本發(fā)明屬于光纖傳像器件，具體涉及高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法。

背景技術(shù)：

1、紅外光纖傳像束(irfb)是一種柔性無(wú)源紅外圖像傳輸器件，通常工作在3～5μm和8～12μm紅外大氣窗口。它由若干根紅外光纖單絲按照一定規(guī)則排列構(gòu)成，具有體積小、重量輕、可彎曲等特點(diǎn)，在航空航天、醫(yī)療健康和工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2、irfb可分為常規(guī)光纖束和線面轉(zhuǎn)換型光纖束。常規(guī)irfb的輸入端和輸出端均為面陣(形狀一般為矩形或者正方形)，單絲間一般采用緊密堆積方式，通常作為醫(yī)療和工業(yè)內(nèi)窺鏡的核心光學(xué)元件。線面轉(zhuǎn)換型irfb的輸入端為線陣，即橫向單絲數(shù)遠(yuǎn)大于縱向單絲數(shù)，端面形狀如同一條線；其輸出端為面陣，單絲間采用陣列堆積方式，以便與探測(cè)器的像元一一對(duì)應(yīng)；此類irfb在大視場(chǎng)紅外成像領(lǐng)域(如空間紅外遙感)極具應(yīng)用潛力，在成像系統(tǒng)中，利用其輸入端光纖線陣替代稀缺昂貴的長(zhǎng)線陣紅外探測(cè)器(目前這種長(zhǎng)線陣紅外探測(cè)器成本極高且我國(guó)尚有相關(guān)技術(shù)難題亟待解決)，使前置望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的像面與其輸入端耦合，將其輸出端面陣通過(guò)相應(yīng)的后繼耦接光學(xué)系統(tǒng)與面陣紅外探測(cè)器耦合，由面陣紅外探測(cè)器像元一對(duì)一接收每根光纖出射的信息，實(shí)現(xiàn)紅外圖像的空間傳輸和線面轉(zhuǎn)換，從而利用技術(shù)成熟且成本較低的面陣紅外探測(cè)器實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)紅外推掃成像。

3、可傳輸3～5μm或8～12μm的光纖主要包括硫系玻璃光纖、氟化物玻璃光纖、鹵化銀晶體光纖、中空波導(dǎo)光纖和空心反諧振光纖，其中，硫系玻璃光纖具有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異、紅外傳輸損耗低、制備成本較低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是制備irfb的理想材料。目前，高性能的irfb主要基于硫系玻璃光纖制備。長(zhǎng)期以來(lái)，線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系玻璃光纖傳像束通常采用層疊法制備，即首先將光纖單絲橫向排列并刷膠固化形成單層光纖片，然后將若干單層光纖片的一端橫向排列并刷膠固化形成光纖束的輸入線陣端，另一端堆疊并刷膠固化形成光纖束的輸出面陣端。理論上，只要單層光纖片中單絲的直徑和數(shù)量相同，就可以通過(guò)堆疊實(shí)現(xiàn)光纖束的面陣端中單絲的高絕對(duì)定位精度，從而實(shí)現(xiàn)光纖束中單絲與成像探測(cè)器中像元的一一對(duì)應(yīng)。然而，實(shí)際光纖單絲的尺寸總會(huì)有波動(dòng)，以單絲直徑波動(dòng)1％為例，幾十根單絲橫向或縱向排列引起的尺寸積累效應(yīng)就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)絲現(xiàn)象，從而引起串像。為了提高光纖單絲的絕對(duì)定位精度，研究人員提出在刻槽平面模具中排絲的方法限制光纖間距以消除光纖直徑波動(dòng)導(dǎo)致的尺寸積累效應(yīng)，然而，該工藝面臨人工參與度高、次品率高、制備效率低等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，具體利用刻有v型槽的精密定位排絲盤在自動(dòng)繞環(huán)機(jī)上進(jìn)行單層光纖片制備，大幅提高排絲效率，減少了排絲過(guò)程的人工參與度，所制備的線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的最大線陣長(zhǎng)度超過(guò)700mm，絕對(duì)定位精度優(yōu)于±4μm。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1，制備紅外硫系玻璃光纖

5、采用真空熔融-淬冷技術(shù)在石英管中制備作為纖芯材料的硫系玻璃棒；結(jié)合真空熔融-淬冷技術(shù)和真空旋管技術(shù)在石英管中制備作為內(nèi)包層材料的硫系玻璃管；將硫系玻璃棒插入硫系玻璃管內(nèi)，然后在外表面包裹作為外包層材料的熱塑性聚合物薄膜，組裝成光纖預(yù)制棒；將光纖預(yù)制棒在氣氛保護(hù)下拉制成直徑為d的光纖，得到紅外硫系玻璃光纖；

