[发明专利]一种正方形光纤结构的光纤传像元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传像元件。

背景技术

光纤传像元件是由光学纤维按一定规则排列，能把图像从输入端面传输到输出端面的元件，种类包括光纤面板、光纤倒像器、纤维光锥等等，它们在军工及民用领域中均有广泛的应用。

国内外普遍采用棒管组合、光纤拉制、排棒、熔压工艺制作光纤传像元件。具体地，用端面为圆形的高折射率纤芯玻璃棒外套低折射率纤皮玻璃管组合进行光纤拉制，制得端面为圆形的单光纤（下面所有以形状指代光纤的，均指光纤截面）；单光纤再排棒，每三根圆形单光纤围成一个空腔，在若干个所述空腔处插入光吸收玻璃丝，整体拉制成正六边形的一次复合光纤；一次复合光纤再排棒拉制，制得正六边形的二次复合光纤；对二次复合光纤进行切割，用六边形的模具进行排熔压棒和熔压，制成光纤传像元件坯料；对坯料进行后续的光学加工、扭制、拉锥等工艺，即可制作出不同种类的光纤传像元件了。

随着光电技术的发展，光纤传像元件用于与CCD（电荷耦合元件）进行耦合，在微光成像、高速摄影和X光成像等领域得到广泛应用。光纤传像元件与CCD器件都是空间离散成像器件，传统的光纤传像元件的单光纤截面是圆形，而CCD器件的光敏元为正方形，二者耦合时，由于几何形状的不匹配，导致耦合效率较低。理论计算，正方形与正方形的匹配系数比圆形与正方形的匹配系数约高20%。因此，目前世界上一些先进国家，如美国制作的用于与CCD耦合的光纤传像元件大多已采用正方形光纤结构。

国外制作的正方形光纤结构的光纤传像元件，其显微结构如图1所示。

其制作工艺大致为：先制作端面形状为正方形缺一角的五边形的高折射率纤芯玻璃棒1a，然后用热加工方法在纤芯玻璃棒外包覆一层低折射率的纤皮玻璃层1b，制作成为光纤预制棒；把四根制作好的光纤预制棒按照田字形排布，各个缺角围成一空腔，把预先制作好的光吸收玻璃棒1c套进空腔里，再把这个组合体进行光纤拉制，制作出端面呈田字形的带光吸收玻璃丝的一次复合光纤；将制得的一次复合光纤进行排棒拉制，制得正方形的二次复合光纤；对二次复合光纤进行切割，用特制的八边形模具进行排熔压棒和熔压，制成光纤传像元件坯料；后续的冷加工等工艺流程与传统工艺相似。

该光纤结构及其制作工艺与传统的棒管组合、光纤拉制、排棒、熔压工艺有较大区别。国内由于缺乏相应的加工手段和技术，如缺少制作异形光纤预制棒的技术和没有大型的高精度拉丝设备等等，无法照搬国外工艺。如果先制作出上述五边形的芯玻璃棒，再用传统的棒管组合、光纤拉制、排棒、熔压工艺制作正方形光纤结构的光纤传像元件，则容易遇到以下问题：在拉制单光纤时，由于该形状不规则对称，光纤易发生扭转；在排一次复合丝棒时，由于该形状的单光纤有方向性，且丝径较小，要按田字形排列并把缺角围成一空腔，操作十分困难；在排熔压棒时，由于二次复丝是正方形，无法排列成正六边形，现有的六边形模具无法利用上，而制作八边形的热压模具需要较大的投入；制作出的产品出现严重的剪切畸变，无法满足指标要求。这表明，国外采用的正方形光纤结构不适用于传统工艺，国内无法采用该结构进行批量生产。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种正方形光纤结构的光纤传像元件，它并不需要复杂、高端的特制模具和设备即可生产制作。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种正方形光纤结构的光纤传像元件，包括：正方形单光纤，其包括高折射率的正方形纤芯玻璃以及包覆在正方形纤芯玻璃外的低折射率的纤皮玻璃层，所述正方形纤芯玻璃端面呈正方形，该正方形的四个顶角均倒角；一次复合光纤，其端面呈正方形，包括沿纵横方向紧密阵列的多根所述正方形单光纤，所述纵横方向是指正方形单光纤端面的两个互相垂直的直角边方向，任意四个具有公共顶角的正方形单光纤所包围的空间构成光吸收玻璃丝插孔；二次复合光纤，其端面呈“十”字形，包括多根所述按“十”字形紧密排列的一次复合光纤，多根二次复合光纤按照“卉”字形互相拼接排列。

作为上述技术方案的进一步改进，在若干个光吸收玻璃丝插孔内插有光吸收玻璃丝。

作为上述技术方案的进一步改进，所述二次复合光纤的“十”字形端面上下对称，左右亦对称，“十”字形端面具有中部、上下端、左右端，左端的伸出宽度是“十”字形端面总宽的1/4，上端的宽度是总宽度的1/2，上端的伸出高度与中部高度之和是“十”字形端面总宽的                                               /2倍。