CN115353284B - 一种高对比度光纤传像元件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高对比度光纤传像元件及其制备方法，该制备方法所用光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：SiO2 60‑69.9，Al2O3 1.0‑10.0，B2O3 10.1‑15.0，Na2O 1.0‑8.0，K2O 3.0‑10.0，MgO 0.1‑1.0，CaO 0.5‑5.0，ZnO 0‑0.1，TiO2 0‑0.1，ZrO2 0.1‑1.0，Fe2O3 3.0‑6.5，Co2O3 0.1‑0.5，V2O5 0.51‑1.5，MoO3 0.1‑1.0。该方法适用所采用棒管组合拉制法制备的光纤传像元件，将光吸收丝均匀包覆于低射率的玻璃管外层，提高了光纤传像元件的对比度，该光纤传像元件可应用于光学成像系统中。

Description

一种高对比度光纤传像元件及其制备方法
技术领域
本发明涉及光纤传像元件制造领域，特别涉及一种高对比度光纤传像元件及其制备方法。
背景技术
众所周知，对比度对视觉效果的影响也非常关键，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。因此，光纤传像元件能否捕捉到足够清晰的细节信息，与对比度有很大关系，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，而光纤传像元件则是保障微光夜视成像质量的关键材料。
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玻璃发生光渗透现象，造成漏光，或者光学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，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。
传统光学纤维拉制过程采用棒管法，经过单丝，复丝，切割排板，熔压成型，再根据确定的尺寸进行加工而成光学器件。熔合光纤传像元件的最基本传输单元就是每根光纤，光纤的数值孔径决定光通量的大小，光通量在数值上等于该光纤数值孔径的平方。影响熔合光纤传像元件对比度的因素主要由数值孔径，填充系数和光吸收丝EMA(extramural-absorption)，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。但此种方法引入的光吸收丝在光学器件内部分布不均匀，且由于丝径较细，在复丝拉制过程中易造成光吸收丝的断裂及位置偏移问题，最终形成的光学器件在均匀性上较差，光串扰及光吸收丝聚积现象频发，在制作光纤光锥和光纤倒像器类产品中形成网格，由此可见，采用插光吸收丝法并不能完全实现光绝缘。
同时，存在上述缺陷的另一关键因素就是光吸收材料问题。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玻璃在纤维丝径拉制至小于等于4.0μm后，着色离子会很容易扩散到皮层玻璃中去，导致玻璃间发生离子渗透，甚至出现光纤传像元件边缘发黑或者产生固定图案噪声缺陷，如白鸡丝、复丝阴影等情况，导致光纤传像元件的质量和成品合格率很低，无法满足高清晰度光纤传像元件的批量应用需求。这其中最主要的原因就是光吸收料玻璃材料的光吸收能力与固定图案噪声缺陷是一组矛盾，光吸收料玻璃的光吸收能力太强，固定图案噪声缺陷产生的几率越大，光吸收料玻璃的光吸收能力太弱，无法达到提高光纤传像元器件对比度的效果。
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高光纤传像元件成像对比度的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种高对比度光纤传像元件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光吸收料玻璃棒拉制成丝径为0.20～2mm的光吸收丝；再将丝径相同的所述光吸收丝均匀围覆在低折射率的皮料玻璃管的外层，并采用铜丝或铁丝在皮料玻璃管两端捆扎固定；将高折射率的芯料玻璃棒和所述皮料玻璃管匹配后拉制成丝径为2.0～5mm的单丝；
(2)将拉制的单丝排列成横截面为正六边形的六方体，所述六方体每边单丝根数为3～7根，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的横截面为正六边形，所述一次复丝的六方对边尺寸为0.6-1.5mm，将所述一次复丝定长切割后排成板段；
(3)将排列好的板段放入到热熔压成型模具中，在450-550℃下，将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的板段热熔压成型前后的压缩比开始压板，热熔压成型的压板的时间控制在120-180分钟，然后将热熔压成型的板段根据设计的规格尺寸进行后续加工处理，即得到高对比度的光纤传像元件，所述光纤传像元件传像单元为3～100微米。
进一步地，将所述一次复丝定长切割后排成板段之前还包括：将一次复丝再按要求排列成二次复合棒，将二次复合棒拉制成二次复丝，将二次复丝排列成板段。
进一步地，所述后续加工处理包括扭转成型制得光纤倒像器、经拉伸成型制得光学光锥和经热弯成型制得光纤传像束。
