[发明专利]柔性高分辨率红外硫系玻璃光纤传像束及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于红外光纤传像束技术领域，特别涉及一种柔性高分辨率红外硫系玻璃光纤传像束及制备方法。

背景技术

近年来，红外硫系玻璃光纤因其具有优异的红外透射性能、良好的热稳定性和化学稳定性、制备简单、成本低、和可绕性等优点，在激光传输、热像传送、化学和生物传感、红外光谱研究等领域备受关注。硫系玻璃是指以周期表VIA族元素S、Se、Te为主、引入一定量其它金属或非金属元素形成的非晶态材料。在硫系玻璃光纤中，硫化物、硒化物和碲化物光纤的典型透射光谱范围分别是1～6μm、2～8μm和4～12μm。以柔性高分辨率硫系玻璃光纤传像束作为传输波导，与红外成像探测器连接，可实现高质量红外图像传递，大大降低系统重量和减小系统体积，显著降低红外系统成本，提高系统性能。可用于探测强电磁场所、危险环境、狭窄空间或小孔内物体的热分布，特别是在国防、医疗和工业检测等领域具有非常重要的应用背景。

目前，硫系玻璃光纤传像束通常采用复丝法和层叠法制备，复丝法是制备单丝细、分辨率高的硬质传像束的有效方法，但不能用于制备柔性传像束。层叠法是制备大截面传像束的有效方法之一，由于受限于拉丝和排片工艺，很难制备分辨率高于40lp/mm的传像束。值得一提的是，用于制备柔性高分辨率多组分玻璃光纤传像束的酸溶法无法用于制备柔性高分辨率红外硫系玻璃光纤传像束，一方面由于酸溶玻璃的玻璃化转变温度、热膨胀系数等关键物理参数与硫系玻璃不匹配；另一方面因为硫系玻璃光纤的机械强度低，在排丝过程中断丝率高。目前，柔性高分辨率红外硫系玻璃光纤传像束的制备仍需克服诸多技术难题。

发明内容

针对现有技术中复丝法难以制备柔性传像束的问题，本发明提供了一种基于复丝法的柔性高分辨率红外硫系玻璃光纤传像束及制备方法。

本发明的思路是：

引入玻璃化转变温度与硫系玻璃相同或接近的热塑性聚合物作为硫系玻璃光纤外包层，用来提高光纤单丝的机械强度和韧性，降低排丝过程中的断丝率；并通过复丝工艺提高光纤传像束的分辨率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种柔性高分辨率红外硫系玻璃光纤传像束，由光纤复丝紧密堆积构成，光纤复丝由光纤单丝束拉制而成，光纤单丝束由光纤单丝紧密堆积构成，光纤单丝从内向外依次为硫系玻璃纤芯、硫系玻璃内包层和热塑性聚合物外包层，所述的硫系玻璃纤芯折射率n₁、硫系玻璃内包层折射率n₂和热塑性聚合物外包层折射率n₃间存在关系：n₁>n₂>n₃。

上述光纤传像束截面为正方形或正六边形。

上述光纤复丝截面为正方形或正六边形。

作为优选，热塑性聚合物的玻璃化转变温度比硫系玻璃的玻璃化转变温度高0～50℃，这样就可以在同一温度下实现硫系玻璃和热塑性聚合物的共同拉丝。

作为优选，硫系玻璃纤芯的组分包括锗、砷、锑中的1或2种元素和硫、硒、碲中的1或2种元素。

作为优选，硫系玻璃内包层的组分包括锗、砷、锑中的1或2种元素和硫、硒、碲中的1或2种元素。

作为优选，热塑性聚合物外包层为聚砜树脂外包层、聚醚砜树脂外包层或聚醚酰亚胺外包层。

上述柔性高分辨率红外硫系玻璃光纤传像束的制备方法，包括步骤：

步骤1，将三层同轴结构光纤单丝紧密堆积成光纤单丝束，装入热塑性聚合物套管构成光纤单丝束棒，所述的三层同轴结构光纤单丝从内向外依次为硫系玻璃纤芯、硫系玻璃内包层和热塑性聚合物外包层；

步骤2，将光纤单丝束棒拉制成光纤复丝；

步骤3，将光纤复丝堆积成光纤复丝束；

步骤4，将光纤复丝束两端进行热胶合和蜡封，然后，放入有机溶剂中除去裸露的热塑性聚合物，即获得柔性高分辨率光纤传像束。

上述三层同轴结构光纤单丝采用如下方法制备：

采用挤压法分别制备硫系玻璃芯棒、硫系玻璃内包层套管和热塑性聚合物外包层套管，并组装成三层同轴结构光纤预制棒；

将三层同轴结构光纤预制棒拉制成三层同轴结构光纤单丝。

步骤1中三层同轴结构光纤单丝紧密堆积成截面为正方形或正六边形的光纤单丝束。

步骤3中光纤复丝紧密堆积成截面为正方形或正六边形的光纤复丝束。

作为优选，步骤4中所述的有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或二甲基乙酰胺。

本发明光纤传像束具有以下特点和有益效果：