CN111580342B - 光纤传像元件端面微凸结构的制备及光纤传像元件的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明的主要目的在于提供一种光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用。所述微凸结构设置于每根光纤的芯层玻璃的端面上，所述方法包括：在光纤传像元件的一个端面上涂布感光膜溶液，加热固化；对光纤传像元件的另一个端面光照，使固化的感光膜曝光；对曝光的感光膜进行显影清洗，得端面包含微凸结构的光纤传像元件。所要解决的技术问题是通过化学方法在微米级尺寸的光纤传像元件的芯层玻璃的输入端面和/或输出端面上加工制造出微凸形状的立体结构，有效地减少了光束间的相互串扰，且出射光聚光，提高了光纤传像元件的分辨率和成像质量；同时，所述方法制造的微凸结构尺寸精准可控，从而更加适于实用。
Description
技术领域
本发明属于光学纤维传像元件制备领域，特别是涉及一种光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用。
背景技术
近些年来，随着图像数字化处理技术的迅猛发展，高保真图像的采集、存储和传输变得十分便捷，已成为人类进入数字时代的重要标志。但是，人们在战争、科研、生产和医疗等过程中，往往需要对肉眼看不见的微弱图像和事件进行观察、分析和处理，例如，需要在无光照条件下的夜间进行监测、观察；需要对发出射线的物体进行成像研究；需要对高速运动的飞行器进行跟踪、识别等等。在这些情况下图像的亮度通常只有10-3坎德拉～10-4坎德拉，甚至更低。因此必须把图像增强后再进行观察处理与分析，常规的图像数字化处理技术已不能满足这方面要求。利用光纤传像元件制备的光电倍增管和像增强器，及像增强器与CCD/CMOS耦合是实现微光成像数字化、减小器件体积的最佳选择。
由于光纤传像材料的尺寸较小，难以将其端面加工制造出各种结构，因此传统的光纤传像材料的输入端面和输出端面都是平整的。现有技术中光纤传像元件的端面一般是由抛光工艺后直接得到，其表面加工的平面度一般小于5个，这样光纤传像材料在与其它元件进行耦合时，一般可以直接干耦合，或者可以采用光学胶进行耦合，但是光学元件之间的此种耦合方式，会由于光线在光导纤维中传输后在输出端面呈现发散状态，使得光纤传像元件的分辨率降低。因此，图像信号每被耦合一次，其耦合分辨率就下降得非常明显，有的甚至可下降一个数量级，严重影响了光学信号的传输和成像质量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用，所要解决的技术问题提高光纤传像元件输入端面对光的收集能力，从而提高光的透过率，有效减少了光束间的相互串扰，有助于提高成像的分辨力；同时，提高光纤传像元件输出端面对光的汇聚能力，使每根光纤的出射光向每根光纤的中心聚集，实现出射光聚光，达到提高光纤传像元件分辨率和成像质量的目的；所述方法制造的微凸结构尺寸精准可控，且与光纤传像元件的端面的芯层一一对应，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光纤传像元件端面微凸结构的制备方法，所述微凸结构设置于组成光纤传像元件的每根光纤的芯层玻璃的端面上，其制备方法包括以下步骤：
1)在光纤传像元件的一个端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
2)对光纤传像元件的另一个端面光照，使步骤1)固化的感光膜曝光；
3)对步骤2)曝光的感光膜进行显影，清洗，得端面包含微凸结构的光纤传像元件。
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，前述的制备方法，其中组成光纤传像元件的每根光纤的透射率比＜50％，折射率比＜90％；其中，所述的透射率比等于所述光纤的芯层玻璃的透过率与所述光纤的皮层玻璃的透过率的比值；所述的折射率比等于所述光纤的皮层玻璃的折射率与所述光纤的芯层玻璃的折射率的比值。
