[發(fā)明專利]交層空芯傳能光纖

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010270172.2
• 申請日: 2010-09-02
• 公開（公告）號: CN101950045A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設計）人: 徐毅;徐政;曲藝
• 申請（專利權）人: 徐毅
• 主分類號: G02B6/036
• 分類號: G02B6/036;G02B6/032
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司 22204
• 代理人: 石連志

技術領域

本發(fā)明涉及太陽光傳導光纖。

背景技術

用光纖來傳輸太陽能，首先要求光纖截面積大，能夠讓更多的陽光耦合入纖芯；其次要求光纖在太陽光譜范圍內傳輸效率較高、傳輸損耗低，且能夠長時間傳輸較高的能量，不易變形。然而，目前大多數(shù)光纖的數(shù)值孔徑小，與大光源耦合困難，而且只在某一波長或若干波長下?lián)p耗低，即使是光子晶體光纖，其帶隙范圍也是有限的，所以這些光纖不適合太陽光傳輸。目前太陽能傳導光纖多采用空芯結構，纖芯內壁有高反射金屬涂層，這種光纖主要是靠涂層提高內壁的反射率，但價格昂貴，長距離傳輸光損也很大，一般來講10米距離的導光率不到30％。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于太陽光傳輸?shù)牡蛽p耗、大芯徑空芯光纖，可廣泛應用于陽光纖導照明、陽光纖導貯能、陽光纖導發(fā)電等方面。本發(fā)明技術方案以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)管為基材，其特征在于在管內壁交替制鍍二氧化鈦(TiO₂)層和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層，既先在管壁上制鍍一層二氧化鈦，再在二氧化鈦層上制鍍一層聚甲基丙烯酸甲酯，再在聚甲基丙烯酸甲酯層上制鍍一層二氧化鈦，......，以此類推，最后一層為二氧化鈦。

TiO₂/PMMA交替層空芯傳能光纖屬微結構光纖，導光機理是光在由兩種不同材料構成的周期性同心環(huán)的包層中進行的布拉格反射，TiO₂折射率為2.4，PMMA折射率為1.48，由于兩種材料折射率差較大，且該光纖晶格常數(shù)比光波長大，本光纖結構使光譜不再隨光波頻率呈周期性變化，能克服目前光纖的上述缺點，比較適合太陽光傳輸，本光纖具有如下優(yōu)點：1、在陽光連續(xù)光譜范圍內，其傳輸損耗仍能保持很低，如模擬具有兩個周期包層空芯光纖、就能得到50m傳輸長度的光能損耗不超過20％的效果；2、光纖截面積大，纖芯直徑可為普通光纖的1000倍；3、光纖結構簡單，易于規(guī)模生產。本光纖的光譜傳輸特性由高折射率層的厚度和層數(shù)決定，如果要求太陽光能長距離傳輸，可以通過增加包層的層數(shù)來減少光損耗。

本發(fā)明可用于太陽光傳導照明，陽光傳導照明可應用于任何需要陽光的空間，如地下建筑，陰面房間，弱采光的大型商場、賓館、展廳，礦井坑道，地鐵通道，公路隧道等等；還可用于保溫光照、水產養(yǎng)殖等其它方面。目前，我國照明耗電量占總發(fā)電量的15％左右。2010年我國總發(fā)電量將達45000億千瓦小時，而照明耗電將達6750億度，相當于三峽水利發(fā)電工程年發(fā)電量(840億度)的八倍以上。據(jù)專家統(tǒng)計白天照明用電占照明用電的50％以上，主要是商業(yè)和工業(yè)用電。而普及使用陽光纖導照明系統(tǒng)可以節(jié)約白天照明用電量50％以上，即相當于每年節(jié)省用電1687億度，減排CO₂1.68億噸，以每度電人民幣0.8元計算，每年可節(jié)省電費人民幣1350億元。

本發(fā)明長距離、低損耗傳輸太陽能的技術將大大提高我國太陽能利用水平。我國70％的太陽能資源在西部，通過光纖傳能技術將西部豐富的太陽能傳輸?shù)綎|部再進行光電、光熱等轉換利用，這將從根本意義上實現(xiàn)西部能東輸，徹底改變我國的能源結構，這對我國能源安全和可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

附圖說明

附圖為本發(fā)明結構剖面示意圖。

圖例：1、光纖保護層，2、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)管，3、第一層TiO₂，3、第一層PMMA，5、第二層TiO₂層，6、中空纖芯。

具體實施方式

本實施例給出二氧化鈦(TiO₂)層和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層交層空芯光纖，PMMA管外徑7mm，按由外向內的順序第一層為TiO₂層，厚度15um，折射率2.4；第二層為PMMA層，厚度15um，折射率1.48；第三層為TiO₂，層厚度10um，折射率2.4；中空纖芯直徑4mm，纖芯折射率n₀＝1.0。光纖涂層制取采用溶膠-凝膠法，整個制備過程在立式光纖鍍膜機上完成，通過電腦操作程序控制液體流速和反應溫度，確保制備的膜層結構致密、光滑均勻，光學性能良好。所需溶液和清洗液按設計的配合比配制好后，先將管內壁通過酸堿液清洗；以醇基鈦酸為原料，用溶膠-凝膠法制取TiO₂膜，將一定比例的鈦酸丁脂、無水乙醇和硝酸混合配制成TiO₂溶液，用電磁攪拌器攪拌12小時后，讓該溶液通入PMMA管，嚴格控制反應溫度，時間和流速，在PMMA管壁上形成TiO₂膜層。TiO₂膜制備完成后，可直接將配好的PMMA丙酮溶液通入管內，控制流速和時間可以得到光學性能良好的PMMA膜層。重復以上過程可交替制取TiO₂和PMMA膜層。本實施例只設計制取兩個TiO₂高反射率膜層，其50m傳輸長度的光能損耗不超過20％。