6、步驟2，制作精密定位排絲盤和精密定位面陣排片模具

7、在金屬排絲盤的筒體表面，沿著與排絲盤軸線垂直的方向刻寫v型槽，相鄰v型槽的間距為d+t，得到精密定位排絲盤；

8、在金屬面陣排片模具的縱向定位板內(nèi)側(cè)表面，沿水平方向刻寫v型槽，相鄰v型槽的間距為d+t，得到精密定位面陣排片模具；

9、步驟3，制備單層光纖片

10、將步驟1制備的紅外硫系玻璃光纖在0.1～0.2n的張力下復(fù)繞到標(biāo)準(zhǔn)光纖盤上，然后將標(biāo)準(zhǔn)光纖盤固定在高精密光纖繞環(huán)機(jī)的送絲端；在精密定位排絲盤的v型槽表面噴涂一層脫模劑，然后將其固定在高精密光纖繞環(huán)機(jī)的收絲端；將標(biāo)準(zhǔn)光纖盤上的光纖經(jīng)光纖定位導(dǎo)輪牽引至收絲端，并固定在精密定位排絲盤一測(cè)邊緣的v型槽上，設(shè)置該處為繞絲起點(diǎn)，即第0圈；設(shè)定繞絲步進(jìn)值為d+t，啟動(dòng)高精密光纖繞環(huán)機(jī)，使精密定位排絲盤每旋轉(zhuǎn)一圈，光纖定位導(dǎo)輪向下一個(gè)v型槽移動(dòng)一格(移動(dòng)距離d+t)，高精密光纖繞環(huán)機(jī)同步記錄繞環(huán)圈數(shù)，當(dāng)圈數(shù)到達(dá)所需的n圈(n為正整數(shù))時(shí)停止繞環(huán)；在整圈數(shù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)連線的兩側(cè)均勻涂上一層熱固化膠，涂膠部分的長(zhǎng)度為4～8cm；將精密定位排絲盤從高精密光纖繞環(huán)機(jī)上取下，并放入烘箱內(nèi)使熱固化膠固化；然后從精密定位排絲盤上取下環(huán)狀光纖片，沿整圈數(shù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)連線將環(huán)狀光纖片切開(kāi)，得到兩端整齊排列、中間松散的單層光纖片；

11、步驟4，制備線面轉(zhuǎn)換型光纖束

12、將若干單層光纖片的一端在精密定位面陣排片模具中逐層疊放，單層光纖片之間均涂上一層熱固化膠，使每層光纖片兩側(cè)的單絲卡在精密定位面陣排片模具中相應(yīng)的v型槽中；將單層光纖片的另一端在線陣模具中逐片緊密排成一層，相鄰單層光纖片之間均涂上一層熱固化膠；將兩端加熱固化，得到線面轉(zhuǎn)換型光纖束；最后對(duì)光纖束進(jìn)行鎧裝和端面拋光，即可。

13、作為優(yōu)選，所述熱塑性聚合物薄膜的材質(zhì)為聚醚酰亞胺(pei)，聚醚砜(pes)或聚碳酸酯(pc)。

14、作為優(yōu)選，所述氣氛保護(hù)使用的氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

15、作為優(yōu)選，所述d≥50μm，5μm≤t≤10μm。

16、作為優(yōu)選，所述v型槽的夾角為90°，深度為0.4d。

17、作為優(yōu)選，所述v型槽采用激光微加工技術(shù)刻寫。

18、作為優(yōu)選，所述脫模劑為干性脫模劑。

19、進(jìn)一步優(yōu)選，所述干性脫模劑的主要成分為硅油。

20、作為優(yōu)選，所述熱固化膠為epotek?353nd環(huán)氧樹(shù)脂膠。

21、與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有以下有益效果：

22、(1)本發(fā)明在金屬排絲盤的筒體表面刻寫等間距的v形槽，再在高精度光纖繞環(huán)機(jī)的配合下，自動(dòng)繞制包含大量光纖單絲的單層光纖片，可消除由于光纖單絲直徑波動(dòng)而導(dǎo)致的錯(cuò)絲現(xiàn)象，同時(shí)減少排絲過(guò)程的人工參與度，大幅提高光纖傳像束的制備效率。

23、(2)采用本發(fā)明制備方法可制備超大尺寸、高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束，最大線陣長(zhǎng)度超過(guò)700mm，絕對(duì)定位精度優(yōu)于±4μm。

技術(shù)特征：

1.高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述熱塑性聚合物薄膜的材質(zhì)為聚醚酰亞胺，聚醚砜或聚碳酸酯。

3.如權(quán)利要求1所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述氣氛保護(hù)使用的氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

4.如權(quán)利要求1所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述d≥50μm，5μm≤t≤10μm。

5.如權(quán)利要求1所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述v型槽的夾角為90°，深度為0.4d。

6.如權(quán)利要求1所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述v型槽采用激光微加工技術(shù)刻寫。

7.如權(quán)利要求1所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述脫模劑為干性脫模劑。

8.如權(quán)利要求7所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述干性脫模劑的主要成分為硅油。

9.如權(quán)利要求1所述的高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，其特征在于：所述熱固化膠為epotek?353nd環(huán)氧樹(shù)脂膠。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的制備方法，制備方法包括如下步驟：制備紅外硫系玻璃光纖、制作精密定位排絲盤和精密定位面陣排片模具、制備單層光纖片和制備線面轉(zhuǎn)換型光纖束。本發(fā)明制備方法通過(guò)在金屬排絲盤的筒體表面刻寫等間距的V形槽，再在高精度光纖繞環(huán)機(jī)的配合下，自動(dòng)繞制包含大量光纖單絲的單層光纖片，然后將單層光纖片的兩端分別按照面陣和線陣方式堆疊形成線面轉(zhuǎn)換型光纖傳像束，減少了排絲過(guò)程的人工參與度，可大幅提高光纖傳像束的制備效率。本發(fā)明方法制備的超大尺寸、高定位精度線面轉(zhuǎn)換型紅外硫系光纖傳像束的最大線陣長(zhǎng)度超過(guò)700mm，絕對(duì)定位精度優(yōu)于±4μm。

技術(shù)研發(fā)人員：祁思勝,楊志勇,任和,張龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19