Способ получения инфракрасных волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов

Изобретение относится к области получения ИК волоконных сборок из галогенидсеребряных световодов, предназначенных для передачи теплового изображения в среднем инфракрасном диапазоне (2-20 мкм) и востребованных для применения в промышленной и медицинской термографии с целью визуализации распределения теплового поля от удаленного объекта. Способ получения инфракрасных волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов включает получение световодов методом экструзии из монокристаллов твердых растворов хлорид-бромида серебра и их упаковку в гексагональную структуру. При этом предварительно из монокристалла вырезают заготовку диаметром 14-16 мм, высотой 15-20 мм, после чего методом экструзии получают поликристаллическую заготовку с величиной зерна 500-600 нм, диаметром 3 мм, длиной 430±5 мм. Затем вторично экструдируют для получения однослойных световодов диаметром 100 мкм размером зерен 50-60 нм, из которых механической сборкой формируют гексагональную структуру из 19, 37 и 61 световода с последующим их уплотнением, при этом диаметры сборок составляют 500, 700, 900 мкм и длиной 2,7±0,3 м. При этом световоды содержат 25,0–75,0 мас.% хлорида серебра и 75,0–25,0 мас.% бромида серебра. Обеспечивается повышение температурного разрешения, уменьшение оптических потерь и снижение перекрестных помех. 3 пр.

 

Предлагаемый способ относится к области получения ИК волоконных сборок из галогенидсеребряных световодов, получаемых методом экструзии из кристаллов твердых растворов системы AgCl-AgBr. Упорядоченные ИК волоконные сборки предназначены для передачи теплового изображения в среднем инфракрасном диапазоне (2-20 мкм) и востребованы для применения в промышленной и медицинской термографии с целью визуализации распределения теплового поля от удаленного объекта.

Первые работы, посвященные ИК волоконным сборкам (пучкам) на основе двуслойных галогенидсеребряных световодов, опубликованы в статье [Paiss, I. Properties of silver halide core–clad fibers and the use of fiber bundle for thermal imaging / I. Paiss, F. Moser, A. Katzir // Fiber and Integrated Optics. – 1991. – Vol. 10. – P. 275–290]. Авторы получали экструзией методом «штабик в трубке» двуслойное волокно из монокристаллов твердых растворов AgClxBr1-x – состав штабика (сердцевины); состав трубки (матрицы) – AgClyBr1-y, где y > x. Затем двуслойные волокна гексагонально укладывали в трубку, экструдировали, нарезали на сегменты, снова экструдировали и процесс повторяли несколько раз с целью получения волоконных сборок из 70 волокон общим диаметром сборки 2 мм и длиной 40 см. Диаметр волокон после многостадийной экструзии составил 80 мкм с расстоянием между их центрами 160 мкм. С помощью тепловизора показана возможность сборки к передаче теплового изображения на длине волны 10,6 мкм (СО2 лазер). Но авторы не приводят функциональных свойств световодов: оптические потери, химические составы, перекрестные помехи и пространственное разрешение волоконной сборки.

Известен способ получения ИК волоконных сборок общим диаметром 1-3 мм и длиной 100 см. Волоконные сборки изготовлены из 70-250 волокон диаметром 60-100 мкм, которые получены трехкратной экструзией двуслойных галогенидсеребряных световодов, сегменты из которых помещали в трубку из AgCl и снова экструдировали [Paiss, I. Thermal imaging by ordered bundles of silver halide crystalline fibers / I. Paiss, A. Katzir // Applied Physics Letters. – 1992. – Vol. 61. – P. 1384–1386]. В этой же работе описаны сборки с плотной упаковкой из 1000-2000 волокон диаметром 20-40 мкм и длиной 30 см. Авторы отмечают, что не удалось добиться хорошей регулярности сборок, поэтому зарегистрированы высокие оптические потери на пропускание, обусловленные пиками поглощения в ИК спектрах. Тем не менее были переданы тепловые изображения по волоконным сборкам при температурном разрешении в 5-10оС.

