高分辨率的大截面柔软光纤传像束及其制备方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010317622.2 (22)申请日 2020.04.21 (71)申请人 上海大学 地址 200444 上海市宝山区上大路99号 (72)发明人 王廷云徐冬金李金龙邓传鲁 黄怿张小贝胡程勇 (74)专利代理机构 贵州派腾知识产权代理有限 公司 52114 代理人 唐斌 (51)Int.Cl. G02B 6/06(2006.01) C03B 37/028(2006.01) (54)发明名称 一种高分辨率的大截面柔软光纤传像束及 其制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种具

2、有高分辨率的大截面 柔软光纤传像束及其制备方法。 光纤传像束由若 干根光纤单丝排列而成， 光纤传像束中段是大直 径段， 两端是小直径段， 大直径段和小直径段之 间是过渡段， 每根光纤单丝的直径也按比例同步 变化。 制备步骤包括拉制单丝、 单丝排布成束、 束 拉制和固化等。 所制备的光纤传像束分辨率较 高、 质地柔软， 单丝之间干扰达到最小。 由于制作 方法的特殊性， 其传输光的损耗较小， 可用于制 备成本较低的长距离光纤传像束。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 111290076 A 2020.06.16 CN 111290076 A 1.一种高分辨率的大截面柔软光纤传像束， 包括

3、光纤单丝， 其特征在于： 光纤传像束由 若干根光纤单丝排列而成， 光纤传像束中段是大直径段， 两端是小直径段， 大直径段和小直 径段之间是过渡段， 每根光纤单丝的直径也按比例同步变化。 2.根据权利要求1所述高分辨率的大截面柔软光纤传像束， 其特征在于： 光纤传像束两 端经过拉制形成过渡段和小直径段。 3.根据权利要求1所述高分辨率的大截面光纤传像束， 其特征在于： 光纤传像束中的光 纤单丝呈六边形蜂窝排布。 4.根据权利要求3所述高分辨率的大截面柔软光纤传像束， 其特征在于： 光纤传像束的 横截面呈正六边形。 5.根据权利要求1-4任一项所述高分辨率的大截面柔软光纤传像束， 其特征在于： 光

4、纤 单丝的芯层和包层具有高折射率对比度且热膨胀系数匹配。 6.根据权利要求1-4任一项所述高分辨率的大截面柔软光纤传像束， 其特征在于： 过渡 段采用硅酮树脂对其进行固化。 7.一种高分辨率的大截面柔软光纤传像束制备方法， 其特征在于包括以下步骤： A.拉 制光纤单丝； B.截取若干等长的光纤单丝并通过排丝、 叠片形成单丝预制棒； C.将单丝预制 棒两端固化后对单丝预制棒的两个端头分别进行拉制形成过渡段和小直径段； D.过渡段添 加保护装置后进行铠装， 并将小直径段端面镜面抛光， 形成光纤传像束。 8.根据权利要求7所述高分辨率的大截面柔软光纤传像束制备方法， 其特征在于： 在步 骤A中， 采

5、用管棒法将预制棒拉制出所需要的光纤单丝， 预制棒具有高折射率对比度且热膨 胀系数匹配的芯层玻璃棒与包层玻璃管。 9.根据权利要求7所述高分辨率的大截面柔软光纤传像束制备方法， 其特征在于： 在步 骤B中， 将光纤单丝截成若干个长度相等的光纤单丝并将其端面进行简单抛光， 将制备好的 单丝通过排丝、 叠片于正六边形的模具中， 形成单丝预制棒； 使用耐高温铜丝将单丝预制棒 两端部固定并放入固化炉中固化。 10.根据权利要求7所述高分辨率的大截面柔软光纤传像束制备方法， 其特征在于： 在 步骤D中， 对拉制出光纤传像束的过渡段进行保护， 采用硅酮树脂对其进行固化。 权利要求书 1/1 页 2 CN 1

6、11290076 A 2 一种高分辨率的大截面柔软光纤传像束及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种光纤传像束及其制造方法， 属于光纤传像束的制造领域。 背景技术 0002 光纤传像束由数万根光纤单丝有序排列而成， 其每根光纤为一个像素点， 每个像 素点独立传输一个像元信息， 从而完成图像传输。 其中， 单根光纤丝一般由多组分玻璃材料 制成。 在对光纤单丝进行排列时， 要求光纤的位置在两端一一对应， 具有相干性， 保证图像 中的像素点不会发生错位。 光纤传像束的性能由单丝数量以及单丝的数值孔径、 直径、 传输 损耗等参数决定。 0003 具有高分辨率的大截面柔软光纤传像束在工业生产、

