一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法，其制备四种不同尺寸的石英玻璃棍，以一根石英玻璃棍为中心且周围分布六根的方式间隔布置，中心的石英玻璃棍与周围的六根石英玻璃棍的尺寸不同，任意相邻两根的尺寸不同；在石英玻璃棍间的间隔中插入毛细玻璃管，在最外圈石英玻璃棍外布置一圈毛细玻璃管形成正六边形一级堆栈结构；对一级堆栈结构进行拉伸得到纤芯堆栈棒；将数根纤芯堆栈棒平行且紧贴堆栈成截面接近于圆形的二级堆栈结构，将二级堆栈结构插入到石英玻璃管中形成光纤预制棒；对光纤预制棒进行光纤拉丝得到多芯微结构成像光纤束；优点是降低了纤芯之间的信号串扰，提高了成像分辨率，长度超过米量级。

【技术实现步骤摘要】
一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法
本专利技术涉及一种光纤束的制备技术，尤其是涉及一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法。
技术介绍
目前，商业化的多芯成像光纤的主要供应商有日本的藤仓(Fujikura)公司、住友(Sumitomo)公司和美国的CollimatedHoles公司。以上三家公司，采用的方案均为通过纤芯掺锗(Ge)或包层掺氟(F)来提高纤芯和包层的折射率差，以减小纤芯之间的信号串扰(耦合)，详细细节可参见如2007年藤仓(Fujikura)公司申请的美国专利申请(公开号：US7418178(B2))公开的“Multi-corefiber”(多芯光纤)。从产品线上来看，以藤仓为例，提供了从1600纤芯到100000纤芯的不同选择，同时，多芯成像光纤的涂覆层的涂覆材料包括普通的高聚物(例如丙烯酸酯)、硅胶到可耐高温(300℃)的聚酰亚胺(polyimide)。受限于多芯成像光纤的纤芯数量、纤芯及包层的折射率差别，以及多芯成像光纤的尺寸等，藤仓及其他供应商不得不在成像的波长、多芯成像光纤的长度上做出一定的限制和让步，一般导光带宽局限在约500nm，而成像长度最多不超过5米，一般为3米左右。这是由于：多芯成像光纤在长波长的情况下，由于纤芯无法将模式限制在较小的纤芯中，因此模式泄漏在包层中，导致纤芯之间的信号相互耦合，成像质量受到极大影响，并对操作波长敏感；在短波长的情况下，由于纤芯尺寸及每个纤芯的数值孔径限制，截止波长以下会支持多个模式，因此多芯成像光纤成像对弯曲敏感。同样的，由于设计上的缺陷，多芯成像光纤中的多个纤芯之间的信号串扰很难避免，因此导致了多芯成像光纤的实际使用长度只能局限在米量级，例如藤仓在相关产品介绍中明确定义：20000纤芯以下的多芯成像光纤，其实际使用长度为<3米，而100000纤芯的多芯成像光纤，其实际使用长度仅为1米。多芯成像光纤的最重要问题，在于纤芯之间的信号相互耦合(串扰)。理想情况下，降低纤芯之间的耦合一个量级，就可以实现长距离(>10米)高质量成像。此外，利用石英玻璃和空气界面的高折射率差，可实现更小尺寸的纤芯，从而可提高成像分辨率(3倍以上)。因此，有必要研究一种多芯成像光纤的制备技术，以使制备得到的多芯成像光纤的成像分辨率高，且纤芯之间的耦合程度低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法，其降低了制备得到的多芯微结构成像光纤束中的纤芯之间的信号串扰，提高了成像分辨率，且制备得到的多芯微结构成像光纤束的长度超过米量级。