As-S玻璃光纤传像束的制备及性能研究
本文选题:硫系玻璃 + 中红外光纤传像束 ; 参考:《江苏师范大学》2017年硕士论文
【摘要】:以柔性硫系红外光纤传像束替代传统的硬质传光元件作为传输元件,与红外探测器相连用于红外图像传输,极大的优化了系统结构,减小系统重量和体积,可显著降低红外成像系统的制备成本,提高系统性能;而且,红外光纤传像束可用于在强电磁辐射、危险环境以及狭小空间中传输热量分布,在国防、医疗、工业检测、安防等领域有着重要的应用前景。因此,针对柔性高分辨率硫系红外光纤传像束的制备及其光学性能研究具有非常重要的应用价值。然而,因硫系玻璃光纤化学键较弱引起的机械性能较差、玻璃化转变温度低等问题,导致单丝直径通常很难小于50μm、与酸溶玻璃的玻璃化转变温度、热膨胀系数等关键物理参数不匹配等。因此,柔性高分辨率硫系光纤传像束的制备和应用仍需克服诸多技术难题。本文旨在探索制备柔性硫系光纤传像束方法和实现高分辨率的红外热像传输,通过提高单丝的机械性能、调整光纤单丝结构、优化单丝排列方式等改进硫系光纤传像束的制备工艺,并分析了改进的制备工艺对硫系光纤传像束的分辨率、填充率、串扰及与红外CCD的耦合效果等影响,最终制备了高分辨柔性的光纤传像束,并进行了它们在热像传输方面的应用研究,主要工作和获得的结果如下:(1)通过引入特征温度与硫系玻璃相匹配的高性能热塑性聚合物聚酰亚胺(PEI)作为光纤包层,有效提高了单丝光纤机械强度,降低光纤传像束的断丝率,结合复丝工艺制备了像元数为900、单丝直径为80μm的As2S3/PEI光纤传像束。计算得到其断丝率为1%,分辨率为7lp/mm,串扰率为1%。通过制备的传像束作为传输介质得到了清晰的电烙铁红外图像,但由于单丝直径大、串扰率高等因素导致光纤传像束分辨率低,通过其获得的热图像细节不清晰。(2)为进一步提高光纤传像束的分辨率,通过复丝工艺制备了由~810000根单丝呈高度规则六边形结构堆积而成的As2S3/PEI光纤传像束,其中单丝直径为10μm、As2S3芯径为9μm。经计算,所得传像束的横截面面积为110 mm2,填充率为50%、分辨率为45lp/mm、串扰率为~2.5%。通过长度为6cm的光纤传像束获得轮廓一致、细节清晰的电络铁热像图。但去除光纤表面的PEI包层使单丝间串扰率急剧增加,虽然实现柔性,但却导致获得图像模糊。(3)为实现传像束柔性的同时,有效减小其串扰率,通过引入玻璃挤压技术制备了具有超大芯包比例的单丝预制棒,制备了包含~200000根As40S60/As38S62/PEI纤芯/内包层/外包层单丝结构、横截面积≥30mm2的传像束,有效地将光纤传像束的串扰率降低至1.5%;同时,减小了复丝束外层的PEI保护层厚度,有效提高了光纤的填充率、减少了热像图中的黑色栅格,有效提高了热像图的清晰度。使用特定溶剂去除光纤传像束单丝表面的PEI,最终获得了柔性光纤传像束。(4)为提高传像束输出端与红外CCD的耦合效率,采用精密玻璃挤压工艺得到横截面为正方形结构的As2S3光纤预制棒;并通过控制拉丝工艺,以PEI为外包层得到横截面为正方形结构的As2S3/PEI单丝,结合复丝工艺将单丝以正方形结构排列制得As2S3/PEI光纤传像束,显著提高了填充系数,达到≥85%。有效解决了传像束输出端面与CCD耦合不对称的问题。
[Abstract]:The flexible sulfur system infrared optical fiber transmission beam is used instead of the traditional hard transmission element as the transmission element, which is connected with the infrared detector for infrared image transmission. It greatly optimizes the system structure, reduces the system weight and volume, and can significantly reduce the preparation cost of the infrared imaging system and improve the system performance. Furthermore, the infrared optical fiber transmission beam can be used. The distribution of heat distribution in strong electromagnetic radiation, dangerous environment and small space has an important application prospect in the fields of national defense, medical treatment, industrial testing, security and other fields. Therefore, it has very important application value for the preparation and optical properties of flexible high resolution sulfur based infrared optical fiber transmission beam. However, the sulfur based glass light is used. The weak mechanical properties and low glass transition temperature caused by the weak chemical bond of fiber lead to the difficulty of the monofilament diameter less than 50 mu m, the glass transition temperature of acid soluble glass, the key physical parameters such as the thermal expansion coefficient and so on. Therefore, the preparation and application of the flexible high resolution sulfur system optical fiber beam still need to overcome many techniques. The purpose of this paper is to explore the preparation of a flexible sulfur based optical fiber transmission method and the high resolution infrared thermal image transmission. By improving the mechanical properties of the monofilament, adjusting the structure of fiber monofilament, optimizing the arrangement of monofilament, and improving the preparation process of the optical fiber transmission beam of the sulfur system, the improved preparation process has been analyzed for the separation of the optical fiber transmission beam of the sulfur system. The resolution, the filling rate, the crosstalk and the coupling effect of the infrared CCD were influenced, and the high resolution flexible optical fiber bundles were prepared, and their applications in the thermal image transmission were studied. The main work and results were as follows: (1) the high performance thermoplastic polyimide (P) was introduced by the introduction of the characteristic temperature with the sulfur based glass. EI) as an optical fiber cladding, it effectively improves the mechanical strength of monofilament fiber and reduces the broken wire rate of the optical fiber transmission beam. The As2S3/PEI fiber transmission beam with the pixel number of 900 and the monofilament diameter of 80 m is prepared by the double filament process. The broken wire rate is calculated to be 1%, the resolution is 7lp/mm, the series interference rate is 1%. through the preparation of the transmission medium as the transmission medium. The infrared image of a clear electric soldering iron is clear, but because of the large diameter of the monofilament and the low crosstalk rate, the resolution of the optical fiber image beam is low, and the details of the thermal image obtained through it are not clear. (2) to further improve the resolution of the optical fiber transmission beam, the As of the ~810000 root monofilament is prepared by the complex filament process. 2S3/PEI fiber transmission beam, in which the diameter of the monofilament is 10 u m, and the diameter of the As2S3 core is 9 M., the cross section area of the image beam is 110 mm2, the filling rate is 50%, the resolution is 45lp/mm, the crosstalk rate is ~2.5%. through the fiber image bundle of the length 6cm, and the detail clear electric heat image of the electric collaterals is obtained. But the PEI cladding of the fiber surface is removed. The crosstalk rate of the monofilament is increased sharply, although the flexibility is realized, but the image is blurred. (3) in order to achieve the flexibility of the image beam, the crosstalk rate is reduced effectively. By introducing the glass extrusion technology to prepare the monofilament preform with the proportion of super core package, and the As40S60/As38S62/PEI core / inner cladding / outsource layer containing ~200000 root is prepared. The monofilament structure and the cross section area of the image beam of more than 30mm2 can effectively reduce the crosstalk ratio of the optical fiber image beam to 1.5%. At the same time, the thickness of the PEI protection layer in the outer layer of the compound wire is reduced, the filling rate of the fiber is improved, the black grid in the thermal image is reduced, the clarity of the thermal image is improved effectively. The optical fiber transmission beam is removed by a specific solvent. The PEI of the monofilament surface finally obtained the flexible optical fiber image beam. (4) in order to improve the coupling efficiency of the output end of the image beam and the infrared CCD, the As2S3 fiber preform with a square cross section of the cross section was obtained by the precision glass extrusion process, and the As2S3/PEI monofilament with a square cross section of the cross section was obtained by controlling the drawing process. The As2S3/PEI fiber image beam is arranged in square structure by combining the double filament technology. The filling coefficient is greatly improved, and the problem that the coupling asymmetry of the output end of the image beam and the CCD is solved effectively can be solved by more than 85%..
【学位授予单位】:江苏师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN253
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,本文编号:1928485
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