CN117602817A - 一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用 - Google Patents
一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117602817A CN117602817A CN202311579595.6A CN202311579595A CN117602817A CN 117602817 A CN117602817 A CN 117602817A CN 202311579595 A CN202311579595 A CN 202311579595A CN 117602817 A CN117602817 A CN 117602817A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass
- light absorbing
- optical fiber
- multifilament
- monofilament
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 149
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 26
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 15
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 8
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims description 4
- UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N oxo(oxocobaltiooxy)cobalt Chemical compound O=[Co]O[Co]=O UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 2
- AYJRCSIUFZENHW-DEQYMQKBSA-L barium(2+);oxomethanediolate Chemical compound [Ba+2].[O-][14C]([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-DEQYMQKBSA-L 0.000 claims description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 claims description 2
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 15
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 5
- XGCTUKUCGUNZDN-UHFFFAOYSA-N [B].O=O Chemical compound [B].O=O XGCTUKUCGUNZDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 1
- WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N Manganese(2+) Chemical compound [Mn+2] WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical group [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000008395 clarifying agent Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 210000001808 exosome Anatomy 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910001437 manganese ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
- C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B19/00—Other methods of shaping glass
- C03B19/02—Other methods of shaping glass by casting molten glass, e.g. injection moulding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B23/00—Re-forming shaped glass
- C03B23/02—Re-forming glass sheets
- C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
- C03B37/028—Drawing fibre bundles, e.g. for making fibre bundles of multifibres, image fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/10—Non-chemical treatment
- C03B37/14—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape
- C03B37/15—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape with heat application, e.g. for making optical fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/095—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing rare earths
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
- G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用。该制备方法包括：制备单丝和套管光吸收丝：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Φ2.8～4.0mm；将光吸收料玻璃棒和低折射率的皮料玻璃管进行匹配后拉制成套管光吸收丝，所述套管光吸收丝的丝径与所述单丝的丝径相同；一次复丝拉制；二次复丝拉制；热熔压成型及扭转成型。该光纤倒像器在400‑700nm波长范围内透过率＞70％，透过率均匀性＜5％。该光纤倒像器可应用于微光像增强器中。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传像元件制造领域，特别涉及一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用。
