对比度和分辨率。
实施例3
玻璃实际组成参照表1实施例3，使用与实施例1相同的原料及原料要求，称取部分原料混合物放入石英坩埚，在1600℃温度下熔融6小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行2至3次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体淬冷，淬冷后将熟料玻璃干燥粉碎，得到熟料玻璃粉，再将熟料玻璃粉与按照表1实施例3的原料组成混合而成的原料混合物以质量比1:2.5的配比再混合均匀，放入石英坩埚中；在1500℃温度下熔融3小时，玻璃熔制过程中进行2-3次的搅拌，待玻璃熔融后，在1480℃温度下澄清2小时，将熔融玻璃液浇铸成规定的规格，并进行退火处理，即得到本发明的光吸收料玻璃。
在表1中显示了试样的基本性能，厚度0.5mm的样品的可见光透过率为2.7％；样品析晶温度为867℃，热膨胀系数为84×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备光纤倒像器的方法：
(1)将高折射率的芯料玻璃棒和低折射率的皮料玻璃管匹配后进行单丝拉制，得到拉制的单丝，所述单丝的丝径为3.15mm；将光吸收料玻璃拉制成光吸收丝，所述光吸收丝的丝径为0.405mm；
(2)将拉制的单丝排列成六方形，并将光吸收丝插入到拉制的单丝之间相邻的空隙中，得到一次复合棒，单丝每边根数为6根，单丝排成的一次复合棒的单丝总根数为91根，光吸收丝的插丝根数为84根，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的六方形边长为1.105mm；
(3)将一次复丝再排列成六方形二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数14根，一次复丝的排棒总根数547根，将二次复合棒再拉制成丝径为4.0μm的二次复丝，所述二次复丝的六方形对边尺寸为1.15mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段，经热熔压成型，即得到光学纤维板毛坯板，光学纤维板毛坯板的两端经过180°角度的扭转成型，得到高清晰度光纤倒像器。
上述制备的高清晰度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光为0.7％，所制备的光纤倒像器分辨率144lp/mm，所制备的光纤倒像器在500-600nm波长范围内，光谱透过率67％，将上述制得的高清晰度光纤倒像器应用于微光像增强器中，能明显提高微光像增强器的对比度和分辨率。
实施例4
玻璃实际组成参照表1实施例4，使用与实施例1相同的原料及原料要求，称取部分原料混合物放入石英坩埚，在1460℃温度下熔融7小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行2至3次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体淬冷，淬冷后将熟料玻璃干燥粉碎，得到熟料玻璃粉，再将熟料玻璃粉与按照表1实施例1的原料组成混合而成的原料混合物以质量比1:2.5的配比混合均匀，放入石英坩埚中；在1400℃温度下熔融6小时，玻璃熔制过程中进行2-3次的搅拌，待玻璃熔融后，在1450℃温度下澄清2.5小时，将熔融玻璃液浇铸成规定的规格，并进行退火处理，即得到本发明的光吸收料玻璃。
在表1中显示了试样的基本性能，厚度0.5mm的样品的可见光透过率为2.8％；样品析晶温度为862℃，热膨胀系数为82×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备光纤倒像器的方法如实施例1。
实施例5
玻璃实际组成参照表1实施例5，使用与实施例1相同的原料及原料要求，称取部分原料混合物放入石英坩埚，在1300℃温度下熔融8小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行2至3次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体淬冷，淬冷后将熟料玻璃干燥粉碎，得到熟料玻璃粉，再将熟料玻璃粉与按照表1实施例1的原料组成混合而成的原料混合物以质量比1:2.5的配比混合均匀，放入石英坩埚中；在1480℃温度下熔融2小时，玻璃熔制过程中进行2-3次的搅拌，待玻璃熔融后，在1450℃温度下澄清3小时，将熔融玻璃液浇铸成规定的规格，并进行退火处理，即得到本发明的光吸收料玻璃。
在表1中显示了试样的基本性能，厚度0.5mm的样品的可见光透过率为3.0％；样品析晶温度为865℃，热膨胀系数为80×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备光纤倒像器的方法如实施例1。
