聚合物微结构光纤选择注入装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于微结构光纤器件技术领域，其特征在于：所述的选择注入装置由机械真空泵，非标准ＫＦ型快接真空接头，注射器及针头依次密封相连接构成，所述的方法是把液体注入带锥聚合物微结构光纤的任意空气孔中，使得制作各种选择注入的微结构光纤器件成为可能。用本发明专利技术所述方法注入的光纤微孔最小可达２μｍ，注入液柱最长达５米。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微结构光纤器件制造领域。
技术介绍
聚合物微结构光纤，是一种包层具有周期性排列的沿光纤轴线平行伸展的微孔结构的新型聚合物光纤。由于聚合物微结构光纤的微孔直径在微米量级，对如此小的微孔进行选择注入固然可以采用高精度高性能的显微操作设备和微注射设备将微量的液体注入到所需的微孔中去，但即使是最先进的显微操作设备和微注射设备也很难完成向所选择的微孔内注入几厘米长度没有气泡的液柱，同时显微操作设备和微注射设备存在设备昂贵，操作复杂的问题。我们针对这点开发了一种简便有效的选择注入装置及其方法，使得制作各种选择注入的微结构光纤器件成为可能。
技术实现思路
本专利技术提出了一种新型聚合物微结构光纤的选择注入装置及其方法。本专利技术所述的聚合物微结构光纤选择注入装置其特征在于，含有机械真空泵，极限真空度为5×10-4托，抽速为1升/秒；非标准的KF型快接真空接头；注射器及针头采用标准的10ml注射器及3～16号针头，用于伸入聚合物微结构光纤预制棒微孔中进行抽吸。所述注射器通过所述非标准的KF型快接真空接头与所述机械真空泵相连；在所述非标准的KF型快接真空接头中，真空规管的内径为16～20毫米，外径为26.5～30.5毫米，长度为24毫米。本专利技术所述的聚合物微结构光纤选择注入方法，其特征在于，依次含有以下步骤步骤(1)，把由排列好的中空的预制管构成的预制棒拉制成中部具有锥形结构的待注入聚合物微结构光纤。细的部分是光纤，粗的部分是排列好的预制棒，光纤中的微孔和预制棒中的预制管是连通的；步骤(2)，检查由机械真空泵，非标准的KF快接真空接头，注射器及针头依次连接构成的真空设备的气密性，尽可能减少漏气对真空抽吸的影响。步骤(3)，切割步骤(1)所述的带锥光纤，再把切好端面的光纤端立刻放入盛有液体的烧杯中，把端面侵入液面下；步骤(4)，将针头与需注入的微孔所对应的预制管连接，用化学密封材料密封；步骤(5)，当需要抽吸多个微孔时先把不需要抽吸的预制管用化学密封材料密封，再取下注射器，使预制棒直接与所述非标准的KF型真空接头相连接； 步骤(6)，打开所述机械真空泵，开始抽吸，并观察注入情况，当注入接近到设定长度后先关闭机械真空泵，待液柱稳定后打开非标准KF型快接真空接头，再从液体中取出光纤端；步骤(7)，判断注入效果，当出现液柱中混入气泡或长度未符合设定要求在内的情况时重复步骤(3)～步骤(6)，一直到得到设定注入效果的光纤为止。我们采用聚甲基丙烯酸甲脂材料制作的聚合物微结构光纤进行注入，注入液体使用液晶5CB，选择光纤结构中心孔进行注入，结果如图3所示。空气孔按三角晶格排列。孔直径d＝8μm，光纤直径为200μm，径向最大起伏为4.3μm，注入长度为15cm。该注入方法注入的光纤微孔最小可达2μm，注入液柱最长达5米。流程图如图4所示。附图说明图1非标准的KF型真空规管的设计图其中a为KF型真空规管整体设计图，b为真空规管部分设计图。图2用于注入的PMOF预制棒-锥-光纤结构其中1为光纤，2为椎体，3为预制棒；图3聚合物微结构光纤选择注入光纤横截面照片；图4选择注入方法流程图。具体实施例方式本专利技术提出了一种新型聚合物微结构光纤的选择注入装置及其方法。在此方法的作用下，可以将液体注入到聚合物微结构光纤的任意微孔中，从而制作光纤器件。该聚合物微结构光纤的选择注入方法由注入装置与操作步骤两部分组成。注入装置由机械真空泵，KF快接真空接头，注射器及针头构成。其中机械真空泵是2XZ-1旋片真空泵，由上海真空泵厂提供，极限真空度为5×10-4托，抽速为1升/秒，该泵用于提供真空环境。KF快接真空接头采用非标中的KF25真空接头，如图1所示。