背景技术
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。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。
光纤倒像器的传像机理是利用光学纤维的全反射原理实现的，构成光纤倒像器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，比如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壁厚不均匀等问题会导致输入光线会在全反射过程中穿透皮层发生了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也会造成串光，而串光是直接影响光纤传像元件的对比度和清晰度的成像质量的重要因素。
为了解决光纤倒像器中串光的难题，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降低串光，采用插吸收丝法能有效实现消除杂光，将光吸收料玻璃拉制成吸收丝，在排列好的光学纤维的间隙中插入光吸收纤维丝，从而起到吸收串光、漏光等作用，但是不能完全实现光绝缘，其中关键就是光吸收玻璃的问题。光吸收料玻璃的作用是将穿透光学纤维皮层的杂散光吸收掉以实现光绝缘，以提高图像的对比度。光吸收玻璃是一类重要的光学玻璃，主要实现对干扰杂光的吸收效果，提升光学元件的清晰度、对比度等性能。但随着应用领域的扩展，近年来对超薄、高清晰度、高对比度的要求越来越高，因此也要求光吸收玻璃的光吸收效果更好，对杂散光的吸收更彻底，而且要覆盖紫外、可见到近红外的波段。
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，甚至出现扭后光纤倒像器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，导致光纤倒像器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，无法达到提高光纤倒像器对比度的效果。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术难题，提供一种能够提升光纤倒像器成像的分辨力和清晰度的高分辨力高均匀性光纤倒像器的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种高分辨力高均匀性光纤倒像器的制备方法，包括：
(1)制备单丝和套管光吸收丝：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Φ2.8～4.0mm；将光吸收料玻璃棒和低折射率的皮料玻璃管进行匹配后拉制成套管光吸收丝，所述套管光吸收丝的丝径与所述单丝的丝径相同；
(2)一次复丝拉制：将拉制的单丝排列成截面为正六边形的六方体，六方体中，单丝每边根数为6根，单丝排成的六方体的单丝总根数为91根，并将1根所述套管光吸收丝替换掉所排列的正六边形中最中心的一根单丝，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的正六边形对边尺寸为1.14-1.26mm；
(3)二次复丝拉制：将一次复丝再排列成截面为正六边形的二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数为12-17根，将二次复合棒再拉制成二次复丝，所述二次复丝的正六边形对边尺寸为0.86-1.30mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段；
(4)热熔压成型：将排列好的板段放入到热熔压成型模具中，在第一预设温度下将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的压缩比开始压板，即得到单元丝径≤4.0μm的高均匀性光纤倒像器的光学纤维板毛坯；
(5)扭转成型：将得到的光学纤维板毛坯经过加工处理，经过180°角度的扭转成型，得到高分辨力高均匀性光纤倒像器。
所述第一预设温度为450-550℃。
所述热熔压成型的压板的时间控制在130-180分钟。
所述光吸收料玻璃棒由光吸收料玻璃制备而成，所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：SiO2 71-80.0％，Al2O3 0.5-5.0％，B2O3 1.0-5.0％，Na2O1.0-11.0％，K2O 6.0-11.0％，MgO 0.1-2.0％，CaO 0.1-2.0％，BaO 0-0.04％，TiO20-1.0％，Co2O3 0.1-0.4％，NiO 0.1-1.0％，MnO 1.0-5.0％，V2O5 0.1-1.0％，CeO20-0.2％，CuO 0-0.05％。
优选地，所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
更优选地，所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：
本发明又提供使用所述的组合物制备高分辨力高均匀性光纤倒像器用光吸收玻璃的方法，包括以下步骤：
(1)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、碳酸钡、二氧化钛、三氧化二钴、一氧化镍、一氧化锰、五氧化二钒、氧化铈和氧化铜，混合均匀，得到原料混合物；
(2)玻璃熔制：将原料混合物放入坩埚中进行熔融，待原料混合物熔融后澄清，将熔融澄清后的玻璃液在预热好的模具中浇铸成规定的规格，待玻璃液冷却凝固后，得到光吸收料玻璃；所述熔融过程包括在1450-1550℃温度下熔融7-10小时，所述原料混合料在熔融过程中进行2-3次搅拌，所述澄清过程包括在1350-1450℃温度下澄清2-4小时。
本发明所述的光吸收料玻璃在0.5±0.01mm厚度下，在510-660nm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≤3.0％；本发明所述的光吸收料玻璃的热膨胀系数(85±5)×10-7/℃，在850-900℃保温6小时不析晶不分相。
本发明还提供一种高分辨力高均匀性光纤倒像器，按照所述的制备方法制备得到。
本发明再提供一种所述的高分辨力高均匀性光纤倒像器在微光像增强器中的应用。
