CN112679087B - 光纤面板及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种光纤面板及其制备方法和应用。所述光纤面板包括阵列排布的数条光纤，光纤包括掺锗石英玻璃或纯石英玻璃芯料；掺氟石英玻璃皮料，包覆于芯料的外侧；掺锗石英玻璃包覆层，包覆于皮料的外侧；包覆层锗含量大于芯料锗含量；相邻的包覆层熔接为一体；制备方法包括：取掺氟石英玻璃管，在其内部沉积掺锗石英玻璃或纯石英玻璃，在其外围沉积掺锗石英玻璃；热熔得预制棒；将预制棒进行n次“拉丝和排列”，得到n次复丝棒；n为2或3；加热所述n次复丝棒使其熔合，拉板，光学加工，得到光纤面板。所要解决的技术问题是使所述光纤面板对紫外光线的透过率≥62％，扩大了光纤面板的应用范围，从而更加适于实用。

Description

光纤面板及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光纤制造技术领域，特别是涉及一种光纤面板及其制备方法和应用。

背景技术

光纤面板是由数千万根光学纤维有规则的排列后，经过高温熔压而成的硬质传像元件。光纤面板中每根单元丝两端按照一一对应的关系紧密排列，使其输入和输出端在几何上一一对应，每一根单元丝传递一个像点，从而起到像传导的作用。因光纤面板具有高分辨率、级间耦合损失小、可以无失真传递图像等优异的光学性能，作为光学成像系统的输入或输出窗口，光纤面板常用于图像耦合、图像增强、图像显示等场景，在微光夜视、粒子探测、机载显示、雷达显示等方面发挥重要作用。

光纤面板中每根光纤是由皮料包覆芯料而成，芯料为高折射率材料，皮料为低折射率材料，入射光线在芯料与皮料界面处发生全反射从而在芯料中进行传导。现有技术中光纤面板的制备工艺如下：通过熔压炉使纤维束熔合，将熔合后的纤维束排列为坯板装入金属模具中，再将金属模具置于热压炉中加热，待其温度升至纤维皮料的软化点后，在机械压力下坯板熔合。

现有技术中的光纤面板，其芯料有钠硼硅酸盐玻璃、钾硼硅酸盐玻璃、钠锌铝硅酸盐玻璃等，这些玻璃对400～700nm波段具有高透过率，但是对紫外波段的光会发生强吸收，因此此类光纤面板无法用于紫外光波段的传像。而石英光纤虽然对紫外光有良好的透过率，可以用于紫外光波段的传像，但是由于石英光纤的加工性能无法适用现有技术中光纤面板的制备工艺，目前其仅能被制造为柔性光纤，不能满足光纤面板对于机械强度的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光纤面板及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是使所述光纤面板对紫外光线的透过率≥62％，扩大了光纤面板的应用范围，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面板，包括阵列排布的数条光学纤维，所述的光学纤维包括：芯料，其材质为掺锗石英玻璃或纯石英玻璃；皮料，包覆于所述芯料的外侧；所述皮料的材质为掺氟石英玻璃；和包覆层，包覆于所述皮料的外侧；所述包覆层的材质为掺锗石英玻璃；所述包覆层中的锗含量大于所述芯料中的锗含量；相邻的所述光学纤维的包覆层熔接为一体。

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，前述的光纤面板，其中以摩尔百分含量计，所述芯料中的锗含量≤5％；所述皮料中的氟含量为1～3％；所述包覆层中的锗含量为10～15％。

优选的，前述的光纤面板，其对于波长≤400nm的光线的透过率≥62％。

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的制备方法，其包括以下步骤：

1)预制棒制备：取掺氟石英玻璃管作为皮料管，在其内部沉积掺锗石英玻璃或纯石英玻璃作为芯料，在其外围沉积掺锗石英玻璃作为包覆层；热熔，得预制棒；所述包覆层中的锗含量大于所述芯料中的锗含量；

2)纤维拉制：将所述预制棒进行n次“拉丝和排列”，得到n次复丝棒；n为2或3；

3)加热所述n次复丝棒使其熔合，拉板，光学加工，得到光纤面板。

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，其中步骤2)所述“拉丝和排列”为3次；步骤3)所述的n次复丝棒为三次复丝棒。

