[發明專利]一種隨機分布的多芯成像光纖的制備工藝

在審

• 申請號: 202010316089.8
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111635124A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 江昕;鄭羽;劉思迪;付曉松;鄒琪琳
• 申請（專利權）人: 艾菲博(寧波)光電科技有限責任公司
• 主分類號: C03B37/012
• 分類號: C03B37/012;C03B37/027;C03B37/029;C03B37/035;C03C25/105;C03C25/106;C03C25/12;C03C25/285;C03C25/32
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種隨機分布的多芯成像光纖的制備工藝，其制備多種直徑的純石英玻璃毛細棒，制備多種外徑和內外徑比的純石英玻璃毛細管；將數個尺寸隨機的純石英玻璃毛細棒和純石英玻璃毛細管隨機插入到純石英玻璃管中，并使純石英玻璃毛細棒和純石英玻璃毛細管相互平行且緊貼堆疊，同時使純石英玻璃毛細棒和純石英玻璃毛細管填滿純石英玻璃管的內孔，形成光纖預制棒；對光纖預制棒進行光纖拉絲，控制光纖預制棒中各處的氣體壓力，以調制纖芯的尺寸、空氣占空比，得到隨機分布的多芯成像光纖；優點是制備得到的多芯成像光纖在單位面積內可以實現的等效纖芯數較多，且相鄰的等效纖芯之間的光能量耦合損耗較低，從而能夠實現較長距離的圖像傳輸能力。

技術領域

本發明涉及一種光纖制備技術，尤其是涉及一種隨機分布的多芯成像光纖的制備工藝。

背景技術

隨著光纖技術幾十年的發展，光纖的應用領域不斷拓寬，從通信、照明發展到傳感、傳能等新領域。目前，利用多芯光纖傳像和成像是一種新興的應用，光纖傳像技術可以廣泛應用于醫療、工業、軍事等各行各業。具體地，細經多芯成像光纖代替光纖束后，光纖成像系統廣泛應用于微創手術、血管內窺、眼部手術等需要精細操作的手術；工業方面，隨著精密電子的快速發展，光纖內窺系統也應用于復雜系統的檢修中；軍事方面，潛望式觀察和瞄準的應用場景也非常適于光纖隨意彎曲的特性。

現階段在光纖成像領域，主要應用在實際工程中的是光纖束，光纖束存在體積大，不易彎曲，彎曲半徑過大時光纖束中的光纖會相互分離，所以在醫用等對體積和彎曲要求較高的應用場景，光纖束已被體積較小的多芯成像光纖替代。目前，傳像/成像應用的多芯成像光纖由日本藤倉、住友等海外企業供應，然而，這類多芯成像光纖在單位面積內可以實現的等效纖芯數有限，且相鄰的等效纖芯之間的光能量耦合損耗高，纖芯間距必須滿足一定的距離，極大地限制了成像的分辨率。此外，同樣的問題限制了這類多芯成像光纖并不能在寬譜范圍內應用。更重要的是，這類多芯成像光纖被日本藤倉、住友等海外企業壟斷，多芯成像光纖自主可控國產化進程步履維艱。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種隨機分布的多芯成像光纖的制備工藝，其制備得到的多芯成像光纖在單位面積內可以實現的等效纖芯數較多，且相鄰的等效纖芯之間的光能量耦合損耗較低，從而能夠實現較長距離的圖像傳輸能力。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種隨機分布的多芯成像光纖的制備工藝，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：制備多種不同直徑的純石英玻璃毛細棒；并制備多種不同外徑和不同內外徑比的純石英玻璃毛細管；

步驟2：將數個尺寸隨機的純石英玻璃毛細棒和純石英玻璃毛細管以隨機分布的方式插入到純石英玻璃管的內孔中，并使純石英玻璃毛細棒和純石英玻璃毛細管相互平行且緊貼堆疊，同時使純石英玻璃毛細棒和純石英玻璃毛細管填滿純石英玻璃管的內孔，形成光纖預制棒；

步驟3：對光纖預制棒進行光纖拉絲，在光纖拉絲的過程中主動精密控制光纖預制棒中各處的氣體壓力，以實現有效調制纖芯的尺寸、空氣占空比，得到隨機分布的多芯成像光纖，該多芯成像光纖包括由大量隨機分布的純石英玻璃毛細棒和大量隨機分布的純石英玻璃毛細管隨機堆疊在一起后經過光纖拉絲過程熔融形成的用于傳輸圖像光信號的光波導區、由純石英玻璃管經過光纖拉絲過程熔融后形成的用于維持結構和強度的外套包層，光波導區由隨機分布的石英區域即纖芯區域和隨機分布的空氣孔區域組成。制備得到的多芯成像光纖的導光機理完全與現有的多芯成像光纖不同，其并不是簡單地由低折射率包層通過全反射原理束縛高折射率纖芯的光波導結構，而是基于一種安德森局限機理，該機理通過無序的缺陷(或雜質)分布，實現電子并擴展至光子的束縛。這樣一來，在一個超大模場均勻介質的光纖截面中，引入密集的無序缺陷，將引起安德森局限的效應，首先能將傳輸的光束縛在光纖中，其次可以將均勻介質的光纖截面無限切分，形成無數個等效纖芯。因此這種基于安德森局限機理的隨機分布的多芯成像光纖可以作為一種有效的傳像光纖。