一種實體空心波導及其製備裝置的製作方法

2023-09-12 20:52:10

專利名稱：一種實體空心波導及其製備裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型有關一種空腔波導，用於傳輸雷射器的電磁輻射，主要應用在醫療，工業和軍事方面。
背景技術：
CO2雷射器廣泛應用於醫學，工業和軍事，大量的光纖和空心波導被用作雷射的傳輸介質。相對於以往用於通信的石英光纖，對于波長比較大的高能量CO2雷射，空腔波導被證實具有優異的傳輸特性，具有巨大的商業優勢。用來傳輸電磁波的具有電介質塗層的空心波導早在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雷射具有電介質層的空心波導才得以研製成功。(M.Miygi等在1983年的《應用物理快報》雜誌上發表了題為「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的製造方法。空心波導現在廣泛用於醫療，工業加工及光傳輸等各個領域。尤其是波長在 10. 6 μ m和0. 6328 μ m的雷射特別適合在空心波導中傳輸。硬空心波導由不鏽鋼和在不鏽鋼內壁上鋁陶瓷管組成，已廣泛用於在硬內窺鏡內傳輸CO2雷射(參考美國專利N0: 4，917，083)。這些波導，受制於長度和承受功率，當雷射光源非正常的入射到波導中時，容易局部過熱或者融化。並且，由於陶瓷管缺乏內延展性而不易彎曲，因此不宜在柔性波導中應用。一些熟知的金屬空心波導由於沒有足夠的柔韌性，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的內徑較大，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和雷射器的光管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。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種實體空心波導及其製備裝置，本實用新型應用面廣，能用來傳輸紅外和可見光輻射。本實用新型所採用的技術方案是一種實體空心波導包括波導體，波導體設置在護套內部，護套尾端接至入口，護套前端還設有錐形端。所述波導體包括實體空心管，實體空心管的內壁設有增反電介質薄膜。所述的實體空心波導的製備裝置，包括通過溴和碘的液相反應來生成滷化銀的裝置，該裝置包括依次相連的第三分液漏鬥、第四閥門、第五閥門、第六閥門、適配器、第三管接頭、實體空心管、通用適配器、彎適配器、真空壓縮機和集氣瓶，第三分液漏鬥設於冷卻槽內，第五閥門的兩埠各有一支管，兩支管的另一端接在一起，第六閥門設在第五閥門的兩支管之間，並與第五閥門相配合。所述的實體空心波導的製備裝置，包括通過氯氣的氣相反應形成滷化銀薄膜的裝置，該裝置包括依次相連的第一洗氣瓶、實體空心管和第四管接頭，第四管接頭的另一端接至第一三通真空閥門的一個埠，第一三通真空閥門的另一端接至氯氣罐，第一三通真空閥門的第三個埠接至K輸入端，實體空心管的外側還包裹有第一玻璃管。所述的實體空心波導的製備裝置，包括通過溴和碘的汽相反應生成滷化銀的裝置，該裝置包括依次相連的第二洗氣瓶、實體空心管和第五管接頭，第五管接頭的另一端接至第二三通真空閥的一個埠，第二三通真空閥第另一個埠接至第三三通真空閥的一個埠，第二三通真空閥的第三個埠接至隊輸入埠，第三三通真空閥的另兩個埠分別接至碘瓶和溴瓶，該裝置還包括第四三通真空閥，第四三通真空閥的兩個埠分別接至碘瓶和溴瓶，第四三通真空閥的第三個埠接至第二三通真空閥和隊輸入埠之間的支路上，實體空心管的外側包裹有第二玻璃管。