一种阵列式特种光纤及其制备方法与所得光纤超声传感器技术

本发明专利技术公开了一种阵列式特种光纤及其制备方法与所得光纤超声传感器。所述阵列式特种光纤包括二氧化硅材料的外包层和在外包层内排布为蜂窝阵或矩形阵的若干个阵元光纤，每个阵元光纤均为包含芯层和二个内包层的单模光纤，其中，芯层的相对折射率≥0.3％，芯层和第一内包层的相对折射率差≥0.32％；第二内包层和芯层的直径比满足：第二内包层/芯层≥3。本发明专利技术的阵列式特种光纤可用于高灵敏度的光纤超声传感器中，具有广泛应用前景。具有广泛应用前景。具有广泛应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式特种光纤及其制备方法与所得光纤超声传感器


[0001]本专利技术属于特种光纤的
，特别涉及可用于光纤超声传感器中的阵列式特种光纤的


技术介绍

[0002]超声检测技术是一种通过检测声波在介质中反射的回波所携带的信息来了解介质内部结构的技术，其具有无损检测能力，广泛应用于海洋探测、生物医学、航空航天等诸多领域。
[0003]超声检测技术的关键在于超声传感器。传统的超声传感器一般采用压电材料采集声波引起的振动信息，存在灵敏度低、带宽窄等缺点。相比于传统超声传感器，近年来，凭借着抗电磁干扰能力强、体积小等优点，光纤超声传感器逐渐成为新的研究热点。
[0004]光纤超声传感器中，传统的干涉型光纤超声传感器基于单芯光纤，只适合单点声场检测，不具有三维空间探测能力，大大限制了其应用。而随着光通讯业务的快速增长，光器件不断地朝着集成化、微型化方向发展，使得光纤阵列的应用越来越得到重视。
[0005]在光纤阵列的制备中，有将光纤外面的保护涂覆层去掉，再利用V形槽将一条光纤、一束光纤或一条光纤带安装在阵列基片上，然后利用加压器部件加压并使用粘合剂粘合的方法；也有通过套管将四条光纤线固定的方法；也有将多根纤芯集中固定在同一容置槽中的方法。但这些光纤阵列存在不够集成化、微型化的缺陷，且这些方法中，光纤均需要经过较多处理，强度及质量会出现下降。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种阵列式特种光纤及其制备方法，所得阵列式特种光纤为多芯特征光纤，在用于光纤阵列式排布的超声传感器中，可显著提升超声传感器的灵敏度高，使超声传感器对三维空间内探测到声波信号进行解调，进而还原超声信号源在三维空间的精确位置，在医学和海洋探测等多方面具有广泛应用前景。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种阵列式特种光纤，其包括外包层和在外包层内排布为阵列的若干个阵元光纤，每个阵元光纤均为单模光纤，该单模光纤包含芯层和包裹芯层的第一内包层和在第一内包层外的第二内包层；其中，芯层的相对折射率≥0.3％，芯层和第一内包层的相对折射率差≥0.32％；第二内包层和芯层的直径满足：第二内包层直径/芯层直径≥3；所述外包层为二氧化硅材料，所述相对折射率为相对于二氧化硅的折射率；所述阵列为蜂窝阵或矩形阵。
[0009]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述第二内包层为纯硅材料。
[0010]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述单模光纤为通信用G.652光纤。
[0011]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述外包层的横截面为外边缘为圆形、内边缘为长方形或正方形的外圆内方的形状，其内边缘的方形的边长以能通过蜂窝阵或矩形阵紧
密排布所述阵列为准；其外边缘的、与所述方形的边长对应的四个弧段中的任一弧段到与该弧段同侧的第一排阵元光纤的圆心连线的最大距离≥80μm。
[0012]根据本专利技术的一些优选实施方式，每个所述阵元光纤的外径D≥80μm。
[0013]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阵列式特种光纤的整体外径D≥720μm。
[0014]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阵列中，所述阵元光纤的外径波动≤0.5μm。
[0015]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阵元光纤的外径波动≤0.2μm。
[0016]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阵元光纤的外径波动≤0.1μm。
[0017]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阵列为m*n的阵列，其中，m≥2，n≥2。
[0018]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阵列为m*n的阵列，其中，m＝n。
[0019]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阵列为8*8或4*4的阵列。