优选的，前述的制备方法，其中所述的另一端面的表面覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域。
优选的，前述的制备方法，其包括以下步骤：
A、在光纤传像元件的输出端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
B、对光纤传像元件的输入端面光照，使步骤A固化的感光膜曝光；
C、对步骤B曝光的感光膜进行显影，清洗，得输出端面包含微凸结构的光纤传像元件；
D、在步骤C所述的输出端面包含微凸结构的光纤传像元件的输入端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
E、在所述的输出端面上覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域；
F、对所述的输出端面光照，使步骤D固化的感光膜曝光；
G、对步骤F曝光的感光膜进行显影，清洗，得输出端面和输入端面均包含微凸结构的光纤传像元件。
优选的，前述的制备方法，其中所述的步骤B中，对光纤传像元件的输入端面光照之前，先在其表面覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域。
优选的，前述的制备方法，其中所述的感光膜的折射率与所述的芯层玻璃的折射率相同。
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端面包含微凸结构的光纤传像元件，组成所述光纤传像元件的光纤包括芯层和皮层，在每根所述光纤的端部，所述芯层超出所述皮层使芯层的端面成球冠面；其中，所述球冠面的曲率半径R≥0.5d，所述球冠面的拱高h≤0.5d，其中d为所述光纤的芯径。
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，前述的制备方法，其中所述微凸结构由前述的制备方法所制备，所述光纤传像元件的输入端面和输出端面均为球冠面。
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端面包含微凸结构的光纤传像元件的应用。
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光纤面板，其包括前述的光纤传像元件。
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光纤倒像器，其包括前述的光纤传像元件。
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光学纤维锥，其包括前述的光纤传像元件。
借由上述技术方案，本发明提出的一种光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用至少具有下列优点：
1、本发明提出的光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用，其通过化学方法在光纤传像元件的输入端面和/或输出端面上形成微纳米级高度的微凸结构，使每根光纤的入射光能够获得更大角度的入射光束，可以提高其对光的收集能力，从而可提高光的透过率，同时也有效地减少了光束间的相互串扰，有助于提高成像的分辨力；使每根光纤的出射光向每根光纤的中心聚集，实现了出射光聚光的目的，其在与CCD耦合时的光斑会减小，可以达到提高光学传像元件分辨率的目的；
2、本发明提出的光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用，其通过控制芯层玻璃和皮层玻璃的透光率和折射率的比值，通过控制曝光光线经过光纤传像元件传输后再照射到感光材料上的组合工艺，实现了微凸结构尺寸的精准控制；进一步的，通过在曝光时使用掩模覆盖芯层玻璃区域，可以极大地改善微凸结构的尺寸精准度；