优选的，前述的制备方法，其中以摩尔百分含量计，所述皮料管中的氟含量为1～3％；所述芯料中的锗含量≤5％；所述包覆层中的锗含量为10～15％。

优选的，前述的制备方法，其中步骤1)中所述皮料管的管壁厚度为1.5～4mm，外径为20～40mm；所述包覆层的厚度为0.2～0.5mm。

优选的，前述的制备方法，其中步骤2)所述的拉丝在氩气氛围中进行，拉丝温度为1800～2100℃；所述的排列是将所述拉丝步骤得到的丝码放为径向截面为正六边形的复丝棒；其中，一次复丝棒和二次复丝棒中对边距离均为20～40mm，三次复丝棒的对边距离为20～50mm。

优选的，前述的制备方法，其中所述的丝包括单丝、一次复丝和二次复丝；所述单丝的径向截面为圆形，其丝径为1～4mm；所述一次复丝和所述二次复丝的径向截面均为正六边形；所述正六边形对边的距离为1～4mm；所述二次复丝中单根丝的丝径≤50μm。

优选的，前述的制备方法，其中步骤3)所述拉板包括以下步骤：

A、将三次复丝棒的两端分别固定于两个相对位置可调节的夹持件上；

B、将所述三次复丝棒的棒体的部分区域置于1800～2100℃温区，棒体的其余区域置于1600～1800℃温区及炉外，加热熔合；

C、增加两个夹持件之间的距离，使处于1800～2100℃温区的棒体变细；随着所述夹持件和所述1800～2100℃温区的相对移动，变细的棒体移动至所述1600～1800℃温区降温固形；拉板后，变细的棒体中单根丝的丝径为5～30μm。

优选的，前述的制备方法，其中步骤B所述1800～2100℃温区由环形加热带发热形成；所述三次复丝棒沿轴向穿过所述环形加热带且置于所述环形加热带的中心位置。

优选的，前述的制备方法，其中所述环形加热带的宽度为5～8cm。

优选的，前述的制备方法，其中所述1800～2100℃温区和所述1600～1800℃温区均为多个；不同温度的温区间隔设置。

优选的，前述的制备方法，其中所述1800～2100℃温区和所述1600～1800℃温区沿着所述三次复丝棒平移；所述温区的移动速度是所述夹持件移动速度的1～2倍。

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紫外探测器，包括输入光窗和/或输出光窗，所述输入光窗和/或输出光窗采用如前述的光纤面板。

借由上述技术方案，本发明提出的一种光纤面板及其制备方法和应用至少具有下列优点：

1、本发明提出的光纤面板及其制备方法和应用，其通过三层材料复合的方式形成光纤，在光纤之间完全通过包覆层进行隔离，避免了纤维间互相串光的问题，提高面板分辨率；

2、本发明提出的光纤面板及其制备方法和应用，其加工方法简单；本发明采用先拉制纤维，再拉板的方法，将微米级石英光纤熔合为硬质光纤面板，其加工过程简单，并可进行不同纤维直径、不同厚度、不同面积的设计及制备；

3)本发明提出的光纤面板及其制备方法和应用，其通过拉板方式将柔性石英光纤熔合为光纤面板，提高了光纤的抗冲击能力；

4)本发明提出的光纤面板及其制备方法和应用，所述光纤面板的适用范围广；本发明以石英玻璃为材料体系，不仅在可见光范围有良好的透过率，对紫外光的透过率也达62％以上，扩大了光纤面板的应用范围。

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是本发明提出的光纤面板中单根丝的结构示意图-径向截面；

图2是本发明提出的光纤面板中光纤内及光纤间的光线传送示意图；

图3是本发明提出的光纤面板中六方坯板的结构示意图-径向截面；

图4是本发明一个实施例拉板的示意图。

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光纤面板及其制备方法和应用，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面板，包括阵列排布的数条光学纤维，如附图1所示，所述的光学纤维包括：芯料1，其材质为掺锗石英玻璃或纯石英玻璃；皮料2，包覆于所述芯料的外侧；所述皮料的材质为掺氟石英玻璃；和包覆层3，包覆于所述皮料的外侧；所述包覆层的材质为掺锗石英玻璃；所述光学纤维的包覆层中的锗含量大于所述芯料中的锗含量；相邻的所述光学纤维的包覆层熔接为一体。

