一種玻璃光纖導光棒的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，包括如下步驟：(1)原材料選擇：選擇高折射率的芯料玻璃和低折射率的皮層玻璃；(2)雙坩堝法拉絲：將選用的芯料玻璃和皮層玻璃進行凈化處理后，投入鉑金雙坩堝熔化，一次拉制成單絲；(3)切絲凈化：將用雙坩堝拉制的單絲，割切成一定長度，凈化處理后封裝在容器中；(4)裝管排絲：將潔凈的定長光纖絲有序排列后，裝入外護玻璃管中；(5)復式拉絲成棒：裝好玻璃單絲的玻璃管通過送棒機構送入管式爐中加熱，拉制成導光棒；(6)后加工：將拉制的導光棒，切割成所需長度，兩端面進行研磨拋光，就得到了成品導光棒，傳光束透過率要高，其產品廣泛地應用于醫療器械和光電儀器行業。
【專利說明】
-種玻璃光纖導光棒的制備工藝
技術領域
[0001] 本發明設及玻璃導光板制備技術領域，具體設及一種玻璃光纖導光棒的制備工 乙。
【背景技術】
[0002] 玻璃光纖導光棒是多組分玻璃光纖制成的光學元件的一種，微電子學、光電子學 和光子學是現代光通信和光傳感產業的支柱。隨著器件設計理論和制備工藝技術的發展， W及對器件性能、集成度和能量消耗等要求的提高，微電子和光電子器件的特征線寬己經 達到了亞波長或納米尺寸。在網絡通信的信息傳遞材料中，光纖被公認為是現今通信帶寬 最大的傳輸介質，吸引了越來越多研究者的關注。近年來，納米錐、納米線、亞波長直徑光纖 等微納光纖被相繼報道，極大的推進了微納光電子器件，如光纖傳感器、光纖禪合器及光纖 分束器等的發展。
[0003] 玻璃光纖作為亞波長光波導工作時，在光禪合器、諧振腔、傳感器、超連續光譜產 生等方面具有獨特的優勢，但是運方面的研究才剛剛開始，對于運種新型結構光纖目前人 們了解的還很少，很多工作需要系統的研究和探索。第一，光纖結構方面，目前研究的微納 光纖基本上為單一結構的納米線，沒有包層或者采用空氣、水做包層。要實現具有特定功能 的微納光子器件必然需要微納光纖具有復合波導結構;第二，光纖材料方面，目前人們的研 究對象主要集中在半導體和聚合物材料上，而對具有忍/包層結構的玻璃微納光纖研究甚 少。玻璃基質（如憐酸鹽、娃酸鹽和蹄酸鹽等)具有優良的光學性能、物理和化學性能、光熱 穩定性W及易于成纖等性能、并對許多稀±離子都有很好的溶解性，有利于有源微納光纖 的研究。第=，光纖的制備方法，目前普遍采用的兩步尖端拉伸、化學合成和錐形光纖拉制 等方法制備的微納光纖長度有限，生產的玻璃光纖其傳光束透過率并不是很好。

【發明內容】

[0004] 針對W上問題，本發明提供了一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，先利用雙相蝸法 拉制成直徑380WI1左右具有忍、皮結構的單絲，然后將絲切成一定長度，進行有序排列裝入 外護玻璃管中，再經過管式爐二次加熱運種單絲拉制成的一種高透率的光纖棒，玻璃光纖 導光棒由于沒有填充劑，它比同規格的玻璃光纖傳光束透過率要高出20%，其產品廣泛地 應用于醫療器械和光電儀器行業，可W有效解決【背景技術】中的問題。
[0005] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種玻璃光纖導光棒的制備工 藝，包括如下步驟： (1) 原材料選擇:選擇高折射率的忍料玻璃和低折射率的皮層玻璃； (2) 雙相蝸法拉絲:將選用的忍料玻璃和皮層玻璃進行凈化處理后，投入銷金雙相蝸通 過電加熱在1000-1100攝氏度下，將忍料玻璃和皮層玻璃烙化，烙融的忍料玻璃和皮層玻璃 因自重從漏嘴流出，在銷金雙相蝸收絲輪的牽引作用下，一次拉制成單絲； (3) 切絲凈化:將用雙相蝸拉制的單絲，割切成一定長度，凈化處理后封裝在潔凈的容 器中； (4) 裝管排絲:將潔凈的定長光纖絲有序排列后，裝入外護玻璃管中； (5) 復式拉絲成棒:裝好玻璃單絲的玻璃管通過送棒機構送入管式爐中加熱，在700- 900°C溫度下，通過對漉牽引，拉制成導光棒； (6) 后加工:將拉制的導光棒，切割成所需長度，兩端面進行研磨拋光，就得到了成品導 光棒，并將棒彎曲一定角度，通常60°至64°。
[0006] 作為本發明一種優選的技術方案，所述步驟（1)中忍料玻璃和皮層玻璃應高透明 度。
