【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传像元件制备，具体涉及一种u形光锥及其制备方法和应用以及一体化热弯模具。
技术介绍
1、光锥广泛应用于国防、科研、刑侦、航天、医疗等领域的电荷耦合器件(ccd)、像增强器和光电倍增管的耦合，并且在射线成像、新型指纹识别、高清晰度电视成像和先进的办公设备图像都有应用。近些年来，随着图像数字化处理技术的迅猛发展，高保真图像的采集、存储和传输变得十分便捷，已成为人类进入数字时代的重要标志。但是人们在战争、科研、生产和医疗等过程中，往往需要对肉眼看不见的微弱图像和事件进行观察、分析和处理，例如需要在无光照条件下的夜间进行监测、观察；需要对发出射线的物体进行成像研究；需要对高速运动的飞行器进行跟踪、识别等等。在这些情况下图像的亮度通常只有10-3～10-4坎德拉，甚至更低。因此必须把图像增强后再进行观察处理与分析，常规的图像数字化处理技术已不能满足这方面要求。利用光纤光锥耦合ccd、光电倍增管和像增强器是实现微光成像数字化、减小器件体积的最佳选择。我国自上世纪90年代开始研制光纤光锥，与美国的incom和schott公司研制的光纤锥相比，品质上存在一定差距，其中最为关键的差距在于光纤锥与ccd耦合效率低，耦合分辨能力差，成像清晰度差，究其原因是多方面的，国外的光纤锥在结构上一般采用方丝结构，大端丝径可以做到5微米以下，内部的疵点可以控制在50微米以下，而畸变可控制在3％以下，从结构上确保与ccd的高效耦合。
2、光锥是由数千万根玻璃纤维在高温下熔压拉伸制成的锥形光纤阵列材料，可以实现1.5～5倍的放大或缩小。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种u形光锥及其制备方法和应用以及一体化热弯模具，所要解决的技术问题是实现图像输出面和光敏元件的位置关系存在空间上存在错位，不在同一光学轴心，且在高温或腐蚀等复杂环境下高效率、高精度的耦合。
2、本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种u形光锥，包括大端面部、小端面部和设置于所述大端面部、小端面部之间的光纤部，所述大端面部的轴线与小端面部的轴线平行，大端面部的轴线、小端面部的轴线分别与光纤直区部的轴线的夹角均大于等于90°；所述u形光锥的锥比为(1～5)：1。
3、本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
4、优选的，前述的u形光锥，其中所述大端面部、小端面部及光纤部均包括上千万乃至上亿根微米级的玻璃纤维，每根所述玻璃纤维由高折射率的纤芯和低折射率的圆柱状包层构成，所述包层均匀地包覆在所述纤芯的柱面上，所述纤芯的折射率为1.80～1.81，包层的折射率为1.50～1.51。
5、优选的，前述的u形光锥，其中所述玻璃纤维的直径为4～10微米，所述纤芯的直径为所述玻璃纤维的直径的0.8～0.85倍，包层的厚度为所述玻璃纤维的直径的0.15～0.2倍。
6、优选的，前述的u形光锥，其中所述大端面部的内径与光纤部的内径相同。
7、优选的，前述的u形光锥，其中所述u形光锥的光学表面粗糙度小于等于30nm。
8、优选的，前述的u形光锥，其中所述u形光锥的外形无崩炸；放大率为(1.0～5.0)：1；剪切畸变小于等于50μm；像位移小于等于60μm，内部不存在直径为150μm以上的暗点；在波长500nm的透过率大于等于50％；对比度小于等于2.0％；光学表面粗糙度小于等于30nm；耦合效率为40～55％，耦合分辨率为39～51lp/mm。
9、优选的，前述的u形光锥，其中所述u形光锥的像元直径为4～10μm。
10、本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种u形光锥的制备方法，其包括以下步骤：
11、s1.将第一玻璃件拉制成单丝；将黑色吸收玻璃棒拉制成光吸收玻璃单丝；将皮玻璃棒拉制成间隙丝；
12、s2.将多根单丝按照六方紧密堆积方式进行排列，并且在多根该单丝所构成的间隙中插入光吸收玻璃单丝和间隙丝，每两根纤芯共同使用一根光吸收玻璃单丝，其余间隙中插入间隙丝，得到一次复合棒；