所述皮料为圆管状，也可以叫做皮料管；所述芯料填充于所述皮料管的内部，所述包覆层包覆于所述皮料管的外侧；所述包覆层用于阻止相邻的光学纤维之间的串光干扰。光纤面板中，相邻的所述光学纤维的包覆层熔接为一体；相邻的所述光学纤维之间熔接为一体的包覆层的厚度不宜过薄也不宜过厚；若包覆层过厚会减小光纤面板的有效面积，而包覆层过薄则其阻止相邻的光学纤维之间的串光干扰的效果会受到影响；相邻的所述光学纤维之间熔接为一体的包覆层的厚度优选0.1～0.35微米；进一步的，根据所制造光纤面板的性能需求，其厚度可以优选0.1～0.16微米以使其能够阻止相邻光学纤维之间的光线串扰的基础上不过多减小有效面积；以及其厚度可以优选0.16～0.35微米以使所述的光纤面板具有更优异的阻止相邻光学纤维之间的光线串扰的性能。

所述光纤面板中，光纤内以及光纤之间的光线传送示意图附图2所示，图中显示了相邻的两根光学纤维，第一根光学纤维包括芯料4、皮料6和包覆层7；第二根光学纤维包括芯料5、皮料8和包覆层7；两根光纤的包覆层熔合为一体。入射光线9入射至第一根纤维中，经过第一根光学纤维的芯皮界面处多次反射后至光纤出口；反射光线10大部分被芯皮界面继续反射；少部分光线穿透皮料，穿透皮料的光线11穿过皮料层，进入包覆层7内；进入包覆层内的光线12在包覆层内反射形成反射光线13，经过多次反射后逐渐被包覆层所吸收；进入包覆层的光线无法进入相邻的第二根光纤中，避免了光学纤维之间的光线串扰。

所述光纤面板中每根光学纤维为微米级，若干根光学纤维熔合为直径数十毫米的光纤面板；再经过光学冷加工，得到透紫外的硬质光纤面板。

优选的，所述光纤面板中以摩尔百分含量计，所述芯料中的锗含量≤5％；所述皮料中的氟含量为1～3％；所述包覆层中的锗含量为10～15％。

所述芯料为纯石英玻璃或掺锗石英玻璃，用于提高折射率；所述芯料中的锗可以提高芯料的折射率，增加光线入射角度的范围，但是如果锗的含量过高，则会对Si-O的网络造成破坏而产生缺陷，从而降低光学纤维丝对紫外光的传输性能，因此芯料中的锗含量不宜过高，优选芯料中锗含量的摩尔百分含量≤5％；进一步的，根据所制造光纤面板的性能需求，其芯料中的锗含量摩尔百分含量优选0～2％以提高所述光纤面板对于紫外光的传输能力；芯料中的锗含量摩尔百分含量优选2～5％以使所述的光纤面板在对于紫外光具有较好透过率的基础上还具有较高的折射率，以使所述的光纤面板具有较宽的光线入射角范围。

所述皮料为掺氟石英玻璃，在石英玻璃中掺加氟主要用于降低皮料玻璃的折射率；控制所述芯料的折射率高于所述皮料的折射率，从而保证入射至芯料中的入射光线能够在芯皮界面处发生全反射。所述皮料中的氟含量越高，则皮料与芯料之间的折射率差异越大，光线入射角越大，则越有利于光线入射和传输；但是，皮料中氟含量过高，则造成结构缺陷多，会吸收紫外光线，不利于紫外光线的传输，因此皮料玻璃中的氟含量可以根据所制造光纤面板的性能进行优选。优选的，所述皮料玻璃中氟含量的摩尔百分含量为1～1.5％，1.5～2％，2～2.2％和2.2～3％。

在所述皮料的外围，设置一层阻止纤维间串光干扰的掺锗石英玻璃薄层；所述包覆层中的掺锗量大于芯料的掺锗量，在制成光纤面板后控制所述单根纤维为微米级，其目的在于提高光纤面板的分辨率。所述包覆层中的锗含量较高，是因为高锗含量的石英玻璃网络体中会存在结构缺陷，可以吸收穿透所述皮料的紫外光线，同时由于所述包覆层的折射率大于所述皮料的折射率，因此可以使未被完全吸收的杂散光在包覆层中进行全反射，从而达到阻止纤维间串光的目的。所述包覆层的掺锗石英玻璃中的锗含量优选10～15％摩尔百分含量。进一步的，根据所制造光纤面板的性能需求优选锗含量12～15％摩尔百分含量，使其具有较高的锗含量从而能够充分地吸收杂散光达到阻止相邻的光学纤维之间光线串扰；优选锗含量10～12％摩尔百分含量以使所述光学纤维在具有较好阻止光线串扰能力的基础上还不会对光纤面板造成损伤，延长光纤面板的使用寿命。