Также известен модернизированный способ получения ИК волоконных сборок и сообщается о сборке из 100-2500 галогенидсеребряных волокон диаметром 50-250 мкм, полученных многократной экструзией. Оптические потери для сборки из 900 световодов на длине волны 10,6 мкм составили 13,7 дБ/м; пространственное разрешение 4-5 линий на мм [Rave, E. Thermal imaging through ordered bundles of infrared–transmitting silver–halide fibers / E. Rave, D. Shemesh, A. Katzir // Applied Physics Letters. – 2000. – Vol. 76, № 14. – P. 1795–1797]. Перекрестные помехи между соседними волокнами - 25%, т.е. перетекание сигнала из одного волокна в другое [Rave, E. Ordered bundles of infrared–transmitting AgClBr fibers: optical characterization of individual fibers / E. Rave, L. Nagli, A. Katzir // Optics Letters. – 2000. – Vol. 25, № 17. – P. 1237–1239]. При этом высокие оптические потери 1,92 дБ/см (192 дБ/м) на длине волны 10,6 мкм для сборок из 900 волокон диаметром 25 мкм связаны с избыточным рассеянием на границе волокна и матрицы, а также с ИК излучением, которое передается оболочкой двуслойного волокна. Кроме того, сборки негибкие.

Наиболее близкое техническое решение в качестве выбора прототипа для «Способа получения инфракрасных волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов», включает получение экструзией методом «штабик в трубке» двуслойных световодов из монокристаллов твердых растворов системы AgCl-AgBr, упаковку их в гексагональную структуру с последующей экструзией, вырезанием сегментов, которые снова экструдируют.

В итоге получают гибкую волоконную сборку длиной до 2 м, наружным диаметром 0,7 мм, содержащую 36 волокон с диаметром 40 мкм. Оптические потери сборки (коэффициент затухания) на длине волны 10,6 мкм составили 0,5 дБ/см (50 дБ/м), пространственное разрешение 4,3 линии на мм, перекрестные помехи – 30% [Rave, E. Ordered bundles of infrared transmitting silver halide fibers: attenuation, resolution and crosstalk in long and flexible bundles / E. Rave, A. Katzir // Optical Engineering. – 2002. – Vol. 41, № 7. – P. 1467–1468]. В этой же работе представлена волоконная сборка длиной до 2 м, диаметром 0,9 мм, содержащая 100 волокон диаметром 70 мкм. Оптические потери сборки на длине волны 10,6 мкм – 0,7 дБ/см (70 дБ/м), разрешение 6,5 линий на мм, перекрестные помехи – 45%. При этом, авторы отмечают, что исходное двуслойное волокно имело оптические потери в размере 0,2 дБ/м в диапазоне длин волн 9-11 мкм, но не указан диапазон прозрачности волоконных сборок в среднем ИК диапазоне, их радиус изгиба, а также химический состав волокон.

Таким образом, разработанные ИК волоконные сборки состава твердых растворов системы AgCl-AgBr имеют неудовлетворительные для практического применения оптические свойства. Конкретно, высокие оптические потери на длине волны 10,6 мкм, высокие перекрестные помехи и низкое температурное разрешение.

Существует проблема получения длинных и гибких волоконных сборок для промышленной и медицинской термографии на основе галогенидсеребряных световодов определенного химического состава, прозрачных в среднем ИК диапазоне, обладающих низкими оптическими потерями, перекрестными помехами, высоким пространственным и температурным разрешением.

Решение проблемы достигается тем, что в способе получения инфракрасных волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов, включающем получение световодов методом экструзии из монокристаллов твердых растворов хлорид-бромида серебра, их упаковку в гексагональную структуру, отличающимся тем, что предварительно из монокристалла вырезают заготовку диаметром 14-16 мм, высотой 15-20 мм, после чего методом экструзии получают поликристаллическую заготовку с величиной зерна 500-600 нм, диаметром 3 мм, длиной 430±5 мм и вторично экструдируют для получения однослойных световодах диаметром 100 мкм размером зерен 50-60 нм, из которых механической сборкой формируют гексагональную структуру из 19, 37 и 61 световода с последующим их уплотнением, при этом диаметры сборок составляют 500, 700, 900 мкм и длиной 2,7±0,3 м, причем, световоды содержат ингредиенты при следующем соотношении в мас. %:

хлорид серебра 25,0–75,0;
бромид серебра 75,0–25,0.

Сущность изобретения состоит в том, что из монокристаллов определенного состава системы AgCl-AgBr вырезают заготовку, экструдируют ее с целью получения наноразмерной поликристаллической структуры (500-600 нм). Затем, поликристаллическую заготовку вновь экструдируют для создания нанокристаллического размера зерен (50-60 нм) в однослойных световодах диаметром 100 мкм, которые в определенном количестве механически собирают в гексагональную структуру, уплотняют и получают регулярные волоконные сборки для дистанционной передачи теплового изображения в инфракрасном спектральном диапазоне.