本實用新型的優點本實用新型的實體、空心的柔性波導和硬波導，應用面廣，能用來傳輸紅外和可見光輻射。本實用新型還提供了獲得高反射率電介質薄膜的裝置，所述高反射率電介質薄膜對於可見光和紅外光傳輸都具有最佳薄膜厚度。實體空心管的固體基材和化學反應物通過化學液相、氣相或者汽相反應來生成電介質，即空心管材料本身也參與化學反應。結構簡單，更節約成本。該裝置能用於製備實體空心波導。

圖1為本實用新型固體基材實體空心銀管；圖2為圖1中實體空心管的橫剖面；圖3為本實用新型中有電介質塗層固體實體空心銀波導結構；圖4為圖3中實體空心銀波導的橫剖面；圖5為本實用新型中CO2雷射(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復折射率實部Ii1 = 2. 2，虛部Ic1 = 0. 0，實體空心管的基材復折射率實部 =14. 4，虛部1 = 56. 9 ；圖6為本實用新型中HeNe雷射(0. 633 μ m)單次反射的能量反射率隨空心管內壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復折射率實部Ii1 = 2. 2，虛部Ic1 = 0. 0，實體空心管的基材復折射率實部 =14. 4，虛部1 = 56. 9 ；圖7為本實用新型中CO2雷射(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復折射率實部Ii1 = 1.35，虛部1^ = 0.0，實體空心管的基材復折射率實部 =26. 0，虛部1 = 67. 3 ；圖8為本實用新型中CO2雷射(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復折射率實部Ii1 = 1.95，虛部1^ = 0.0，實體空心管的基材復折射率實部 =14. 4，虛部1 = 56. 9 ；圖9為本實用新型中CO2雷射(10.6μπι)單次反射的能量反射率隨空心管內壁薄膜厚度的改變而變化。薄膜材料的復折射率實部Ii1 = 4. 0，虛部Ic1 = 0. 0，實體空心管的基材復折射率實部 =8. 7，虛部k2 = 58. 2 ；圖10為本實用新型中入射角(Φ)與反射次數隨實體空心彎曲銀波導(長度 50cm)曲率半徑的改變而變化圖，其中實體空心彎銀管波導的內徑為1mm，光束沿著導軸方向傳輸；[0024]圖11為本實用新型中入射角(Φ)與反射次數隨著實體空心彎曲銀波導(長度 50cm)曲率半徑的改變而變化圖，其中實體空心彎銀管波導的內徑是變化的，光束沿著導軸方向傳輸；圖12為本實用新型中光束在實體空心彎波導(長度50cm)中傳輸時反射次數隨著曲率半徑的改變而變化圖，其中實體空心彎銀管波導的內徑是變化的，光束沿著導軸方向傳輸；圖13為本實用新型中CO2雷射(10.6μπι)的透過率隨著實體空心彎曲銀波導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，直接塗覆在長度為50cm內徑為Imm的實體空心銀管內表面上；圖14a為本實用新型中一種通過銀管流過拋光液的裝置；圖14b為本實用新型中利用超聲波清洗機內去離子水清洗波導的實施案例；圖14c為本實用新型中在管子中流入50%氫氧化胺溶液的裝置；圖14d為本實用新型中50%氫氧化胺溶液超聲波清洗方法；圖He為本實用新型中任選圖Hc或者圖14d中裝置來泵浦50%氫氧化胺溶液進入管子；圖14f為泵浦去離子水的裝置；圖15為本實用新型中，CO2雷射(10.6μπι)透過率隨著實體空心彎曲銀波導的曲率半徑變化的實驗結果。薄膜材料是0. 8 μ m厚度的AgBr，直接塗覆在長度為50cm內徑為 Imm的實體空心銀管內表面；圖16為本實用新型中，通過溴和碘液相反應形成滷化銀薄膜的裝置；圖17為氯氣相反應形成滷化銀的裝置；圖18為碘和溴汽相反應形成滷化銀的裝置；圖19為本實用新型中硬波導示意圖。