所述光吸收丝所用的光吸收料玻璃的制备方法，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、碳酸钠、碳酸钾、碱式碳酸镁、碳酸钙、氧化锌、二氧化钛、氧化锆、三氧化二铁、三氧化二钴、五氧化二钒和氧化钼，混合均匀，得到原料混合物；
(b)玻璃熔融：将原料混合物放入坩埚中，在1450-1550℃温度下熔融3-5小时，在熔融过程中进行1-2次的搅拌，待原料混合物熔融后在1300-1400℃下，澄清1-2小时；将熔融澄清后的玻璃液在模具中浇铸成规定规格的玻璃，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；待玻璃冷却凝固后在500-549℃下保温2-3小时进行退火处理，再用20-24小时降温至室温，得到光吸收料玻璃。
所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
SiO2 60.0-69.9％
Al2O3 1.0-10.0％
B2O3 10.1-15.0％
Na2O 1.0-8.0％
K2O 3.0-10.0％
MgO 0.1-1.0％
CaO 0.5-5.0％
ZnO 0-0.1％
TiO2 0-0.1％
ZrO2 0.1-1.0％
Fe2O3 3.0-6.5％
Co2O3 0.1-0.5％
V2O5 0.51-1.5％
MoO3 0.1-1.0％。
所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
SiO2 60.0-65.0％
Al2O3 3.0-6.0％
B2O3 11.0-15.0％
Na2O 5.0-8.0％
K2O 3.0-8.0％
MgO 0.1-1.0％
CaO 1.0-2.5％
ZnO 0-0.1％
TiO2 0-0.1％
ZrO2 0.1-1％
Fe2O3 5.0-6.5％
Co2O3 0.1-0.5％
V2O5 0.51-1.0％
MoO3 0.1-1.0％。
本发明还提供一种高对比度光纤传像元件，按照所述的制备方法制备得到。
所述高对比度光纤传像元件为光纤面板、光纤倒像器或光学光锥。
本发明又提供一种夜视仪，包括像增强器，所述像增强器包括所述的高对比度光纤传像元件。
本发明再提供一种电子设备，包括所述的高对比度光纤传像元件，所述的电子设备为粒子探测器或信号探测器。
所述高对比度光纤传像元件在距刀口0.1mm处串光小于1.0％；
所述光吸收料玻璃在0.3±0.01mm厚度下，在400-700nm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≤0.1％。
本发明的光吸收料玻璃可应用于高对比度光纤传像元件中，该高对比度光纤传像元件可应用于粒子探测器或信号探测器的电子设备上。
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对比度光纤传像元件。
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60-69.9。SiO2含量低于60mol.％，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69.9mol.％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10.0mol.％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1.0-10.0。
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在，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，但由于其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，由此决定了其含量范围较小。B2O3的摩尔百分比(mol.％)为10.1-15.0，B2O3的含量大于15.0mol.％，会降低玻璃的折射率，同时使玻璃的分相倾向增加。
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1.0-8.0。
K2O是玻璃结构网络外体氧化物，K2O的含量大于10.0mol.％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3.0-10.0。
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0.1-1.0。
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0.5-5.0。
ZnO是用来调节玻璃析晶温度和耐化学稳定性的，ZnO的摩尔百分比为0-0.1mol.％，ZnO的含量大于0.1mol.％，会降低玻璃的耐化学稳定性，增加析晶倾向。
TiO2是用来调节玻璃耐化学稳定性和析晶性的，TiO2的摩尔百分比(mol.％)为0-0.1，TiO2的含量大于0.1mol.％，会降低玻璃的耐化性，增加析晶倾向。
ZrO2是用来调节玻璃耐化学稳定性和析晶性的，ZrO2的摩尔百分比(mol.％)为0.1-1.0，ZrO2的含量大于1.0mol.％，会降低玻璃的耐化性，增加析晶倾向。
Fe2O3是光吸收料玻璃的光吸收着色剂，Fe2O3的摩尔百分比(mol.％)为3.0-6.5，在本发明中Fe2O3是起主要作用的光吸收剂，Fe3+离子具有很好的吸光性能，且吸光范围主要集中在可见光至红外区域，Fe2O3的含量大于6.5mol.％，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向，Fe2O3的含量小于3.0mol.％，会使得Fe2O3的着色在高温拉丝过程中变得不稳定甚至褪色，直接影响光吸收效果，对提高光纤传像元件的传像质量具有严重影响，无法满足提高光纤传像元件对比度的应用需求。
Co2O3是光吸收料玻璃的着色剂，Co2O3的摩尔百分比(mol.％)为0.1-0.5，Co2O3能与铁离子结合起来，在玻璃中形成稳定的形态，从而使光吸收料着色更稳定。Co2O3的含量大于0.5mol.％时，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0.51-1.5，V2O5能固化铁离子着色，从而使光吸收料着色更稳定。V2O5的含量大于1.5mol.％时，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
MoO3是一种过渡金属氧化物，也是光吸收料玻璃的着色剂，MoO3的摩尔百分比(mol.％)为0.1-1.0，MoO3因为能与铁离子、钴离子结合，在玻璃中形成稳定的着色，MoO3的含量大于1.0mol.％，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，本发明的高对比度光纤传像元件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0.3±0.01mm厚度下在400-700nm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≤0.1％；
(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820℃保温6小时不分相、不析晶，抗析晶性能好，化学稳定性优良。
采用上述围覆方法及光吸收料玻璃所制备的高对比度光纤传像元件具有以下特性：
(1)该高对比度光纤传像元件在距刀口0.1mm处串光小于1.0％；
(2)该高对比度光纤传像元件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；
(3)该高对比度光纤传像元件在400-700nm波长范围内透过率＞65％，透过率均匀性＜5％，斑点缺陷少，没有聚集性斑点缺陷。
(4)采用本发明的光吸收料玻璃应用在光纤传像元件上，能有效提高光学纤维间杂散光的吸收以降低纤维间的串光，从而达到提升光纤传像元件的对比度和清晰度的效果。
本发明经过光吸收丝围覆在皮料玻璃管外围的方法，通过调节光吸收丝的丝径范围实现了对比度较宽范围的可控性，同时，有效的解决了吸收丝分布不均匀产生的网格、暗点等问题，使得光纤传像元件在距刀口0.1mm处串光小于1.0％，从而制备得到高对比度的光纤传像元件，本发明的高对比度光纤传像元件具有杂散光串扰少、对比度高，制备工艺简单的优点。
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对比度光纤传像元件的单丝结构示意图；
图2为本发明实施例提供的单丝传像原理示意图；
图3为采用本发明实施例1制备的3微米光纤传像元件的对比度测试图；
图4为采用本发明实施例3制备的100微米光纤传像束示意图。
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和图2，将光吸收料玻璃1根据计算好的参数拉制光吸收丝，将光吸收丝围覆于皮层玻璃管外层，然后与纤芯玻璃棒匹配后拉制成单根传像纤维丝，为单丝，单丝包括内部的纤芯玻璃3，纤芯玻璃3外层设有皮料玻璃2，皮料玻璃2的外层设有光吸收料玻璃1，采用本发明的光吸收料玻璃壁外围覆方法能有效吸收光学纤维内部的串光。图2中箭头所示方向为入射光的进入与射出方向。
本发明的制备方法适用于所有采用棒管组合拉制法制备的光纤传像元件，将0.2mm-2mm的光吸收丝均匀包覆于低射率的皮料玻璃管外层，有效提高了光纤传像元件的对比度，该方法制备的光纤传像元件可应用于光学成像系统中。
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，玻璃在400nm-700nm的光透过率采用透过率测试仪来测定，玻璃片厚度0.3mm±0.01mm；析晶温度采用梯度析晶炉测定；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ISO7991规定的方法测量。
表1实施例的化学组成(mol.％)和玻璃性能
Figure BDA0003840773830000111
以下实施例中所用原料及原料要求如下：
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)、碳酸钠(工业纯碱)、碳酸钾(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)、氧化锌(分析纯)、二氧化钛(分析纯)、氧化锆(分析纯)、三氧化二铁(分析纯)、三氧化二姑(分析纯)、氧化钒(分析纯)、氧化钼(分析纯)。
实施例1
光吸收料玻璃的制备：
