專利名稱：聚合物微結(jié)構(gòu)光纖選擇注入裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微結(jié)構(gòu)光纖器件制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚合物微結(jié)構(gòu)光纖，是一種包層具有周期性排列的沿光纖軸線平行伸展的微孔結(jié)構(gòu)的新型聚合物光纖。由于聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的微孔直徑在微米量級，對如此小的微孔進行選擇注入固然可以采用高精度高性能的顯微操作設(shè)備和微注射設(shè)備將微量的液體注入到所需的微孔中去，但即使是最先進的顯微操作設(shè)備和微注射設(shè)備也很難完成向所選擇的微孔內(nèi)注入幾厘米長度沒有氣泡的液柱，同時顯微操作設(shè)備和微注射設(shè)備存在設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜的問題。我們針對這點開發(fā)了一種簡便有效的選擇注入裝置及其方法，使得制作各種選擇注入的微結(jié)構(gòu)光纖器件成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種新型聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入裝置及其方法。
本發(fā)明所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖選擇注入裝置其特征在于，含有機械真空泵，極限真空度為5×10-4托，抽速為1升/秒；非標準的KF型快接真空接頭；注射器及針頭采用標準的10ml注射器及3～16號針頭，用于伸入聚合物微結(jié)構(gòu)光纖預(yù)制棒微孔中進行抽吸。所述注射器通過所述非標準的KF型快接真空接頭與所述機械真空泵相連；在所述非標準的KF型快接真空接頭中，真空規(guī)管的內(nèi)徑為16～20毫米，外徑為26.5～30.5毫米，長度為24毫米。
本發(fā)明所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖選擇注入方法，其特征在于，依次含有以下步驟步驟(1)，把由排列好的中空的預(yù)制管構(gòu)成的預(yù)制棒拉制成中部具有錐形結(jié)構(gòu)的待注入聚合物微結(jié)構(gòu)光纖。細的部分是光纖，粗的部分是排列好的預(yù)制棒，光纖中的微孔和預(yù)制棒中的預(yù)制管是連通的；步驟(2)，檢查由機械真空泵，非標準的KF快接真空接頭，注射器及針頭依次連接構(gòu)成的真空設(shè)備的氣密性，盡可能減少漏氣對真空抽吸的影響。
步驟(3)，切割步驟(1)所述的帶錐光纖，再把切好端面的光纖端立刻放入盛有液體的燒杯中，把端面侵入液面下；步驟(4)，將針頭與需注入的微孔所對應(yīng)的預(yù)制管連接，用化學(xué)密封材料密封；步驟(5)，當需要抽吸多個微孔時先把不需要抽吸的預(yù)制管用化學(xué)密封材料密封，再取下注射器，使預(yù)制棒直接與所述非標準的KF型真空接頭相連接；
步驟(6)，打開所述機械真空泵，開始抽吸，并觀察注入情況，當注入接近到設(shè)定長度后先關(guān)閉機械真空泵，待液柱穩(wěn)定后打開非標準KF型快接真空接頭，再從液體中取出光纖端；步驟(7)，判斷注入效果，當出現(xiàn)液柱中混入氣泡或長度未符合設(shè)定要求在內(nèi)的情況時重復(fù)步驟(3)～步驟(6)，一直到得到設(shè)定注入效果的光纖為止。
我們采用聚甲基丙烯酸甲脂材料制作的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖進行注入，注入液體使用液晶5CB，選擇光纖結(jié)構(gòu)中心孔進行注入，結(jié)果如圖3所示?？諝饪装慈蔷Ц衽帕小？字睆絛＝8μm，光纖直徑為200μm，徑向最大起伏為4.3μm，注入長度為15cm。
該注入方法注入的光纖微孔最小可達2μm，注入液柱最長達5米。
流程圖如圖4所示。


圖1非標準的KF型真空規(guī)管的設(shè)計圖其中a為KF型真空規(guī)管整體設(shè)計圖，b為真空規(guī)管部分設(shè)計圖。
圖2用于注入的PMOF預(yù)制棒-錐-光纖結(jié)構(gòu)其中1為光纖，2為椎體，3為預(yù)制棒；圖3聚合物微結(jié)構(gòu)光纖選擇注入光纖橫截面照片；圖4選擇注入方法流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出了一種新型聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入裝置及其方法。
在此方法的作用下，可以將液體注入到聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的任意微孔中，從而制作光纖器件。
該聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法由注入裝置與操作步驟兩部分組成。
注入裝置由機械真空泵，KF快接真空接頭，注射器及針頭構(gòu)成。其中機械真空泵是2XZ-1旋片真空泵，由上海真空泵廠提供，極限真空度為5×10-4托，抽速為1升/秒，該泵用于提供真空環(huán)境。KF快接真空接頭采用非標中的KF25真空接頭，如圖1所示。用于連接注射器與機械真空泵；注射器及針頭采用標準的10ml注射器及3～16號針頭，用于伸入聚合物微結(jié)構(gòu)光纖預(yù)制棒微孔中進行抽吸。其注入的原理如下考慮這樣一種方式來實現(xiàn)選擇注入。首先在聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的拉絲過程中我們會將聚合物微結(jié)構(gòu)光纖預(yù)制棒拉制成如圖2所示的上粗下細的錐形結(jié)構(gòu)，粗的部分是排列好的預(yù)制棒，細的部分是光纖，中間為錐形，光纖結(jié)構(gòu)如圖3所示。在這樣結(jié)構(gòu)下，上方的預(yù)制棒的直徑一般為幾厘米，內(nèi)部排列的預(yù)制管直徑一般為0.3～2mm，足以讓我們進行各種操作。如果拉絲的過程中控制好工藝條件，拉制出的光纖中的微孔和預(yù)制棒中排列的預(yù)制管是連通的。通過對特定預(yù)制管的操作我們可以完成對光纖中特定微孔的抽吸。
將光纖端放在盛有被注入的液體的燒杯中，光纖端伸入液面以下，在選擇的微孔對應(yīng)的預(yù)制管一端直接加真空抽吸，這樣液體將僅進入受到抽吸作用的微孔中，從而實現(xiàn)了對此微孔的選擇注入。其它微孔由于毛細現(xiàn)象會略微注入一些液體，但非常少。如果需要注入的微孔較多可以將該方法稍做變化如將光纖端放在注入液體中，在預(yù)制棒端用合適的物質(zhì)(如碳酸鈣、液體石蠟或甘油)在預(yù)制棒端堵塞不需要注入的微孔對應(yīng)的預(yù)制管，然后對整個預(yù)制棒進行真空抽吸。由于非選擇的預(yù)制管被堵塞，則其連通的光纖微孔不受到抽吸作用，而且毛細作用也會因內(nèi)部壓力增加而受到抑制，因此只有需要注入的微孔會被注入液體。具體操作方法見發(fā)明內(nèi)容部分及圖4。在注入過程中液體在微結(jié)構(gòu)光纖中的注入長度隨時間的變化關(guān)系為L(t)=r2ΔPtη---(1)]]>其中L為t時間液體注入的長度，r為圓孔半徑，ΔP為壓力差，η為液體的粘度系數(shù)。
權(quán)利要求
1.聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入裝置，其特征在于，含有機械真空泵，極限真空度為5×10-4托，抽速為1升/秒；非標準的KF型快接真空接頭；注射器及針頭采用標準的10ml注射器及3～16號針頭，用于伸入聚合物微結(jié)構(gòu)光纖預(yù)制棒微孔中進行抽吸，所述注射器通過所述非標準的KF型快接真空接頭與所述機械真空泵相連；在所述非標準的KF型快接真空接頭中，真空規(guī)管的內(nèi)徑為16～20毫米，外徑為26.5～30.5毫米，長度為24毫米。
2.聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，依次含有以下步驟步驟(1)，把由排列好的中空的預(yù)制管構(gòu)成的預(yù)制棒拉制成中部具有錐形結(jié)構(gòu)的待注入聚合物微結(jié)構(gòu)光纖，細的部分是光纖，粗的部分是排列好的預(yù)制棒，光纖中的微孔和預(yù)制棒中的預(yù)制管是連通的；步驟(2)，檢查由機械真空泵，非標準的KF型快接真空接頭，注射器及針頭依次連接構(gòu)成的真空設(shè)備的氣密性，盡可能減少漏氣對真空抽吸的影響；步驟(3)，切割步驟(1)所述的帶錐光纖，再把切好端面的光纖端立刻放入盛有液體的燒杯中，把端面侵入液面下；步驟(4)，將針頭與需注入的微孔所對應(yīng)的預(yù)制管連接，用化學(xué)密封材料密封；步驟(5)，當需要抽吸多個微孔時先把不需要抽吸的預(yù)制管用化學(xué)密封材料密封，再取下注射器，使預(yù)制棒直接與所述非標準的KF型真空接頭相連接；步驟(6)，打開所述機械真空泵，開始抽吸，并觀察注入情況，當注入接近到設(shè)定長度后先關(guān)閉機械真空泵，待液柱穩(wěn)定后打開非標準KF型快接真空接頭，再從液體中取出光纖端；步驟(7)，判斷注入效果，當出現(xiàn)液柱中混入氣泡或長度未符合設(shè)定要求在內(nèi)的情況時重復(fù)步驟(3)～步驟(6)，一直到得到設(shè)定注入效果的光纖為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(3)時，用刀片在光纖上輕劃，然后用拉力使其自然斷裂，以防止原有端面上的包括灰塵在內(nèi)的雜物堵塞微孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(3)時把光纖的端面伸入液面下1cm～2cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(3)時，若預(yù)制管內(nèi)徑較大則把針頭伸入預(yù)制管中，否則，反之。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(4)時所述的密封物質(zhì)是硅脂或橡皮泥。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，當注入無色液體時要先用注射器注入一小段有色液體，然后把光纖放在無色液體中繼續(xù)注入。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，在步驟(7)中，要切下一段光纖，在顯微鏡下觀察截面，以判斷注入質(zhì)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，在所述步驟(5)中，所述的化學(xué)密封材料是碳酸鈣、液體石蠟及甘油中的任何一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的選擇注入方法，其特征在于，所述聚合物微結(jié)構(gòu)光纖是用聚甲基丙烯酸甲脂材料制作的。
全文摘要
本發(fā)明屬于微結(jié)構(gòu)光纖器件技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于所述的選擇注入裝置由機械真空泵，非標準KF型快接真空接頭，注射器及針頭依次密封相連接構(gòu)成，所述的方法是把液體注入帶錐聚合物微結(jié)構(gòu)光纖的任意空氣孔中，使得制作各種選擇注入的微結(jié)構(gòu)光纖器件成為可能。用本發(fā)明所述方法注入的光纖微孔最小可達2μm，注入液柱最長達5米。
文檔編號G02B6/00GK1888938SQ20061008973
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者張冶金, 陸洋, 彭小舟, 謝世鐘 申請人:清華大學(xué)