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《中国建材报》:光纤技术新突破 产品再上新台阶——记中国建材总院成功研制四微米倒像器
    作者: 时间:2017-01-09 打印
     
 

来源:《中国建材报》4版  作者:王三昭  发表时间:2016/12/29

  中国建筑材料科学研究总院(简称中国建材总院)在光学纤维研发与应用方面拥有悠久的历史和辉煌的成就:中国第一束光导纤维、第一束干扰材料、第一片光学纤维面板、第一片微通道板、中国微光夜视核心元器件及无源干扰材料无一例外地都诞生在这里。一直以来,玻纤院以产品品种齐全著称,各种不同规格的光纤板、倒像器、防光晕牛眼窗、通道板和光锥等,一应俱全且质优价廉。

  光纤倒像器作为微光夜视的核心元器件,它是硬质光纤器件光纤面板的一种,除具有普通光纤面板传光效率高、级间耦合损失小、传像清晰真实、在光学上具有零厚度等特点以外,还具有将图像反转180°,使传输的像成为倒立的像的功能,目前主要应用于微光夜视仪的像增强器中实现光学倒像。它的应用有效缩短了像增强器的尺寸,减少了原有中继透镜倒像系统的场区畸变和虚焦缺陷,提高了成像清晰度和分辨率,是超二代近贴式微光像增强器的核心器件之一。

  10年前的微光夜视仅仅只需要满足看得见的要求,10年后的今天则向着视距更远、视野更宽、视场更清晰、瞄准更精确的方向发展。作为微光夜视核心器件的光纤制品质量要求越来越高:放大率从没有要求提高到1%;剪切从不大于30微米提高到不大于20微米;暗点尺寸从不大于150微米提高到不大于50微米,还有像位移、网格等各项技术指标不断更新,有的甚至是数量级的变化。在指标升级面前,只有不断对光纤技术进行革新,才能保证持续稳步的发展。

  目前光纤面板产品多数是6微米光纤倒像器,即成品单纤维直径约为6微米。从理论计算与实际应用情况看,直接调整单纤维直径可以有效提高光学纤维制品的分辨率。近年来,随着微光成像技术发展,使高分辨率的光纤面板在微光成像器上得到重要应用。4微米光纤倒像器即成品单纤维直径约为4微米的光纤倒像器,其制作将较大幅度提高微光成像器的分辨率。中国建材总院看准这一发展方向,积极组织技术人员进行4微米倒像器技术攻关。与6微米光纤倒像器相比,4微米光纤倒像器的制作难度加大,主要原因有3个。第一,随着纤维直径的变细,玻璃的析晶下限温度将下移,导致常规光纤倒像器用玻璃的抗析晶性能难以满足工艺要求。第二,扭转成型工艺过程中,光学纤维变形差异较大,这就要求在扭转温度附近,组成光学纤维的芯皮玻璃材料粘度要尽可能一致,而4微米光纤倒像器单元纤维直径只有4微米,是常规光纤倒像器的60%,对芯皮玻璃粘度要求更高。第三,光纤倒像器在扭转过程中,纤维长度随着纤维到面板中心的距离成比例增加,随着长度增加,纤维直径成比例减小,同时纤维的形状也由原来柱形纤维变成锥形纤维。这一变化使得倒像器的光学性能发生了较大变化,如边缘分辨力和数值孔径等下降。针对在制作4微米倒像器过程中出现的一系列问题,技术攻关人员从原材料成分、毛坯制作工艺、扭转成型工艺到光学精加工等方面进行反复设计与调整,并在生产线上进行尝试,凭借自己的智慧与实干精神,克服一个又一个的困难,最终成功制备了符合企业标准的4微米倒像器,并经过后期的工艺优化,已完成了小批量的生产。

  中国建材总院在提升光纤技术的道路上将永不停歇,朝着更高的目标稳步前进,为我国微光夜视技术发展做出更大贡献。