[0007] 作為本發明一種優選的技術方案，所述忍料玻璃和皮層玻璃的折射率的大小，應 滿足設計的數值孔徑。
[0008] 作為本發明一種優選的技術方案，所述忍料玻璃和皮層玻璃應有相同或相近的熱 膨脹系數，或忍料的熱膨脹系數稍高。
[0009] 作為本發明一種優選的技術方案，所述步驟(2)中一次拉制成單絲的直徑在380- 390曲1，包層在6曲1-8曲1。
[0010] 作為本發明一種優選的技術方案，所述步驟(4)中通過在玻璃管加入不同氧化物 著色制成黑、紫、棟的不同顏色的玻璃管。
[0011] 作為本發明一種優選的技術方案，所述步驟(5)中，在拉棒過程中，通過對溫度和 牽引速率的調整，得到不同直徑的導光棒。
[0012] 作為本發明一種優選的技術方案，所述步驟(6)中，需用酒精燈加熱其需彎曲部 分，使其軟化彎成所需角度。
[0013] 作為本發明一種優選的技術方案，所述步驟(6)中，對于直徑較細導光原棒，用燈 工拉制成大小頭的錐形光導元件。
[0014] 本發明的有益效果： 本發明先利用雙相蝸法拉制成直徑380WI1左右具有忍、皮結構的單絲，然后將絲切成一 定長度，進行有序排列裝入外護玻璃管中，再經過管式爐二次加熱運種單絲拉制成的一種 高透率的光纖棒，玻璃光纖導光棒由于沒有填充劑，它比同規格的玻璃光纖傳光束透過率 要高出20%，其產品廣泛地應用于醫療器械和光電儀器行業。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合實施例，對本發明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并不用于 限定本發明。
[0016] 實施例1: 一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，包括如下步驟： (1) 原材料選擇:選擇高折射率的忍料玻璃和低折射率的皮層玻璃； (2) 雙相蝸法拉絲:將選用的忍料玻璃和皮層玻璃進行凈化處理后，投入銷金雙相蝸通 過電加熱在1000攝氏度下，將忍料玻璃和皮層玻璃烙化，烙融的忍料玻璃和皮層玻璃因自 重從漏嘴流出，在銷金雙相蝸收絲輪的牽引作用下，一次拉制成單絲； (3) 切絲凈化:將用雙相蝸拉制的單絲，割切成一定長度，凈化處理后封裝在潔凈的容 器中； (4) 裝管排絲:將潔凈的定長光纖絲有序排列后，裝入外護玻璃管中； (5) 復式拉絲成棒:裝好玻璃單絲的玻璃管通過送棒機構送入管式爐中加熱，在70(TC 溫度下，通過對漉牽引，拉制成導光棒； (6) 后加工:將拉制的導光棒，切割成所需長度，兩端面進行研磨拋光，就得到了成品導 光棒，并將棒彎曲一定角度，通常60°。
[0017]其中步驟（1)中忍料玻璃和皮層玻璃應高透明度;所述忍料玻璃和皮層玻璃的折 射率的大小，應滿足設計的數值孔徑;所述忍料玻璃和皮層玻璃應有相同或相近的熱膨脹 系數，或忍料的熱膨脹系數稍高。
[001引其中步驟(2)中一次拉制成單絲的直徑在380WI1，包層在6WI1 m。
[0019] 其中步驟(4)中通過在玻璃管加入不同氧化物著色制成黑、紫、棟的不同顏色的玻 璃管。
[0020] 其中步驟(5)中，在拉棒過程中，通過對溫度和牽引速率的調整，得到不同直徑的 導光棒。
[0021] 其中步驟(6)中，需用酒精燈加熱其需彎曲部分，使其軟化彎成所需角度。
[0022] 其中步驟(6)中，對于直徑較細導光原棒，用燈工拉制成大小頭的錐形光導元件。
[0023] 實施例2 一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，包括如下步驟： (1) 原材料選擇:選擇高折射率的忍料玻璃和低折射率的皮層玻璃； (2) 雙相蝸法拉絲:將選用的忍料玻璃和皮層玻璃進行凈化處理后，投入銷金雙相蝸通 過電加熱在1050攝氏度下，將忍料玻璃和皮層玻璃烙化，烙融的忍料玻璃和皮層玻璃因自 重從漏嘴流出，在銷金雙相蝸收絲輪的牽引作用下，一次拉制成單絲； (3) 切絲凈化:將用雙相蝸拉制的單絲，割切成一定長度，凈化處理后封裝在潔凈的容 器中； (4) 裝管排絲:將潔凈的定長光纖絲有序排列后，裝入外護玻璃管中； (5) 復式拉絲成棒:裝好玻璃單絲的玻璃管通過送棒機構送入管式爐中加熱，在80(TC 溫度下，通過對漉牽引，拉制成導光棒； (6) 后加工:將拉制的導光棒，切割成所需長度，兩端面進行研磨拋光，就得到了成品導 光棒，并將棒彎曲一定角度，通常62°。
[0024] 其中步驟（1)中忍料玻璃和皮層玻璃應高透明度;所述忍料玻璃和皮層玻璃的折 射率的大小，應滿足設計的數值孔徑;所述忍料玻璃和皮層玻璃應有相同或相近的熱膨脹 系數，或忍料的熱膨脹系數稍高。
[00巧]其中步驟(2)中一次拉制成單絲的直徑在385WI1，包層在7WI1。
[0026] 其中步驟(4)中通過在玻璃管加入不同氧化物著色制成黑、紫、棟的不同顏色的玻 璃管。
[0027] 其中步驟(5)中，在拉棒過程中，通過對溫度和牽引速率的調整，得到不同直徑的 導光棒。
[0028] 其中步驟(6)中，需用酒精燈加熱其需彎曲部分，使其軟化彎成所需角度。
[0029] 其中步驟(6)中，對于直徑較細導光原棒，用燈工拉制成大小頭的錐形光導元件。
[0030] 實施例3 一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，包括如下步驟： (1) 原材料選擇:選擇高折射率的忍料玻璃和低折射率的皮層玻璃； (2) 雙相蝸法拉絲:將選用的忍料玻璃和皮層玻璃進行凈化處理后，投入銷金雙相蝸通 過電加熱在1100攝氏度下，將忍料玻璃和皮層玻璃烙化，烙融的忍料玻璃和皮層玻璃因自 重從漏嘴流出，在銷金雙相蝸收絲輪的牽引作用下，一次拉制成單絲； (3) 切絲凈化:將用雙相蝸拉制的單絲，割切成一定長度，凈化處理后封裝在潔凈的容 器中； (4) 裝管排絲:將潔凈的定長光纖絲有序排列后，裝入外護玻璃管中； (5) 復式拉絲成棒:裝好玻璃單絲的玻璃管通過送棒機構送入管式爐中加熱，在90(TC 溫度下，通過對漉牽引，拉制成導光棒； (6) 后加工:將拉制的導光棒，切割成所需長度，兩端面進行研磨拋光，就得到了成品導 光棒，并將棒彎曲一定角度，通常64°。
[0031] 其中步驟（1)中忍料玻璃和皮層玻璃應高透明度;所述忍料玻璃和皮層玻璃的折 射率的大小，應滿足設計的數值孔徑;所述忍料玻璃和皮層玻璃應有相同或相近的熱膨脹 系數，或忍料的熱膨脹系數稍高。
[0032 ] 其中步驟(2)中一次拉制成單絲的直徑在390WI1，包層在祉m。
[0033] 其中步驟(4)中通過在玻璃管加入不同氧化物著色制成黑、紫、棟的不同顏色的玻 璃管。
[0034] 其中步驟(5)中，在拉棒過程中，通過對溫度和牽引速率的調整，得到不同直徑的 導光棒。
[0035] 其中步驟(6)中，需用酒精燈加熱其需彎曲部分，使其軟化彎成所需角度。
[0036] 其中步驟(6)中，對于直徑較細導光原棒，用燈工拉制成大小頭的錐形光導元件。
[0037] 具體的，該制備工藝制備的導光棒的性能如下： 1、光學性能 (a)透過率 導光棒內幾百根至幾千根單絲相互烙結成一起，不需要環氧樹脂粘合，纖維之間間隙 很小，因此其透過率比用柔性光纖所制成的光導管透過率高，導光棒的傳輸損耗在于皮層 玻璃不透光，兩端面反射損失，W及一些非理想狀態等原因。
[0038] 用積分球法實際測得長度85mm、直徑8mm導光棒，其白光透過率>75%，大部分可達 到80 %。
[0039] 為提高導光棒的透過率，應該控制單絲的皮層不可過厚，通常控制在6~祉m左右， 在切絲，排絲的過程中要避免污染，控制好復絲工藝，W減少暗絲。
[0040] 在導光棒的兩端面鍛上一層增透膜，可提高導光棒約8%的透過率。
[0041 ] (b)分辨率 導光棒內的光纖絲有序排列，可W傳輸清晰的圖象，其分辨率一般在2.5~8線對/mm。 [0042] 2、機械性能 導光棒外殼為玻璃管，中間由單纖維相互烙結而成，不再是柔性，因而易碰損，使用過 程中應該輕拿輕放。為提高導光棒的抗破損強度，可W將導光棒兩頭用不誘鋼保護，中間彎 曲部分可用娃橡膠管熱收縮進行保護。
[00創 3、耐溫性 導光棒不需要環氧樹脂封裝固化，其耐溫指標取決于玻璃的性能，通常耐溫指標在400 CW上。
[0044] 4、耐酸堿性 導光棒耐酸、耐堿，具有較高的化學穩定性，適用于各種環境，當其受到污染時，可用于 酒精、水等溶劑進行拭擦、清洗。
[0045] 對連施你1牽連施例3的測試化下親：