3、本发明提出的光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用，其通过化学方法在光纤传像元件的输入端面和输出端面的每根光纤芯层位置上成型微凸结构，能够汇聚更多的入射光线进入光学传像元件内，且在光学传像元件内传输的光线在输出时具有光汇聚的功能；利用微凸结构的聚光效应，提高了该光纤传像元件的耦合光学性能；同时，所述方法制备的微凸结构与所述光纤的芯层一一对应，且在径向上的尺寸和形状相同。
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是本发明制备微凸结构的工艺流程示意图；
图2是本发明提出的光纤传像元件的端面局部放大示意图；
图3是本发明微凸结构制备过程中感光膜固化后的膜层材料示意图；
图4是本发明微凸结构的示意图；
图5是现有技术中光纤传像元件的工艺流程图；
图6a是现有技术中感光材料制备的超声喷涂技术原理图；
图6b是现有技术中超声喷涂薄膜制备工艺流程。
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光纤传像元件端面微凸结构的制备方法、端面包含微凸结构的光纤传像元件及其应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提出一种光纤传像元件端面微凸结构的制备方法，所述微凸结构4设置于组成光纤传像元件的每根光纤的芯层玻璃的端面上，如附图1所示，其制备方法包括以下步骤：
1)在光纤传像元件的一个端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
2)对光纤传像元件的另一个端面光照，使步骤1)固化的感光膜曝光；
3)对步骤2)曝光的感光膜进行显影，清洗，得端面包含微凸结构的光纤传像元件，如附图2和附图4所示。
首先按照现有技术中的工艺，如附图5所示，制备光纤传像元件、配制感光膜溶液，将所述的感光液通过超声波镀感光膜，如附图6a和附图6b所示，在一定温度下加热、固化形成感光膜3，如附图3；将所述的感光膜3进行曝光、显影，清洁，获得端面包含微凸结构4的光纤传像元件，如附图2和附图4所示。在本发明的技术方案中，采用的膜层材料是全水溶性干膜感光胶层(以下简称为感光膜)。所述的光照可以采用可见光或紫外光进行照射曝光。实际生产中，技术人员可以根据实际条件进行选择使用。
组成光纤传像元件的每根光纤包括芯层玻璃和皮层玻璃。
优选的，组成光纤传像元件的每根光纤的透射率比＜50％，折射率比＜90％；其中，所述的透射率比等于所述光纤的芯层玻璃的透过率与所述光纤的皮层玻璃的透过率的比值；所述的折射率比等于所述光纤的皮层玻璃的折射率与所述光纤的芯层玻璃的折射率的比值。
在制作微凸结构前，首先需要选择符合上述性能要求的玻璃作为芯层玻璃和皮层玻璃。将所述的芯层玻璃和皮层玻璃制备成玻璃棒管材料，通过棒管拉制、排板、熔压、二次热加工、光学加工制得光纤传像元件；然后，再通过本发明的技术方案在所述的光纤传像元件的端面上制作微凸结构。
在本发明的技术方案中，曝光区域的精确控制是该发明的关键技术。本发明曝光区域的控制原理在于：由于光纤的芯层玻璃和皮层玻璃的成分不同，因此其对可见光线、紫外线的透过能力不同。芯层玻璃中一般具有多种稀土元素，其对于可见光线、紫外线的吸收能力强，而皮层玻璃的透光能力强。在光纤传像元件的一个端面上涂布感光材料层，然后从光纤传像元件的另一个端面上采用可见光或紫外线光照时，由于皮层玻璃和芯层玻璃对光线的透过能力的差异，就会在光纤传像元件的感光材料层上出现与芯层玻璃、皮层玻璃尺寸完全吻合的薄膜材料，也是微米级的薄膜。而芯层玻璃、皮层玻璃的成分差异，其在经历热过程后会在界面处出现相互渗透，导致了玻璃纤维由芯层玻璃的中心到皮层玻璃的边缘对光线的透过能力呈现上升状态，从而使得薄膜材料在可见光或紫外光照射后形成中心高周边低的弧线连续变化的微凸状的立体结构。