具體實施方式
有鑑於現有技術的缺點，本實用新型提供了一種方法，這種方法能將加強介質膜直接鍍在固體基材的內表面形成實體空心管。由於在空心管的最後成型過程中會導致其內表面的一些缺陷，嚴重影響內表面的光學質量，使製造直接塗覆的這種空心波導成為一個難點。電介質薄膜塗層或多或少地加重了表面的粗糙度，嚴重影響波導的傳輸特性，尤其是短波長雷射。本實用新型提供了在固態實體管的內表面直接生長一層薄膜的方法，使空心波導更商用化，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。該本實用新型提供了一個低成本和高製造效率的方法。本實用新型還提供一種用來拋光和清洗空心波導內表面的方法，使在內表面形成一個增反電介質薄膜之前，改善內表面的光學平滑度。本實用新型提供一種低成本、高效率的化學拋光和清潔的方法和儀器。本實用新型提供一種低成本、高效率方法來製造商用的、實體的、空心的柔性波導和硬波導，用來傳輸紅外和可見光輻射。本實用新型提供一種簡單容易的方法來製造低成本、有商業價值的、實體的、空心的柔性波導和硬波導。即通過直接在固態基材實體空心管的內表面上形成單層電介質薄膜。以下金屬可以用來製造這種管子銀、鋁、金、鋇、鉻、銅、鉬、鎳、錫、鎢、鉛、鋅、鐵及它們的合金。本實用新型提供獲得高反射率電介質薄膜的一種方法，所述高反射率電介質薄膜對於可見光和紅外光傳輸都具有最佳薄膜厚度。實體空心管的固體基材和化學反應物通過化學液相、氣相或者汽相反應來生成電介質，即空心管材料本身也參與化學反應。本實用新型提供一種製造低成本、高效率空心波導的簡單方法，來傳輸CO2雷射和 HeNe雷射。還包括通過化學反應在空心波導內表面鍍上增反電介質薄膜的空心波導。本實用新型中，最佳的加強電介質薄膜是具有復折射率的材料，復折射率實部為Ii1約小於4. 5， 虛部為h。消光係數與薄膜吸收特性有關，接近0。本實用新型提供了計算金屬滷化物和金屬氧化物薄膜的最佳厚度的詳細設計思路，此薄膜厚度有利於(X)2雷射和HeNe雷射在實體空心波導內部的傳輸。薄膜在實體管內壁以非常小的內徑生長，可以通過「重量增益」的方法來控制厚度。根據本實用新型，在實體空心管內表面形成一個電介質薄膜，光可以在這種有塗層的管內傳輸，例如(X)2雷射和HeNe雷射，本實用新型所用成本要比以前的方法少，當可見光在波導中傳輸時，這種波導比固體光纖和其他形式的空心波導更有優勢。本實用新型提供一種方法，具體是通過拋光和內部清潔，使實體空心金屬管內表面的光學平滑度達到鏡面一樣的光滑平整。此後，為了更有效的傳輸電磁輻射例如CO2雷射和HeNe雷射。金屬管內壁將直接形成一個適宜的電介質薄膜。本實用新型提供一種高效的非接觸化學拋光方法，來減少原來實體空心管內表面的粗糙程度，光潔度可提高100倍。本實用新型提供一種高效的非接觸化學清洗方法，來清潔實體空心管的內壁，且在非接觸化學拋光反應後不造成任何表面損傷。本實用新型還公布一種高效的拋光和清洗方法，來提高實體空心銀管內壁光潔度，可比前人技術提高100倍。