宽光谱响应耐辐照棒管组合件及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光纤制造，特别是涉及一种宽光谱响应耐辐照棒管组合件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光纤传像阵列由数千万根微米级光纤丝紧密规则排列熔合而成，可以高保真传递图像，具有光学零厚度、数值孔径大，分辨率高、集光能力强等特点，包括光学纤维面板、光纤倒像器、光纤光锥、光纤传像束等，可应用于微光像增强器、光电倍增管、x射线像增强器、星敏感器、高端射线医疗设备等光电探测器件的窗口、光学耦合及显示材料，是光电子行业的高科技尖端产品。

2、光纤传像阵列是采用高折射率的芯棒玻璃和低折射率的皮管玻璃管利用棒管结合拉制单丝进行排板；将吸收料玻璃拉制成丝插入排板好的单丝中，吸收料玻璃主要作用吸收杂散光；之后捆成一次复合棒经拉丝、排板、热熔压成型毛坯板段，然后经精密深加工而成的，主要应用于实现图像的高清晰传像，解决了系统的场区图像分辨率低、清晰度差的难题，提高了成像清晰度。

3、目前在空间等射线辐照环境中远距离探测使用光纤传像阵列，既要该光纤传像阵列具有宽光谱高透过率获得更远的探测距离，又要求光纤传像阵列能耐受射线辐照，二者要同时满足很难实现。芯棒玻璃和皮管玻璃是光纤传像阵列中的核心组成部分，其质量和性能对光纤传像阵列的传输效果具有重要影响；然而，现有技术中尚无能够同时满足宽光谱响应、耐辐照和高折射率三个条件的芯棒玻璃；皮管玻璃主要作用是在芯、皮界面形成全反射层，由于其在光纤面板内部的尺度更小，制作过程中更易出现缺陷，在耐射线辐照和透紫外性能方面必须要优于芯棒玻璃；现有技术中同样尚无能够同时满足宽光谱响应、耐辐照和低折射率三个条件的皮管玻璃；将芯棒玻璃和皮管玻璃进行棒管组合用于制备光纤传像阵列要经过20多道制作工艺精密加工，因此芯棒玻璃和皮管玻璃的性能匹配性至关重要；然而现有技术中尚未有宽光谱响应耐辐照棒管组合件的相关报道。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种宽光谱响应耐辐照棒管组合件及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何制备一种宽光谱响应耐辐照棒管组合件，使芯棒和皮管的相容性良好，从而使其能够用于光纤传像阵列的制备中，提高光纤传像阵列宽光谱响应耐辐照性能，满足在航空航天领域等射线辐照环境中的远距离探测和使用寿命长的要求，从而更加适于实用。

2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种宽光谱响应耐辐照棒管组合件，其包括芯棒和皮管；所述皮管套设于所述芯棒的外侧；所述芯棒的玻璃在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥65％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％；所述皮管的玻璃在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥75％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％；其中，芯棒玻璃的热膨胀系数减去皮管玻璃的热膨胀系数差值为1×10-7/℃～10×10-7/℃；芯棒玻璃的软化温度减去皮管玻璃的软化温度差值为10～25℃；芯棒玻璃的折射率减去皮管玻璃的折射率差值＞0.3；芯棒玻璃和皮管玻璃于810℃均保持化学稳定。

3、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种宽光谱响应耐辐照棒管组合件的制备方法，其包括以下步骤：

4、s21原料计量，混合，得到芯棒混合料和皮管混合料；

5、s22分别将芯棒混合料和皮管混合料熔制，澄清搅拌，出料，浇铸成型，退火，得到芯棒或皮管；所述芯棒的玻璃在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥65％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％；所述皮管的玻璃在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥75％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％；

6、s23将皮管套设于芯棒外侧，得到棒管组合件；其中，芯棒玻璃的热膨胀系数减去皮管玻璃的热膨胀系数差值为1×10-7/℃～10×10-7/℃；芯棒玻璃的软化温度减去皮管玻璃的软化温度差值为10～25℃；芯棒玻璃的折射率减去皮管玻璃的折射率差值＞0.3；芯棒玻璃和皮管玻璃于810℃均保持化学稳定。

7、本发明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。

8、优选的，前述的制备方法，其中以质量百分含量计，所述芯棒混合料包括：石英砂10-15％、硼酸20-30％、氧化镧19.5-30％、氧化锌1.1-10％、氧化铌1.1-10％、碳酸钡10.1-20％、氧化铪0-3％、氧化钽5.1-10％、氧化钇1.1-7％、碳酸锶0-5％，氧化铝0.5-7％、碳酸钠0-5％、氧化铈0.05-2％；所述皮管混合料包括：石英砂60-75％、硼酸1.5-15％、氧化铝1-5％、碳酸钠1-10％、氟氢化钾1-8％、氟化钙1-8％、碱式碳酸镁0-5％、碳酸锂0-8％、氧化锌0-5％、氧化铈0-2％；所述芯棒混合料和皮管混合料中，杂质fe、cu和mn的总含量均≤3ppm；杂质nd、pr、u、er、eu、tb、dy的总含量均≤2ppm；配制和熔制芯棒混合料的器具均采用非金属材质的耐碱材料；配制和熔制皮管混合料的器具均采用非金属材质的材料；在熔制，澄清搅拌步骤中向玻璃液中通入氧气；熔制、澄清用熔炼炉的材质为耐火材料，其重金属含量≤5ppm。