优选的，所述的另一端面的表面覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域。
使用掩模覆盖芯层玻璃区域后，则芯层玻璃区域的光线难以传输至感光材料的一端，使得中心区的感光材料更厚，形成的微凸结构效果更好。
优选的，其包括以下步骤：
A、在光纤传像元件的输出端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
B、对光纤传像元件的输入端面光照，使步骤A固化的感光膜曝光；
C、对步骤B曝光的感光膜进行显影，清洗，得输出端面包含微凸结构的光纤传像元件；
D、在步骤C所述的输出端面包含微凸结构的光纤传像元件的输入端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
E、在所述的输出端面上覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域；
F、对所述的输出端面光照，使步骤D固化的感光膜曝光；
G、对步骤F曝光的感光膜进行显影，清洗，得输出端面和输入端面均包含微凸结构的光纤传像元件。
通过上述的方法，可以在光纤传像元件的两端，也即输入端面和输出端面均加工制造微凸结构，从而使得输入端面和输出端面同时设置了微凸结构，可以更好地解决本发明的技术问题，进一步提高光纤传像元件的分辨率和成像效果。
优选的，所述的步骤B中，对光纤传像元件的输入端面光照之前，先在其表面覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域。
如前文所述，在本发明的技术方案中，曝光区域的精确控制是该发明的关键技术。为了能够进一步精准地控制曝光区域的尺寸，可以在入射光线照射之前，在照射区域覆盖掩模，一般的，芯层玻璃区域会被掩模覆盖，光线不会入射芯层玻璃；皮层玻璃区域则不被覆盖，光线入射皮层玻璃；从而在光纤传像元件的端面上制造尺寸可精准控制的微凸结构。
优选的，所述的感光膜的折射率与所述的芯层玻璃的折射率相同。
所述的相同是指二者的折射率无限接近，最理想的状态是两者完全相等。本发明限定所述感光膜的折射率无限接近或等于所述芯层玻璃的折射率，旨在减少光线在芯层玻璃和微凸结构的交界面处因折射而产生损失。
优选的，所述的感光膜溶液采用超声喷涂法进行涂布。将按配方设计比例制备的感光膜溶液利用超声喷涂设备雾化成微米级尺寸的液滴，再在高压氮气气流的带动下，雾化液滴均匀地分散到光纤传像元件的目标端面的表面，利用其自发降低表面能的倾向，使液滴到达衬底后会自发地聚合一起形成连续液膜。然后，再对光纤传像元件在40℃～55℃条件下加热，加速溶剂的挥发速度，溶质析出形成固化薄膜。
优选的，所述的感光膜采用全水溶性干膜感光胶层镀膜。
优选的，所述的感光膜溶液的制备方法如下：将30～40质量份的粘结剂、40～50质量份的光聚合体、0.5～10质量份的光引发剂、0.5～5质量份的添加剂、40～60质量份的溶剂混合均匀，得感光膜溶液。
在本发明的一个实施例中，所述的粘结剂选用聚苯乙烯马来酸酐的共聚物，用作成膜树脂；所述的光聚合体选用线性酚醛树脂；所述的光引发剂选用重氮萘醌磺酸酯；所述的添加剂包括增塑剂，选用三乙二醇双醋酸脂；所述的添加剂还包括热阻聚剂，选用对苯二酚；所述的溶剂选用丙酮。
所述的镀膜材料中的光引发剂经可见光或者紫外光照射后发生分解反应，生成羧酸，使得光聚合体线性酚醛树脂易溶于显影液。再利用感光部分不溶于显影液，而曝光部分可通过显影除去，从而形成微凸结构。
所述的端面涂覆感光膜的光纤传像元件，利用可见光或者紫外线照射光纤传像元件的另一端，由于芯层玻璃和皮层玻璃的材料不同，芯层玻璃可以吸收可见光或者紫外线，而皮层玻璃可以使得可见光或者紫外线透过。
在本发明的一个实施例中，所述的曝光采用紫外线曝光。所述的紫外线曝光使用志圣科技M-552型曝光机进行曝光，使用stouffer21格曝光尺进行曝光能量测定，曝光格数为9～10格，曝光能量为35mj/cm2～50mj/cm2。经过紫外线照射的感光膜中的光引发剂重氮萘醌磺酸酯发生分解反应产生羧酸，促进线性酚醛树脂溶于显影液。