本发明还提供一种高清晰度光纤倒像器在微光像增强器中的应用，使得其微光夜视技术中得到广泛应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高清晰度光纤倒像器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高折射率的芯料玻璃棒和低折射率的皮料玻璃管匹配后进行单丝拉制，得到拉制的单丝，所述单丝的丝径为2.625～3.175mm；将光吸收料玻璃拉制成光吸收丝，所述光吸收丝的丝径为0.38～0.41mm；
(2)将拉制的单丝排列成六方形，并将光吸收丝插入到拉制的单丝之间相邻的空隙中，得到一次复合棒；六方形中，单丝每边根数为6根，单丝排成的一次复合棒的单丝总根数为91根；光吸收丝的插丝根数为42-96根，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的六方形对边尺寸为0.99-1.12mm；
(3)将一次复丝再排列成六方形二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数为14根，一次复丝的排棒总根数为547根，将二次复合棒再拉制成丝径小于等于4.0μm的二次复丝，所述二次复丝的六方形对边尺寸为0.90-1.20mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段，经热熔压成型，即得到光学纤维板毛坯板，光学纤维板毛坯板的两端经过180°角度的扭转成型，得到高清晰度光纤倒像器。
2.根据权利要求1所述的高清晰度光纤倒像器的制备方法，其特征在于，所述光吸收料玻璃的制备包括以下步骤：
(a)原料配备：按照配比称取石英砂、氧化铝、硼酸或硼酐、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碱式碳酸镁、碳酸钙、二氧化锰、五氧化二钒、氧化钕、氧化钴和氧化镍，混合均匀，得到原料混合物；
(b)第一次熔融：称取部分原料混合物放入坩埚中进行第一次熔融，待原料混合物熔融后，将玻璃熔体淬冷，淬冷后将熟料玻璃干燥粉碎，得到熟料玻璃粉；
(c)二次混合：将熟料玻璃粉与原料混合物按照质量比1:2～1:3的配比混合均匀，得到二次混合料；
(d)第二次熔融、澄清、浇铸及凝固：将混合料放入坩埚中进行第二次熔融，待玻璃熔融后澄清，将熔融澄清后的玻璃液在模具中浇铸成规定的规格，待玻璃冷却凝固后，即得到光吸收料玻璃。
3.根据权利要求2所述的高清晰度光纤倒像器的制备方法，其特征在于，所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
Figure FDA0002461262770000021
4.根据权利要求3所述的高清晰度光纤倒像器的制备方法，其特征在于，所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
Figure FDA0002461262770000022
Figure FDA0002461262770000031
5.根据权利要求4所述的高清晰度光纤倒像器的制备方法，其特征在于，所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
Figure FDA0002461262770000032
6.根据权利要求2-5中任一项所述的高清晰度光纤倒像器的制备方法，其特征在于，所述第一次熔融包括在1300-1600℃温度下熔融6-10小时，所述原料混合物熔制过程中进行2-3次的搅拌。
7.根据权利要求6所述的高清晰度光纤倒像器的制备方法，其特征在于，所述第二次熔融包括1400-1500℃温度下熔融2-6小时，所述混合料熔融过程中进行2-3次的搅拌；所述澄清包括在1450-1480℃，温度下澄清2-3小时。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括：待浇铸完成后玻璃液还未完全凝固时，用震荡器将玻璃熔液振动均匀，以去除玻璃熔体中的内部孔洞和气泡。
9.一种高清晰度光纤倒像器，其特征在于，按照权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到；所述高清晰度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光小于1％；所述光纤倒像器分辨率大于140lp/mm；所述高清晰度光纤倒像器在500-600nm波长范围内，光谱透过率＞65％。
10.根据权利要求9所述的高清晰度光纤倒像器在微光像增强器中的应用。
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