所述光纤面板的抗弯强度可以达到90～120MPa。

所述光纤面板的厚度优选10mm～50mm，用户可以根据实际使用需求选择。

所述的光纤面板对于波长≤400nm的光线的透过率≥62％，也即所述光纤面板对于紫外光具有较高的透射率，也称为透紫外光的光纤面板。

本发明还提出了一种光纤面板的制备方法，其包括以下步骤：

1)预制棒制备：取掺氟石英玻璃管作为皮料管，在其内部沉积掺锗石英玻璃或纯石英玻璃作为芯料，在其外围沉积掺锗石英玻璃作为包覆层；热熔，得预制棒；所述包覆层中的锗含量大于所述芯料中的锗含量；

2)纤维拉制：将所述预制棒进行n次“拉丝和排列”，得到n次复丝棒；n为2或3；

3)加热所述n次复丝棒使其熔合，拉板，光学加工，得到光纤面板。

所述皮料管的内层沉积芯料、外层沉积包覆料之后，需要通过热熔工艺使三层材料熔接以形成致密的一体，避免所述预制棒中有孔隙影响光学纤维的质量。所述沉积为化学气相沉积。

所述纤维拉制时，需要控制每一次拉丝的缩径比不能太大，以减小芯料和皮料之间的扩散程度。因此，需要通过多次“拉丝和排列”才能将预制棒拉制为尺寸适宜的光学纤维丝。

通过高温熔合并拉伸成型的方式将微米级的光学纤维熔合并拉制为直径数十毫米的六方面板；再经过光学冷加工，成为透紫外光的硬质光纤面板，可满足光纤面板对于机械强度的要求。

所述光学加工是指切除n次复丝棒两端未被熔合的部分，得到六方面板，如附图3所示；将所述六方面板用滚圆机加工为圆柱体，再用切片机将圆柱体定长切段形成坯板，最后将坯板上下两截面进行抛光至粗糙度为纳米级，从而得到透紫外光的光纤面板。

优选的，步骤2)所述“拉丝和排列”为3次；步骤3)所述的n次复丝棒为三次复丝棒。

上述技术方案中，首先将预制棒拉丝得到单丝，再将所述单丝排列为一次复丝棒；然后，将所述一次复丝棒拉丝得到一次复丝，将所述一次复丝排列为二次复丝棒；最后，将所述二次复丝棒拉丝得到二次复丝，再将所述二次复丝排列为三次复丝棒。采用三次复丝棒拉制，得到光纤面板坯；再通过光学加工，例如，切板、滚圆、切片和抛光，得到透紫外光的光纤面板。

拉丝和排列的次数设置为三次，其原因在于：拉丝的次数不宜过多，因为所述的光学纤维经过多次热过程之后，可能会造成不同的玻璃层之间发生较多的扩散，对光学纤维的结构会有较大的影响，从而影响到光线传输的效果；而设置“拉丝和排列”的次数较少时，则可能达不到高分辨率，或者可能使过细的丝在排列时易断，因此“拉丝和排列”以设置三次为宜。

优选的，步骤1)中所述皮料管的管壁厚度为1.5～4mm，外径为20～40mm；所述包覆层的厚度为0.2～0.5mm。

所述皮料管的管壁厚度尺寸的设置需考虑两个维度的因素。一方面，壁厚不能太薄，因为光学纤维拉制中，芯料与管料之间不可避免地会发生材料的扩散，壁厚的控制需保证在拉制中皮料厚度大于扩散层的厚度，以使其能够实现光学纤维之间串光干扰；另一方面，壁厚也不宜过厚，因为壁厚过厚时则相应地会减小光学纤维丝全反射的有效面积，影响其性能。

所述皮料管的外径尺寸设置，一方面考虑玻璃拉制的热过程对其性能的影响，优选拉丝三次后再拉板；另一方面，需考虑经过三次拉丝工艺以及拉板后，最终得到的单根光学纤维的丝径能够达到10μm左右，这样在光线传输中的效果好，传输的图像具有较好的分辨率。

