玻璃光纤：特性、应用、制造
使用的玻璃类型
光纤中使用的玻璃有几种类型：
- 高纯度二氧化硅： 这种玻璃可提供出色的光学清晰度和低衰减。它的数值孔径约为 0.2。因此，它特别适用于电信等应用。
- 掺杂二氧化硅： 与高纯度硅橡胶相比，它提高了特殊应用的折射率。数值孔径通常在 0.37 到 0.39 之间。典型应用包括光纤测量系统。
- 硼硅酸盐玻璃等多组分玻璃： 这种类型的玻璃在三种玻璃中具有最高的数值孔径。由多组分玻璃制成的光导器件可提供高达 120 度的接收角，而图像导光板可实现高达 180 度的接收角和 1 的数值孔径。它可根据特定的性能和成本要求进行定制，主要用于照明和成像应用。
了解玻璃光纤的特性和应用
玻璃纤维具有高度柔韧性，不受一系列环境因素的影响，例如化学品暴露、高温和低温或压力。此外，它们没有电气干扰的风险。这些光纤的独特特性使其对于在具有挑战性的环境中开发可靠和高效的系统至关重要，例如，将光源、传感器或摄像头等电子设备与实际应用领域分离。玻璃光纤是如何工作的？
光纤的功能原理
玻璃光纤的纤芯和包层
照明传输
导光器件将光线从一端传输到另一端。 SCHOTT的光纤排列可以随机化，以创建非常均匀的照明。
图像传输
导像器件能够远距离传输图像并放大、缩小或反转图像。图像导引中的每根光纤都可以看作是一个图像像素，这使得光纤的排列变得至关重要。
单模光纤与多模光纤
单模光纤
单模光纤具有小芯（< 10 µm）和大包层。因此，只传输一束光线，这导致低损耗和仅少量散射。这些光纤通常用于长距离数据通信。
多模光纤
多模光纤具有大纤芯 （> 10 μm） 和小包层。大纤芯允许临界角以下所有角度的所有光线沿光纤传播。这使其成为照明和成像应用的理想选择。
玻璃光纤的主要特性和优势
由于其技术特性，玻璃光纤与其他材料相比具有许多优势。这使得玻璃光纤在现代科学技术应用中不可或缺。
为什么玻璃制成的光纤是柔性的？
通过加热玻璃预制棒，可以拉制成与人类头发差不多细的玻璃纤维。拉丝过程的速度决定了纤维的直径，而纤维的直径又决定了纤维的柔韧性。光纤直径越小，弯曲半径越小。在这方面，由特种玻璃制成的纤维比塑料纤维更柔韧、更柔韧。
断环测试用于测试玻璃纤维的柔韧性。这是通过将柔性玻璃纤维放在一个环中来实现的，该环被拉得更紧，直到纤维断裂。该测试表明，例如，厚度为 50 微米的玻璃纤维可以承受约 5 毫米的弯曲半径。
光纤导引器的类型
玻璃光纤可以制成柔性和刚性产品，通常称为光导棒或光缆。柔性光缆通常比刚性光缆长，通常在检测目标位于拐角处或狭窄、难以触及的空间时使用。这需要高水平的灵活性和移动性，例如在软性内窥镜中是必需的。
刚性光导或图像导板由熔融光纤束组成。典型的照明应用包括牙科设备的导光板或硬质内窥镜。对于成像应用，它们用于制作各种锥形和面板，可以将放大、缩小或倒置的图像从输入表面传输到输出表面。举一个医疗领域的例子：面板用于 X 射线成像。还提供其他光纤混合组成方式。
玻璃光纤光缆：它们是如何制造的
纤维拉丝
精密捆扎和挤出
a） 精密捆扎
几个初级束被聚集形成最终的光纤束，柔性束内的纤维排列通常是任意的。对于某些应用，可能需要以随机模式（光导）或特定模式（图像导引）排列光纤。
b） 挤压
最终的光纤束可以选择在挤出生产线中用聚合物护套以形成光缆。在随后的组装过程中，根据客户要求将光纤束和光缆切割成一定长度，并配有端套。
端接
重绘和重塑
研磨和抛光
质量检验
为什么光纤是用玻璃制成的？
光纤由玻璃制成，因为它具有卓越的光学特性，包括高透明度和低衰减。玻璃纤维提供可靠和高效的透光，对于医疗、工业、航空、汽车和国防领域的关键应用至关重要。 此外，玻璃还具有出色的机械、热和化学性能，使其非常适合在恶劣环境中使用。
光纤中的玻璃与塑料
虽然这两种材料都有特定的用途，但玻璃光纤更适合高性能应用。与塑料光纤相比，它们具有更低的衰减、更高的带宽和更好的耐环境性。
1. 卓越的光性能
玻璃光纤是柔性和刚性光导的基础，可提供非常高的透光性能。玻璃的高显色指数确保了进出光纤的光的最小波长变化。玻璃纤维还拥有高达 1 的大数值孔径，允许更多光线通过并使用较小的光纤束照亮更大的区域。相反，聚合物光纤受材料约束，最大孔径为 0.5。
2. 强度和柔韧性
玻璃光纤在缩小到非常细的直径时结合了卓越的强度和柔韧性。这种独特的组合使玻璃纤维可以制造出薄至 30 微米的玻璃纤维，从而实现紧密的弯曲半径。相比之下，聚合物纤维的直径通常从 500 微米开始，通常超过 1 毫米。对于成像应用，单根玻璃纤维的直径可以小至 4 微米，从而提供高像素分辨率和详细、清晰的图像。
3. 热稳定性
玻璃在高达 350 °C 的温度下保持稳定性，使玻璃光纤束或刚性导光器适用于高温应用，如医疗应用中的高压灭菌或恶劣的工业环境中的高压灭菌。然而，聚合物纤维通常只能承受高达 80 °C 的温度，因此不适合这种高温工艺。
4. 设计灵活性
玻璃光纤的极小直径允许将大量单根光纤装入一个紧凑的束中，从而有助于在狭小空间内实现复杂的几何形状。玻璃纤维束还可以有效地将来自单个光源的光分配到多个位置，混合红色、绿色和蓝色 LED 光以产生均匀的白光。与较粗的聚合物纤维相比，束中较多的玻璃纤维可产生更均匀的光输出。
5. 耐化学性
玻璃的高耐化学性确保它在暴露于清洁剂、清洁剂、酸、碱、溶剂或胶水时保持惰性，使玻璃组件经久耐用且易于清洁。相比之下，聚合物可以与各种化学物质发生反应。玻璃光纤的应用
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