Способ изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента (воэ) и воэ, полученный на основе этого способа

Изобретение относится к области осветительных устройств, основанных на использовании волоконной оптики, и может использоваться в осветительных устройствах в светотехнике, в медицине для фототерапии и косметологии. Способ изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента (ВОЭ) заключается в раздельной вытяжке стержней одинакового или взаимосогласующегося различного сечения 0,4-6,0 мм из штабиков круглого или многоугольного сечения, изготовленных из силикатных стекол с высоким и низким показателем преломления. Набирают пакет со случайным распределением стержней из стекол с высоким и низким показателем преломления в поперечном сечении. Соотношение высокопреломляющих и низкопреломляющих стержней в пакете от 1:10 до 10:1, причем размер поперечного сечения единичных волокон в ВОЭ составляет от 40 нм до 1000 нм. Пакет перетягивают в многожильные световоды (МЖС) с размером сечения от 50 мкм до 6 мм, из которых в дальнейшем изготавливают сверхмногожильные (СМЖС) и сверхсверхмногожильные (ССМЖС) световоды. Технический результат - упрощение процесса изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента, снижение трудоемкости и повышение экономичности процесса изготовления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области осветительных устройств, основанных на использовании волоконной оптики, и может использоваться в осветительных устройствах в светотехнике, в медицине для фототерапии и косметологии.

Рассеяние света, распространяющегося в среде, например в стекле, обусловлено оптической неоднородностью среды, например микроразмерными или наноразмерными инородными включениями, газовыми полостями, кристаллами в стеклообразной матрице. Интенсивность рассеяния и угловое распределение рассеянного света зависит от концентрации, размера и формы включений, от разности показателей преломления включений и матрицы. Рассеяние света в стеклянном волокне или спеченном пучке волокон сопровождается выходом части рассеянного излучения через боковую поверхность волокна или пучка. Этот эффект используется в осветительных системах на основе волокна.

Известна осветительная система на основе кварцевого оптического волокна (патент США №20110122646, G02B 6/02, G02B 6/04, G02B 6/26, B29D 11/00, опубликованный 26.05.2011), где рассеяние света с выходом части рассеянного излучения через боковую поверхность волокна обусловлено наличием в сердцевине волокна или на границе сердцевины и оболочки волокна множества микро- или нановключений, например полостей, заполненных газом.

Недостатком данной осветительной системы является то, что процесс насыщения оптического волокна микроразмерными или наноразмерными газовыми включениями является технологически сложным (см., например, патенты США: №7567742, G02B 6/032, G01J 1/04, C03B 37/023, опубликованный 28.07.2009; №20090202211, G02B 6/032, С03В 37/02, опубликованный 13.08.2009). Кроме того, осветительная система построена на основе кварцевого волокна, изготовление которого является дорогостоящим и технологически сложным процессом.

Наиболее близким по технологической схеме к заявляемому способу изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента является способ, заявленный в патенте РФ №2235072, С03В 37/028, опубликованном 27.08.2004. По известному способу изготовления волоконно-оптических элементов и микроканальных структур, включающему вытягивание единичных одножильных световодов, перетягивание одножильных световодов в многожильные и сверхмногожильные, спекание и прессование многожильных и сверхмногожильных световодов в блоки и их механическую разделку, из штабиков круглого или прямоугольного сечения, изготовленных из стекол для сердцевины и для оболочек волокна, раздельно вытягивают стержни одинакового или взаимосогласующегося различного сечения 0,4-6,0 мм. Затем из стержней набирают пакет, имеющий круглую или многоугольную форму сечения, при укладке формируют внутреннюю структуру будущего единичного световода. Затем из пакета вытягивают единичный световод размером сечения от 5 мкм до 5 мм. Полученные таким способом элементарные световоды являются либо готовой продукцией, либо перерабатываются далее по известным технологическим схемам. Единичные световоды используют для сборки пакета для вытягивания многожильных световодов и, если требуется получение элементов с большим разрешением, из многожильных световодов собирается пакет для вытяжки сверхмногожильных световодов. Из многожильных или сверхмногожильных световодов прессуют волоконные блоки. Блоки разрезают на пластины, из которых изготавливают волоконно-оптические элементы или заготовки микроканальных пластин.

Назначением известного способа является изготовление одножильного световедущего волокна, состоящего из оптически однородной сердцевины, изготовленной из стекла с высоким показателем преломления и оптически однородной оболочки, состоящей из стекла с показателем преломления меньшим, чем показатель преломления стекла сердцевины. Изготовленное таким способом световедущее волокно имеет низкое светорассеяние и не пригодно для осветительного устройства.

Назначение заявляемого способа иное и заключается в изготовлении волоконно-оптического световода с высокой степенью оптической неоднородности, обеспечивающей значительное светорассеяние и выход рассеянного света через боковую поверхность световода и возможность использования в осветительных устройствах.

Задачей настоящего изобретения является упрощение процесса изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента, а также снижение трудоемкости и повышение экономичности процесса изготовления для широкого использования изготовленных ВОЭ в различных хозяйственных отраслях.

Для всех известных способов изготовления ВОЭ, передающих изображение, общим является изготовление единичного световедущего волокна, состоящего из сердцевины, изготовленной из стекла с высоким показателем преломления, и оболочки, изготовленной из стекла с низким показателем преломления, причем размер сечения единичного волокна в ВОЭ определяет разрешающую способность волоконно-оптического элемента.

Задача изобретения решается в новом способе изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента, включающем раздельную вытяжку стержней одинакового или взаимосогласующегося различного сечения 0,4-6,0 мм из штабиков круглого или многоугольного сечения, изготовленных из силикатных стекол с высоким и низким показателями преломления, набор из стержней пакета круглого или многоугольного сечения, перетяжку пакета в многожильные световоды (МЖС) с размером сечения от 50 мкм до 6 мм и возможную дальнейшую переработку МЖС по известным технологиям, в котором, в отличие от прототипа, набирают пакет таким образом, чтобы распределение стержней из высокопреломляющих стекол и стержней из низкопреломляющих стекол в поперечном сечении пакета было случайным при количественном соотношении высокопреломляющих и низкопреломляющих стержней от 1:10 до 10:1, перетягивают пакет, получая многожильный световод со случайным распределением высокопреломляющих и низкопреломляющих волокон в поперечном сечении.

Полученные МЖС возможно использовать для набора следующего пакета и вытяжки сверхмногожильных световодов (СМЖС). Полученные СМЖС возможно использовать для набора следующего пакета и вытяжки сверхсверхмногожильных световодов (ССМЖС).

Многожильные, сверхмногожильные и сверхсверхмногожильные световоды могут быть использованы для изготовления светорассеивающих волоконно-оптических элементов.

Волоконно-оптический светорассеивающий элемент изготавливают из МЖС, или СМЖС, или ССМЖС, полученных вышеописанным способом.

Нами впервые было показано, что многожильные, сверхмногожильные и сверхсверхмногожильные световоды с размером поперечного сечения единичных волокон от 40 нм до 1000 нм и случайным распределением высокопреломляющих и низкопреломляющих волокон в поперечном сечении МЖС, СМЖС, ССМЖС обладают высоким светорассеянием через боковую поверхность и могут использоваться для изготовления различных волоконных осветительных устройств.

Уровень светорассеяния повышается с разницей показателей преломления высокопреломляющих и низкопреломляющих волокон и зависит от их количественного соотношения. Наибольший уровень рассеяния наблюдается для соотношения 1:1 и уменьшается при изменении соотношения. Количественное соотношение от 1:10 до 10:1 подобрано опытным путем и обеспечивает необходимый уровень светорассеяния световодов.

Сущность изобретения поясняется электронно-микроскопическими снимками волоконно-оптических элементов и примерами ВОЭ в виде фотоснимков.

На Фиг. 1 показан электронно-микроскопический снимок поперечного сечения волоконно-оптической пластины, изготовленной по известному способу-прототипу. Микроструктура поперечного сечения ВОП характеризуется строгой упорядоченностью и однородностью стекол сердцевины и оболочки.

На Фиг. 2 показан электронно-микроскопический снимок поперечного сечения ВОЭ, изготовленного по предлагаемому способу. Микроструктура ВОЭ характеризуется случайным распределением высокопреломляющих и низкопреломляющих волокон по поперечному сечению. Размер поперечного сечения единичного волокна меньше длины волны света, проходящего через ВОЭ, что определяет повышенное светорассеяние элемента.

На Фиг. 3 представлена фотография элементов ВОЭ, иллюстрирующая светорассеяние световодов по всей поверхности элементов.

На Фиг. 4 представлена фотография светорассеивающего световода, иллюстрирующая сохранение светорассеяния световода при изгибах по всей его боковой поверхности.

Конкретный пример реализации способа: из штабиков круглого сечения из силикатных стекол с показателем преломления 1,82 и 1,49 вытяжкой получены стержни диаметром сечения 0,6 мм. Из стержней, полученных из высокопреломляющего и низкопреломляющего силикатных стекол, в количественном соотношении 1:1 набран пакет шестиугольного сечения с двойной апофемой 30 мм, из которого вытяжкой были получены многожильные световоды шестиугольного сечения с двойной апофемой 1 мм. Из многожильных световодов был вновь набран пакет шестиугольного сечения с двойной апофемой 30 мм и перетянут в сверхмногожильные световоды шестиугольного сечения с двойной апофемой 1 мм. Из сверхмногожильных световодов был вновь набран пакет с двойной апофемой 20 мм и перетянут в сверхсверхмногожильные световоды с двойными апофемами: 12 мм, 5 мм и 1 мм. Каждый из полученных таким образом сверхмногожильных и сверхсверхмногожильных световодов обладал способностью передавать изображение с одного торца на другой и имел высокое светорассеяние через боковую поверхность. Для сверхсверхмногожильных световодов потери на рассеяние составляли около 30 дБ/м.

По заявленному методу были получены многожильные, сверхмногожильные и сверхсверхмногожильные светорассеивающие световоды при различном количественном соотношении высокопреломляющих и низкопреломляющих волокон. При отклонении соотношения от значения 1:1 как в одну, так и другую сторону уровень светорассеяния снижался. Для соотношения 10:1 или 1:10 светопотери на рассеивание составляли 2-3 дБ/м. На Фиг. 3, 4 показаны светорассеивающие элементы, полученные по заявляемому способу.

Приведенный пример показывает, что светорассеивающие, световедущие волоконно-оптические элементы могут быть получены заявленным методом, использование которого упрощает процесс изготовления, снижает трудоемкость и повышает экономичность процесса за счет замены кварцевого стекла силикатными стеклами, упрощения процесса создания оптически неоднородной среды и замены пакета со строгой упорядоченностью единичных стержней из высокопреломляющего и низкопреломляющего стекол пакетом со случайным распределением стержней по сечению пакета.

Из МЖС, СМЖС и ССМЖС были изготовлены осветительные системы, формы и размеры которых определяются конкретным применением.

1. Способ изготовления светорассеивающего волоконно-оптического элемента (ВОЭ), включающий раздельную вытяжку стержней одинакового или взаимосогласующегося различного сечения 0,4-6,0 мм из штабиков круглого или многоугольного сечения, изготовленных из силикатных стекол с высоким и низким показателями преломления, набор из стержней пакета круглого или многоугольного сечения, перетяжку пакета в многожильные световоды (МЖС) с размером сечения от 50 мкм до 6 мм, отличающийся тем, что пакет для вытяжки МЖС набирают таким образом, чтобы распределение стержней из высокопреломляющего стекла и стержней из низкопреломляющего стекла в поперечном сечении пакета было случайным при количественном соотношении высокопреломляющих и низкопреломляющих стержней от 1:10 до 10:1, перетягивают пакет, получая МЖС со случайным распределением высокопреломляющих и низкопреломляющих волокон в поперечном сечении, причем размер сечения единичных волокон в ВОЭ составляет от 40 нм до 1000 нм.

2. Способ по п. 1, в котором полученные МЖС используют для набора следующего пакета с регулярной укладкой световодов в пакете и вытяжки сверхмногожильных световодов (СМЖС).