在本发明的一个实施例中，将曝光后的样品置于30℃条件下，用1wt％的碳酸钠、碳酸氢钠的混合水溶液进行显影，显影压力为1.6bar，显影时间为20s～30s。
经过上述的显影处理后，经紫外线照射的聚合物单体部分会发生溶解，感光薄膜经过照射后发生裂解反应；由于光纤传像元件单根纤维都是由芯层玻璃和皮层玻璃组成的，芯层玻璃和皮层玻璃的可见光透过性差异、紫外透过性差异就会使得微凸结构是和每根单纤维一一对应的，其结构示意如附图4所示。
本发明还提出一种端面包含微凸结构的光纤传像元件，组成所述光纤传像元件的光纤包括芯层1和皮层2，在每根所述光纤的端部，所述芯层1超出所述皮层2使芯层1的端面成球冠面。
优选的，所述微凸结构4由前述的制备方法所制备，所述光纤传像元件的输入端面和输出端面均为球冠面；所述球冠面的曲率半径R≥0.5d，所述球冠面的拱高h≤0.5d，其中d为所述光纤的芯径。
本发明还提出一种端面包含微凸结构的光纤传像元件的应用。
在微凸结构制备过程中，光学传像元件的制备属于现有技术，工艺如附图5所示。
在微凸结构制备过程中，感光膜材料的制备属于现有技术，如附图6a和附图6b所示。在本发明的一个实施例中，感光膜材料的制备主要包括：溶液雾化、液滴聚合成膜、溶剂挥发及固体薄膜形成等过程。在该工艺流程中，溶液在超声波振动能量的作用下雾化成微米级尺寸的液滴，再在载气气流的带动下，雾化液滴均匀地分散到光纤传像元件输入端或者输出端的表面，因为具有自发降低表面能的倾向，因此液滴到达衬底后会自发地聚合一起形成连续液膜。然后，再对光纤传像元件在40℃～55℃条件下加热，加速溶剂的挥发速度，溶质析出形成固化薄膜。在此工艺中，连续液膜的形成是实现薄膜沉积的必要条件。
本发明还提出一种光纤面板，其包括前述的光学传像元件。所述的光纤面板的具体操作步骤如下实施例1所示。
本发明还提出一种光纤倒像器，其包括前述的光学传像元件。所述的倒像器的具体操作步骤如下实施例2所示。
本发明还提出一种光学纤维锥，其包括前述的光学传像元件。所述的光学纤维锥的具体操作步骤如下实施例3所示。
下面通过具体的实施例作更进一步的说明：
实施例1：微凸结构光纤面板的制备
10：光纤面板坯板的制备
该步骤的光纤面板坯板都是由上千万乃至上亿根微米级的玻璃纤维经过特定工艺制成，玻璃纤维由纤芯玻璃和皮层玻璃构成，每根玻璃纤维将像元从输入端独立传输至输出端。
其中，制备出光纤面板坯板具体包括以下步骤：
101、将第一玻璃件拉制成一次玻璃纤维丝(以下简称一次丝)；将黑色吸收玻璃棒拉制成光吸收玻璃单丝。
其中，该步骤中的第一玻璃件包括筛选过后尺寸适配的一次玻璃棒和一次玻璃棒，一次玻璃管套装在一次玻璃棒上。一次玻璃管采用紫外线透过率高的玻璃材料，其折射率为1.4～1.5；一次玻璃棒采用紫外线吸收率高的玻璃材料，其折射率为1.7～1.8。黑色吸收玻璃棒采用光吸收性能良好的玻璃，光吸收玻璃单丝的直径在0.3mm～0.5mm。
102、将多根一次丝进行六方最密排列，并且在多个一次丝进行六方密排所构成的每个间隙中插入光吸收丝，得到一次复合棒；将一次复合棒拉制成一次复丝；再将一次复丝经定常切割后，进行六方最密排列并捆制后，得到二次复合棒；将二次复合棒拉制成二次复丝。
其中，为了保证最终制成的光纤传像元件的光学性能和分辨率，需要经历三次拉制得到二次单丝。同时，步骤1和步骤2中均采用高精度玻璃纤维成型机对玻璃件进行加热和拉制，拉制温度为780℃～800℃，丝径拉制精度≤1μm。
其中，一次复合棒和二次复合棒均呈正六边体结构。在将多根一次玻璃丝进行六方最密排列后捆制，得到一次复合棒的步骤以及将多根二次复合丝进行六方最密排列后捆制，得到二次复合棒的步骤时，需要将多根一次玻璃丝或二次复合丝定常切割后排列在正六边形的模具里，排列完成后，捆扎，得到一次复合棒或二次复合棒。
103、将二次复合棒采取真空热熔压、切割、外形尺寸加工等工艺，得到第二玻璃件。