Существующая проблема решена за счет того, что разработан способ получения волоконных сборок, прозрачных в среднем инфракрасном диапазоне от 2,0 до 20,0 мкм, обладающих низкими оптическими потерями на длине волны 10,6 мкм – 0,4–0,5 дБ/м и низкими перекрестными помехами между соседними волокнами – 4,5–5%. Пространственное разрешение в сборке составляет 5 линий на мм. Вследствие получения методом экструзии световодов нанокристаллической структуры, из пластичных монокристаллов твердых растворов системы AgCl-AgBr, волоконные сборки являются гибкими.

Пример 1.

Из монокристалла состава 25,0 % хлорида серебра, 75,0 % бромида серебра (в мас. %) вырезают заготовку диаметром 14 мм, высотой 20 мм и экструдируют ее для получения поликристаллической заготовки с величиной зерна 500 нм диаметром 3 мм и длиной 425 мм. Затем заготовку вновь экструдируют через специально изготовленную фильеру и получают световод d = 100 мкм, длиной 50 м.

Световод имеет нанокристаллическую структуру с размером зерен 50 нм, его разрезают на отрезки длиной 2,4 м и собирают механическим способом волоконную сборку диаметром 500 мкм, содержащую 19 световодов с последующим уплотнением сборки.

Волоконная сборка прозрачна в спектральном диапазоне от 2 до 20 мкм, оптические потери на длине 10,6 мкм составляют 0,4 дБ/м, перекрестные помехи – 4,5%, пространственное разрешение – 5 линий на мм, температурное разрешение равно 0,2 оС.

Пример 2.

Из монокристалла состава 75,0 % хлорида серебра, 25,0 % бромида серебра (в мас. %) вырезают заготовку диаметром 16 мм и высотой 15 мм, экструдируют ее для получения поликристаллической заготовки (размер зерна 600 нм) диаметром 3 мм и длиной 435 мм, которую вновь экструдируют для получения световода нанокристаллической структуры (60 нм) диаметром 100 мкм, длиной 50 м. Световод разрезают на отрезки длиной 3,0 м в количестве 61 шт, собирают и уплотняют регулярную волоконную сборку с внешним диаметром 900 мкм.

Функциональные свойства сборки:

• диапазон прозрачности от 2 до 20 мкм;

• оптические потери на длине 10,6 мкм составляют 0,45 дБ/м;

• перекрестные помехи – 5%;

• пространственное разрешение – 5 линий на мм;

• температурное разрешение равно 0,25 оС.

Пример 3.

Эксперименты проводили так же, как в примере 1, но монокристаллическая заготовка диаметром 15 мм и высотой 17 мм имела состав в мас. %: хлорида серебра – 50,0, бромида серебра – 50,0. После ее экструзии получили поликристаллическую заготовку (размер зерна 550 нм) диаметром 3 мм, длиной 430 мм, а в результате повторной экструзии изготовили 50-метровой длины нанокристаллический световод диаметром 100 мкм (размер зерна 55 нм). Световод разрезали на отрезки длиной 2,7 м и механической укладкой с последующим уплотнением сформировали регулярную волоконную сборку гексагональной структуры диаметром 700 мкм, содержащую 37 волокон.

Волоконная сборка прозрачна в ИК диапазоне 2,0-20,0 мкм, имеет оптические потери на длине волны 10,6 мкм 0,43 дБ/м, перекрестные помехи 4,8%, пространственное разрешение 5 линий на мм, температурное разрешение 0,3оС.

В случае изготовления ИК волоконных сборок по условиям и режимам, не соответствующим формуле изобретения и подтвержденной примерами, не удается получать сборки с требуемыми оптическими свойствами, которые необходимы для практического применения.

Технический результат

Разработанный способ получения ИК волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов имеет следующие преимущества перед прототипом:

1. Сокращен в 2-3 раза по времени и трудозатратам процесс изготовления сборок. В прототипе и аналогах осуществляют многократную экструзию получения двуслойных световодов, вырезания сегментов и, снова, повторения процесса экструзии с целью получения волокон определенного диаметра. В предлагаемом способе используется двукратная экструзия.

