一种金属/介质太赫兹空芯光纤及其连续制备方法和装置 |
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申请号 | CN202210380807.7 | 申请日 | 2022-04-12 | 公开(公告)号 | CN114966949A | 公开(公告)日 | 2022-08-30 |
申请人 | 华东师范大学; | 发明人 | 敬承斌; 刘晟; 程浩淼; 余烁颖; 鲁学会; 赵强; 褚君浩; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种金属/介质太赫兹空芯光纤及其连续制备方法和装置,其特点是该方法包括对介质管的预处理、在介质管外表沉积金属 镀 层、在金属镀层外表面涂覆保护层 树脂 并完成收卷等步骤,能够在连续长度的介质管外表面上沉积生长金属高反射膜,从而实现规模化制备金属/介质太赫兹空芯 波导 。本发明与 现有技术 相比具有弯曲性能好、传输损耗低、工艺简单等优点,有效地增强了介质层与金属层之间的结合性能,提升了光纤的耐候性及传输效果,实现规模化连续制备长度不限的金属/介质太赫兹空芯光纤,有效提高生产效率和降低生产成本,增大了金属/介质太赫兹空芯光纤的应用范围,具有较大的应用前景。 | ||||||
权利要求 | 1.一种金属/介质太赫兹空芯光纤,其特征在于采用内径为1 10 mm的介质管为空芯光~ |
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说明书全文 | 一种金属/介质太赫兹空芯光纤及其连续制备方法和装置技术领域[0001] [0002] 本发明涉及光纤制备技术领域,特别是一种金属/介质太赫兹空芯光纤及其连续制备方法和装置。 背景技术[0003] 随着太赫兹技术的飞速发展,其在成像、检测、传感和通讯等领域的应用需求日益增长,太赫兹波的传输作为太赫兹技术中的重要环节,受到了广泛的关注,开发用于太赫兹波传输的高可靠性光纤具有极大的必要性。迄今为止,科研人员已经开发出来包括空芯金属波导、介质管波导、光子晶体光纤和金属/介质空芯光纤在内的多种太赫兹光纤。其中,金属/介质太赫兹空芯光纤具有结构简单、无端面反射以及可调节低损耗传输窗口等优异特性受到了较大的关注。传统金属/介质空芯光纤的制备是向处于固定状态的毛细结构管内通入反应液在其内表面上沉积金属反射膜,其膜厚沿毛细管长度方向呈一定程度的梯度变化(不均匀),成为限制光纤研制长度的因素之一。 [0004] 目前,已有较多的文献报道利用化学液相沉积法制备金属/介质空芯光纤,然而介质层与金属层之间结合效果不好在一定程度上制约了光纤的传输性能。利用等离子体对介质管的外表面进行处理能够有效地增强金属层与介质层之间的结合性能,提高光纤的耐候性及传输效果。但是在已有公开的报道中没有一种能够大规模连续生产不限长度的金属/介质空芯光纤的制备方法和装置。这使得目前的金属/介质空芯光纤的制备成本较高且生产效率极低,同时,光纤的长度也限制了其大规模应用的前景。 发明内容[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种金属/介质太赫兹空芯光纤及其连续制备方法和装置,采用内径为1 10 mm的介质管为空芯光纤的介质层,其外表面依次~设有金属镀层和树脂保护层构成金属/介质太赫兹空芯光纤,在介质管外表沉积金属镀层、在金属镀层外表面涂覆保护层树脂并完成收卷,实现在连续长度的介质管外表面上沉积生长金属高反射膜,连续、规模化制备金属/介质太赫兹空芯波导的生产装置,可连续生产且长度不限,工艺简单,生产成本低,生产效率高,弯曲性能好、传输损耗低等优点,较好的解决了介质层与金属层之间结合性能较差,且难以大规模连续生产的问题,具有广泛的应用前景。 [0006] 本发明的目的是这样实现的:一种金属/介质太赫兹空芯光纤,其特点是采用内径为1 10 mm的介质管为空芯光纤的介质层,其外表面依次设有金属镀层和树脂保护层构成~金属/介质太赫兹空芯光纤,所述介质层为太赫兹低吸收率的聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙乙烯或环烯烃共聚物;所述金属镀层为太赫兹波高反射率的银、铜或金的金属材料;所述树脂保护层为硅橡胶树脂或丙烯酸树脂;所述介质层的厚度为10 500 μm;所述金属镀层的厚度~ 为100 2000 nm;所述树脂保护层厚度为100 2000 μm。 ~ ~ [0007] 一种金属/介质太赫兹空芯光纤的连续制备方法,其特点是该方法具体包括下述步骤:a步骤:对连续长度的介质管进行清洗、干燥和等离子气体的预处理,将预处理后的介质管两端使用密封材料封口; b步骤:将预处理后的介质管持续通过动态液相化学沉积反应区,在介质管外表沉积金属镀层; c步骤:将镀有金属层的介质管引入干燥区,干燥后在金属镀层外表面均匀涂敷粘性树脂胶液,固化后得到树脂保护层; d步骤:去除介质管两端的封口并收卷,完成金属/介质太赫兹空芯光纤的制备。 [0008] 所述介质管为内径1 10 mm的聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙乙烯或环烯烃共聚物管~材,其壁厚为10 500 μm;所述金属镀层为银、铜或金的金属材料,其镀层厚度为100 2000 ~ ~ nm;所述树脂保护层的材料为硅橡胶树脂或丙烯酸树脂,其保护层的厚度为100 2000 μm; ~ 所述等离子气体为氢气、氧气、氩气或氮气。 [0009] 一种金属/介质太赫兹空芯光纤的连续制备装置,其特点是采用液相沉积金属反应单元、树脂涂敷单元和绕线盘组成金属/介质太赫兹空芯光纤的连续制备装置,将预处理后的介质管由导向轮依次进入液相沉积金属反应单元和树脂涂敷单元进行金属镀层的沉积和保护层的树脂涂敷,所述液相沉积金属反应单元包括:沉积反应腔体、干燥区、蠕动泵和反应液;所述树脂涂敷单元包括:树脂涂覆腔体和树脂固化区;所述介质管由导向轮送入液相沉积金属反应单元,在沉积反应腔体内与蠕动泵送入反应腔体的液相沉积溶液在介质管表面沉积金属粒子,形成金属镀层后送入干燥区进行热风干燥;所述树脂涂敷单元将送入的介质管在树脂涂覆腔体内使树脂胶液均匀涂敷在金属镀层的表面,形成树脂保护层后送入树脂固化区,固化后的介质管为金属/介质太赫兹空芯光纤,且由绕线盘收卷,实现长度不限的金属/介质太赫兹空芯光纤的连续生产。 [0010] 本发明与现有技术相比具有弯曲性能好、传输损耗低,工艺简单、连续生产长度长等优点,对介质管等离子体处理,有效地增强了介质层与金属层之间的结合性能,提升光纤的耐候性及传输效果,能够实现规模化连续制备长度不限的金属/介质太赫兹空芯光纤,有效提高生产效率、降低生产成本,进一步增大了金属/介质太赫兹空芯光纤的应用范围,具有较大的应用前景。附图说明 具体实施方式[0012] 参阅图1,本发明采用内径为1 10 mm的介质管为空芯光纤的介质层110,其外表面~依次设有金属镀层120和树脂保护层130构成金属/介质太赫兹空芯光纤,所述介质管110为太赫兹低吸收率的聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙乙烯或环烯烃共聚物管材;所述金属镀层120为太赫兹波高反射率的银、铜或金的金属材料;所述树脂保护层130为硅橡胶或丙烯酸树脂。 [0013] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述地实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得地所有其他实施例,均属于本发明保护的范围。 [0014] 实施例1参阅图2,本发明的金属/介质太赫兹空芯光纤的连续制备具体包括以下步骤: S1:对介质管外表面进行预处理,包括清洗、干燥及等离子体处理。 [0015] 本步骤中,优选的介质管内径为1 10 mm,介质层的厚度为100 500 μm,等离子体~ ~处理时所使用的气体包括但不限于氢气、氧气、氩气和氮气,等离子体处理时间为3 30 ~ min。 [0016] S2:采用化学液相沉积法在介质管外表面制备金属镀层并干燥。 [0017] 本步骤中,利用蠕动泵向反应腔内通入反应液,反应液在反应腔内反应生成金属原子沉积在介质管外表面上形成金属镀层;反应废液从腔体下端排出,沉积有金属层的介质管通过腔体下端进入干燥区;在干燥区通过加热升温及通风等方式对样品进行干燥。 [0018] S3:在金属镀层外表面涂敷树脂保护层并固化干燥。 [0019] 本步骤中,表面沉积金属层的介质管经过干燥后进入保护层树脂涂敷腔体,表面涂敷有保护层树脂的样品通过腔体下端进入保护层树脂固化区;固化区通过紫外光固化及加热通风等方式对样品进行固化干燥。 [0020] S4:收卷并完成金属/介质太赫兹空芯光纤的制备。 [0021] 参阅图3,本发明的金属/介质太赫兹空芯光纤的连续制备装置包括:液相沉积金属反应单元310、保护层树脂涂覆单元320和绕线盘330;其中,经过预处理后的介质管350经过导向轮340后进入液相沉积金属反应单元310,介质管350在表面沉积金属镀层并经过干燥后进入保护层树脂涂覆单元320,在成功涂覆保护层树脂并经过固化后由绕线盘330收卷,完成金属/介质太赫兹空芯光纤的制备。 [0022] 所述液相沉积金属反应单元310包括:沉积反应腔体311、干燥区312、蠕动泵313和反应液314;蠕动泵313将反应液314泵入沉积反应腔体311,介质管350外表面于沉积反应腔体311内沉积金属镀层,并由干燥区312进行干燥。 [0023] 所述保护层树脂涂覆单元320包括:树脂涂覆腔体321和树脂固化区322;经过干燥后的表面镀有金属层的介质管350进入树脂涂覆腔体321内,在金属层表面均匀涂覆保护层树脂胶液,然后进入树脂固化区322固化干燥。 [0024] 上述金属/介质太赫兹空芯光纤的作用机理和优势在于:利用等离子体处理介质管外表面,极大地改善了介质层与金属层之间的结合性能,增强了光纤的性能。此外,针对金属/介质太赫兹空芯光纤这一结构,传统的制备方法与制备系统是向处于固定状态的毛细结构管内通入反应液在其内表面上沉积金属反射膜,其膜厚沿毛细管长度方向呈一定程度的梯度变化(不均匀),成为限制光纤研制长度的因素之一,本发明对传统的制备方法与装置做出了相应的改进,使得其能够规模化连续生产长度不限的金属/介质太赫兹空芯光纤。 |