本发明的光吸收料玻璃组合物中，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71.0-80.0。SiO2含量低于71.0mol.％，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80.0mol.％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的摩尔百分比(mol.％)为0.5-5.0，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。
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熔剂。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1.0-5.0，B2O3的含量大于5.0mol.％，会使玻璃的分相倾向增加。
Na2O是玻璃结构网络外体氧化物，Na2O的摩尔百分比(mol.％)为1.0-11.0，Na2O的含量大于11.0mol.％时会增加玻璃的热膨胀系数。
K2O是玻璃结构网络外体氧化物，K2O的摩尔百分比(mol.％)为6.0-11.0，K2O的含量大于11.0mol.％时会增加玻璃的热膨胀系数。
MgO是玻璃结构网络外体氧化物，是用来调节玻璃析晶温度的，MgO的摩尔百分比(mol.％)为0.1-2.0，MgO的含量大于2.0mol.％时会增加玻璃的析晶倾向。
CaO是玻璃结构网络外体氧化物，CaO的摩尔百分比(mol.％)为0.1-2.0，CaO的含量大于2.0mol.％，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
BaO是玻璃结构网络外体氧化物，是用来调节玻璃析晶温度的，BaO的摩尔百分比(mol.％)为0-0.04，BaO的含量大于0.04mol.％，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
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0-1.0，TiO2的含量大于1.0mol.％，会降低玻璃的耐化性，增加析晶倾向。
Co2O3是光吸收料玻璃的着色剂，Co2O3的摩尔百分比(mol.％)为0.1-0.4，Co2O3比CoO具有更低的熔点，使得Co2O3能与其他着色离子结合起来，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0.4mol.％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0.1-1.0，Ni2+在可见光区域具有较好的吸收效果，NiO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。
MnO是光吸收料玻璃的着色剂，在本发明中MnO是起主要作用的光吸收剂，MnO比MnO2具有更高的熔点温度，且Mn2+在400-700nm之间具有稳定的光吸收能力，能在玻璃中形成稳定的着色，MnO的摩尔百分比(mol.％)为1.0-5.0，MnO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0.1-1.0，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1.0mol.％时，会降低玻璃耐化学稳定性，增大玻璃的析晶倾向。
CeO2是一种稀土氧化物，主要调节玻璃的析晶性能和起到玻璃澄清剂的作用，CeO2的摩尔百分比(mol.％)为0-0.2，CeO2的含量大于0.2mol.％时，会增大玻璃的析晶倾向。
CuO是光吸收料玻璃的着色剂，能与Ni2+、Co3+、Mn2+等相结合，在玻璃中形成稳定的着色，利用复合吸收作用，可以保证吸收400nm-700nm波长范围的杂散光，获得较好的光吸收效果，使光吸收曲线在可见光区域不出现明显的透过峰，CuO的摩尔百分比(mol.％)为0-0.05，但CuO的含量大于0.05mol.％，会增大玻璃的析晶倾向。
本发明的光吸收料玻璃具有良好的化学稳定性和抗析晶性能，光吸收玻璃熔融后内部无结石、无气泡孔洞，应用在光纤倒像器上，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，从而达到提升光纤倒像器成像的对比度和清晰度的效果，得到的光纤倒像器具有高分辨力高均匀性的特点。
与现有技术相比，本发明提供的高分辨力高均匀性光纤倒像器具有的有益效果是：
(1)该高均匀性光纤倒像器在距刀口0.1mm处串光小于1.0％；
(2)该高均匀性光纤倒像器的中心分辨率大于140lp/mm；
(3)该高均匀性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)该高均匀性光纤倒像器在400-700nm波长范围内透过率＞70％，透过率均匀性＜5％，斑点缺陷少，没有聚集性斑点缺陷。
(5)采用本发明的光吸收料玻璃应用在光纤倒像器上，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，从而达到提升光纤倒像器成像的对比度和清晰度的效果。
本发明经过套管光吸收丝的插入和调节，降低了制备工艺难度，提高了光纤倒像器的分辨率，使得光纤倒像器的中心分辨率大于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％，从而制备得到高分辨力、高均匀性的光纤倒像器，本发明的高分辨力高均匀性光纤倒像器具有杂散光串扰少、内部结构均匀性好、分辨率力高、对比度高，制备工艺简单的优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高分辨力高均匀性光纤倒像器的光学纤维内部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光吸收料玻璃的透过率曲线。
其中，1为套管光吸收丝，2为皮料玻璃，3为芯料玻璃。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，为本发明实施例提供的高分辨力高均匀性光纤倒像器的光学纤维内部结构示意图，单丝由皮料玻璃2和位于皮料玻璃2中芯料玻璃3组成，按照每边6根单丝排列成横截面为正六边形的一次复合棒后，用套管光吸收丝1替换排列在六方体一次复合棒中最中心的1根单丝，将上述组合完成的一次复合棒拉制成如图1所示的一次复丝。
参见图2，为光吸收料的透过率曲线，从中可以看出，在510-660nm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≤3.0％，可以看到对可见光的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.％)。
对本发明光吸收料玻璃所测定的参数及测定方法和仪器如下：
(1)玻璃的透过率采用透过率测试仪来测定；