首先，按表1实施例1玻璃成份选择原料，并使其配料满足表1的玻璃化学组成。然后使用石英坩埚在1500℃温度下熔融4小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行1至2次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体在1350℃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，退火工艺为在530℃下保温2小时，再用24小时降温至室温，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0.3mm的样品的可见光透过率为0％，热膨胀系数为80×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备3微米光纤传像元件的方法：
(1)拉制得到光吸收丝：将光吸收料玻璃棒拉制成光吸收丝，所述光吸收丝的丝径为0.3mm；
(2)拉制得到单丝：将所述光吸收丝均匀围覆在低折射率的皮料玻璃管的外层，所述低折射率玻璃管外径41mm，壁厚4.8mm，采用铜丝在皮料玻璃管两端捆扎固定；将直径30mm的高折射率芯料玻璃棒和所述皮料玻璃管匹配后拉制成单丝，单丝丝径为2.65mm；
(3)拉制得到一次复丝：将拉制的单丝排列成横截面为正六边形的六方体，在六方体中，单丝每边根数为7根，单丝排成的一次复合棒中，单丝总根数为127根，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的横截面为正六边形，所述一次复丝的六方对边尺寸为1.1mm；
(4)排列得到板段：将一次复丝再按要求排列成横截面为正六边形的二次复合棒，一次复丝排棒每边根数15根，一次复丝的排棒总根数631根，将二次复合棒拉制成横截面为正六边形的二次复丝，所述二次复丝的六方对边尺寸为1.06mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段；
(5)热熔压成型：将板段放入到热熔压成型模具中，在500℃的高温下将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的板段热熔压成型前后的压缩比开始进行压板，热熔压成型的压板的时间控制在150分钟，即得到单元丝径3.0μm的光纤传像元件的光学纤维板毛坯，根据尺寸要求经加工处理即可得3微米光纤面板；
参见图3，采用上述光吸收料玻璃所制备的3微米光纤传像元件的对比度性能测试显示，上述制备的3微米光纤传像元件在距刀口0.1mm处串光为0.66％，所制备的3微米光纤传像元件分辨率192lp/mm，所制备的3微米光纤传像元件在400-700nm波长范围内，光谱透过率68％，将上述制得的3微米光纤传像元件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
光吸收料玻璃的制备：
玻璃实际组成参照表1实施例2，使用与实施例1相同的原料及原料要求，然后使用石英坩埚在1450℃温度下熔融5小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行1至2次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体在1400℃温度下澄清1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，退火工艺为在525℃下保温2.5小时后用20小时降温至室温，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0.3mm的样品的可见光透过率为0％，热膨胀系数为81×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备6微米光纤倒像器的方法：
(1)拉制得到光吸收丝：将光吸收料玻璃棒拉制成光吸收丝，所述光吸收丝的丝径为0.4mm；
(2)拉制得到单丝：将所述光吸收丝均匀围覆在低折射率的皮料玻璃管的外层，所述低折射率玻璃管外径41mm，壁厚4.8mm，采用铁丝在皮料玻璃管两端捆扎固定；将直径30mm的高折射率芯料玻璃棒和所述皮料玻璃管匹配后拉制成单丝，单丝的丝径为3.5mm；
(3)拉制得到一次复丝：将拉制的单丝排列成横截面为正六边形的六方体，在六方体中，单丝每边根数为5根，单丝排成的一次复合棒中，单丝总根数为61根，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的横截面为正六边形，所述一次复丝的六方对边尺寸为1.5mm；
(4)排列得到板段：将一次复丝再按要求排列成横截面为正六边形的二次复合棒，一次复丝排棒每边根数13根，一次复丝的排棒总根数469根，将二次复合棒拉制成横截面为正六边形的二次复丝，所述二次复丝的六方对边尺寸为1.10mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段；
(5)热熔压成型：将板段放入到热熔压成型模具中，在550℃的高温下将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的板段热熔压成型前后的压缩比开始进行压板，热熔压成型的压板的时间控制在120分钟，即得到单元丝径6.0μm的高对比度光纤传像元件坯板；
(6)扭转成型：将所述高对比度光纤传像元件坯板经扭转180度成型加工成光纤倒像器，即得到单元丝径6μm的高对比度光纤倒像器。