本實用新型中，實體空心管由金屬和金屬合金製造，例如銀和標準純銀。這裡的金屬和金屬合金最好具有高導熱性、卓越的延展性和光特性(在可見光內的反射性能)。除此之外，金屬和金屬合金還應該可以同滷素反應，以形成一層薄的純淨金屬滷化物薄膜。更好地，這種薄膜擁有統一的電介質塗層，具有好的紅外特性和優良的粘附性。可供選擇的還有金屬氧化物薄膜，它也可以生成統一的電介質塗層。也有可能用到在任何傳統的氧化劑作用下形成的相應金屬氧化物。例如在醫學內窺鏡等某些應用中，需要CO2氣體吹洗波導中心。這裡的氣體淨化用於阻止由于波導內在氣壓而噴射出的液體和殘渣。但是在波導中的CO2氣體會導致熱透鏡效應和其他傳輸損耗，將引起波導增溫。而且彎曲(特別是彎曲得很緊時)會帶來局部增溫。本實用新型中的波導當在挺直情況下使用時傳輸損耗可以忽略不計，當彎曲到很小的曲率半徑時，沒有明顯的傳輸損耗。此外，本實用新型中高熱導性波導能消除由於彎曲過大帶來的局部增溫、在高功率下熱透鏡效應或者塗層損傷。因此，本實用新型避免了管內局部增溫的隱患。[0054]本實用新型可以應用於醫學領域，電介質塗層本質上不能溶於體液、生理鹽水或者類似溶液。本實用新型提供傳輸電磁輻射的實體波導，主要包括固態實體空心管、和一層薄的原生的電介質薄膜，大約有20 μ m厚。其中的電介質薄膜在實體空心管的內壁生長，此薄膜有一個復折射率，實部為Ii1 (約小於4. 5)，虛部為Ic1 (基本上等於0)。此電介質薄膜可以由金屬滷化物或者金屬氧化物組成。管子可以由具有復折射率(實部n2> 2.0，虛部1 <85)的材料組成。此波導可以用於外科雷射手術。除此之外，本實用新型中的波導可以用於工業領域，傳統方式是鏡面反射傳輸或者將雷射裝置直接安裝在X-Y工作檯上以定位光束傳輸，本實用新型中光在波導中傳輸會非常靈活。有鑑於此，本實用新型中的波導可以採用輕型X-Y工作檯來定位。在實際應用中，雷射需要安置在現有設備上，本實用新型中的波導可以用一種非常簡單的方式進行添加。由波導控制的能量可以用作工業上的功率傳輸器件，用來切割、焊接、熱處理、製造和其他工序。本實用新型中的波導還提供一種傳統方法不可做到的焊接、切割、焊接和化合的方法。本實用新型可以提供一種方法，這種方法用來製造傳輸電磁輻射的實體空心波導，包括實體空心管內壁的拋光和清潔，在拋光和清潔過的實體空心管內壁形成達20 μ m 厚度的電介質薄膜。本實用新型還提供拋光和清潔步驟，具體可以如下之一接觸機械清洗和拋光、非接觸化學清洗和拋光、機械化學混合模式的清洗和拋光。為便於對本實用新型的結構及達到的效果有進一步的了解，現配合附圖並舉較佳實施例詳細說明如下。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型，最好是圓形和矩形。本實用新型還包括，實體空心管10的內壁25光滑度極高，內壁25用來傳輸在特定波長內的電磁輻射20。例如，一個擁有接近完全光滑內壁的實體空心銀管，用來傳輸HeNe雷射(波長大約0. 6 μ m)，以非常小入射角Φ (大約75° )入射時，可以達到超過96%的功率傳輸效率。但是這種實體空心波導用作傳輸CO2雷射功率(波長大約10.6 μ m)時效率不是很高。用作實體空心管的銀大約 99%純度，最好是商業級別銀。本實用新型中的實體空心管也可以由以下一種或多種材料製作成金、鋇、鉻、銅、鉬、鎳、錫、鎢、鉛、鋅、鐵及它們的合金。如圖3所示，增反電介質塗層的固體基材實體空心銀波導30用來傳輸在紅外和可見光波段的電磁輻射35。這裡的實體空心波導30包括一個固體基材實體空心銀管10，增反電介質薄膜40直接形成於實體銀管10的內壁25上，這裡管子10上的材料15作為化學反應物之一生成增反電介質薄膜40。45為增反電介質薄膜40的內壁。圖4為圖3的橫剖面。相對於前人設計的擁有多層管和多層鍍膜的空心波導來說，本實用新型效率非常高且經濟效益好。圖3和圖4中，增反電介質薄膜40在實體空心銀管10的內壁25上形成之前，內壁25必須經過拋光和清洗以提高空心銀管10的內牆觀的表面光滑度。通常情況下，實體銀管10原樣的內牆觀最初的表面光滑度非常差。若在內牆觀上直接形成增反電介質薄膜40，實質上加重了實體空心銀管內壁的粗糙，還會導致嚴重的散射損耗。特別是當可見光通過空心波導30時，粗糙內壁的散射損耗可以導致薄膜的吸收損耗。本實用新型還突出的表現在，內牆觀和實體空心銀管10原樣通過非接觸化學方法來進行拋光和清洗，或者接觸機械方法，例如管刷。拋光和清洗過程會改善雷射在實體空心波導30中的傳輸特性。本實用新型中管內壁的拋光可以通過非接觸化學拋光和清潔方法，使其達到理想狀態。化學拋光溶液可以根據使用目的由不同材料兌取。本實用新型中一種可用於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。本實用新型中，可用實體空心銀管基材和滷元素作為化學反應物生成薄膜。由於在管子的拉拔加工過程中會導致其內表面的一些缺陷，這可能影響到波導性能，所以在鍍膜時最好選用光滑平整的內壁。因此，對銀管的拋光和清洗能夠改善內壁的拋光性能。薄膜電介質塗層能改善在內壁反射的光的垂直極化分量和平行極化分量的傳輸特性。這種波導性能取決於實體空心管的內壁拋光、薄膜的厚度和薄膜的形態。有幾種形成在銀表面的滷化物，他們都擁有立方晶體結構，各向同性，具有非雙折射性。各向同性性能非常重要，因為在薄膜上生長的雙折射晶體會促使光過多的散射，這裡的散射取決於晶體尺寸且與波長相關。金屬滷化物薄膜一般具有粘附性，即使經過重複彎曲，也不會破裂、剝落或者裂成碎片。所以，這種方法非常適用於製作軟波導和硬波導。例如金屬氧化物薄膜等其他的薄膜，會沉積在經過拋光和清洗的實體空心銀波導的內壁。本實用新型中的低成本實體空心銀波導對傳輸不同波長的混合雷射擁有更優異的性能，例如CO2雷射(大約10. 6 μ m)和HeNe雷射(大約0. 6 μ m)的混合雷射，這兩種雷射廣泛應用於外科手術、工業加工和軍事應用等其他領域。為了得到一個最佳的傳輸10. 6 μ m 和0.6μπι波段雷射的波導薄膜厚度，可以根據在實體反射金屬(比如銀管)表面的薄膜厚度來求解出平均偏振雷射傳輸性能。這裡的薄膜材料的復折射率實部Ii1 = 2. 2，虛部Ic1 = 0.0。實體空心管的基材復折射率n2= 14. 4，虛部1 = 56. 9，計算結果分別見圖5和圖6， 其中的計算模型為直接在實體空心銀基底上形成的滷化銀。薄膜的厚度與表面區域的單位面積重量相關。例如，在Imm內徑的銀管上生成的溴化銀(AgBr)的所產生的質量增量ΔΜ 與AgBr厚度H的關係為H(Jrn) = 11.56103，(？)
L{cm)上式中，L為管子的長度。本實用新型中的低成本實體空心波導對(X)2雷射和HeNe雷射都具有非常高的傳輸效率，在「傳輸窗口，，相關波段內，通過控制形成於實體空心管內部的薄膜厚度來製作空心波導。測量管子內壁的薄膜厚度非常難，尤其是內徑非常小的管子。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計。根據本實用新型的另一個實施案例，內徑非常小的管子內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。本實用新型中的「重量增益」測量法可以包括以下步驟測量實體空心管的尺寸和重量；測量實體空心管在拋光和清洗之後的尺寸和重量；測量實體空心管內壁形成了增反電介質後的重量。根據本實用新型中不同薄膜材料在不同基材的管子的應用，圖7、圖8和圖9是(X)2 雷射單次反射的反射率隨薄膜厚度變化的圖示。結果表明在20 μ m的薄膜厚度內存在很多