(2)30-300℃的平均线热膨胀系数α30/300[×10-7/℃]采用卧式膨胀仪测量，采用GB/T 16920-2015规定的方法测量。
表1光吸收料玻璃实施例的化学组成(mol.％)和性能
实施例1
一种高分辨力高均匀光纤倒像器的制备方法，包括以下步骤：
(1)参照表1实施例1的玻璃组成，制备光吸收料玻璃棒；
(2)单丝和光吸收丝的拉制：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Φ3.2mm；将光吸收料玻璃棒和所述低折射率的皮料玻璃管进行匹配后拉制成套管光吸收丝，所述套管光吸收丝的丝径与所述单丝的丝径相同；
(3)一次复丝拉制：将拉制的单丝排列成截面为正六边形的六方体，六方体中，单丝每边根数为6根，单丝排成的六方体的单丝总根数为91根，并将1根套管光吸收丝替换掉所排列的六方体中最中心的单丝，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的正六边形对边尺寸为1.14mm；
(4)二次复丝拉制：将一次复丝再排列成截面为正六边形的二次复合棒，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二次复丝，所述二次复丝的正六边形对边尺寸为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，然后按照设计好的压缩比开始压板，热熔压成型的时间控制在150分钟，即得到单元丝径3.94μm的高均匀性光纤倒像器的光纤维板毛坯；
(6)扭转成型：将得到的光学纤维板毛坯经过加工处理，经过180°角度的扭转成型，即可得到高分辨力高均匀性光纤倒像器。
实施例2
一种高分辨高均匀光纤倒像器的制备方法，包括以下步骤：
(1)参照表1实施例2的玻璃组成，制备光吸收料玻璃棒；
(2)单丝和光吸收丝的拉制：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Φ2.8mm；将光吸收料玻璃棒和所述低折射率的皮料玻璃管进行匹配后拉制成套管光吸收丝，所述套管光吸收丝的丝径与所述单丝的丝径相同；
(3)一次复丝拉制：将拉制的单丝排列成截面为正六边形的六方体，六方体中，单丝每边根数为6根，单丝排成的六方体的单丝总根数为91根，并将1根套管光吸收丝替换掉所排列的六方体中最中心的单丝，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的正六边形对边尺寸为1.26mm；
(4)二次复丝拉制：将一次复丝再排列成截面为正六边形的二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数为12根，一次复丝的排棒总根数为397根，将二次复合棒再拉制成二次复丝，所述二次复丝的正六边形对边尺寸为0.86mm，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450℃的高温下将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的压缩比开始压板，热熔压成型的时间控制在130分钟，即得到单元丝径3.97μm的高清晰度光纤倒像器的光纤维板毛坯；
(6)扭转成型：将得到的光学纤维板毛坯经过加工处理，经过180°角度的扭转成型，即可得到高分辨力高均匀性光纤倒像器。
实施例3
(1)参照表1实施例3的玻璃组成，制备光吸收料玻璃棒；
(2)单丝和光吸收丝的拉制：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Φ4.0mm；将光吸收料玻璃棒和所述低折射率的皮料玻璃管进行匹配后拉制成套管光吸收丝，所述套管光吸收丝的丝径与所述单丝的丝径相同；
(3)将拉制的单丝排列成截面为正六边形的六方体，六方体中，单丝每边根数为6根，单丝排成的六方体的单丝总根数为91根，并将1根套管光吸收丝替换掉所排列的六方体中最中心的单丝，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的正六边形对边尺寸为1.18mm；
(4)二次复丝拉制：将一次复丝再排列成截面为正六边形的二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数为17根，一次复丝的排棒总根数为817根，将二次复合棒再拉制成二次复丝，所述二次复丝的正六边形对边尺寸为1.30mm，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，然后按照设计好的压缩比开始压板，热熔压成型的时间控制在180分钟，即得到单元丝径3.96μm的高清晰度光纤倒像器的光纤维板毛坯；
(6)扭转成型：将得到的光学纤维板毛坯经过加工处理，经过180°角度的扭转成型，即可得到高分辨力高均匀性光纤倒像器。
实施例4
光吸收料玻璃实际组成参照表1中实施例4的组成，采用与实施例1相同的方法制备高分辨力高均匀性光纤倒像器。
实施例5
光吸收料玻璃实际组成参照表1实施例5的组成，采用与实施例1相同的方法制备高分辨力高均匀性光纤倒像器。
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)
1.一种高分辨力高均匀性光纤倒像器的制备方法，其特征在于，包括：
(1)制备单丝和套管光吸收丝：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Φ2.8～4.0mm；将光吸收料玻璃棒和低折射率的皮料玻璃管进行匹配后拉制成套管光吸收丝，所述套管光吸收丝的丝径与所述单丝的丝径相同；
(2)一次复丝拉制：将拉制的单丝排列成截面为正六边形的六方体，六方体中，单丝每边根数为6根，单丝排成的六方体的单丝总根数为91根，并将1根所述套管光吸收丝替换掉所排列的正六边形中最中心的一根单丝，得到一次复合棒，再将一次复合棒拉制成一次复丝，所述一次复丝的正六边形对边尺寸为1.14-1.26mm；
(3)二次复丝拉制：将一次复丝再排列成截面为正六边形的二次复合棒，一次复丝的排棒每边根数为12-17根，将二次复合棒再拉制成二次复丝，所述二次复丝的正六边形对边尺寸为0.86-1.30mm，再将二次复丝定长切割后排列成板段；
(4)热熔压成型：将排列好的板段放入到热熔压成型模具中，在第一预设温度下将装好板段的模具放入热熔压成型炉中，然后按照设计好的压缩比开始压板，即得到单元丝径≤4.0μm的高均匀性光纤倒像器的光学纤维板毛坯；