所述包覆层的厚度设置不宜太薄，因为包覆层太薄的话其对于杂散光线的吸收较差；所述包覆层的厚度设置也宜太厚，因为包覆层太厚的话，会减小光学纤维丝全反射的有效面积，影响其性能；本发明中优选所述预制棒的包覆层厚度为0.2～0.5mm。

优选的，步骤2)所述的拉丝在氩气氛围中进行，拉丝温度为1800～2100℃；所述的排列是将所述拉丝步骤得到的丝码放为径向截面为正六边形的复丝棒；其中，一次复丝棒和二次复丝棒中对边距离均为20～40mm，三次复丝棒的对边距离为20～50mm。

所述纤维拉制的具体步骤如下：将预制棒悬于光纤拉丝塔，用氩气保护的石墨电阻炉加热至1800～2100℃，使石英处于粘流态，进行单丝拉制；单丝截面为圆形，丝径为1～4mm。将单丝紧密堆积排列为六棱柱一次复丝棒，一次复丝棒对边为20～40mm，进行一次复丝的拉制；将一次复丝再排列为六棱柱二次复丝棒，二次复丝棒对边为20～40mm，进行二次复丝的拉制；将二次复丝再排列为六棱柱三次复丝棒，三次复丝棒对边为20～50mm，通过上述的工艺可满足不同直径光纤面板的需求。所述三次复丝棒的对边距离不宜大于50mm，原因在于复丝棒过粗时会导致复丝棒径向截面上温度不均匀，从而影响拉板的效果。

优选的，所述的丝包括单丝、一次复丝和二次复丝；所述单丝的径向截面为圆形，其丝径为1～4mm；所述一次复丝和所述二次复丝的径向截面均为正六边形；所述正六边形对边的距离为1～4mm；所述二次复丝中单根丝的丝径≤50μm。

优选的，步骤3)所述拉板包括以下步骤：

A、将三次复丝棒的两端分别固定于两个相对位置可调节的夹持件上；

B、将所述三次复丝棒的棒体的部分区域置于1800～2100℃温区，棒体的其余区域置于1600～1800℃温区及炉外，加热熔合；

C、增加两个夹持件之间的距离，使处于1800～2100℃温区的棒体变细；随着所述夹持件和所述1800～2100℃温区的相对移动，变细的棒体移动至所述1600～1800℃温区降温固形；拉板后，变细的棒体中单根丝的丝径为5～30μm。

上述技术方案中，所述拉伸设备优选设置为卧式结构。预制棒依次经过拉制为单丝、单丝排列为一次复丝棒、一次复丝棒拉制为一次复丝、一次复丝排列为二次复丝棒、二次复丝棒拉制为二次复丝等工序之后，再将二次复丝排列为六棱柱形状的三次复丝棒，用拉伸设备对三次复丝棒进行拉伸。如附图4所示，所述拉伸设备包括两个相对位置可调节的夹持件18用于固定所述三次复丝棒14，同时也能够为所述三次复丝棒14施加拉力以使其缩径变细。所述三次复丝棒14的加热可以采用三段式石墨电阻炉15进行。所述石墨电阻炉15的两端为低温区16，中间部位为超窄高温区17；所述夹持件18可以在丝杆19的作用下平移；所述石墨电阻炉15可以在丝杆20的作用下平移。三次复丝棒14穿过所述石墨电阻炉15，三次复丝棒14的两端紧固于夹持件18上，例如牵引杆18；将三次复丝棒14位于低温区16的棒体加热至1600～1800℃，位于超窄高温区17的棒体加热至1800～2100℃熔合，拉动三次复丝棒14的两端，使位于超窄高温区的棒体缩径变细。平移所述石墨电阻炉15，使被缩径后的棒体进入低温区16进行降温固形，未被缩径的棒体进入超窄高温区17进行熔合缩径，而原来位于炉外的棒体则进入低温区进行预热，如此进行重复直到拉伸完毕形成光纤面板。