8「薄膜厚度窗口」，在非常小的入射角Φ (約等於70° )的正常情況測得的平均極化的CO2 雷射的單次反射率可高達97. 5%，薄膜的復折射率實部Ii1小於4. 5，虛部Ic1約等於0，實體空心管的基底復折射率實部n2約大於2. 0，虛部1 約小於85。換句話說，用來傳輸電磁輻射的低成本和高效實體空心波導可以由直接形成各種固體基底上的增反電介質薄膜製成， 薄膜的復折射率實部約小於4. 5，虛部約等於0。某些實體空心金屬或金屬合金管的光學特性與銀或銀合金很類似，參考表1。表1實體空心管材料在10. 6 μ m波長時的傳輸特性參數
材料折射率實部η折射率虛部k參考文獻Ag14. 456. 910 (A. J. Moses)Al20. 558. 611 (K. Kudo, et al.)Au17. 155. 911 (K. Kudo, et al.)Cr11. 825. 912 (Α. P. Lenham, et al.)Cu14. 164. 311 ((K. Kudo, et al.)Fe9. 6328. 512 (Α. P. Lenham, et al.)Ni9. 0834. 812 (Α. P. Lenham, et al.)Sn17. 443. 511 (K. Kudo, et al.)W10. 731. 012 (A. P. Lenham, et al.)Zn15. 848. 711 (K. Kudo, et al.)表1 中的參考文獻分別為A. J. Moses, "Optical Material Properties」， IFI/PlenumData Corporation, pp.4-92,1971 ；K. Kudo,"Tables of fundamental Properties ofMaterials" Kyoritsu Shuppan, Tokyo Japan,1972 ；A. P. Lenham, et al. "OpticalConstants of Transition Metals in the Infrared" J. Opt. Soc. Amer., Vol. 5，pp. 1137-1138，1966，在此作為參考。圖10表示了沿著導軸方向傳輸的光束入射光線角度(Φ)和內部反射的次數跟實體空心波導(長度50cm，內徑Imm)的曲率半徑(R)的關係。例如，當入射角Φ等於86. V 時，在一個曲率半徑為30cm的超過0. 5米長的實體空心波導內傳播的光束約有15反射。圖11和12分別為當一束雷射沿著導軸方向進入實體空心波導(長度50cm，內徑分別為1mm、2mm、4mm、10mm)時，入射角度(Φ)和內部反射的次數跟實體空心波導的曲率半徑(R)的關係。隨著波導內徑的增加，反射次數和入射角也會增加。實體空心管的內徑可以小於5mm，最好小於3mm。本實用新型的一個實施案例中，有一個波導的內徑約為1mm。為了表述雷射進入實體空心波導的傳導效率的理論模型，我們假設雷射束按照導軸的方向進入一個50cm長的波導，這個波導的AgBr薄膜擁有0. 85 μ m最佳厚度且直接塗敷在實體空心銀管(銀管內徑Imm)的內壁上。