(5)扭转成型：将得到的光学纤维板毛坯经过加工处理，经过180°角度的扭转成型，得到高分辨力高均匀性光纤倒像器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为450-550℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热熔压成型的压板的时间控制在130-180分钟。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述光吸收料玻璃棒由光吸收料玻璃制备而成，所述光吸收料玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：SiO2 71-80.0％，Al2O3 0.5-5.0％，B2O3 1.0-5.0％，Na2O 1.0-11.0％，K2O 6.0-11.0％，MgO 0.1-2.0％，CaO0.1-2.0％，BaO 0-0.04％，TiO2 0-1.0％，Co2O30.1-0.4％，NiO 0.1-1.0％，MnO 1.0-5.0％，V2O5 0.1-1.0％，CeO2 0-0.2％，CuO 0-0.05％。
5.根据权利要求4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：
6.根据权利要求5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：
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述光吸收玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)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、碳酸钡、二氧化钛、三氧化二钴、一氧化镍、一氧化锰、五氧化二钒、氧化铈和氧化铜，混合均匀，得到原料混合物；
(2)玻璃熔制：将原料混合物放入坩埚中进行熔融，待原料混合物熔融后澄清，将熔融澄清后的玻璃液在预热好的模具中浇铸成规定的规格，待玻璃液冷却凝固后，得到光吸收料玻璃；所述熔融过程包括在1450-1550℃温度下熔融7-10小时，所述原料混合料在熔融过程中进行2-3次搅拌，所述澄清过程包括在1350-1450℃温度下澄清2-4小时。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述光吸收料玻璃在0.5±0.01mm厚度下，在510-660nm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≤3.0％；所述光吸收料玻璃的热膨胀系数(85±5)×10-7/℃；在850-900℃保温6小时不析晶不分相。
9.一种高分辨力高均匀性光纤倒像器，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。
10.一种权利要求9所述的高分辨力高均匀性光纤倒像器在微光像增强器中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311579595.6A CN117602817A (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311579595.6A CN117602817A (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117602817A true CN117602817A (zh) | 2024-02-27 |
Family
ID=89959098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311579595.6A Pending CN117602817A (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117602817A (zh) |
-
2023
- 2023-11-24 CN CN202311579595.6A patent/CN117602817A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111393023B (zh) | 一种高清晰度光纤倒像器及其制备方法、用途 | |
| CN115368014B (zh) | 用于高对比度光纤倒像器的光吸收料玻璃及其制备方法 | |
| CN111410423B (zh) | 一种用于光纤传像元件的光吸收料玻璃及其制备方法 | |
| EP3413107B1 (en) | Image guide fiber | |
| CN115542456B (zh) | Φ40mm大尺寸高对比度光纤倒像器的制备方法、应用 | |
| CN106517772B (zh) | 用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃及其制备方法 | |
| CN106830676A (zh) | 一种光学玻璃、预制件以及光学元件 | |
| CN115536283B (zh) | 用于光纤传像元件的高折射率纤芯玻璃及其制备方法 | |
| CN115469395A (zh) | 一种高均匀性光纤倒像器及其制备方法 | |
| CN113603366A (zh) | 一种中膨胀光纤传像元件及其制备方法 | |
| WO2024178753A1 (zh) | 高折射率耐辐射玻璃材料及其制备方法和应用 | |
| JP6566024B2 (ja) | ガラス物品及び導光体 | |
| CN115453680B (zh) | 3微米光纤元器件及其制备方法 | |
| TW202337851A (zh) | 玻璃、玻璃元件及濾光器 | |
| CN113603367A (zh) | 用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃及其制备方法 | |
| CN115304284B (zh) | 一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃及其制备方法 | |
| CN117602817A (zh) | 一种高分辨力高均匀性光纤倒像器及其制备方法、应用 | |
| CN110117158A (zh) | 一种具有低折射率、高透过率的光学玻璃及其制备方法和应用 | |
| CN116553822A (zh) | 低折射率耐辐射玻璃材料及其制备方法和应用 | |
| CN115353284B (zh) | 一种高对比度光纤传像元件及其制备方法 | |
| CN114014538B (zh) | 硅酸盐玻璃及其制备方法和应用 | |
| CN117602825A (zh) | 高分辨力高均匀性光纤倒像器用光吸收玻璃及其制备方法 | |
| CN115368011B (zh) | 用于光纤传像元件的相容性匹配良好的芯皮玻璃及其制备方法 | |
| CN117534319B (zh) | 一种超窄扭丝区光纤倒像器的制备方法及应用 | |
| CN117666014A (zh) | 一种2.5μm光纤倒像器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |