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《长春理工大学》 2011年
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酸溶法光纤材料与传像束的制备及性能研究

周德春  
【摘要】:用酸溶法工艺制备的光纤传像束具有单丝直径细、柔软性好、分辨率高、数值孔径大、成像清晰等优点,是目前光电功能材料和纤维光学研究领域最具有活力的研究课题之一,其产品在各类高清晰光纤成像仪器和工业自动化检测等领域有着广阔的应用前景。 本文从纤维光学的基本理论出发,运用几何光学方法探讨了光射线在光纤传像束中的传光、传像机理,结合二维积分抽样定理从理论上全面、系统的分析了光纤传像束及其离散成像的传输规律,依据光波导效应和光传输的全内反射条件,确定了酸溶法单丝纤维的三层同轴结构。 深入研究了材料组成对光纤基质玻璃结构的影响,分析了组成变化对于基质玻璃网络结构的演变以及各种性能的变化缘由,系统研究了光纤基质玻璃的形成规律及其光学特性、热力学特性、化学稳定性等与化学组成的关系。采用高温熔融法制备了纤芯、包层和酸溶层玻璃材料样品。通过DSC、红外光谱等现代分析测试手段对光纤基质玻璃材料样品予以表征,同时对三种基质玻璃材料进行了匹配性设计,确定了满足物化性能要求的高质量纤芯、包层和酸溶层玻璃材料的配方,并制备出了满足拉丝要求的光纤玻璃棒管组合体材料。 采用棒管法开展了单丝、复丝的拉制,确定最佳拉丝温度为580±0.2℃。拉丝实验表明,只有在拉丝炉内的温度波动范围小于0.2℃,且拉丝温度低于析晶上限温度40℃-50℃以上时,才能保证拉丝作业不受析晶及分相问题的影响,才能保证单丝纤维几何结构均匀完整。 集束工艺是制备高分辨率光纤传像束的重要环节,在静态取样的条件下,正六角形序排列传像束的填充系数和极限分辨率均比正方形序排列传像束提高1.15倍,所以本次实验的排丝方式采用正六角形排列方法,以此提高传像束的分辨率。 深入分析了叠片胶粘法和热熔法制备大截面光纤传像束的工艺要素,通过对两种工艺参数和方案的改进与创新,以复丝为作业单元,以直径8um的光纤单丝为传像单元,采用复丝直接层叠胶粘技术和热熔技术成功制备出了分辨率大于50.0lp/mm的不同截面光纤传像束。 通过开展酸的种类、浓度、酸溶温度以及酸溶时间等量化关系研究,确定了最适合硬质光纤传像束酸溶的一系列工艺参数,在时间效应和温度效应的共同作用下,采用低浓度的混合酸溶液(HCl+HNO3),在酸溶温度为35℃-40℃时,酸溶速率最快,酸溶效果最好,这对于降低传像束的断丝率和交扰率,提高传像束的成像质量有较大作用。 进一步研究了影响柔性光纤传像束传像质量的主要因素,重点分析了暗丝的成因以及暗丝的变化规律,提出了改善传像束质量的解决方法和有效措施,在此研究基础上对柔性光纤传像束进行了检测和性能评价。实验得到了单丝直径为8±0.01μm,分辨率为50.0lp/mm~57.5lp/mm,可见光透过率大于39.7%/m,数值孔径大于0.60的不同截面柔性光纤传像束。 本文通过大量的实验研究和理论分析,确定了诸多提高传像束光学性能的有效方法,探索出了各工艺参数之间的最佳匹配关系,形成了一套完整的酸溶法光纤传像束制备工艺及其理论研究体系,这对光纤传像束的广泛应用以及产品的科技创新具有一定的指导意义。
【学位授予单位】:长春理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN253

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 陈钢;长城微光:坚持走绿色理念的新路子[N];太原日报;2008年
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1 李景艳;侧视人工流产内窥镜系统的研制[D];西南大学;2006年
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6 刘充;带状多芯光纤光学特性分析[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 段予文;掺半导体InP纳米材料光纤的应用研究[D];北京邮电大学;2010年
8 李娟;含微纳芯多芯光纤模场特性的研究[D];湖南大学;2010年
9 李灿;基于模间干涉的光纤Mach-Zehnder干涉型传感器的研究[D];安徽大学;2011年
10 王巧梅;酸溶法大截面光纤传像束制备工艺及性能研究[D];长春理工大学;2007年
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