所述光纤面板中的每根丝的丝径为5～30μm，可以保证光纤面板具有高分辨率。

优选的，步骤B所述1800～2100℃温区由环形加热带发热形成；所述三次复丝棒沿轴向穿过所述环形加热带且置于所述环形加热带的中心位置。

优选的，所述环形加热带的宽度为5～8cm。所述环形加热带需设置为超窄高温带，其尺寸优选5～8cm，用以保证拉板后缩径的光纤面板整体上粗细均匀。这是因为若高温带设置过宽时，其所形成的温区内部可能会具有一定的温度梯度，牵拉后使得缩径的结果为中间细两端粗的结构，难以制得粗细均匀的光纤面板；而高温带设置过窄时则其生产效率较低。上述的技术方案中，在保证拉板效果的前提下同时考虑生产效率，将所述环形加热带的宽度优选设置为5～8cm，由其制备的光纤面板的尺寸也在5～8cm左右。

优选的，所述1800～2100℃温区和所述1600～1800℃温区均为多个；不同温度的温区间隔设置。通过上述的技术方案，可以将数个牵拉缩径、降温固形的工艺组合设置，仅需要一次拉板工艺即可得到数个六方面板，从而提高生产效率。

所述的温区可以通过并列设置的多个石墨电阻炉实现，每个石墨电阻炉均包括“低温区+超窄高温区+低温区”，各个石墨电阻炉的炉体分别设置，其温度制度的步调一致；在复丝棒拉制时，根据工艺的需要，不同炉体可以以不同的速度平移，其与夹持件的移动速度相互配合，以使各超窄高温区能够随棒体移动从而延长缩径直区的长度。

优选的，所述1800～2100℃温区和所述1600～1800℃温区沿着所述三次复丝棒平移；所述温区的移动速度是所述夹持件移动速度的1～2倍。

上述的技术方案中，可以将1600～1800℃的低温区、1800～2100℃超窄高温区和1600～1800℃的低温区依次设置形成“低温区+超窄高温区+低温区”的组合，所述组合以一定的速度沿着所述三次复丝棒平移，使所述三次复丝棒剩余棒身依次缩径、降温固形，通过上述的技术方案可以生产出较长的缩径后的直区，从而极大地提高所述光纤面板的生产效率，同时，所述的三次复丝棒被依次缩径为直区后，进一步减少了棒身两端未熔合缩径区域的切除，提高了材料利用率，节约成本。

本发明还提出一种紫外探测器，包括输入光窗和/或输出光窗，所述输入光窗和/或输出光窗采用如前述的光纤面板。

下面通过更为具体的实施例作进一步详细说明：

实施例1

皮料采用掺氟石英玻璃管，氟含量2mol％，管壁厚2mm，外径30mm，通过化学气相沉积在掺氟石英玻璃管内部沉积纯石英玻璃，在掺氟石英玻璃管外部沉积0.5mm厚掺锗石英玻璃，掺锗量为12％。经过热熔形成预制棒。

将预制棒悬于光纤拉丝塔，用氩气保护的石墨电阻炉加热至1850℃，进行单丝拉制。单丝截面为圆形，丝径为3mm。将单丝紧密堆积排列为六棱柱一次复丝棒，一次复丝棒每边5根单丝，对边为23.8mm。于1845℃进行一次复丝的拉制，一次复丝对边为1.3mm，将一次复丝再排列为六棱柱二次复丝棒，二次复丝棒每边13根一次复丝，棒对边为28.5mm，于1845℃进行二次复丝的拉制。二次复丝丝径为2mm，二次复丝中单丝丝径为11.5μm。将二次复丝排列为六棱柱三次复丝棒，三次复丝棒每边13根二次复丝，棒对边为43.9mm，三次复丝棒穿过石墨电阻炉紧固于牵引杆，石墨电阻炉的两端为低温区，中间部位为超窄高温区，超窄高温区的宽度为7cm，使三次复丝棒位于石墨电阻炉低温区部分加热到1600℃，位于超窄高温区的部分加热到1830℃，通过控制丝杠使牵引杆向两端拉伸，使位于超窄高温区的部分熔合并缩径至38mm，之后平移石墨电阻炉，石墨电阻炉的平移速度是牵引杆拉伸速度的2倍，使原位于超窄高温区的部分进入低温区进行降温固形，原位于低温区的一端进入超窄高温区进行熔合缩径，原位于炉外的部分进入低温区进行预热，如此进行重复直到拉伸完毕形成面板。面板中单丝丝径为10μm。所述光纤面板中相邻的光学纤维之间包覆层的平均厚度为0.32微米。

切除三次复丝棒两端未熔合部分，将六方面板用滚圆机加工为圆柱体，用切片机将圆柱体定长切段形成坯板，将坯板上下两截面进行抛光至粗糙度为纳米级，从而得到石英光纤面板。

经过检测，本实施例的光纤面板的抗弯强度为118Mpa；所述光纤面板对于波长280nm紫外透过率为67％。

实施例2

皮料采用掺氟石英玻璃管，氟含量1.5mol％，管壁厚1.8mm，外径25mm，通过化学气相沉积在掺氟石英玻璃管内部沉积掺锗石英玻璃，掺锗量为2％，在掺氟石英玻璃管外部沉积0.3mm厚掺锗石英玻璃，掺锗量为10％。经过热熔形成预制棒。

将预制棒悬于光纤拉丝塔，用氩气保护的石墨电阻炉加热至2038℃，进行单丝拉制。单丝截面为圆形，丝径为2mm。将单丝紧密堆积排列为六棱柱一次复丝棒，一次复丝棒每边9根单丝，对边为29.7mm。于2035℃进行一次复丝的拉制，一次复丝对边为1.5mm，将一次复丝再排列为六棱柱二次复丝棒，二次复丝棒每边14根一次复丝，棒对边为35.5mm，于2033℃进行二次复丝的拉制。二次复丝丝径为2mm，二次复丝中单丝丝径为5.7μm。将二次复丝排列为六棱柱三次复丝棒，三次复丝棒每边10根二次复丝，棒对边为33.5mm，三次复丝棒穿过石墨电阻炉，三次复丝棒穿过石墨电阻炉紧固于牵引杆，石墨电阻炉的两端为低温区，中间部位为超窄高温区，超窄高温区的宽度为8cm，使三次复丝棒位于石墨电阻炉低温区部分加热到1800℃，位于超窄高温区的部分加热到2033℃，通过控制丝杠使牵引杆向两端拉伸，使位于超窄高温区的部分熔合并缩径至30mm，之后平移石墨电阻炉，石墨电阻炉的平移速度是牵引杆拉伸速度的1.5倍，使原位于超窄高温区的部分进入低温区进行降温固形，原位于低温区的一端进入超窄高温区进行熔合缩径，原位于炉外的部分进入低温区进行预热，如此进行重复直到拉伸完毕形成面板。面板中单丝丝径为5.1μm。所述光纤面板中相邻的光学纤维之间包覆层的平均厚度为0.12微米。

切除三次复丝棒两端未熔合部分，将六方面板用滚圆机加工为圆柱体，用切片机将圆柱体定长切段形成坯板，将坯板上下两截面进行抛光至粗糙度为纳米级，从而得到石英光纤面板。

经过检测，本实施例的光纤面板的抗弯强度为93Mpa；所述光纤面板对于320nm紫外透过率为65％。

实施例3

皮料采用掺氟石英玻璃管，氟含量2.2mol％，管壁厚3mm，外径36mm，通过化学气相沉积在掺氟石英玻璃管内部沉积掺锗石英玻璃，掺锗量为5％，在掺氟石英玻璃管外部沉积0.4mm厚掺锗石英玻璃，掺锗量为15％。经过热熔形成预制棒。

将预制棒悬于光纤拉丝塔，用氩气保护的石墨电阻炉加热至1970℃，进行单丝拉制。单丝截面为圆形，丝径为4mm。将单丝紧密堆积排列为六棱柱一次复丝棒，一次复丝棒每边6根单丝，对边为38.6mm。于1965℃进行一次复丝的拉制，一次复丝对边为2mm，将一次复丝再排列为六棱柱二次复丝棒，二次复丝棒每边10根一次复丝，棒对边为33.5mm，于1967℃进行二次复丝的拉制。二次复丝丝径为1.3mm，二次复丝中单丝丝径为8μm。将二次复丝排列为六棱柱三次复丝棒，三次复丝棒每边20根二次复丝，棒对边为44.3mm，三次复丝棒穿过石墨电阻炉，所述石墨电阻炉为并列设置的两个，每个石墨炉的温区分布为两端为低温区，中间部位为超窄高温区，超窄高温区的宽度为5cm，三次复丝棒穿过石墨电阻炉紧固于牵引杆，使三次复丝棒位于石墨电阻炉低温区部分加热到1760℃，位于超窄高温区的部分加热到1962℃，通过控制丝杠使牵引杆向两端拉伸，使位于超窄高温区的部分熔合并缩径至40mm，之后平移石墨电阻炉，使原位于超窄高温区的部分进入低温区进行降温固形，原位于低温区的一端进入超窄高温区进行熔合缩径，原位于炉外的部分进行低温区进行预热，如此进行重复直到拉伸完毕形成面板。面板中单丝丝径为7.3μm。所述光纤面板中相邻的光学纤维之间包覆层的平均厚度为0.16微米。