2. Разработана и изготовлена уникальная оснастка для создания нанокристаллической структуры однослойных галогенидсеребряных световодов малого диаметра 100 мкм и длиной до 50 м и более.

3. Волоконные сборки предназначены для работы в среднем ИК диапазоне (от 2,0 до 20,0 мкм); в прототипе диапазон прозрачности волоконных сборок не указан.

4. При сохранении сопоставимого пространственного разрешения для волоконных сборок на уровне 5 линий на мм (для прототипа – 4,3 – 6,5 линий на мм) происходит улучшение следующих параметров:

• повышается температурное разрешение для волоконных сборок до значений 0,2 – 0,3оС против прототипа – 5 – 10оС;

• уменьшаются оптические потери на длине волны 10,6 мкм в сборках 0,4-0,5 дБ/м, в прототипе – 50-70 дБ/м;

• снижаются перекрестные помехи в способе 4,5-5%, в прототипе – 30-45%.

Способ получения инфракрасных волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов, включающий получение световодов методом экструзии из монокристаллов твердых растворов хлорид-бромида серебра, их упаковку в гексагональную структуру, отличающийся тем, что предварительно из монокристалла вырезают заготовку диаметром 14-16 мм, высотой 15-20 мм, после чего методом экструзии получают поликристаллическую заготовку с величиной зерна 500-600 нм, диаметром 3 мм, длиной 430±5 мм и вторично экструдируют для получения однослойных световодов диаметром 100 мкм с размером зерен 50-60 нм, из которых механической сборкой формируют гексагональную структуру из 19, 37 и 61 световода с последующим их уплотнением, при этом диаметр сборок составляет 500, 700, 900 мкм, длиной 2,7±0,3 м, причем световоды содержат ингредиенты при следующем соотношении, мас. %:

хлорид серебра 25,0–75,0
бромид серебра 75,0–25,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной системе с многолучевым выходным излучением (варианты) и способу сварки заготовок. Система представляет мультиволоконную лазерную систему, подающую выходное излучение по меньшей мере по трем волокнам, расположенным по окружности или же выходное излучение по меньшей мере четырех отдельных лазеров из одного рабочего кабеля.

Изобретение относится к компонентам оптоволоконного кабеля. Экструдированный защитный компонент оптоволоконного кабеля содержит полимерную композицию, включающую полибутилентерефталат, полимер на основе этилена и малеинизированный полимер на основе этилена.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается системы для абсорбционной спектроскопии с перестраиваемыми диодными лазерами с далеко отстоящими друг от друга длинами волн.

Изобретение относится к оптоволоконной технике. Предлагается оптоволоконный модуль, содержащий множество оптических волокон, три связывающих элемента, которые связывают множество оптических волокон в жгут, в котором первый связывающий элемент размещен по длине жгута оптических волокон таким образом, чтобы наматываться на внешний замкнутый контур жгута оптических волокон.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для количественной оценки флюоресценции и оптических свойств тканей in vivo содержит оптический зонд.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий с регулярными волоконными и капиллярными структурами. .
Изобретение относится к производству волоконно-оптических изделий, а именно к технологии получения гибких регулярных жгутов волокон (ГРЖВ) с различной степенью разрешения для использования в оптических и электронно-оптических системах для передачи и трансформации изображения, в частности в эндоскопах.

Изобретение относится к средствам многоканальной оптоволоконной связи. .
Изобретение относится для применений в различных областях специальной волоконной оптики на основе инфракрасных (ИК) волоконных сборок, изготовленных из фото- и радиационно-стойких световодов новой системы AgBr – (TlBr0,46I0,54).

Изобретение относится к компонентам оптоволоконного кабеля. Экструдированный защитный компонент оптоволоконного кабеля содержит полимерную композицию, включающую полибутилентерефталат, полимер на основе этилена и малеинизированный полимер на основе этилена.

Изобретение относится к области обработки подложек для формирования вогнуто-выпуклой структуры на поверхности подложки. Сущность изобретения состоит в травлении проводящей подложки посредством обратной литографии с предварительным расчетным упреждением на фотошаблоне для получения расчетных параметров брэгговской решетки, в качестве маски используется кобальт.

Группа изобретений относится к кабельной технике, а именно к способам изготовления элементов конструкции волоконно-оптических миниатюрных кабелей и к конструкциям волоконно-оптических миниатюрных кабелей, предназначенных для применения в системах управления, бортовой связи и передачи информации в различных моделях летательных и космических аппаратов.