9、优选的，前述的制备方法，其中熔制芯棒混合料的容器为氧化镁材质的坩埚；熔制皮管混合料的容器为石英材质的坩埚，且坩埚表面设置有氧化硅涂层。

10、优选的，前述的制备方法，其中所述耐火材料为耐侵蚀耐高温材料，其耐温≥1700℃。

11、优选的，前述的制备方法，其中熔制所述芯棒混合料的熔炼炉专用于所述芯棒玻璃的制备；或者，熔制所述皮管混合料的熔炼炉专用于所述皮管玻璃的制备。

12、优选的，前述的制备方法，其中所述混合料熔制是将混合料分3-5次，每次间隔0.5-2小时加入容器中。

13、优选的，前述的制备方法，其中所述芯棒混合料的熔制温度为1350-1400℃；澄清搅拌温度为1460-1530℃，澄清搅拌温度时间为1-2h；出料温度为1300-1350℃；退火温度为550-600℃，退火时间为2-4h；或者，所述皮管混合料的熔制温度为1350-1400℃；澄清搅拌温度为1460-1530℃，澄清搅拌温度时间为1-2h；出料温度为1300-1350℃；退火温度为550-600℃，退火时间为2-4h。

14、优选的，前述的制备方法，其中所述芯棒制备时，向玻璃液中通入氧气的流速为0.1～0.3mol/l/min；或者，所述皮管制备时，向玻璃液中通入氧气的流速为0.04-0.18mol/l/min。

15、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的根据钱述的宽光谱响应耐辐照棒管组合件在制备宽光谱响应耐辐照光纤传像阵列中的应用。

16、借由上述技术方案，本发明提出的一种宽光谱响应耐辐照棒管组合件及其制备方法和应用至少具有下列优点：

17、本发明提出的宽光谱响应耐辐照棒管组合件及其制备方法和应用，其通过将宽光谱响应耐辐照的芯棒玻璃制成芯棒，将宽光谱响应耐辐照的皮管玻璃制成皮管，并将皮管套设于芯棒的外侧形成棒管组合件；通过芯棒玻璃与皮管玻璃的性能匹配性设计，使棒管组合件具有较好的加工性；具体的，本发明通过对皮管、芯棒热膨胀系数的匹配性设计，使芯棒玻璃与皮管玻璃的热膨胀系数相近，一方面可以防止玻璃在加热或冷却的过程中因为热膨胀系数不匹配导致的光纤炸裂，另一方面在后续光纤拉制升温的过程中可以使皮管玻璃更好地贴紧纤芯玻璃，而在拉制冷却的过程中，皮料层也能产生一定压应力，提高光纤的强度，保证在拉丝过程中可形成压应力，增强光学纤维丝的强度；本发明通过对皮管、芯棒软化温度的匹配性设计，可以保证其在后续拉丝过程中芯皮玻璃的圆整度，使压板过程中皮料软化粘合，而芯料仍然能够保持圆形结构，从而防止传输光因为纤芯变形而不满足全反射条件而导致光线泄露；本发明通过对皮管、芯棒化学性能相容性匹配设计，从而使芯棒玻璃与皮管玻璃可以在各自的温度下限附近仍有较好的化学相容性，本发明技术方案设计的棒管组合件在后续光纤制板工艺中最高工艺温度设计为810℃左右，本发明通过限定芯棒玻璃和皮管玻璃于810℃均保持化学稳定，也即两种玻璃在810℃下保持5个小时均不会发生渗透、析晶和分相，从而能够较好地解决工艺过程中由于玻璃之间相互渗透或析晶、分相而造成芯皮界面不完整导致的透过率降低的现象；本发明通过对皮管、芯棒光学性能相容性匹配设计，限定芯棒玻璃和皮管玻璃折射率差值＞0.3，从而有效提高了光纤传像阵列光通量na，提高了光纤传像阵列的传输效率，使得图像或信号在传输过程中的损耗降低，从而提高了光纤传像阵列的整体传输质量。由上所述可见，本发明的技术方案中，通过控制芯棒玻璃在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥65％，在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％，控制皮管玻璃在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥75％，在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％，使其具有较好的宽光谱响应和耐辐照性能，再通过芯棒玻璃与皮管玻璃的较佳配合，制备了一种综合性能优异的棒管组合件，使其在后续的光纤传像元件制备中加工性好，提高光纤传像阵列宽光谱响应耐辐照性能，满足在航空航天领域等射线辐照环境中的远距离探测和使用寿命长的要求。

18、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。