7、医疗检测、 军事监视等领域 都具有广泛的应用。 在工业上， 采用光纤传像束制备的内窥镜对精密大型器件进行无损伤 检测； 在医疗上， 通过医用光纤内窥镜可对患者的身体内部进行探查， 达到精确诊断的效 果； 在军事上， 由光纤传像束制备的可弯曲瞄准系统， 潜望镜， 抗电磁、 辐射传像系统等， 辅 助相关人员进行探测活动。 由于光纤传像束使用场景的特殊性， 其在许多场合， 需要的光纤 传像束长度达到十几米长。 0004 目前用于制备光纤传像束的方法主要有层叠法和酸溶法两种。 层叠法首先拉制出 具有大数值孔径的光纤单丝， 并将其紧密排列成片， 上胶固定后清洗干净； 接着， 将排列而 成的多个光纤排片采

8、用光学莫尔条纹技术进行叠片， 并通过胶合膜压固定； 最后， 将其表面 涂上抗干扰涂覆层后进行清洗烘干并铠装， 对端面进行镜面抛光， 形成光纤传像束。 此种方 法工艺较为简单， 可用于制备大截面光纤传像束， 但将数万根的光纤单丝排列起来难度较 大， 需要对其单丝直径进行限制， 一般不得超过10 m， 导致制备出的光纤传像束分辨率较 低。 此外， 此种方法制备出的光纤传像束单丝之间张力作用较大， 其柔软性较差， 为硬质光 纤传像束， 使用场景有限。 0005 酸溶法是目前用于制备光纤传像束的主要方法。 酸溶法首先拉制出三层同轴单 丝， 在三层同轴单丝中， 最里一层为纤芯层， 次外层为包层， 这两层

9、构成波导条件， 进行光的 传导， 最外层为酸溶层； 其次， 将制备出的三层同轴单丝切割成若干长度相等的单丝后进行 排丝叠片， 形成单丝预制棒， 将其热固后拉制成硬质光纤传像束； 最后， 将制备的硬质光纤 传像束两端进行蜡封后放入酸溶液中， 将三层同轴单丝中的酸溶层酸溶解掉， 形成质地柔 软的光纤传像束。 采用此种方法可制备出质地柔软的光纤传像束， 但酸溶法具有局限性， 当 光纤传像束直径较大时， 酸溶液无法渗透进去， 导致处于中心部分的光纤单丝酸溶层玻璃 无法溶解， 酸溶结果不佳。 而采用加长酸溶时间来对处于内部的光纤溶解时， 外部光纤会因 酸溶时间过长， 其内部导光层玻璃也被溶解， 导致整个

10、外部光纤的导光部分受损。 因此， 其 无法用于制备大截面的光纤传像束。 0006 此外， 在传统方法制备的光纤传像束中， 光纤单丝直径较小且紧密排列， 光纤单丝 之间存在耦合效应， 对图像质量具有较大的影响。 因此， 其无法制备高分辨率的光纤传像 束。 说明书 1/3 页 3 CN 111290076 A 3 发明内容 0007 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种高分辨率的大截面柔软光纤传像束及其 制备方法。 0008 本发明通过以下技术方案得以实现 一种高分辨率的大截面柔软光纤传像束， 光纤传像束由若干根光纤单丝排列而成， 光 纤传像束中段是大直径段， 两端是小直径段， 大直径段和小直径

11、段之间是过渡段， 每根光纤 单丝的直径也按比例同步变化。 0009 光纤传像束两端经过拉制形成过渡段和小直径段。 0010 光纤传像束中的光纤单丝呈六边形蜂窝排布， 可以使光纤排列的更紧密。 0011 光纤传像束的横截面呈正六边形。 0012 光纤单丝的包层和芯层具有高折射率对比度且热膨胀系数匹配， 以保证制备的光 纤单丝具有高数值孔径且结构稳定。 0013 过渡段采用硅酮树脂对其进行固化。 0014 一种高分辨率的大截面柔软光纤传像束制备方法， 包括以下步骤： A.拉制光纤单 丝； B.截取若干等长的光纤单丝并通过排丝、 叠片形成单丝预制棒； C.将单丝预制棒两端固 化后对单丝预制棒的两个端