13、s3.将一次复合棒捆扎后拉制成对边尺寸为1.0～1.05mm的一次复丝；再将一次复丝经定常切割为630～800mm，进行六方最密排列并捆制后，得到二次复合棒；
14、s4.将二次复合棒拉制得到对边尺寸为20～50mm的六棱柱形熔融纤维束，之后将其定长切割成长度大于350mm的熔融纤维棒，再进行滚圆后得到直径为10～45mm的圆柱形坯板；
15、s5.将圆柱形坯板在温度为780～800℃、拉伸力为300～400n下进行拉伸，拉伸完成后从中心位置切开，得到两个对称的光锥毛坯；
16、s6.将光锥毛坯进行固定，之后将重力滑块放置于该光锥毛坯的上方，使得滑块下侧的圆形通孔与光锥完全吻合；
17、s7.将步骤s6的光锥毛坯进行高温热弯成型，使得光锥毛坯在高于芯、皮和光吸收玻璃软化点的温度条件下一次热弯成型；
18、s8.待完全冷却后，取出热弯成型后的u形光锥毛坯对其外形进行光学精加工，之后确定光轴，加工输入、输出端面，而后利用加工中心对输入、输出端面进行光学抛光。
19、本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
20、优选的，前述的制备方法，其中步骤s1中，所述第一玻璃件包括筛选过后尺寸适配的玻璃棒和皮玻璃管，芯玻璃棒为圆柱状，皮玻璃管为中空的圆管；将皮玻璃管嵌套在芯玻璃棒表面，得到第一玻璃件；所述黑色吸收玻璃棒为圆柱状，在500～600nm波段范围内的每毫米长度的吸收系率为95％以上。
21、优选的，前述的制备方法，其中步骤s1中，所述芯玻璃棒的直径为30±1.0mm，皮玻璃管的内径为31.0～31.5mm，皮管的厚度为3.5～4.0mm；所述黑色吸收玻璃棒的直径为30±1.0mm；所述皮玻璃棒的直径为30±1.0mm。
22、优选的，前述的制备方法，其中步骤s1中，所述单丝的丝径为2.00～2.05mm；所述光吸收玻璃单丝的丝径为0.3～0.5mm；所述间隙丝的丝径为0.3～0.5mm。
23、优选的，前述的制备方法，其中步骤s1中，所述皮玻璃管的折射率为1.50～1.51；所述玻璃棒的折射率为1.80～1.81本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种U形光锥，其特征在于，包括大端面部、小端面部和设置于所述大端面部、小端面部之间的光纤直区部，所述大端面部的轴线与小端面部的轴线平行，大端面部的轴线、小端面部的轴线分别与光纤直区部的轴线的夹角均大于等于90°；所述U形光锥的锥比为(1～5)：1。
2.如权利要求1所述的U形光锥，其特征在于，所述大端面部、小端面部及光纤部均包括上千万乃至上亿根微米级的玻璃纤维，每根所述玻璃纤维由高折射率的纤芯和低折射率的圆柱状包层构成，所述包层均匀地包覆在所述纤芯的柱面上，所述纤芯的折射率为1.80～1.81，包层的折射率为1.50～1.51。
3.如权利要求2所述的U形光锥，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为4～10微米，所述纤芯的直径为所述玻璃纤维的直径的0.8～0.85倍，包层的厚度为所述玻璃纤维的直径的0.15～0.2倍。
4.如权利要求1所述的U形光锥，其特征在于，所述大端面部的内径与光纤直区部的内径相同。
5.如权利要求1所述的U形光锥，其特征在于，所述U形光锥的外形无崩炸；放大率为(1.0～5.0)：1；剪切畸变小于等于50μm；像
6.一种权利要求1-5任一项所述的U形光锥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一玻璃件包括筛选过后尺寸适配的玻璃棒和皮玻璃管，芯玻璃棒为圆柱状，皮玻璃管为中空的圆管；将皮玻璃管嵌套在芯玻璃棒表面，得到第一玻璃件；所述黑色吸收玻璃棒为圆柱状，在500～600nm波段范围内的每毫米长度的吸收系率为95％以上。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述芯玻璃棒的直径为30±1.0mm，皮玻璃管的内径为31.0～31.5mm，皮管的厚度为3.5～4.0mm；所述黑色吸收玻璃棒的直径为30±1.0mm；所述皮玻璃棒的直径为30±1.0mm。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述单丝的丝径为2.00～2.05mm；所述光吸收玻璃单丝的丝径为0.3～0.5mm；所述间隙丝的丝径为0.3～0.5mm。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述皮玻璃管的折射率为1.50～1.51；所述玻璃棒的折射率为1.80～1.81。
11.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中，所述固定过程中用氮化硼溶液涂敷在光锥毛坯表面，再用云母片将模具和光锥毛坯隔离。
12.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中，所述氮化硼溶液由硝化棉、氮化硼和酒精三种组分配合制成，体积比为硝化棉：氮化硼：酒精＝1：(2～3):(15～20)。
13.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S7中，所述高温热弯成型具体包括：将步骤S6的光锥毛坯的温度升至700～720℃时，保温5～6小时。
14.一种用于制备U形光锥的一体化热弯模具，其特征在于，所述一体化热弯模具包括底座，所述底座上具有与重力滑块相适配的滑槽，所述滑槽的下方具有凸台结构；
15.如权利要求14所述的用于制备U形光锥的一体化热弯模具，其特征在于，所述滑槽、凸台结构分别与底座一体成型。
16.一种电荷耦合器件，其特征在于，所述电荷耦合器件采用如权利要求1-5任一项所述的U形光锥。
17.一种像增强器，其特征在于，所述像增强器采用如权利要求1-5任一项所述的U形光锥。
...【技术特征摘要】
1.一种u形光锥，其特征在于，包括大端面部、小端面部和设置于所述大端面部、小端面部之间的光纤直区部，所述大端面部的轴线与小端面部的轴线平行，大端面部的轴线、小端面部的轴线分别与光纤直区部的轴线的夹角均大于等于90°；所述u形光锥的锥比为(1～5)：1。
2.如权利要求1所述的u形光锥，其特征在于，所述大端面部、小端面部及光纤部均包括上千万乃至上亿根微米级的玻璃纤维，每根所述玻璃纤维由高折射率的纤芯和低折射率的圆柱状包层构成，所述包层均匀地包覆在所述纤芯的柱面上，所述纤芯的折射率为1.80～1.81，包层的折射率为1.50～1.51。
3.如权利要求2所述的u形光锥，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为4～10微米，所述纤芯的直径为所述玻璃纤维的直径的0.8～0.85倍，包层的厚度为所述玻璃纤维的直径的0.15～0.2倍。
4.如权利要求1所述的u形光锥，其特征在于，所述大端面部的内径与光纤直区部的内径相同。
5.如权利要求1所述的u形光锥，其特征在于，所述u形光锥的外形无崩炸；放大率为(1.0～5.0)：1；剪切畸变小于等于50μm；像位移小于等于60μm，内部不存在直径为150μm以上的暗点；在波长500nm的透过率大于等于50％；对比度小于等于2.0％；光学表面粗糙度小于等于30nm；耦合效率为40～55％，耦合分辨率为39～51lp/mm。
6.一种权利要求1-5任一项所述的u形光锥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一玻璃件包括筛选过后尺寸适配的玻璃棒和皮玻璃管，芯玻璃棒为圆柱状，皮玻璃管为中空的圆管；将皮玻璃管嵌套在芯玻璃棒表面，得到第一玻璃件；所述黑色吸收玻璃棒为圆柱状，在500～600nm波段范围内的每毫米长度的吸收系率为95％以上。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永刚，焦朋，付杨，宋普光，张敬，王久旺，独雅婕，邢育文，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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