一種高機(jī)械性能紅外傳輸復(fù)合光纖及其制備方法，屬于光纖和紅外傳輸材料及其制備方法。該復(fù)合光纖包括：硫系玻璃纖芯、硫系玻璃內(nèi)包層和聚酰亞胺外包層；硫系玻璃纖芯為內(nèi)芯，在硫系玻璃纖芯外有硫系玻璃內(nèi)包層，在硫系玻璃內(nèi)包層外包裹有聚酰亞胺外包層；聚酰亞胺外包層的橫截面積占光纖總橫截面積的30-99%。獲得的紅外傳輸復(fù)合光纖的室溫抗拉強(qiáng)度≥250Mpa，直徑為300μm，即不含聚酰亞胺外包層尺寸，玻璃光纖的最小彎曲半徑≤20mm，光纖傳輸波長(zhǎng)范圍位于1~12μm之間。用于紅外傳輸、非線性光學(xué)領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：光纖的機(jī)械性能比傳統(tǒng)紅外光纖大幅提高，應(yīng)用范圍廣；光纖制備工藝簡(jiǎn)單，拉絲工藝易控制，成本低；光纖易進(jìn)行后處理，如通過(guò)局部加熱制作高機(jī)械性能錐形光纖器件。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種光纖和紅外傳輸材料及其制備方法，特別是。
技術(shù)介紹
1~12 μ m紅外傳輸光纖在激光傳輸、熱像素傳送、化學(xué)和生物傳感、紅外光譜研究等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用背景。采用紅外傳輸光纖取代紅外系統(tǒng)中的散裝光學(xué)元件可大大降低系統(tǒng)重量和減小系統(tǒng)體積，顯著降低紅外系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)性能。紅外傳輸光纖束可在受限狹小空間和較強(qiáng)電磁輻射環(huán)境下傳送熱像素，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)和工業(yè)上的高質(zhì)量熱成像。紅外光纖還可用于CO (5.4 μ m)和CO2 (10.6 μ m)激光功率傳輸實(shí)現(xiàn)能量的遠(yuǎn)距離操控；由于絕大多數(shù)化學(xué)和生物分子的指紋振動(dòng)吸收波長(zhǎng)位于中紅外區(qū)域，紅外傳輸光纖已被用于化學(xué)和生物傳感，并延伸至對(duì)地球外行星環(huán)境和生命的探測(cè)。鹵化銀晶體光纖和硫系玻璃光纖是市場(chǎng)上僅有的兩種紅外傳輸光纖材料。鹵化銀晶體光纖在3~16 μ m波段具有優(yōu)異的傳輸性能，采用擠出法制備。然而此類光纖的光照穩(wěn)定行和化學(xué)穩(wěn)定性較差，價(jià)格昂貴。硫系玻璃光纖在廣12 μ m波段傳輸性能優(yōu)異，采用管中棒(rod-1n-tube)或雙坩堝法制備。與鹵化銀晶體光纖相比，硫系玻璃光纖具有光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、制備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，紅外傳輸光纖普遍存在的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度較差，這是由材料較弱的化學(xué)鍵本質(zhì)決定的。紅外光纖在組裝和使用過(guò)程中，特別是在易產(chǎn)生較大機(jī)械應(yīng)力環(huán)境下應(yīng)用時(shí)容易折斷或拉斷，這一問(wèn)題限制了其應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供，解決常用紅外傳輸光纖機(jī)械性能差、易折斷等問(wèn)題。適用于紅外傳輸、非線性光學(xué)等領(lǐng)域。本專利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該復(fù)合光纖包括:硫系玻璃纖芯、硫系玻璃內(nèi)包層和聚酰亞胺外包層；硫系玻璃纖芯為內(nèi)芯，在硫系玻璃纖芯外有硫系玻璃內(nèi)包層，在硫系玻璃內(nèi)包層外包裹有聚酰亞胺外包層； 所述的硫系玻璃是以鍺、砷、銻、硫、硒和碲中的兩個(gè)或多個(gè)元素為組分的硫系玻璃；所述的聚酰亞胺聚合物為熱塑性聚酰亞胺，包括均苯型聚酰亞胺和聯(lián)苯型聚酰亞胺；所述的光纖聚酰亞胺外包層的橫截面積占光纖總橫截面積的30-99%。