在该步骤中，将上述得到的二次复合棒在真空条件下，进行温度为630℃～650℃，下压刻度为3mm～4.5mm的熔压处理，得到光纤传像元件毛坯材料。然后将毛坯按照产品尺寸要求定长切割。将切割完成后得到的板端进行简单的外形尺寸加工，为下一步制备多品种元件提供条件，至此，得到第二玻璃件。
104、将得到的第二玻璃件进行端面研磨、抛光、性能检测，得到光纤面板坯板。
其中，需要对板段的输入端和输出端都进行研磨、抛光，抛光时间为1～1.5h，抛光时间为2～3h。性能检测的主要指标包括气密性、网格、黑斑、分辨率、疵点以及划伤等，选取满足性能要求的板段作为光纤面板坯板。
11、感光膜溶液的配置
干膜溶液配制：将30～40质量份的粘结剂、40～50质量份的聚合体、0.5～10质量份的光引发剂、0.5～5质量份的添加剂、40～60质量份的溶剂混合均匀，得到干膜溶液。
其中：粘结剂为聚苯乙烯马来酸酐共聚物，具有粘合成膜作用，将其他成分连接在一起；
光聚合体为线性酚醛树脂，添加光引发剂(溶解抑制剂)时可以形成稳定的光学薄膜，具有高分辨率和热稳定性；当对其紫外曝光后，光引发剂发生分解反应，使得成型感光膜溶解于显影液；
光引发剂为重氮萘醌磺酸酯，未经紫外曝光时可抑制线性酚醛树脂溶解，形成稳定光学薄膜；在紫外光(UV吸收峰360～400nm)照射时吸收一定波长的能量，释放出N2形成羧酸，成为溶解度增强剂，使其在显影液中易于溶解；
增塑剂为三乙二醇双醋酸脂，增加膜层柔韧性和成膜性；
热阻聚剂为对苯二酚，耐高温、避免喷涂设备结胶、堵塞，还可有效抑制其他有机成分再烘干过程的热聚合；
溶剂为丙酮，具有良好的溶解特性，配置混合均匀的干膜溶液，从而提高超声喷涂的效率和成膜均匀性。
具体的操作步骤如下：
按照设计好的比例称取各组分，再将称取好的各组分导入容器中，利用搅拌器搅拌均匀。
其中，需要对配置好的溶液充分搅拌均匀，使得各组分充分混合，避免超声振荡时液化雾滴尺寸过大。
12、光纤面板坯板镀膜
上述得到干膜溶液，再通过超声喷涂法将干膜溶液涂敷在光纤面板的输出端，经过加热固化后得到厚度均匀的膜层。
具体的喷涂工艺流程如图6a和附图6b所示。
具体包括如下步骤：
121、在镀膜工艺开始之前，需要先对光纤面板坯板输出端端面进行净化处理。将待喷涂的光纤面板坯板放置在样品放置夹具上，仅暴露出输出端，利用酒精喷洗后，再通过氮气喷枪吹干后放置在待喷涂样品放置台上。
在该步骤中，坯板放置夹具可以同时放置多个样品。并且，在本步骤中，为了精准的将薄镀制在坯板上，需要确保坯板及环境处于100级净化状态。因此，用镀膜夹具装夹坯板之前必须将镀膜夹具擦拭干净。再用竹镊子将坯板放置在夹具内，在此过程中，需要防止坯板输出端面弄脏，边缘破损。
122、将喷涂样品放置台放置于抽真空的镀膜室内，防止净化后的坯板遭到二次污染后影响成膜的均匀性，从而导致样品镀膜失败。
其中，镀膜室内的真空度为1×10-3Pa。而将镀膜室内抽真空的步骤主要是：打开分子泵冷却水、打开机械泵、打开真空复合计。
123、将混合均匀的干膜溶液装入超声喷涂设备的超声振荡容器中雾化成纳米级尺寸的液滴，在高压氮气气流的带动下,使得雾化液滴从超声喷嘴喷出，并均匀地分散到光纤面板输出端表面，利用其自发降低表面能的倾向，液滴到达衬底后会自发地聚合一起形成连续液膜。
其中，具体操作步骤为，打开超声波喷涂设备电源总开关、扫描电流开关、偏转电流开关、电子枪冷却水开关、高压电源开关。一切进入正常状态，打开喷枪开关。按照镀膜工艺参数进行镀膜。
在该步骤中，需要严格控制超声波能量大小，使得干膜溶液雾化称纳米级液滴，并控制喷涂时间为20s～30s，使得喷涂的膜层达到4μm～5μm。在此，控制雾化液滴的尺寸是关键步骤，将直接决定膜层的均匀性和厚度。
124、对镀膜室内充入空气后，取出镀膜完成的光纤面板的坯板。
在镀膜后，关闭喷枪开关、关闭高压开关、关闭偏转电流开关，关闭扫描电流开关、关闭总电源开关、关闭复合计、关闭分子泵等。然后，向镀膜室内充入空气，以使镀膜室内的压强为大气压强。最后取出镀膜完成的光纤面板坯板。