用于连接注射器与机械真空泵；注射器及针头采用标准的10ml注射器及3～16号针头，用于伸入聚合物微结构光纤预制棒微孔中进行抽吸。其注入的原理如下考虑这样一种方式来实现选择注入。首先在聚合物微结构光纤的拉丝过程中我们会将聚合物微结构光纤预制棒拉制成如图2所示的上粗下细的锥形结构，粗的部分是排列好的预制棒，细的部分是光纤，中间为锥形，光纤结构如图3所示。在这样结构下，上方的预制棒的直径一般为几厘米，内部排列的预制管直径一般为0.3～2mm，足以让我们进行各种操作。如果拉丝的过程中控制好工艺条件，拉制出的光纤中的微孔和预制棒中排列的预制管是连通的。通过对特定预制管的操作我们可以完成对光纤中特定微孔的抽吸。将光纤端放在盛有被注入的液体的烧杯中，光纤端伸入液面以下，在选择的微孔对应的预制管一端直接加真空抽吸，这样液体将仅进入受到抽吸作用的微孔中，从而实现了对此微孔的选择注入。其它微孔由于毛细现象会略微注入一些液体，但非常少。如果需要注入的微孔较多可以将该方法稍做变化如将光纤端放在注入液体中，在预制棒端用合适的物质(如碳酸钙、液体石蜡或甘油)在预制棒端堵塞不需要注入的微孔对应的预制管，然后对整个预制棒进行真空抽吸。由于非选择的预制管被堵塞，则其连通的光纤微孔不受到抽吸作用，而且毛细作用也会因内部压力增加而受到抑制，因此只有需要注入的微孔会被注入液体。具体操作方法见
技术实现思路
部分及图4。在注入过程中液体在微结构光纤中的注入长度随时间的变化关系为L(t)=r2ΔPtη---(1)]]>其中L为t时间液体注入的长度，r为圆孔半径，ΔP为压力差，η为液体的粘度系数。权利要求1.聚合物微结构光纤的选择注入装置，其特征在于，含有机械真空泵，极限真空度为5×10-4托，抽速为1升/秒；非标准的KF型快接真空接头；注射器及针头采用标准的10ml注射器及3～16号针头，用于伸入聚合物微结构光纤预制棒微孔中进行抽吸，所述注射器通过所述非标准的KF型快接真空接头与所述机械真空泵相连；在所述非标准的KF型快接真空接头中，真空规管的内径为16～20毫米，外径为26.5～30.5毫米，长度为24毫米。2.聚合物微结构光纤的选择注入方法，其特征在于，依次含有以下步骤步骤(1)，把由排列好的中空的预制管构成的预制棒拉制成中部具有锥形结构的待注入聚合物微结构光纤，细的部分是光纤，粗的部分是排列好的预制棒，光纤中的微孔和预制棒中的预制管是连通的；步骤(2)，检查由机械真空泵，非标准的KF型快接真空接头，注射器及针头依次连接构成的真空设备的气密性，尽可能减少漏气对真空抽吸的影响；步骤(3)，切割步骤(1)所述的带锥光纤，再把切好端面的光纤端立刻放入盛有液体的烧杯中，把端面侵入液面下；步骤(4)，将针头与需注入的微孔所对应的预制管连接，用化学密封材料密封；步骤(5)，当需要抽吸多个微孔时先把不需要抽吸的预制管用化学密封材料密封，再取下注射器，使预制棒直接与所述非标准的KF型真空接头相连接；步骤(6)，打开所述机械真空泵，开始抽吸，并观察注入情况，当注入接近到设定长度后先关闭机械真空泵，待液柱稳定后打开非标准KF型快接真空接头，再从液体中取出光纤端；步骤(7)，判断注入效果，当出现液柱中混入气泡或长度未符合设定要求在内的情况时重复步骤(3)～步骤(6)，一直到得到设定注入效果的光纤为止。3.根据权利要求2所述的聚合物微结构光纤的选择注入方法，其特征在于，在执行步骤(3)时，用刀片在光纤上轻划，然后用拉力本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚合物微结构光纤的选择注入装置，其特征在于，含有：机械真空泵，极限真空度为５×１０↑［－４］托，抽速为１升／秒；非标准的ＫＦ型快接真空接头；注射器及针头采用标准的１０ｍｌ注射器及３～１６号针头，用于伸入聚合物微结构光纤预制棒微孔中进行抽吸，所述注射器通过所述非标准的ＫＦ型快接真空接头与所述机械真空泵相连；在所述非标准的ＫＦ型快接真空接头中，真空规管的内径为１６～２０毫米，外径为２６．５～３０．５毫米，长度为２４毫米。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张冶金，陆洋，彭小舟，谢世钟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]