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：制备四种不同尺寸的石英玻璃棍各数根；然后按以一根石英玻璃棍为中心且周围分布六根石英玻璃棍的排布方式间隔布置四种不同尺寸的石英玻璃棍，所有石英玻璃棍相互平行而不相交，位于中心的石英玻璃棍的尺寸与位于其周围的六根石英玻璃棍的尺寸不相同，且任意相邻两根石英玻璃棍的尺寸不相同，位于其周围的六根石英玻璃棍的径向截面中心点依次连线构成正六边形；步骤2：在步骤1的基础上，根据石英玻璃棍之间的间隔大小，制备不同尺寸的毛细玻璃管；然后在石英玻璃棍之间的间隔中插入若干根毛细玻璃管，以使石英玻璃棍与毛细玻璃管之间紧贴；再在最外圈的石英玻璃棍外紧贴布置一圈毛细玻璃管，形成一个正六边形的一级堆栈结构；步骤3：对一级堆栈结构进行拉伸，制备得到纤芯堆栈棒；步骤4：将数根纤芯堆栈棒相互平行排列且紧贴堆栈成截面接近于圆形的二级堆栈结构；然后将二级堆栈结构插入到石英玻璃管中，形成光纤预制棒；步骤5：对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝的过程中主动精密控制光纤预制棒中的二级堆栈结构中各处的气体压力，以实现有效调制纤芯之间的间距、纤芯的尺寸、空气占空比，得到高占空比的多芯微结构成像光纤束，该多芯微结构成像光纤束包括由数根不同尺寸的石英玻璃棍经步骤3的拉伸过程和步骤5的光纤拉丝过程得到的纤芯、由所有毛细玻璃管经步骤3的拉伸过程和步骤5的光纤拉丝过程得到的空气孔、由石英玻璃管经步骤5的光纤拉丝过程熔融后形成的用于维持结构和强度的外套包层，纤芯之间及纤芯与外套包层之间均由空气孔分隔，该多芯微结构成像光纤束的截面具有高占空比，用空气孔替代传统光纤的包层材料，直接提高了纤芯材料(石英)及包层材料(空气孔)的折射率差，从而提高了各个纤芯的有效数值孔径。所述的步骤3中，对一级堆栈结构进行拉伸，制备得到纤芯堆栈棒的具体过程为：利用金属丝对一级堆栈结构进行多点(>10点)束缚，以维持一级堆栈结构的形状；然后使用火焰对一级堆栈结构的两端进行熔融，使一级堆栈结构中的石英玻璃棍与毛细玻璃管的端头紧密烧结在一起；再将一级堆栈结构置入高温石墨炉中，熔融后使用牵引器拉伸为纤芯堆栈棒，在拉伸过程中通过负压控制一级堆栈结构中的石英玻璃棍与毛细玻璃管之间的间隙。所述的步骤5中，采用光纤拉丝塔系统对光纤预制棒进行光纤拉丝，所述的光纤拉丝塔系统由预制棒进给装置、高温炉、数量为1～5个的涂敷固化装置、光纤转向引导轮、具有能够调整拉丝速度和调节裸光纤直径的主光纤牵引轮的主牵引系统、舞蹈轮、具有收线盘的成品光纤收线装置组成，所述的预制棒进给装置提供光纤预制棒给所述的高温炉，所述的高温炉使光纤预制棒熔融成丝形成裸光纤，所述的涂敷固化装置使裸光纤的表面涂敷高分子材料并固化后形成具有涂敷层的光纤，具有涂敷层的光纤通过所述的光纤转向引导轮后进入所述的主牵引系统中，所述的主牵引系统中的主光纤牵引轮改变具有涂敷层的光纤的直径后得到高占空比的多芯微结构成像光纤束，多芯微结构成像光纤束经过所述的舞蹈轮后由所述的成品光纤收线装置中的收线盘收集。所述的步骤5中，采用光纤拉丝塔系统对光纤预制棒进行光纤拉丝的过程中，增设能够在光纤拉丝的过程中主动精密控制光纤预制棒中的二级堆栈结构中各处的气体压力以实现有效调制纤芯之间的间距、纤芯的尺寸、空气占空比的多通道主动式气控单元。所述的纤芯之间的间距的调制范围为2～20微米，所述的纤芯的尺寸即直径的调制范围为500纳米～10微米，理想情况下纤芯在3～10微米范围内调整，所述的空气占空比的调制范围为70～99％。所述的涂敷固化装置包括用于在裸光纤的表面涂敷高分子材料的涂敷器及用于对裸光纤的表面涂敷的高分子材料进行固化处理的固化炉。所述的高分子材料可为丙烯酸酯、硅胶或者可耐高温(300℃)的聚酰亚胺。选用聚酰亚胺作为一种高分子材料，可确保制备得到的多芯微结构成像光纤束能够在温度为300℃以下的环境中长时间正常工作，在温度为400℃的环境中短时间使用。所述的高分子材料为丙烯酸酯或硅胶时所述的具有涂敷层的光纤的涂敷层的厚度为50～150微米，所述的高分子材料为聚酰亚胺时所述的具有涂敷层的光纤的涂敷层的厚度为10～20微米。