12、头分别进行拉制形成过渡段和小直径段； D.过渡段添加保护装 置后进行铠装， 并将小直径段端面镜面抛光， 形成光纤传像束。 0015 在步骤A中， 采用管棒法将预制棒拉制出所需要的光纤单丝， 预制棒是具有高折射 率对比度且热膨胀系数匹配的芯层玻璃棒与包层玻璃管。 0016 在步骤B中， 将光纤单丝截成若干个长度相等的光纤单丝并将其端面进行简单抛 光， 将制备好的单丝通过排丝、 叠片于正六边形的模具中， 形成单丝预制棒； 使用耐高温铜 丝将单丝预制棒两端部固定并放入固化炉中固化， 保证单丝预制棒的结构稳定。 0017 在步骤D中， 对拉制出光纤传像束的过渡段进行保护， 采用硅酮树脂对其进行固 化，

13、 以保护此部分的机械能力。 0018 本发明的有益效果在于： 1.分辨率高。 由于光纤传像束中的单丝之间的相互耦合干扰， 且单丝直径越细小相互 的之间的干扰则愈加严重， 导致传统的光纤传像束制作方法无法制备高分辨率光纤传像 束。 本发明采用端部细化的方法， 只将两端部的光纤单丝进行复拉制， 而光传输部分则依旧 采用较大芯径的光纤进行传输， 单丝之间的干扰大幅减低， 在避免光纤传像束硬质化的同 时提高了光纤传像束的分辨率。 0019 2.质地柔软。 由于光纤单丝棒在拉制过程中单丝之间的外包层会在高温中融化并 相互粘接， 导致拉制出的光纤传像束质地较硬。 在酸溶法中， 当光纤传像束的直径较大时，

14、酸溶液无法深入到内部进行酸溶， 而提高酸溶时间则会导致传像束外围的光纤单丝导光部 分受到损伤， 严重影响整个传像束的性能。 本发明采用端部复拉的方法， 避免光纤传像束中 大直径段单丝相互之间黏合， 从而保证了整个光纤传像束具有柔软特性。 0020 3.可制备长距离光纤传像束。 本发明采用端部拉制的方法， 光纤传像束的中间段 是普通的单丝光纤只需要规则排布， 不进行复拉， 避免了在复拉制过程中对光纤传像束的 传输性能造成影响。 因此， 可用于制备长距离光纤传像束。 说明书 2/3 页 4 CN 111290076 A 4 附图说明 0021 图1是制备的预制棒示意图； 图2是拉制光纤单丝的示意图

15、； 图3是光纤单丝的端面结构示意图； 图4是单丝预制棒的端面结构示意图； 图5是单丝预制棒进行复拉制示意图； 图6是所制备的光纤传像束结构示意图； 图中， 1为纤芯玻璃棒、 2为包层玻璃管、 3为拉丝装置、 4为光纤单丝牵引设备、 5为光纤 单丝纤芯、 6为光纤单丝包层、 7为六边形排丝模具、 8为光纤传像束小直径段、 9为中部大直 径段、 10为过渡段。 具体实施方式 0022 下面进一步描述本发明的技术方案， 但要求保护的范围并不局限于所述。 0023 本发明方法的具体实施方法如下， 通过具有高折射率对比度的芯料1/包层玻璃棒 2制成光纤预制棒， 采用管棒法通过拉丝装置3拉制出光纤单丝，

16、见图1、 图2所示， 控制光纤 的芯径在60 m， 见图3所示。 将制备的光纤单丝进行简单的抛光处理后， 通过排丝盘排丝成 片， 依次叠在边长为18 mm的正六边形夹具7中， 并通过耐高温的铜线进行固定， 形成单丝预 制棒， 其中单丝约为22万根， 见图4所示； 将单丝预制棒端部放入固化炉中固化， 保证单丝预 制棒在拉制过程中的结构稳定。 将固化好的单丝预制棒两端分别通过拉丝装置进行拉制， 拉制出的端面边长约为3 mm裸光纤传像束， 见图5所示。 由于光纤传像束中进行复拉制的硬 质前端小直径段8与软束中部大直径段9的过渡段10为应力集中区， 容易断裂， 因此本发明 采用硅酮树脂对这部分进行固化， 防止过渡段断裂， 见图6所示。 说明书 3/3 页 5 CN 111290076 A 5 图1 图2 说明书附图 1/3 页 6 CN 111290076 A 6 图3 图4 说明书附图 2/3 页 7 CN 111290076 A 7 图5 图6 说明书附图 3/3 页 8 CN 111290076 A 8