125、再对喷涂完成的光纤传像元件放置在真空干燥箱中加热，加热实现预固化同时加速溶剂的挥发速度，溶质析出形成固化薄膜，至此得到镀膜完成的光纤面板。
其中，真空干燥箱的温度设置为40℃～55℃，真空度为1×10-3Pa，在不破坏其他有机单体结构的前提下，加速干膜溶液中溶剂的蒸发。
13、微凸结构实现
131、将镀膜完成的光纤面板放置在紫外线曝光机中，将紫外线从输入端输入各个元件，使得输出端感光膜经紫外线曝光处理。
该步骤中，紫外线曝光使用志圣科技M-552型曝光机进行曝光，使用stouffer21格曝光尺进行曝光能量测定，曝光格数为6～9格，曝光能量为35mj/cm2～50mj/cm2，紫外线波长在360μm～400μm。用紫外线照射光纤面板的输入端面，根据光导纤维皮层可以透紫外线能力强，而纤芯可以吸收紫外能力强的原理，使得经过紫外线照射的感光膜中的聚合物薄膜会转变为聚合单体。
132、将上述曝光后的样品，进行显影处理，得到具有微凸结构的光纤面板。
在该步骤中，实验中把曝光后的光纤面板放入显影液中搅拌显影，从显影液中取出光纤面板放入去离子水中终止显影，并用氮气吹干。操作温度设置在30℃条件下，用1％wt的碳酸钠和碳酸氢钠水溶液作为显影液进行显影，显影压力为1.6bar，显影时间为20s～30s。显影处理后经紫外线照射的部分会溶解，由于玻璃纤维在纤芯和皮层界面处存在成分扩散现象，导致膜层在显影过后呈现出微凸结构，从而得到具有微凸结构的光纤面板。
133、微凸结构检查
此步检查目的在于用显微镜观察显影后的光纤面板的微凸结构是否达到预期目标。
经显微镜观察显影后的光纤面板的微凸结构符合设计预期。
实施例2：微凸结构光纤倒像器的制备
20、光纤倒像器坯板的制备
201、光纤倒像器坯板的前期制备过程如光纤面板微凸结构制备过程中的101、102、103步骤，得到第二玻璃件。
202、将上述第二玻璃件进行高温扭转工艺，得到光线倒像器毛坯料。
其中，高温扭转过程采用高精度旋扭机进行扭转，高温扭转的温度设置为770℃～790℃，扭转角为180°(±1°)。
203、将完成后的坯料进行外形尺寸加工。然后再对其端面进行研磨、抛光；性能检测合格后得到光纤倒像器坯板。
扭转完成后得到的坯料根据产品的尺寸要求进行铣磨、开台阶、倒角、研磨、抛光等外形加工处理，处理完成后进行剪切、扭转角、网格、黑斑、疵点、分辨率等性能的检测，检测性能合格后得到光纤倒像器坯板。
21、感光膜溶液的配置
该步骤与光纤面板微凸结构制备过程中步骤11中干膜溶液配置方法和操作过程相同。
22、光纤倒像器坯板镀膜
该步骤与光纤面板微凸结构制备过程中步骤121、122、123、124、125中干操作过程相同。
在此需要区别的是光纤倒像器的外形尺寸与光纤面板的外形尺寸有所区别，因此装夹的夹具可以装载的样品数量不同，因此镀膜样品的数量不同。
23、微凸结构实现
与光纤面板紫外曝光实现微凸结构的步骤131、132、133相同。
经显微镜观察显影后的光纤倒像器的微凸结构符合设计预期。
实施例3：微凸结构光纤光锥的制备
30、光纤光锥坯板的制备
301、光纤光锥坯板的前期制备过程如光纤面板微凸结构制备过程中的101、102、103步骤，得到第二玻璃件。
302、将第二玻璃件施加高温拉伸工艺，得到双锥玻璃件，再将其切割后一分为二。
其中，高温拉伸工艺采用高精度可控温拉伸机，拉伸温度为740℃～750℃，拉伸锥比为3:1(不同的产品锥比会有所区别)。
303、将切割得到的光纤光锥毛坯分别进行外形加工。然后再对其端面进行研磨、抛光；性能检测合格后得到光纤光锥坯板。
在该步骤中，需要根据产品的尺寸要求进行铣磨、开台阶、倒角、研磨、抛光等外形加工处理，处理完成后进行锥比、网格、黑斑、疵点、分辨率等性能的检测，检测性能合格后得到光纤光锥坯板。
31、感光膜溶液的配置
该步骤与光纤面板微凸结构制备过程中步骤11中干膜溶液配置方法和操作过程相同。
32、光纤光锥坯板镀膜
该步骤与光纤面板微凸结构制备过程中步骤121、122、123、124、125中干操作过程相同。