上述制备的6微米高对比度光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光为0.72％，所制备的6微米光纤传像元件分辨率96lp/mm，所制备的6微米高对比度光纤倒像器在400-700nm波长范围内，光谱透过率72％，将上述制得的6微米高对比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。
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，然后使用石英坩埚在1550℃温度下熔融3小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行1至2次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体在1300℃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，退火工艺为在540℃下保温3小时后用21小时降温至室温，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0.3mm的样品的可见光透过率为0％，热膨胀系数为84×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备100微米光纤传像束的方法：
(1)拉制光吸收丝：将光吸收料玻璃棒拉制成光吸收丝，所述光吸收丝的丝径为2.0mm；
(2)拉制单丝：将所述光吸收丝均匀围覆在低折射率的皮料玻璃管的外层，所述低折射率玻璃管外径45mm，壁厚5.0mm，采用铜丝在皮料玻璃管两端捆扎固定；将直径33mm的高折射率芯料玻璃棒和所述皮料玻璃管匹配后拉制成单丝，单丝丝径为5mm；
(3)排列得到板段：将拉制的单丝排列成横截面为正六边形的六方体，在六方体中，单丝每边根数为3根，单丝排成的一次复合棒中，单丝总根数为19根，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的横截面为正六边形，所述一次复丝的六方对边尺寸为0.6mm，将所述一次复丝定长切割后排成板段；
(4)热熔压成型：将板段放入到热熔压成型模具中，在450℃的温度下将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的板段热熔压成型前后的压缩比开始进行压板，热熔压成型的压板的时间控制在180分钟，即得到单元丝径100μm的光纤传像元件坯板；
(5)热弯成型：将板段进行热弯成型加工处理，即得到单元丝径100μm的光纤传像束；
参见图4，为本发明制备的100微米光纤传像束示意图，可实现点对点光学信号的镜像传输，上述制备的100微米光纤传像束距刀口0.1mm处串光为0.76％，所制备的100微米光纤传像元件在400-700nm波长范围内，光谱透过率72％，将上述制得的100微米光纤传像元件应用于空间探测系统中，可显著改善粒子探测器或信号探测器的成像质量。
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，然后使用石英坩埚在1480℃温度下熔融5小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行1至2次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体在1380℃温度下澄清1.5小时，将熔融玻璃液浇铸成规定的规格并进行退火处理，退火工艺为在500℃下保温2.5小时后用22小时降温至室温，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0.3mm的样品的可见光透过率为0％，热膨胀系数为84×10-7/℃。
使用实施例4制备的光吸收料玻璃制备3微米光纤传像元件的方法如实施例1。所制备的3微米光纤传像元件在距刀口0.1mm处串光为0.79％，所制备的3微米光纤传像元件分辨率192lp/mm，所制备的3微米光纤传像元件在400-700nm波长范围内，光谱透过率71％，将上述制得的3微米光纤传像元件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。
实施例5
玻璃实际组成参照表1实施例5，使用与实施例2相同的原料及原料要求，然后使用石英坩埚在1460℃温度下熔融4小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行1至2次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体在1350℃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，退火工艺为在549℃下保温3小时后用20小时降温至室温，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0.3mm的样品的可见光透过率为0％，热膨胀系数为83×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备6微米高对比度倒像器的方法如实施例2。所制备的6微米高对比度倒像器在距刀口0.1mm处串光为0.80％，所制备的3微6微米高对比度倒像器在400-700nm波长范围内，光谱透过率69％，将上述制得的6微米高对比度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。
实施例6
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，然后使用石英坩埚在1470℃温度下熔融5小时，在玻璃熔制过程中，对玻璃进行1至2次的搅拌，使玻璃熔制均匀，待玻璃熔融后将玻璃熔体在1370℃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，退火工艺为在540℃下保温3小时后用24小时降温至室温，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0.3mm的样品的可见光透过率为0％，热膨胀系数为82×10-7/℃。
使用光吸收料玻璃制备3微米光纤传像元件的方法如实施例1。所制备的3微米光纤传像元件在距刀口0.1mm处串光为0.82％，所制备的3微米光纤传像元件分辨率192lp/mm，所制备的3微米光纤传像元件在400-700nm波长范围内，光谱透过率69％，将上述制得的3微米光纤传像元件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。
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 (9)

1.一种高对比度光纤传像元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将光吸收料玻璃棒拉制成丝径为0.20～2mm的光吸收丝；再将丝径相同的所述光吸收丝均匀围覆在低折射率的皮料玻璃管的外层，并采用铜丝或铁丝在皮料玻璃管两端捆扎固定；将高折射率的芯料玻璃棒和所述皮料玻璃管匹配后拉制成丝径为2.0～5mm的单丝；
(2)将拉制的单丝排列成横截面为正六边形的六方体，所述六方体每边单丝根数为3～7根，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的横截面为正六边形，所述一次复丝的六方对边尺寸为0.6mm-1.5mm，将所述一次复丝定长切割后排成板段；
(3)将排列好的板段放入到热熔压成型模具中，在450-550℃下，将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的板段热熔压成型前后的压缩比开始压板，热熔压成型的压板的时间控制在120-180分钟，然后将热熔压成型的板段根据设计的规格尺寸进行后续加工处理，即得到高对比度的光纤传像元件，所述光纤传像元件传像单元为3～100微米；
所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
Figure FDA0004176146070000011
Figure FDA0004176146070000021
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述一次复丝定长切割后排成板段之前还包括：将一次复丝再按要求排列成二次复合棒，将二次复合棒拉制成二次复丝，将二次复丝排列成板段。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述后续加工处理包括扭转成型制得光纤倒像器、经拉伸成型制得光学光锥和经热弯成型制得光纤传像束。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光吸收丝所用的光吸收料玻璃的制备方法，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、碳酸钠、碳酸钾、碱式碳酸镁、碳酸钙、氧化锌、二氧化钛、氧化锆、三氧化二铁、三氧化二钴、五氧化二钒和氧化钼，混合均匀，得到原料混合物；
(b)玻璃熔融：将原料混合物放入坩埚中，在1450-1550℃温度下熔融3-5小时，在熔融过程中进行1-2次的搅拌，待原料混合物熔融后在1300-1400℃下，澄清1-2小时；将熔融澄清后的玻璃液在模具中浇铸成规定规格的玻璃，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；待玻璃冷却凝固后在500-549℃下保温2-3小时进行退火处理，再用20-24小时降温至室温，得到光吸收料玻璃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，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 FDA0004176146070000022
Figure FDA0004176146070000031
6.一种高对比度光纤传像元件，其特征在于，按照权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到。
7.如权利要求6所述的高对比度光纤传像元件，其特征在于，所述高对比度光纤传像元件为光纤面板、光纤倒像器、光学光锥或光纤传像束。
8.一种夜视仪，其特征在于，包括像增强器，所述像增强器包括权利要求6或7所述的高对比度光纤传像元件。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求6或7所述的高对比度光纤传像元件，所述的电子设备为粒子探测器或信号探测器。
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