3. Способ по п. 2, в котором полученные СМЖС используют для набора следующего пакета с регулярной укладкой световодов в пакете и вытяжки сверхсверхмногожильных световодов (ССМЖС).

4. Волоконно-оптический элемент, рассеивающий свет через боковую поверхность, изготовленный из МЖС, или СМЖС, или ССМЖС, полученных способом по пп. 1-3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к коллиматору света и к осветительному прибору. Коллиматор (1) содержит диффузный отражающий слой и удлиненный световой волновод (100) длиной (wl), шириной (ww) и высотой (wh) волновода.

Изобретение относится к светоизлучающей системе, которая содержит множество смежно расположенных светоизлучающих устройств. Каждое светоизлучающей устройство содержит пластинообразный световод, имеющий переднюю, заднюю и торцевые поверхности.

Волновод // 2572900
Изобретение относится к волноводу, который может быть деформирован в требуемую форму и зафиксирован в этой форме за счет полимеризации материала. Деформируемый волновод содержит гибкую подложку волновода и полимеризуемую часть, при этом полимеризуемая часть встроена в гибкую подложку волновода и полимеризуемая часть содержит мономер, который позволяет полимеризуемой части образовать жесткое ребро через деформируемый волновод после полимеризации, причем жесткое ребро предназначено для поддержки оставшейся части деформируемого волновода.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение равномерности освещения.

Изобретение относится к способам образования канала передачи оптического сигнала. Из материала, который выбирают исходя из длины волны используемого оптического излучения, изготавливают оптическую деталь, которая представляет собой волновод оптического излучения, выполненный в виде двух зеркально-симметричных дифракционных решеток и прямолинейного участка между ними.

Изобретение относится к оптическим волокнам с малыми изгибными потерями. Волокно содержит легированную диоксидом германия центральную область сердцевины, имеющую внешний радиус r1 и Δ1 показателя преломления.

Изобретение относится к осветительному устройству. Устройство содержит источник света и линзу, размещенную перед источником света.

Изобретение относится к волоконной оптике. Фотонно-кристаллическое халькогенидное волокно состоит из центрального волноведущего стержня из халькогенидного стекла, микроструктурной волноведущей оболочки из чередующихся слоев халькогенидного стекла и воздушных зазоров и второй защитной микроструктурной оболочки из многокомпонентного стекла.

Изобретение касается идентификации оптических волокон. Сущность заявленного решения заключается в том, что в каждое волокно оптической линии вводят оптический зондирующий сигнал.

Изобретение относится к методам химического парофазного осаждения для изготовления кварцевых световодов с малыми оптическими потерями. Согласно способу внутрь трубки заготовки волоконного световода вводят сухие, содержащие дейтерий газы, например пары диметилсульфоксида Д6.