本發明的應用： (1)牙科光固化機用導光棒是將光源發出的特定波光的光照射到光敏樹脂上，使之迅 速固化，用來修補牙齒，W前的廠家多采用環氧樹脂封裝光纖于不誘鋼管內的光導管，光導 管透過率不太高，因此光照強度低，復合樹脂固化速度慢，且粘接不牢，使用效果不太理想。 近幾年采用光纖導光棒，因其透過率遠大于光導管，運樣不但可W縮短照射時間，而且光照 深度深，樹脂牢固性好，很受市場歡迎。現國內的光固化機廠家均采用我們生產的導光棒， 產品規格直徑從6~13mm，長度為74~IOOmm。半導體激光用導光棒是近年來使用的新品種， 它通過導光棒將波長790~830皿的激光照射到病變部分，用來治療牙本質過敏，易發生口 瘡，=叉神經痛，W及固化樹脂充填后牙髓敏感和根管充填后的組織反應引起的牙痛，據上 海、廣州等地客戶反映，使用效果非常好。
[0046] (2)在光電儀器方面，導光棒由光纖有序排列拉制而成，能傳送圖象，分辨率為2.5 ~8線對/毫米，制成的光錐可W使光信號增大或減弱，與前后級儀器相配可用于監測，和信 號傳輸等方面。
[0047] 本發明先利用雙相蝸法拉制成直徑380WI1左右具有忍、皮結構的單絲，然后將絲切 成一定長度，進行有序排列裝入外護玻璃管中，再經過管式爐二次加熱運種單絲拉制成的 一種高透率的光纖棒，玻璃光纖導光棒由于沒有填充劑，它比同規格的玻璃光纖傳光束透 過率要高出20%，其產品廣泛地應用于醫療器械和光電儀器行業。
[0048] W上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用W限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟： (1) 原材料選擇:選擇高折射率的芯料玻璃和低折射率的皮層玻璃； (2) 雙坩堝法拉絲:將選用的芯料玻璃和皮層玻璃進行凈化處理后，投入鉑金雙坩堝通 過電加熱在1000-1100攝氏度下，將芯料玻璃和皮層玻璃熔化，熔融的芯料玻璃和皮層玻璃 因自重從漏嘴流出，在鉑金雙坩堝收絲輪的牽引作用下，一次拉制成單絲； (3) 切絲凈化:將用雙坩堝拉制的單絲，割切成一定長度，凈化處理后封裝在潔凈的容 器中； (4) 裝管排絲:將潔凈的定長光纖絲有序排列后，裝入外護玻璃管中； (5) 復式拉絲成棒:裝好玻璃單絲的玻璃管通過送棒機構送入管式爐中加熱，在700-900°C溫度下，通過對輯牽引，拉制成導光棒； (6) 后加工:將拉制的導光棒，切割成所需長度，兩端面進行研磨拋光，就得到了成品導 光棒，并將棒彎曲一定角度，通常60°至64°。2. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述步驟（1) 中芯料玻璃和皮層玻璃應高透明度。3. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述芯料玻璃 和皮層玻璃的折射率的大小，應滿足設計的數值孔徑。4. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述芯料玻璃 和皮層玻璃應有相同或相近的熱膨脹系數，或芯料的熱膨脹系數稍高。5. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述步驟(2) 中一次拉制成單絲的直徑在380-390μπι，包層在6μπι-8μπι。6. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述步驟(4) 中通過在玻璃管加入不同氧化物著色制成黑、紫、棕的不同顏色的玻璃管。7. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述步驟(5) 中，在拉棒過程中，通過對溫度和牽引速率的調整，得到不同直徑的導光棒。8. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述步驟(6) 中，需用酒精燈加熱其需彎曲部分，使其軟化彎成所需角度。9. 根據權利要求1所述的一種玻璃光纖導光棒的制備工藝，其特征在于，所述步驟(6) 中，對于直徑較細導光原棒，用燈工拉制成大小頭的錐形光導元件。
【文檔編號】G02B6/10GK106019472SQ201610311221
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】李愛冰
【申請人】李愛冰