切除三次复丝棒两端未熔合部分，将六方面板用滚圆机加工为圆柱体，用切片机将圆柱体定长切段形成坯板，将坯板上下两截面进行抛光至粗糙度为纳米级，从而得到石英光纤面板。

经过检测，本实施例的光纤面板的抗弯强度为107Mpa；所述光纤面板对于350nm紫外透过率为62％。

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 (13)

1.一种光纤面板，包括阵列排布的数条光学纤维，其特征在于，

所述的光学纤维包括：

芯料，其材质为掺锗石英玻璃或纯石英玻璃；

皮料，包覆于所述芯料的外侧；所述皮料的材质为掺氟石英玻璃；和

包覆层，包覆于所述皮料的外侧；所述包覆层的材质为掺锗石英玻璃；所述包覆层中的锗含量大于所述芯料中的锗含量；

相邻的所述光学纤维的包覆层熔接为一体；

其中，以摩尔百分含量计，所述芯料中的锗含量≤5％；所述皮料中的氟含量为1～3％；所述包覆层中的锗含量为10～15％。

2.根据权利要求1所述的光纤面板，其特征在于，其对于波长≤400nm的光线的透过率≥62％。

3.一种光纤面板的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)预制棒制备：取掺氟石英玻璃管作为皮料管，在其内部沉积掺锗石英玻璃或纯石英玻璃作为芯料，在其外围沉积掺锗石英玻璃作为包覆层；热熔，得预制棒；所述包覆层中的锗含量大于所述芯料中的锗含量；

2)纤维拉制：将所述预制棒进行n次拉丝和排列，得到n次复丝棒；n为2或3；

3)加热所述n次复丝棒使其熔合，拉板，光学加工，得到光纤面板；

其中，以摩尔百分含量计，所述皮料管中的氟含量为1～3％；所述芯料中的锗含量≤5％；所述包覆层中的锗含量为10～15％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述拉丝和排列为3次；步骤3)所述的n次复丝棒为三次复丝棒。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述皮料管的管壁厚度为1.5～4mm，外径为20～40mm；所述包覆层的厚度为0.2～0.5mm。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的拉丝在氩气氛围中进行，拉丝温度为1800～2100℃；所述的排列是将所述拉丝步骤得到的丝码放为径向截面为正六边形的复丝棒；其中，一次复丝棒和二次复丝棒中对边距离均为20～40mm，三次复丝棒的对边距离为20～50mm。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的丝包括单丝、一次复丝和二次复丝；所述单丝的径向截面为圆形，其丝径为1～4mm；所述一次复丝和所述二次复丝的径向截面均为正六边形；所述正六边形对边的距离为1～4mm；所述二次复丝中单根丝的丝径≤50μm。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述拉板包括以下步骤：

A、将三次复丝棒的两端分别固定于两个相对位置可调节的夹持件上；

B、将所述三次复丝棒的棒体的部分区域置于1800～2100℃温区，棒体的其余区域置于1600～1800℃温区及炉外，加热熔合；

C、增加两个夹持件之间的距离，使处于1800～2100℃温区的棒体变细；随着所述夹持件和所述1800～2100℃温区的相对移动，变细的棒体移动至所述1600～1800℃温区降温固形；拉板后，变细的棒体中单根丝的丝径为5～30μm。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤B所述1800～2100℃温区由环形加热带发热形成；所述三次复丝棒沿轴向穿过所述环形加热带且置于所述环形加热带的中心位置。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述环形加热带的宽度为5～8cm。

11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述1800～2100℃温区和所述1600～1800℃温区均为多个；不同温度的温区间隔设置。

12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述1800～2100℃温区和所述1600～1800℃温区沿着所述三次复丝棒平移；所述温区的移动速度是所述夹持件移动速度的1～2倍。

13.一种紫外探测器，包括输入光窗和/或输出光窗，其特征在于，所述输入光窗和/或输出光窗采用如权利要求1至2任一项所述的光纤面板。

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