在此需要区别的是光纤倒像器的外形尺寸与光纤面板的外形尺寸有所区别，因此装夹的夹具可以装载的样品数量不同，因此镀膜样品的数量不同。
33、微凸结构实现
与光纤面板紫外曝光实现微凸结构的步骤131、132、133相同。
经显微镜观察显影后的光纤光锥的微凸结构符合设计预期。
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 (9)
1.一种光纤传像元件端面微凸结构的制备方法，其特征在于，所述微凸结构设置于组成光纤传像元件的每根光纤的芯层玻璃的端面上，其制备方法包括以下步骤：
1)在光纤传像元件的一个端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
2)对光纤传像元件的另一个端面光照，使步骤1)固化的感光膜曝光；
3)对步骤2)曝光的感光膜进行显影，清洗，得端面包含微凸结构的光纤传像元件；
组成光纤传像元件的每根光纤的透射率比＜50％，折射率比＜90％；其中，所述的透射率比等于所述光纤的芯层玻璃的透过率与所述光纤的皮层玻璃的透过率的比值；所述的折射率比等于所述光纤的皮层玻璃的折射率与所述光纤的芯层玻璃的折射率的比值；
所述的另一端面的表面覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域；
所述的感光膜的折射率与所述的芯层玻璃的折射率相同；
所述的感光膜溶液的制备方法如下：将30～40质量份的粘结剂、40～50质量份的光聚合体、0.5～10质量份的光引发剂、0.5～5质量份的添加剂、40～60质量份的溶剂混合均匀，得感光膜溶液；所述的粘结剂选用聚苯乙烯马来酸酐的共聚物，用作成膜树脂；所述的光聚合体选用线性酚醛树脂；所述的光引发剂选用重氮萘醌磺酸酯；所述的添加剂包括增塑剂，选用三乙二醇双醋酸脂；所述的添加剂还包括热阻聚剂，选用对苯二酚；所述的溶剂选用丙酮。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
A、在光纤传像元件的输出端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
B、对光纤传像元件的输入端面光照，使步骤A固化的感光膜曝光；
C、对步骤B曝光的感光膜进行显影，清洗，得输出端面包含微凸结构的光纤传像元件；
D、在步骤C所述的输出端面包含微凸结构的光纤传像元件的输入端面上涂布感光膜溶液，加热，固化；
E、在所述的输出端面上覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域；
F、对所述的输出端面光照，使步骤D固化的感光膜曝光；
G、对步骤F曝光的感光膜进行显影，清洗，得输出端面和输入端面均包含微凸结构的光纤传像元件。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，对光纤传像元件的输入端面光照之前，先在其表面覆盖掩模；所述的掩模仅覆盖芯层玻璃的区域，使光线照射所述的皮层玻璃的区域。
4.一种端面包含微凸结构的光纤传像元件，组成所述光纤传像元件的光纤包括芯层和皮层，其特征在于，在每根所述光纤的端部，所述芯层超出所述皮层使芯层的端面成球冠面；其中，所述球冠面的曲率半径R≥0.5d，所述球冠面的拱高h≤0.5d，其中d为所述光纤的芯径；
其中，所述微凸结构由权利要求1至3任一项所述的制备方法所制。
5.根据权利要求4所述的光纤传像元件，其特征在于，所述光纤传像元件的输入端面和输出端面均为球冠面。
6.一种根据权利要求4或5所述的端面包含微凸结构的光纤传像元件的应用。
7.一种光纤面板，其特征在于，其包括权利要求4或5所述的光纤传像元件。
8.一种光纤倒像器，其特征在于，其包括权利要求4或5所述的光纤传像元件。
9.一种光学纤维锥，其特征在于，其包括根其包括权利要求4或5所述的光纤传像元件。
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