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)在得到一级堆栈结构的过程中，采用了四种不同尺寸的石英玻璃棍，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1：制备四种不同尺寸的石英玻璃棍各数根；然后按以一根石英玻璃棍为中心且周围分布六根石英玻璃棍的排布方式间隔布置四种不同尺寸的石英玻璃棍，所有石英玻璃棍相互平行而不相交，位于中心的石英玻璃棍的尺寸与位于其周围的六根石英玻璃棍的尺寸不相同，且任意相邻两根石英玻璃棍的尺寸不相同，位于其周围的六根石英玻璃棍的径向截面中心点依次连线构成正六边形；/n步骤2：在步骤1的基础上，根据石英玻璃棍之间的间隔大小，制备不同尺寸的毛细玻璃管；然后在石英玻璃棍之间的间隔中插入若干根毛细玻璃管，以使石英玻璃棍与毛细玻璃管之间紧贴；再在最外圈的石英玻璃棍外紧贴布置一圈毛细玻璃管，形成一个正六边形的一级堆栈结构；/n步骤3：对一级堆栈结构进行拉伸，制备得到纤芯堆栈棒；/n步骤4：将数根纤芯堆栈棒相互平行排列且紧贴堆栈成截面接近于圆形的二级堆栈结构；然后将二级堆栈结构插入到石英玻璃管中，形成光纤预制棒；/n步骤5：对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝的过程中主动精密控制光纤预制棒中的二级堆栈结构中各处的气体压力，以实现有效调制纤芯之间的间距、纤芯的尺寸、空气占空比，得到高占空比的多芯微结构成像光纤束，该多芯微结构成像光纤束包括由数根不同尺寸的石英玻璃棍经步骤3的拉伸过程和步骤5的光纤拉丝过程得到的纤芯、由所有毛细玻璃管经步骤3的拉伸过程和步骤5的光纤拉丝过程得到的空气孔、由石英玻璃管经步骤5的光纤拉丝过程熔融后形成的用于维持结构和强度的外套包层，纤芯之间及纤芯与外套包层之间均由空气孔分隔，该多芯微结构成像光纤束的截面具有高占空比。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：制备四种不同尺寸的石英玻璃棍各数根；然后按以一根石英玻璃棍为中心且周围分布六根石英玻璃棍的排布方式间隔布置四种不同尺寸的石英玻璃棍，所有石英玻璃棍相互平行而不相交，位于中心的石英玻璃棍的尺寸与位于其周围的六根石英玻璃棍的尺寸不相同，且任意相邻两根石英玻璃棍的尺寸不相同，位于其周围的六根石英玻璃棍的径向截面中心点依次连线构成正六边形；
步骤2：在步骤1的基础上，根据石英玻璃棍之间的间隔大小，制备不同尺寸的毛细玻璃管；然后在石英玻璃棍之间的间隔中插入若干根毛细玻璃管，以使石英玻璃棍与毛细玻璃管之间紧贴；再在最外圈的石英玻璃棍外紧贴布置一圈毛细玻璃管，形成一个正六边形的一级堆栈结构；
步骤3：对一级堆栈结构进行拉伸，制备得到纤芯堆栈棒；
步骤4：将数根纤芯堆栈棒相互平行排列且紧贴堆栈成截面接近于圆形的二级堆栈结构；然后将二级堆栈结构插入到石英玻璃管中，形成光纤预制棒；
步骤5：对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝的过程中主动精密控制光纤预制棒中的二级堆栈结构中各处的气体压力，以实现有效调制纤芯之间的间距、纤芯的尺寸、空气占空比，得到高占空比的多芯微结构成像光纤束，该多芯微结构成像光纤束包括由数根不同尺寸的石英玻璃棍经步骤3的拉伸过程和步骤5的光纤拉丝过程得到的纤芯、由所有毛细玻璃管经步骤3的拉伸过程和步骤5的光纤拉丝过程得到的空气孔、由石英玻璃管经步骤5的光纤拉丝过程熔融后形成的用于维持结构和强度的外套包层，纤芯之间及纤芯与外套包层之间均由空气孔分隔，该多芯微结构成像光纤束的截面具有高占空比。


2.根据权利要求1所述的一种高占空比的多芯微结构成像光纤束的制备方法，其特征在于所述的步骤3中，对一级堆栈结构进行拉伸，制备得到纤芯堆栈棒的具体过程为：利用金属丝对一级堆栈结构进行多点束缚，以维持一级堆栈结构的形状；然后使用火焰对一级堆栈结构的两端进行熔融，使一级堆栈结构中的石英玻璃棍与毛细玻璃管的端头紧密烧结在一起；再将一级堆栈结构置入高温石墨炉中，熔融后使用牵引器拉伸为纤芯堆栈棒，在拉伸过程中通过负压控制一级堆栈结构中的石英玻璃棍与毛细玻璃管之间的间隙。


3.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：江昕，郑羽，付晓松，邹琪琳，
申请(专利权)人：艾菲博宁波光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33