[0020]本专利技术进一步提供了上述阵列式特种光纤的制备方法，其包括：
[0021]将单模光纤的预制棒根据阵列形态依次放入所述外包层内，并在放入完成后，将各单模光纤的尾端整体固定；
[0022]将尾端固定的各预制棒放入拉丝塔中，在抽真空后，进行等比例高温拉丝，至各预制棒组成的阵列的尺寸达到阵列的目标尺寸后，停止拉丝，得到所述阵列式特种光纤。
[0023]其中，所述单模光纤的预制棒可为由常规的预制棒制造工艺，如外部气相沉积或者内部气相沉积制备得到的预制棒，其可在使用前先经过一定的预处理，如预拉伸，以得到一定尺寸的、易于排列固定的预制棒。
[0024]优选的，所述单模光纤为普通通信用G.652光纤，其光纤剖面可根据制造商的不同选择多种形态和结构。
[0025]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述单模光纤的预制棒的外径为4～6mm，所述阵列形态为8*8或4*4的方形矩阵，所述阵列式特种光纤中所述单模光纤的芯层折射率为0.335，第一包层折射率为
‑
0.045，第二包层为纯硅，所述阵列的目标尺寸为阵列的外径为720μm。
[0026]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述整体固定的方式为：通过粘结剂固定和/或通过氢氧焰固定。
[0027]本专利技术进一步提供了一种光纤超声传感器，其含有上述任一种阵列式特种光纤或根据上述任一制备方法制备得到的阵列式特种光纤，及从内至外依次包覆所述阵列式特征光纤中各阵元光纤磨平后的一端面的有机膜层和金属膜层，及将所述各阵元光纤的另一端面纳入其中的陶瓷筒。
[0028]本专利技术包括以下有益效果：
[0029]相对于现有技术中使用已拉丝成型的光纤进行阵列组合，本专利技术可先将预制棒排为阵列，再经高温拉丝至合适的外径，直接得到含有特定数量阵列的特种光纤，排列时尺寸相对较大，更容易操作和堆积成所需的形状，且制备过程中不需要用涂料涂覆；
[0030]本专利技术的阵列式特种光纤或其制备方法中，不需要进行对阵元光纤的剥除涂覆层步骤，极好地维持了光纤整体的强度，避免了光纤堆叠造成的断纤、污染等问题。
[0031]本专利技术的阵列式特种光纤采用线阵即蜂窝阵列或矩形阵列排布，相较于一般的圆孔自由排布，可更加高效扩展线阵探测器的采集通道数，增大单台测温仪的可探测点数。
[0032]本专利技术提供一种优选实施方式中，可得到8*8或4*4的阵列式特种光纤，并进一步得到一种优选的光纤超声传感器，其灵敏度高，可以对三维空间内探测到声波信号进行解调，进而还原超声信号源在三维空间的精确位置，应用前景广泛。
附图说明
[0033]图1为实施例1中的8*8阵列光纤的截面示意图。
[0034]图2为实施例1中的8*8光纤阵列式超声传感器的结构侧视图。
具体实施方式
[0035]以下结合实施例和附图对本专利技术进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本专利技术进行示例性的描述，而并不能对本专利技术的保护范围构成任何限制。所有包含在本专利技术的专利技术宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本专利技术的保护范围。
[0036]参照附图1，根据本专利技术的技术方案，所述阵列式特种光纤的一种具体实施方式如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列式特种光纤，其特征在于，其包括外包层和在外包层内排布为阵列的若干个阵元光纤，每个阵元光纤均为单模光纤，该单模光纤包含芯层和包裹芯层的第一内包层及第一内包层外的第二内包层；其中，所述芯层的相对折射率≥0.3％，所述芯层和所述第一内包层的相对折射率差≥0.32％；所述第二内包层和所述芯层的直径满足：第二内包层直径/芯层直径≥3；所述外包层为二氧化硅材料，所述相对折射率为相对于二氧化硅的折射率；所述阵列为蜂窝阵或矩形阵。2.根据权利要求1所述的阵列式特种光纤，其特征在于，所述外包层的横截面为外边缘为圆形、内边缘为长方形或正方形的外圆内方的形状，其内边缘的方形的边长以能通过蜂窝阵或矩形阵紧密排布所述阵列为准；其外边缘的、与所述方形的边长对应的四个弧段中的任一弧段到与该弧段同侧的第一排阵元光纤的圆心连线的最大距离≥80μm。3.根据权利要求1所述的阵列式特种光纤，其特征在于，其中，每个所述阵元光纤的外径D≥80μm；和/或，所述阵列式特种光纤的整体外径D≥720μm。4.根据权利要求1所述的阵列式特种光纤，其特征在于，所述单模光纤为通信用G.652光纤。5.根据权利要求1所述的阵列式特种光纤，其特征在于，其中，所述阵列中，所述阵元光纤的外径波动≤0.5μm，或所述阵元光纤的外径波动≤0.2μm，或所述阵元光纤的外径波动≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱本鹏，朱继红，周新艳，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：