所述復(fù)合光纖采用高溫共拉法制備，以選定組成的硫系玻璃棒作為芯棒、以折射率小于芯棒的硫系玻璃套管作為內(nèi)包層、以聚酰亞胺聚合物套管作為外包層組裝成光纖預(yù)制棒，然后在高溫下共拉獲得所述高機(jī)械性能紅外傳輸復(fù)合光纖。有益效果:由于采用了上述方案，利用了高機(jī)械性能、耐高溫、耐輻射、耐化學(xué)腐蝕的熱塑性聚酰亞胺聚合物作為外包層，在保護(hù)光纖不受環(huán)境侵蝕的同時(shí)使光纖整體的機(jī)械性能得到了大幅提高。制備的紅外傳輸復(fù)合光纖的室溫抗拉強(qiáng)度> 250Mpa，直徑為300μπι(不含聚酰亞胺外包層尺寸)玻璃光纖的最小彎曲半徑< 20mm，光纖傳輸波長(zhǎng)范圍位于1-12 μ m之間。可用于紅外傳輸、非線性光學(xué)等領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn):1.光纖的機(jī)械性能比傳統(tǒng)紅外光纖大幅提高，應(yīng)用范圍廣；2.光纖制備工藝簡(jiǎn)單，拉絲工藝易控制，成本低；3.光纖易進(jìn)行后處理，如通過(guò)局部加熱制作高機(jī)械性能錐形光纖器件。【附圖說(shuō)明】圖1是光纖預(yù)制棒組裝示意圖。圖2是紅外傳輸復(fù)合光纖橫截面不意圖。圖中，1、預(yù)制棒芯棒；2、預(yù)制棒內(nèi)包層套管；3、預(yù)制棒外包層套管；4、硫系玻璃纖芯；5、硫系玻璃內(nèi)包層；6、聚酰亞胺外包層。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述: 本專利技術(shù)的高機(jī)械性能紅外傳輸復(fù)合光纖，包括:硫系玻璃纖芯、硫系玻璃內(nèi)包層和聚酰亞胺外包層；硫系玻璃纖芯為內(nèi)芯，在硫系玻璃纖芯外有硫系玻璃內(nèi)包層，在硫系玻璃內(nèi)包層外包裹有聚酰亞胺外包層；所述的硫系玻璃是以鍺、砷、銻、硫、硒和碲中的兩個(gè)或多個(gè)元素為組分的硫系玻璃；所述的聚酰亞胺聚合物為熱塑性聚酰亞胺，包括均苯型聚酰亞胺和聯(lián)苯型聚酰亞胺；所述的光纖聚酰亞胺外包層的橫截面積占光纖總橫截面積的30-99%。實(shí)施例1:復(fù)合光纖的纖芯為Ge13As24Se63硫系玻璃，即硫系玻璃纖芯4,內(nèi)包層為Ge12As25Se63硫系玻璃，外包層為聯(lián)苯型熱塑性聚酰亞胺(Tg=280°C)。復(fù)合光纖采用高溫共拉法制備，以Ge13As24Se63硫系玻璃作為預(yù)制棒芯棒1、以折射率小于預(yù)制棒芯棒I的Ge12As25Se63硫系玻璃套管作為預(yù)制棒內(nèi)包層套管2、以Tg=280 oC聯(lián)苯型熱塑性聚酰亞胺聚合物套管作為預(yù)制棒外包層套管3組裝成光纖預(yù)制棒，然后在高溫下共拉獲得所述高機(jī)械性能紅外傳輸復(fù)合光纖。具體實(shí)施步驟為:將直徑為5mm的Ge13As24Se63預(yù)制棒芯棒1、內(nèi)外徑分別為5.1mm和IOmm的Ge12As25Se63預(yù)制棒內(nèi)包層套管2、內(nèi)外徑分別為10.1mm和12mm的聯(lián)苯型熱塑性聚酰亞胺(Tg=280°C)預(yù)制棒外包層套管3按照?qǐng)D1所示組裝成光纖預(yù)制棒芯棒1，然后在380 oC拉成總直徑為360 μ m的光纖，即為所述紅外傳輸復(fù)合光纖，聚酰亞胺外包層的橫截面積占光纖總橫截面積的30%。圖2是所得復(fù)合光纖橫截面示意圖，包括硫系玻璃纖芯4、硫系玻璃內(nèi)包層5和聚酰亞胺外包層6 ;硫系玻璃纖芯為內(nèi)芯，在硫系玻璃纖芯外有硫系玻璃內(nèi)包層，在硫系玻璃內(nèi)包層外包裹有聚酰亞胺外包層。采用縱向拉力機(jī)測(cè)量光纖的斷裂強(qiáng)度，將光纖兩端固定在拉力機(jī)模具中，以試樣長(zhǎng)度3%-5%/分鐘的速度拉伸試樣，將光纖試樣拉斷，記下斷裂的應(yīng)力值，最后根據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)光纖在不同拉力強(qiáng)度下斷裂累計(jì)概率分布，作出威泊爾分布曲線，用來(lái)評(píng)價(jià)光纖抗拉強(qiáng)度；采用平行板兩點(diǎn)彎曲法測(cè)試光纖的抗彎強(qiáng)度，把樣品彎曲并放在一定間距的兩塊板之間，以試樣長(zhǎng)度2%-3%/分鐘的速度相互移近，直至光纖屈服(折斷)，獲得最小彎曲半徑，最后根據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)光纖在不同彎曲半徑下屈服累計(jì)概率分布，作出威泊爾分布曲線，用來(lái)評(píng)價(jià)光纖最小彎曲半徑；采用配備光纖損耗測(cè)試附件的傅里葉紅外光譜儀測(cè)試光纖的傳輸性能，損耗通過(guò)截?cái)喾ǐ@得。檢測(cè)結(jié)果顯不:光纖的抗拉強(qiáng)度為280Mpa ;光纖的最小彎曲半徑為20mm ;光纖在2^8 μ m傳輸性能優(yōu)異，最低損耗為0.6dB/m。實(shí)施例2:復(fù)合光纖的纖芯為Ge25SbltlS65硫系玻璃，內(nèi)包層為Ge25.5Sb9.5S65硫系玻璃，外包層為均苯型熱塑性聚酰亞胺(Tg=380°C)。復(fù)合光纖采用高溫共拉法制備，以Ge25SbltlS65硫系玻璃作為預(yù)制棒芯棒、以折射率小于預(yù)制棒芯棒的Ge25.5Sb9.5S65硫系玻璃套管作為預(yù)制棒內(nèi)包層套管、以Tg=380 均苯型熱塑性聚酰亞胺聚合物套管作為預(yù)制棒外包層套管組裝成光纖預(yù)制棒，然后在高溫下共拉獲得所述高機(jī)械性能紅外傳輸復(fù)合光纖。具體實(shí)施步驟:將直徑為5mm的Ge25SbltlS65預(yù)制棒芯棒、內(nèi)外徑分別為5.1mm和IOmm的Ge25.5Sb9.5S65預(yù)制棒內(nèi)包層套管、內(nèi)外徑分別為10.1mm和15mm的均苯型熱塑性聚酰亞胺(Tg=380°C)預(yù)制棒外包層套管按照?qǐng)D1所示組裝成光纖預(yù)制棒，然后在500°C拉成總直徑為300 μ m的光纖，即為所述紅外傳輸復(fù)合光纖,聚酰亞胺外包層的橫截面積占光纖總橫截面積的55%。采用縱向拉力機(jī)測(cè)量光纖的斷裂強(qiáng)度，將光纖兩端固定在拉力機(jī)模具中，以試樣長(zhǎng)度3%-5%/分鐘的速度拉伸試樣，將光纖試樣拉斷，記下斷裂的應(yīng)力值，最后根據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)光纖在不同拉力強(qiáng)度下斷裂累計(jì)概率分布，作出威泊爾分布曲線，用來(lái)評(píng)價(jià)光纖本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高機(jī)械性能紅外傳輸復(fù)合光纖，其特征是：該復(fù)合光纖包括：硫系玻璃纖芯、硫系玻璃內(nèi)包層和聚酰亞胺外包層；硫系玻璃纖芯為內(nèi)芯，在硫系玻璃纖芯外有硫系玻璃內(nèi)包層，在硫系玻璃內(nèi)包層外包裹有聚酰亞胺外包層；所述的硫系玻璃是以鍺、砷、銻、硫、硒和碲中的兩個(gè)或多個(gè)元素為組分的硫系玻璃；所述的聚酰亞胺聚合物為熱塑性聚酰亞胺，包括均苯型聚酰亞胺和聯(lián)苯型聚酰亞胺；所述的光纖聚酰亞胺外包層的橫截面積占光纖總橫截面積的30?99%。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高機(jī)械性能紅外傳輸復(fù)合光纖，其特征是:該復(fù)合光纖包括:硫系玻璃纖芯、硫系玻璃內(nèi)包層和聚酰亞胺外包層；硫系玻璃纖芯為內(nèi)芯，在硫系玻璃纖芯外有硫系玻璃內(nèi)包層，在硫系玻璃內(nèi)包層外包裹有聚酰亞胺外包層； 所述的硫系玻璃是以鍺、砷、銻、硫、硒和碲中的兩個(gè)或多個(gè)元素為組分的硫系玻璃；所述的聚酰亞胺聚合物為熱塑性聚酰亞胺，包括均苯型聚酰亞胺和聯(lián)苯型聚...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊志勇，張斌，楊安平，任和，陶海征，王榮平，張鳴杰，郭威，楊艷，唐定遠(yuǎn)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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