Изобретение относится к области светотехники, а именно к устройствам освещения дневным светом. Техническим результатом является повышение эффективности компенсации потерь от поглощения дневного света. Коллектор (3) дневного света собирает дневной свет (4), который проводится световодом (5) к месту, подлежащему освещению, вдоль оптического пути, при этом дневной свет поглощается световодом. Фотолюминесцентный материал (71, 72) расположен в пределах оптического пути и излучает фотолюминесцентный свет, который компенсирует поглощение дневного света световодом. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области устройств для сращивания оптического кабеля. Заявленная коробка (1) для сращивания оптического кабеля, содержащая вспомогательное устройство для заполнения зазоров и обеспечения водонепроницаемости, включает в себя по меньшей мере одну торцевую поверхность (2) для прохода кабеля, по меньшей мере одно вспомогательное устройство для заполнения зазоров и обеспечения водонепроницаемости и по меньшей мере одну эластичную усадочную трубку (4). Торцевая поверхность (2) оснащена первой полой цилиндрической трубкой (3), при этом оптический кабель, гидроизоляция которого обеспечивается эластичной усадочной трубкой (4), проходит сквозь полую цилиндрическую трубку (3) в виде сдвоенного кабеля (5), после того как его согнут «лицом к лицу», при этом в коробке может быть выполнено промежуточное ответвление и промежуточное разделение кабеля без его отключения. Вспомогательное устройство взаимодействует с оптическим кабелем в полой цилиндрической трубке (3), при этом первую водонепроницаемую конструкцию получают там, где вспомогательное устройство охвачено эластичной усадочной трубкой (4). По меньшей мере, наружная часть первой полой цилиндрической трубки (3) и, по меньшей мере, часть вспомогательного устройства также охвачены эластичной усадочной трубкой (4) с получением второй водонепроницаемой конструкции. Техническим результатом является обеспечение улучшенной водонепроницаемости и уменьшение стоимости. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Заявляемое изобретение относится к области химии и касается шихты для получения теллуритно-молибдатных стекол, которые могут найти применение в оптике для изготовления волоконных световодов и планарных оптических волноводов, применяемых в оптоэлектронных приборах видимого, ближнего и среднего ИК-диапазонов. Теллуритные стекла, содержащие оксиды редкоземельных элементов, могут быть использованы для изготовления компактных магнитооптических фильтров для защиты лазерных установок от отраженного излучения. Шихта для получения теллуритных стекол содержит смесь сложных оксидов элементов, бинарные оксиды которых являются компонентами стекла. Основным компонентом является Te2MoO7, к которому добавляют сложные оксиды теллура и трехвалентных элементов или сложные оксиды молибдена и вольфрама и трёхвалентных элементов (редкоземельных элементов и висмута). Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение оптической прозрачности теллуритно-молибдатных стекол с высоким содержанием в них триоксида молибдена в видимой и ближней ИК-областях спектра. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств. Светящаяся полоса для спортивного оборудования образована из гибких удлиненных элементов (10), точечно соединенных между собой. Гибкие удлиненные элементы (10) выполнены светящимися и формируют волнистости (150), представляющие собой последовательность выпуклостей и впадин. Каждый указанный гибкий удлиненный элемент состоит из прозрачной для света удлиненной оболочки (100) из синтетического материала, из последовательности светящихся элементов (102), утопленных в удлиненной оболочке (100), по меньшей мере, по одной линии, и гибкого усилительного троса (101), утопленного в оболочке (100) и простирающегося по всей ее длине, предназначенного для придания гибкому удлиненному элементу (10) сопротивления растяжению. При этом длина троса в упомянутой оболочке равна ее длине, а каждая из впадин гибкого удлиненного элемента (10) расположена напротив впадин по меньшей мере одного непрерывного удлиненного элемента. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности ввода светового излучения от источника света в волновод. Осветительное устройство содержит прозрачную волноводную пластинку (200) с первой поверхностью (201), противоположной второй поверхностью (202) и торцевой поверхностью между первой поверхностью и второй поверхностью. Источник (300) света сконфигурирован для подведения по меньшей мере части света источника света в направлении, перпендикулярном к одной или более из первой поверхности и второй поверхности. Прозрачная волноводная пластинка содержит люминесцентный материал (400), сконфигурированный для преобразования по меньшей мере части светового излучения от источника света в излучение люминесцентного материала. Средство (220) вывода света предназначено для выода излучения люминесцентного материала и опционарно светового излучения от источника света из прозрачной волноводной пластинки в направлении от одной или более из первой поверхности и второй поверхности. 13 з.п. ф-лы, 23 ил.

Высокомощный сверхъяркий малошумящий источник накачки содержит затравочный источник, который генерирует малошумящий световой сигнал, множество высокомощных полупроводниковых лазерных диодов, объединенных для испускания излучения вспомогательной накачки, и легированный Yb мультимодовый волоконный преобразователь длин волн излучения вспомогательной накачки. При этом излучение накачки имеет уровень шумов, идентичный уровню шумов малошумящего светового сигнала, яркость равна n×В, где n - число высокомощных полупроводниковых лазерных диодов, а B - яркость каждого высокомощного лазерного диода, выходная мощность (Ро), по существу равную nPd, где Pd - мощность каждого высокомощного лазерного диода, а n - их число. Технический результат заключается в устранении нелинейных эффектов, которые ограничивают усиление и качество луча. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх