專利名稱：實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型有關(guān)一種空腔波導(dǎo)，用于傳輸激光器的電磁輻射，主要應(yīng)用在醫(yī)療，工業(yè)和軍事方面。
背景技術(shù)：
CO2激光器廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，工業(yè)和軍事，大量的光纖和空心波導(dǎo)被用作激光的傳輸介質(zhì)。相對(duì)于以往用于通信的石英光纖，對(duì)于波長比較大的高能量CO2激光，空腔波導(dǎo)被證實(shí)具有優(yōu)異的傳輸特性，具有巨大的商業(yè)優(yōu)勢。用來傳輸電磁波的具有電介質(zhì)涂層的空心波導(dǎo)早在1950年開始就有所研究。但是直到1983年，用來傳輸紅外光波段的CO2激光具有電介質(zhì)層的空心波導(dǎo)才得以研制成功。(M.Miygi等在1983年的《應(yīng)用物理快報(bào)》雜志上發(fā)表了題為“Fabrication of Germanium-coatedNickel Hollow Waveguides for Infrared Transmission，，的文章)。從此，其他科研人員相繼提出各種空心波導(dǎo)的制造方法?？招牟▽?dǎo)現(xiàn)在廣泛用于醫(yī)療，工業(yè)加工及光傳輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域。尤其是波長在 10. 6 μ m和0. 6328 μ m的激光特別適合在空心波導(dǎo)中傳輸。硬空心波導(dǎo)由不銹鋼和在不銹鋼內(nèi)壁上鋁陶瓷管組成，已廣泛用于在硬內(nèi)窺鏡內(nèi)傳輸CO2激光(參考美國專利N0: 4，917，083)。這些波導(dǎo)，受制于長度和承受功率，當(dāng)激光光源非正常的入射到波導(dǎo)中時(shí)，容易局部過熱或者融化。并且，由于陶瓷管缺乏內(nèi)延展性而不易彎曲，因此不宜在柔性波導(dǎo)中應(yīng)用。一些熟知的金屬空心波導(dǎo)由于沒有足夠的柔韌性，易局部過熱，限制了他們的最大輸入功率。另一種塑料型柔性空心波導(dǎo)的內(nèi)徑較大，但是功率傳輸效率非常低。以下美國專利曾公布了空心波導(dǎo)和激光器的光管N0 4, 652，083、NO 4，688，892、NO :4，805, 987、NO :4，913，505 和 NO :4，930, 863，這些專利作為參考。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)體空心波導(dǎo)及其制備裝置，本實(shí)用新型的實(shí)體、空心的柔性波導(dǎo)和硬波導(dǎo)，應(yīng)用面廣，能用來傳輸紅外和可見光輻射。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是實(shí)體空心波導(dǎo)，包括實(shí)體空心管，實(shí)體空心管的內(nèi)壁還設(shè)有增反電介質(zhì)薄膜，所述實(shí)體空心管可采用銀、金、鋇、鉻、銅、鉬、鎳、錫、鎢、鉛、 鋅、鐵中的任何一種，當(dāng)實(shí)體空心管采用銀時(shí)，增反電介質(zhì)薄膜采用氟化銀、氯化銀、溴化銀或碘化銀中的任何一種。所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，包括讓拋光液在實(shí)體空心管中流動(dòng)的裝置，該裝置包括第一分液漏斗、第一管接頭和第一燒杯，第一分液漏斗通過第一閥門和第一管接頭相連，實(shí)體空心管接至第一管接頭的另一端，實(shí)體空心管的下端設(shè)有第一燒杯。所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，包括用去離子水清洗的超聲波清洗裝置，該裝置包括第二燒杯、第一超聲波清洗機(jī)和支架，第二燒杯通過支架夾持，第二燒杯還安放在第一超聲波清洗機(jī)內(nèi)，第二燒杯內(nèi)設(shè)有去離子水，實(shí)體空心管浸入去離子水中。所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，包括讓NH4OH溶液在實(shí)體空心管中流動(dòng)的裝置，該裝置包括第二分液漏斗、第二管接頭和第二燒杯，第二分液漏斗依次通過第二閥門和第三閥門接至第二管接頭上，第二管接頭的另一端接至實(shí)體空心管，實(shí)體空心管之下設(shè)有第二燒杯。所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，包括用NH4OH溶液清洗的超聲波清洗裝置，該裝置包括第三燒杯、第二超聲波清洗機(jī)和支架，第三燒杯通過支架夾持，第三燒杯還安放在第二超聲波清洗機(jī)內(nèi)，第三燒杯內(nèi)設(shè)有NH4OH溶液，實(shí)體空心管浸入NH4OH溶液中。所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，包括讓NH4OH溶液在實(shí)體空心管中流動(dòng)的裝置， 該裝置包括第一泵浦裝置、第一耦合器和第四燒杯，第一泵浦裝置包含兩個(gè)端口，其兩端口間設(shè)有第一減壓閥，第一泵浦裝置的入口端接有吸管，第一泵浦裝置的出口端接有第一耦合器，第一耦合器的另一端夾持實(shí)體空心管，第四燒杯內(nèi)設(shè)有NH4OH溶液，吸管的入口和實(shí)體空心管的一端開口均浸入NH4OH溶液中。所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，包括通過管子抽取去離子水的裝置，該裝置包括第二泵浦裝置、過濾器、預(yù)濾器、第二耦合器和第五燒杯，第二泵浦裝置包含兩個(gè)端口，其兩端口間設(shè)有第二減壓閥，第二泵浦裝置的出口端接有第二耦合器，第二耦合器的另一端夾持實(shí)體空心管，第二泵浦裝置的入口端接至過濾器的出口端，過濾器的入口端接至預(yù)濾器，預(yù)濾器的另一端接至吸管，第五燒杯中盛有去離子水，吸管的入口和實(shí)體空心管的一端開口浸入去離子水中。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的實(shí)體、空心的柔性波導(dǎo)和硬波導(dǎo)，應(yīng)用面廣，能用來傳輸紅外和可見光輻射。本實(shí)用新型還提供了低成本、高效率的化學(xué)拋光和清潔的裝置，該裝置能用于制備實(shí)體空心波導(dǎo)。

圖1為本實(shí)用新型固體基材實(shí)體空心銀管；圖2為圖1中實(shí)體空心管的橫剖面；圖3為本實(shí)用新型中有電介質(zhì)涂層固體實(shí)體空心銀波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；圖4為圖3中實(shí)體空心銀波導(dǎo)的橫剖面；圖5為本實(shí)用新型中CO2激光(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內(nèi)壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復(fù)折射率實(shí)部Ii1 = 2. 2，虛部Ic1 = 0. 0，實(shí)體空心管的基材復(fù)折射率實(shí)部 =14. 4，虛部1 = 56. 9 ；圖6為本實(shí)用新型中HeNe激光(0. 633 μ m)單次反射的能量反射率隨空心管內(nèi)壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復(fù)折射率實(shí)部Ii1 = 2. 2，虛部Ic1 = 0. 0，實(shí)體空心管的基材復(fù)折射率實(shí)部 =14. 4，虛部1 = 56. 9 ；圖7為本實(shí)用新型中CO2激光(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內(nèi)壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復(fù)折射率實(shí)部Ii1 = 1.35，虛部1^ = 0.0，實(shí)體空心管的基材復(fù)折射率實(shí)部 =26. 0，虛部1 = 67. 3 ；圖8為本實(shí)用新型中CO2激光(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內(nèi)壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復(fù)折射率實(shí)部Ii1 = 1.95，虛部1^ = 0.0，實(shí)體空心管的基材復(fù)折射率實(shí)部 =14. 4，虛部1 = 56. 9 ；圖9為本實(shí)用新型中CO2激光(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內(nèi)壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復(fù)折射率實(shí)部Ii1 = 4. 0，虛部Ic1 = 0. 0，實(shí)體空心管的基材復(fù)折射率實(shí)部 =8. 7，虛部k2 = 58. 2 ；圖10為本實(shí)用新型中入射角(Φ)與反射次數(shù)隨實(shí)體空心彎曲銀波導(dǎo)(長度 50cm)曲率半徑的改變而變化圖，其中實(shí)體空心彎銀管波導(dǎo)的內(nèi)徑為1mm，光束沿著導(dǎo)軸方向傳輸；圖11為本實(shí)用新型中入射角(Φ)與反射次數(shù)隨著實(shí)體空心彎曲銀波導(dǎo)(長度 50cm)曲率半徑的改變而變化圖，其中實(shí)體空心彎銀管波導(dǎo)的內(nèi)徑是變化的，光束沿著導(dǎo)軸方向傳輸；圖12為本實(shí)用新型中光束在實(shí)體空心彎波導(dǎo)(長度50cm)中傳輸時(shí)反射次數(shù)隨著曲率半徑的改變而變化圖，其中實(shí)體空心彎銀管波導(dǎo)的內(nèi)徑是變化的，光束沿著導(dǎo)軸方向傳輸；圖13為本實(shí)用新型中CO2激光(10.6μπι)的透過率隨著實(shí)體空心彎曲銀波導(dǎo)的曲率半徑改變而變化圖。薄膜材料是厚度為0. 85 μ m的AgBr，直接涂覆在長度為50cm內(nèi)徑為Imm的實(shí)體空心銀管內(nèi)表面上；圖14a為本實(shí)用新型中一種通過銀管流過拋光液的裝置；圖14b為本實(shí)用新型中利用超聲波清洗機(jī)內(nèi)去離子水清洗波導(dǎo)的實(shí)施案例；圖14c為本實(shí)用新型中在管子中流入50%氫氧化胺溶液的裝置；圖14d為本實(shí)用新型中50%氫氧化胺溶液超聲波清洗方法；圖He為本實(shí)用新型中任選圖14c或者圖14d中裝置來泵浦50%氫氧化胺溶液進(jìn)入管子；圖14f為泵浦去離子水的裝置；圖15為本實(shí)用新型中，CO2激光(10.6μπι)透過率隨著實(shí)體空心彎曲銀波導(dǎo)的曲率半徑變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。薄膜材料是0. 8 μ m厚度的AgBr，直接涂覆在長度為50cm內(nèi)徑為 Imm的實(shí)體空心銀管內(nèi)表面；圖16為本實(shí)用新型中，通過溴和碘液相反應(yīng)形成鹵化銀薄膜的裝置；圖17為氯氣相反應(yīng)形成鹵化銀的裝置；圖18為碘和溴汽相反應(yīng)形成鹵化銀的裝置；圖19為本實(shí)用新型中硬波導(dǎo)示意圖。
具體實(shí)施方式
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種方法，這種方法能將加強(qiáng)介質(zhì)膜直接鍍?cè)诠腆w基材的內(nèi)表面形成實(shí)體空心管。由于在空心管的最后成型過程中會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)表面的一些缺陷，嚴(yán)重影響內(nèi)表面的光學(xué)質(zhì)量，使制造直接涂覆的這種空心波導(dǎo)成為一個(gè)難點(diǎn)。電介質(zhì)薄膜涂層或多或少地加重了表面的粗糙度，嚴(yán)重影響波導(dǎo)的傳輸特性，尤其是短波長激光。本實(shí)用新型提供了在固態(tài)實(shí)體管的內(nèi)表面直接生長一層薄膜的方法，使空心波導(dǎo)更商用化，延展性好，無論是紅外和可見光都具有更高的功率傳輸效率。該本實(shí)用新型提供了一個(gè)低成本和高制造效率的方法。本實(shí)用新型還提供一種用來拋光和清洗空心波導(dǎo)內(nèi)表面的方法，使在內(nèi)表面形成一個(gè)增反電介質(zhì)薄膜之前，改善內(nèi)表面的光學(xué)平滑度。本實(shí)用新型提供一種低成本、高效率的化學(xué)拋光和清潔的方法和儀器。本實(shí)用新型提供一種低成本、高效率方法來制造商用的、實(shí)體的、空心的柔性波導(dǎo)和硬波導(dǎo)，用來傳輸紅外和可見光輻射。本實(shí)用新型提供一種簡單容易的方法來制造低成本、有商業(yè)價(jià)值的、實(shí)體的、空心的柔性波導(dǎo)和硬波導(dǎo)。即通過直接在固態(tài)基材實(shí)體空心管的內(nèi)表面上形成單層電介質(zhì)薄膜。以下金屬可以用來制造這種管子銀、鋁、金、鋇、鉻、銅、鉬、鎳、錫、鎢、鉛、鋅、鐵及它們的合金。本實(shí)用新型提供獲得高反射率電介質(zhì)薄膜的一種方法，所述高反射率電介質(zhì)薄膜對(duì)于可見光和紅外光傳輸都具有最佳薄膜厚度。實(shí)體空心管的固體基材和化學(xué)反應(yīng)物通過化學(xué)液相、氣相或者汽相反應(yīng)來生成電介質(zhì)，即空心管材料本身也參與化學(xué)反應(yīng)。本實(shí)用新型提供一種制造低成本、高效率空心波導(dǎo)的簡單方法，來傳輸CO2激光和 HeNe激光。還包括通過化學(xué)反應(yīng)在空心波導(dǎo)內(nèi)表面鍍上增反電介質(zhì)薄膜的空心波導(dǎo)。本實(shí)用新型中，最佳的加強(qiáng)電介質(zhì)薄膜是具有復(fù)折射率的材料，復(fù)折射率實(shí)部為Ii1約小于4. 5， 虛部為h。消光系數(shù)與薄膜吸收特性有關(guān)，接近0。本實(shí)用新型提供了計(jì)算金屬鹵化物和金屬氧化物薄膜的最佳厚度的詳細(xì)設(shè)計(jì)思路，此薄膜厚度有利于CO2激光和HeNe激光在實(shí)體空心波導(dǎo)內(nèi)部的傳輸。薄膜在實(shí)體管內(nèi)壁以非常小的內(nèi)徑生長，可以通過“重量增益”的方法來控制厚度。根據(jù)本實(shí)用新型，在實(shí)體空心管內(nèi)表面形成一個(gè)電介質(zhì)薄膜，光可以在這種有涂層的管內(nèi)傳輸，例如(X)2激光和HeNe激光，本實(shí)用新型所用成本要比以前的方法少，當(dāng)可見光在波導(dǎo)中傳輸時(shí)，這種波導(dǎo)比固體光纖和其他形式的空心波導(dǎo)更有優(yōu)勢。本實(shí)用新型提供一種方法，具體是通過拋光和內(nèi)部清潔，使實(shí)體空心金屬管內(nèi)表面的光學(xué)平滑度達(dá)到鏡面一樣的光滑平整。此后，為了更有效的傳輸電磁輻射例如CO2激光和HeNe激光。金屬管內(nèi)壁將直接形成一個(gè)適宜的電介質(zhì)薄膜。本實(shí)用新型提供一種高效的非接觸化學(xué)拋光方法，來減少原來實(shí)體空心管內(nèi)表面的粗糙程度，光潔度可提高100倍。本實(shí)用新型提供一種高效的非接觸化學(xué)清洗方法，來清潔實(shí)體空心管的內(nèi)壁，且在非接觸化學(xué)拋光反應(yīng)后不造成任何表面損傷。本實(shí)用新型還公布一種高效的拋光和清洗方法，來提高實(shí)體空心銀管內(nèi)壁光潔度，可比前人技術(shù)提高100倍。本實(shí)用新型中，實(shí)體空心管由金屬和金屬合金制造，例如銀和標(biāo)準(zhǔn)純銀。這里的金屬和金屬合金最好具有高導(dǎo)熱性、卓越的延展性和光特性(在可見光內(nèi)的反射性能)。除此之外，金屬和金屬合金還應(yīng)該可以同鹵素反應(yīng)，以形成一層薄的純凈金屬鹵化物薄膜。更好地，這種薄膜擁有統(tǒng)一的電介質(zhì)涂層，具有好的紅外特性和優(yōu)良的粘附性?？晒┻x擇的還有金屬氧化物薄膜，它也可以生成統(tǒng)一的電介質(zhì)涂層。也有可能用到在任何傳統(tǒng)的氧化劑作用下形成的相應(yīng)金屬氧化物。例如在醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡等某些應(yīng)用中，需要CO2氣體吹洗波導(dǎo)中心。這里的氣體凈化用于阻止由于波導(dǎo)內(nèi)在氣壓而噴射出的液體和殘?jiān)?。但是在波?dǎo)中的CO2氣體會(huì)導(dǎo)致熱透鏡效應(yīng)和其他傳輸損耗，將引起波導(dǎo)增溫。而且彎曲(特別是彎曲得很緊時(shí))會(huì)帶來局部增溫。本實(shí)用新型中的波導(dǎo)當(dāng)在挺直情況下使用時(shí)傳輸損耗可以忽略不計(jì)，當(dāng)彎曲到很小的曲率半徑時(shí)，沒有明顯的傳輸損耗。此外，本實(shí)用新型中高熱導(dǎo)性波導(dǎo)能消除由于彎曲過大帶來的局部增溫、在高功率下熱透鏡效應(yīng)或者涂層損傷。因此，本實(shí)用新型避免了管內(nèi)局部增溫的隱患。本實(shí)用新型可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，電介質(zhì)涂層本質(zhì)上不能溶于體液、生理鹽水或者類似溶液。本實(shí)用新型提供傳輸電磁輻射的實(shí)體波導(dǎo)，主要包括固態(tài)實(shí)體空心管、和一層薄的原生的電介質(zhì)薄膜，大約有20 μ m厚。其中的電介質(zhì)薄膜在實(shí)體空心管的內(nèi)壁生長，此薄膜有一個(gè)復(fù)折射率，實(shí)部為Ii1 (約小于4. 5)，虛部為Ic1 (基本上等于0)。此電介質(zhì)薄膜可以由金屬鹵化物或者金屬氧化物組成。管子可以由具有復(fù)折射率(實(shí)部n2> 2.0，虛部1 <85)的材料組成。此波導(dǎo)可以用于外科激光手術(shù)。除此之外，本實(shí)用新型中的波導(dǎo)可以用于工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)方式是鏡面反射傳輸或者將激光裝置直接安裝在X-Y工作臺(tái)上以定位光束傳輸，本實(shí)用新型中光在波導(dǎo)中傳輸會(huì)非常靈活。有鑒于此，本實(shí)用新型中的波導(dǎo)可以采用輕型X-Y工作臺(tái)來定位。在實(shí)際應(yīng)用中，激光需要安置在現(xiàn)有設(shè)備上，本實(shí)用新型中的波導(dǎo)可以用一種非常簡單的方式進(jìn)行添加。由波導(dǎo)控制的能量可以用作工業(yè)上的功率傳輸器件，用來切割、焊接、熱處理、制造和其他工序。本實(shí)用新型中的波導(dǎo)還提供一種傳統(tǒng)方法不可做到的焊接、切割、焊接和化合的方法。本實(shí)用新型可以提供一種方法，這種方法用來制造傳輸電磁輻射的實(shí)體空心波導(dǎo)，包括實(shí)體空心管內(nèi)壁的拋光和清潔，在拋光和清潔過的實(shí)體空心管內(nèi)壁形成達(dá)20 μ m 厚度的電介質(zhì)薄膜。本實(shí)用新型還提供拋光和清潔步驟，具體可以如下之一接觸機(jī)械清洗和拋光、非接觸化學(xué)清洗和拋光、機(jī)械化學(xué)混合模式的清洗和拋光。為便于對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及達(dá)到的效果有進(jìn)一步的了解，現(xiàn)配合附圖并舉較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如下。如圖1所示，是一種由均勻材料15組成的固體基材實(shí)體空心銀管10，圖2是圖1 的橫剖面。橫剖面可以是多種幾何構(gòu)型，最好是圓形和矩形。本實(shí)用新型還包括，實(shí)體空心管10的內(nèi)壁25光滑度極高，內(nèi)壁25用來傳輸在特定波長內(nèi)的電磁輻射20。例如，一個(gè)擁有接近完全光滑內(nèi)壁的實(shí)體空心銀管，用來傳輸HeNe激光(波長大約0. 6 μ m)，以非常小入射角Φ (大約75° )入射時(shí)，可以達(dá)到超過96%的功率傳輸效率。但是這種實(shí)體空心波導(dǎo)用作傳輸CO2激光功率(波長大約10.6 μ m)時(shí)效率不是很高。用作實(shí)體空心管的銀大約 99%純度，最好是商業(yè)級(jí)別銀。本實(shí)用新型中的實(shí)體空心管也可以由以下一種或多種材料制作成金、鋇、鉻、銅、鉬、鎳、錫、鎢、鉛、鋅、鐵及它們的合金。如圖3所示，增反電介質(zhì)涂層的固體基材實(shí)體空心銀波導(dǎo)30用來傳輸在紅外和可見光波段的電磁輻射35。這里的實(shí)體空心波導(dǎo)30包括一個(gè)固體基材實(shí)體空心銀管10，增反電介質(zhì)薄膜40直接形成于實(shí)體銀管10的內(nèi)壁25上，這里管子10上的材料15作為化學(xué)反應(yīng)物之一生成增反電介質(zhì)薄膜40。45為增反電介質(zhì)薄膜40的內(nèi)壁。圖4為圖3的橫剖面。相對(duì)于前人設(shè)計(jì)的擁有多層管和多層鍍膜的空心波導(dǎo)來說，本實(shí)用新型效率非常高且經(jīng)濟(jì)效益好。
7[0065]圖3和圖4中，增反電介質(zhì)薄膜40在實(shí)體空心銀管10的內(nèi)壁25上形成之前，內(nèi)壁25必須經(jīng)過拋光和清洗以提高空心銀管10的內(nèi)墻觀的表面光滑度。通常情況下，實(shí)體銀管10原樣的內(nèi)墻觀最初的表面光滑度非常差。若在內(nèi)墻觀上直接形成增反電介質(zhì)薄膜40，實(shí)質(zhì)上加重了實(shí)體空心銀管內(nèi)壁的粗糙，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的散射損耗。特別是當(dāng)可見光通過空心波導(dǎo)30時(shí)，粗糙內(nèi)壁的散射損耗可以導(dǎo)致薄膜的吸收損耗。本實(shí)用新型還突出的表現(xiàn)在，內(nèi)墻觀和實(shí)體空心銀管10原樣通過非接觸化學(xué)方法來進(jìn)行拋光和清洗，或者接觸機(jī)械方法，例如管刷。拋光和清洗過程會(huì)改善激光在實(shí)體空心波導(dǎo)30中的傳輸特性。本實(shí)用新型中管內(nèi)壁的拋光可以通過非接觸化學(xué)拋光和清潔方法，使其達(dá)到理想狀態(tài)?；瘜W(xué)拋光溶液可以根據(jù)使用目的由不同材料兌取。本實(shí)用新型中一種可用于銀管拋光的溶液包括100ml的去離子水(DI)、65g CrO3 和5ml的純HCl。這種溶液是混合性酸溶液。本實(shí)用新型中，可用實(shí)體空心銀管基材和鹵元素作為化學(xué)反應(yīng)物生成薄膜。由于在管子的拉拔加工過程中會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)表面的一些缺陷，這可能影響到波導(dǎo)性能，所以在鍍膜時(shí)最好選用光滑平整的內(nèi)壁。因此，對(duì)銀管的拋光和清洗能夠改善內(nèi)壁的拋光性能。薄膜電介質(zhì)涂層能改善在內(nèi)壁反射的光的垂直極化分量和平行極化分量的傳輸特性。這種波導(dǎo)性能取決于實(shí)體空心管的內(nèi)壁拋光、薄膜的厚度和薄膜的形態(tài)。有幾種形成在銀表面的鹵化物，他們都擁有立方晶體結(jié)構(gòu)，各向同性，具有非雙折射性。各向同性性能非常重要，因?yàn)樵诒∧ど仙L的雙折射晶體會(huì)促使光過多的散射，這里的散射取決于晶體尺寸且與波長相關(guān)。金屬鹵化物薄膜一般具有粘附性，即使經(jīng)過重復(fù)彎曲，也不會(huì)破裂、剝落或者裂成碎片。所以，這種方法非常適用于制作軟波導(dǎo)和硬波導(dǎo)。例如金屬氧化物薄膜等其他的薄膜，會(huì)沉積在經(jīng)過拋光和清洗的實(shí)體空心銀波導(dǎo)的內(nèi)壁。本實(shí)用新型中的低成本實(shí)體空心銀波導(dǎo)對(duì)傳輸不同波長的混合激光擁有更優(yōu)異的性能，例如CO2激光(大約10. 6 μ m)和HeNe激光(大約0. 6 μ m)的混合激光，這兩種激光廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)、工業(yè)加工和軍事應(yīng)用等其他領(lǐng)域。為了得到一個(gè)最佳的傳輸10. 6 μ m 和0.6μπι波段激光的波導(dǎo)薄膜厚度，可以根據(jù)在實(shí)體反射金屬(比如銀管)表面的薄膜厚度來求解出平均偏振激光傳輸性能。這里的薄膜材料的復(fù)折射率實(shí)部Ii1 = 2. 2，虛部Ic1 = 0.0。實(shí)體空心管的基材復(fù)折射率n2= 14. 4，虛部1 = 56. 9，計(jì)算結(jié)果分別見圖5和圖6， 其中的計(jì)算模型為直接在實(shí)體空心銀基底上形成的鹵化銀。薄膜的厚度與表面區(qū)域的單位面積重量相關(guān)。例如，在Imm內(nèi)徑的銀管上生成的溴化銀(AgBr)的所產(chǎn)生的質(zhì)量增量ΔΜ 與AgBr厚度H的關(guān)系為//(/^) = 11.56103^^
L(cm)上式中，L為管子的長度。本實(shí)用新型中的低成本實(shí)體空心波導(dǎo)對(duì)(X)2激光和HeNe激光都具有非常高的傳輸效率，在“傳輸窗口，，相關(guān)波段內(nèi)，通過控制形成于實(shí)體空心管內(nèi)部的薄膜厚度來制作空心波導(dǎo)。測量管子內(nèi)壁的薄膜厚度非常難，尤其是內(nèi)徑非常小的管子。目前市售的薄膜測量儀器都只為平坦表面且為可見光波長而設(shè)計(jì)。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施案例，內(nèi)徑非常小的管子內(nèi)壁的薄膜厚度可以通過“重量增益”的方式成功的測量，而且薄膜厚度可以精確地控制，參考圖5和圖6。[0074]本實(shí)用新型中的“重量增益”測量法可以包括以下步驟測量實(shí)體空心管的尺寸和重量；測量實(shí)體空心管在拋光和清洗之后的尺寸和重量；測量實(shí)體空心管內(nèi)壁形成了增反電介質(zhì)后的重量。根據(jù)本實(shí)用新型中不同薄膜材料在不同基材的管子的應(yīng)用，圖7、圖8和圖9是CO2 激光單次反射的反射率隨薄膜厚度變化的圖示。結(jié)果表明在20 μ m的薄膜厚度內(nèi)存在很多 “薄膜厚度窗口”，在非常小的入射角Φ (約等于70° )的正常情況測得的平均極化的(X)2 激光的單次反射率可高達(dá)97. 5%，薄膜的復(fù)折射率實(shí)部Ii1小于4. 5，虛部Ic1約等于0，實(shí)體空心管的基底復(fù)折射率實(shí)部n2約大于2. 0，虛部1 約小于85。換句話說，用來傳輸電磁輻射的低成本和高效實(shí)體空心波導(dǎo)可以由直接形成各種固體基底上的增反電介質(zhì)薄膜制成， 薄膜的復(fù)折射率實(shí)部約小于4. 5，虛部約等于0。某些實(shí)體空心金屬或金屬合金管的光學(xué)特性與銀或銀合金很類似，參考表1。表1實(shí)體空心管材料在10. 6 μ m波長時(shí)的傳輸特性參數(shù)
權(quán)利要求1.實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，其特征在于包括讓拋光液在實(shí)體空心管(10)中流動(dòng)的裝置，該裝置包括第一分液漏斗(60)、第一管接頭(6 和第一燒杯(64)，第一分液漏斗 (60)通過第一閥門(61)和第一管接頭(62)相連，實(shí)體空心管(10)接至第一管接頭(62) 的另一端，實(shí)體空心管(10)的下端設(shè)有第一燒杯(64)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，其特征在于包括用去離子水清洗的超聲波清洗裝置，該裝置包括第二燒杯(66)、第一超聲波清洗機(jī)(68)和支架(116)，第二燒杯(66)通過支架(116)夾持，第二燒杯(66)還安放在第一超聲波清洗機(jī)(68)內(nèi)，第二燒杯(66)內(nèi)設(shè)有去離子水，實(shí)體空心管(10)浸入去離子水中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，其特征在于包括讓NH40H溶液在實(shí)體空心管(10)中流動(dòng)的裝置，該裝置包括第二分液漏斗(70)、第二管接頭m和第二燒杯(73)，第二分液漏斗(70)依次通過第二閥門(71)和第三閥門(117)接至第二管接頭 (72)上，第二管接頭(72)的另一端接至實(shí)體空心管(10)，實(shí)體空心管(10)之下設(shè)有第二燒杯(73)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，其特征在于包括用NH40H溶液清洗的超聲波清洗裝置，該裝置包括第三燒杯(75)、第二超聲波清洗機(jī)(76)和支架(116)， 第三燒杯(7 通過支架(116)夾持，第三燒杯(7 還安放在第二超聲波清洗機(jī)(76)內(nèi)， 第三燒杯(75)內(nèi)設(shè)有NH40H溶液，實(shí)體空心管(10)浸入NH40H溶液中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，其特征在于包括讓NH40H溶液在實(shí)體空心管(10)中流動(dòng)的裝置，該裝置包括第一泵浦裝置(77)、第一耦合器(79)和第四燒杯(81)，第一泵浦裝置(77)包含兩個(gè)端口，其兩端口間設(shè)有第一減壓閥(78)，第一泵浦裝置(77)的入口端接有吸管(82)，第一泵浦裝置(77)的出口端接有第一耦合器(79)， 第一耦合器(79)的另一端夾持實(shí)體空心管(10)，第四燒杯(81)內(nèi)設(shè)有NH40H溶液，吸管 (82)的入口和實(shí)體空心管(10)的一端開口均浸入NH40H溶液中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)體空心波導(dǎo)的制備裝置，其特征在于包括通過管子抽取去離子水的裝置，該裝置包括第二泵浦裝置(83)、過濾器(85)、預(yù)濾器(86)、第二耦合器(87)和第五燒杯(88)，第二泵浦裝置(8 包含兩個(gè)端口，其兩端口間設(shè)有第二減壓閥 (84)，第二泵浦裝置(8 的出口端接有第二耦合器(87)，第二耦合器(87)的另一端夾持實(shí)體空心管(10)，第二泵浦裝置(8 的入口端接至過濾器(8 的出口端，過濾器(8 的入口端接至預(yù)濾器(86)，預(yù)濾器(86)的另一端接至吸管(82)，第五燒杯(88)中盛有去離子水，吸管(82)的入口和實(shí)體空心管(10)的一端開口浸入去離子水中。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種實(shí)體空心波導(dǎo)及其制備裝置，該波導(dǎo)包括實(shí)體空心管(10)，實(shí)體空心管(10)的內(nèi)壁還設(shè)有增反電介質(zhì)薄膜(40)，所述實(shí)體空心管(10)可采用銀、金、鋇、鉻、銅、鉬、鎳、錫、鎢、鉛、鋅、鐵中的任何一種，當(dāng)實(shí)體空心管(10)采用銀時(shí)，增反電介質(zhì)薄膜(40)采用氟化銀、氯化銀、溴化銀或碘化銀中的任何一種。本實(shí)用新型的實(shí)體、空心的柔性波導(dǎo)和硬波導(dǎo)，應(yīng)用面廣，能用來傳輸紅外和可見光輻射。
文檔編號(hào)G02B6/032GK202075448SQ20102064910
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
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