Группа изобретений относится к оптоволоконной технике. Оптоволоконный кабель включает в себя сердечник, включающий в себя собранные вместе оптоволокна, внутреннюю оболочку, внутри которой находится сердечник, проволочное тело, заделанное во внутреннюю оболочку, пару работающих на растяжение элементов, заделанных во внутреннюю оболочку, между которыми находится сердечник, усиливающий лист, который покрывает внутреннюю оболочку и проволочное тело.

Настоящее изобретение относится к омпозитной панели (10), по меньшей мере содержащей: внешнюю панель (1) и внутреннюю панель (2), которые связаны друг с другом посредством промежуточного слоя (3), и по меньшей мере одно светорассеивающее стекловолокно (4), которое является подходящим для излучения света путем рассеивания через его боковую стенку вдоль его длины и выполнено по меньшей мере из сердечника стекловолокна, который окружен одним или множеством слоев в форме оболочки, которые имеют множество центров рассеяния и расположены вокруг сердечника стекловолокна, в которой стекловолокно (4) располагается, по меньшей мере в секциях, между промежуточным слоем (3) и внешней панелью (1) и/или между промежуточным слоем (3) и внутренней панелью (2).

Изобретение относится к оптоволоконной технике. Способ изготовления устройства ввода-вывода для многосердцевинного волокна включает использование корпуса, представляющего собой капилляр из кварцевого стекла с воронкой, использование отрезков односердцевинных оптических волокон, диаметр D каждого из которых на протяжении, по меньшей мере, части отрезка волокна L соответствует расстоянию Λ между центрами соседних сердцевин многосердцевинного волокна, ввод клея в воронку корпуса устройства ввода-вывода, размещение в корпусе устройства ввода-вывода отрезков односердцевинных волокон, связывание указанных концов волокон с помощью нити для получения заданной структуры поперечного сечения устройства ввода-вывода, полировку торца устройства ввода-вывода.

Группа изобретений относится к устройствам для передачи данных. Оптическое передающее устройство содержит: блок подключения оптического соединителя, к которому присоединен коннектор оптического кабеля; светоизлучающий конец, выполненный с возможностью излучать свет для передачи оптического сигнала через оптический кабель и выполненный с возможностью излучать свет на отражающую поверхность коннектора.

Регулируемая волоконно-оптическая пассивная линия задержки имеет корпус с оптическими кабелями, выполненный в виде пластины с двумя пазами прямоугольного сечения, пересекающимися под острым углом, где один из пазов проходит вдоль всей пластины, второй замкнут и выполнен в виде кармана, в котором размещена четырехугольная прямая призма из оптически прозрачного материала.

Изобретение относится к оптическим элементам, в частности к компактным элементам фокусировки и сбора лазерного излучения. Оптический волоконный датчик включает фокусирующий и собирающий элемент, которые сформированы из оптического волокна датчика путем оплавления торца с приданием ему сфероподобной формы, диаметр которого превышает диаметр оптического волокна в 1,2-1,5 раз.

Изобретение относится к области получения ИК волоконных сборок из галогенидсеребряных световодов, предназначенных для передачи теплового изображения в среднем инфракрасном диапазоне и востребованных для применения в промышленной и медицинской термографии с целью визуализации распределения теплового поля от удаленного объекта. Способ получения инфракрасных волоконных сборок на основе галогенидсеребряных световодов включает получение световодов методом экструзии из монокристаллов твердых растворов хлорид-бромида серебра и их упаковку в гексагональную структуру. При этом предварительно из монокристалла вырезают заготовку диаметром 14-16 мм, высотой 15-20 мм, после чего методом экструзии получают поликристаллическую заготовку с величиной зерна 500-600 нм, диаметром 3 мм, длиной 430±5 мм. Затем вторично экструдируют для получения однослойных световодов диаметром 100 мкм размером зерен 50-60 нм, из которых механической сборкой формируют гексагональную структуру из 19, 37 и 61 световода с последующим их уплотнением, при этом диаметры сборок составляют 500, 700, 900 мкм и длиной 2,7±0,3 м. При этом световоды содержат 25,0–75,0 мас. хлорида серебра и 75,0–25,0 мас. бромида серебра. Обеспечивается повышение температурного разрешения, уменьшение оптических потерь и снижение перекрестных помех. 3 пр.

Наверх