CO2雷射傳輸效率是關於實體空心彎曲銀波導的曲率半徑的函數，參考圖13。耦合損耗、散射損耗和高斯光束(電磁場)不予考慮。因此，CO2雷射在實體空心彎曲銀波導(圖15)中的傳輸效率的實際結果小於圖13。加工所需長度的空心銀管原樣，以得到傳播(X)2和HeNe雷射的實體空心金屬波導。管子的內壁經過化學拋光來改善內壁的光潔度，經過合適的拋光後，一個用來提高傳輸性能的薄電介質塗層就可以生長在內壁上了。本實用新型的一個實施案例參考圖19，圖中波導50裝在護套51裡面。護套51由塑料或者金屬製成，護套51和聚焦的器件(沒有畫出)在護套51延伸出來的入口 52處連接。護套51的外徑M達到3mm，長度達到500mm。還包括了一個錐型端53。本實用新型的波導的護套最好密封。例如，波導可以滑入護套51並在合適的位置上與其結合。本實用新型的另一個實施案例中，一個更薄壁護套得到了理想的彎曲性能，如下面所述護套的壁必須由裡面的金屬管的機械特性來決定，還包括壁的重量和塑料管的反彈特性。壁的重量與其自身的厚度相關。一個重的塑料管壁能夠迫使裡面的金屬管永久彎曲難以回到它原始的形態，但是可能因此缺乏足夠的延展性。所以為了滿足所有要求必須綜合考慮各種因素。 在這個案例中，用到的塑料是聚碸，市售產品的品牌有UDEL 、Polyarysulfones, RADEL 、 Teflon 禾口 Polyimide0例如，銀管的機械特性可以包括以下內容最好採用比較硬的管子來拉拔加工空心管；管子最好不要退火否則會變得很軟；儘可能的保持管子的挺直，以縮小傳輸損耗；軟管在製作過程中累計很多起伏後便不會再恢復到最初的形態；另外，在本實用新型中管子在整個長度上都彎曲而不是局部彎曲。因此，最好使用已淬火的彈性管。由銀做的波導非常軟且可延展，波導可以由大量的模具拉拔加工而成，這些模具在某種程度能增加他的硬度。儘管如此，銀波導相對比較柔軟，當波導彎曲時它能保持彎曲不彈回它的原始形態。波導最好是筆直或者平滑彎曲的。本實用新型中塑料護套的使用已經產生了顯著的成果。一個由聚碸或者多芳基化合物製作的護套可以促使波導恢復到它的原始形態。只有使用厚度經過優化後的塑料護套壁的和銀管，本系統中的塑料護套才具有優勢。護套可以使任何彎曲變直，而且能保證任何彎曲都是平滑和漸變的。因此波導能保持其延展性。製成波導的使空心管將的壁的厚度小於0. 3mm，柔性波導護套的最佳厚度小於0. 8mm。更重更厚的塑料護套可以製作硬波導，最佳的壁厚度大約1mm。本實用新型中利用了塑料護套的不易彎曲特性，來控制發生在波導內的彎曲。本實用新型的彎曲是指在整個長度上的彎曲。有一些比較理想的塑料可以保持其形態，比如以下幾種都非常實用RADEL 的Polysulfone或UDEL 的Polyarysulfone，都適合此發明。以下例子建立在使用實體空心銀管的基礎之上。1.拋光液的準備和測試案例化學拋光液是由65g的Cr03、100ml的去離子水和5ml的鹽酸組成的混合酸溶液。 在使用之前要經過10倍的稀釋。如果需要更多的濃溶液，那麼原液用2 3倍的去離子水稀釋即可。在使用之前，需要檢測經稀釋的溶液。取IOml剛配製的溶液倒入燒杯。在需要拋光的銀管上切下一小塊，侵入拋光液30秒，然後從溶液中取出銀管，再用去離子水衝洗。表面便形成了氯化銀薄膜，這個薄膜可以通過以下方式從表面移除i)將小塊銀管放入裝有去離子水的燒杯中，再將燒杯放入超聲波清洗機。ii)在去離子水中配製50%的NH4OH溶液，用夾具夾持銀塊將其輕輕放入溶液中。薄膜會完全溶解，在水中留下可見的拋光表面，使去離子水變白。如果銀管變色，那麼溶液將重新配製。鹽酸濃度要嚴格控制，如果溶液太稀，那麼反應會很慢。而太濃的鹽酸溶液會在銀表面形成不能清除的黑膜，使銀的表面變色。本實用新型中最好不要使用變黑的管子。2.拋光和清洗裝置的實施案例在安裝之前，玻璃器皿和儀器全都要用甲醇和去離子水衝洗，最佳的實施案例參見圖14(a f)。1)圖1 是讓拋光液115在銀管中流動的裝置，第一分液漏鬥60通過第一閥門 61和第一管接頭62連接。空心波導管63 (也即實體空心管10)被安裝在管接頭的另一端。 銀管63下面放置一個第一燒杯64，以接住從管子63裡流出的拋光液。2)圖14b是一個用去離子水清洗的超聲波清洗裝置。第二燒杯66足夠大以致波導67(也即實體空心管10)能完全侵入到去離子水65中，燒杯66通過支架116的環形夾具夾持後安放在第一超聲波清洗機68中。3)通過管道流動50% NH4OH溶液的裝置見圖14c。裝有NH4OH的第二分液漏鬥70 通過第二閥門71和第三閥門117連接到第二管接頭72上。波導67連接管接頭72的另一端。第二燒杯或者其他類似的容器73用來接住從波導中流出的NH4OTL4)圖14d是用裝有50% NH4OH的超聲波清洗裝置。第三燒杯75足夠大以致波導 67能夠完全侵入到NH4OH(圖中的74)中，燒杯75通過支架116的環形夾具夾持後安放在第二超聲波清洗機76中。5)圖14c中通過管子流動50% NH4OH的裝置的另一個可選方案可以參見圖14e， 有一個出口和入口的第一泵浦裝置77連接到第一減壓閥78，泵浦裝置的出口連接到夾持波導67的第一耦合器79上，波導67被放置在裝有50% NH4OH的第四燒杯81中。泵浦裝置的入口連接吸管82，使50% NH4OH回流進泵浦裝置。圖中的80是NH4OH溶液。6)通過管子抽取去離子水的裝置參考圖14f，第二泵浦裝置83連接到第二減壓閥門84上，泵浦裝置的入口連接去離子水過濾器的出口，過濾器85的入口連接到預濾器86 的出口。預濾器86的入口延伸到裝滿去離子水的燒杯中，過濾器86抽取去離子水到過濾器85，再回流到泵浦裝置83。泵浦裝置83的出口連接第二耦合器87，耦合器87用於夾持放在第五燒杯88中的波導，這樣去離子水便能夠循環起來。3.拋光和清洗銀管程序的實施案例1)先將酸和NH4OH的混合溶液準備好，確保圖14(a f)中的儀器已全部到位。2)將銀管原樣放在甲醇和去離子水中衝洗。3)將管子放置到裝有足夠NH4OH溶液的超聲波清洗機，完全覆蓋10分鐘後，去除掉在製造過程中產生的氧化物或者其他薄膜，參考圖14d。4)移走管子，然後在去離子水中衝洗，參考圖14f。5)將125ml的拋光液注入分液漏鬥60，將需要拋光的管子和漏鬥連接。[0106]6)讓拋光液在管子中流動不超過5分鐘，這個拋光過程是自動控制的，因為管子裡填充的是例如AgCl的反應物，對Imm內徑的管子的典型反應時間是5分鐘，參考圖14a。7)移出管子，並在去離子水中衝洗，將管子放入裝有去離子水的超聲波清洗裝置中30分鐘，這樣可以移除大部分的反應物，參考圖14b。將管子原樣拿出後再衝洗幾遍，以移除不溶解的懸浮液，避免阻塞管子。8)移出管子，再將其連接到流動中的50% NH4OH的管子的裝置，參考圖14c，再讓鹼性溶液流動5分鐘。9)移出管子，再放入裝有50% NH4OH的超聲波清洗裝置中清洗15分鐘，參考圖 14d。10)(步驟10和11可以替代8和9)將管子放到抽取有50% NH4OH泵浦裝置中10 分鐘，參考圖14e。11)移出管子，並在去離子水中衝洗，將它放入抽取有去離子水的泵浦裝置中10 分鐘，參考圖14f。12)移出管子，乾燥30分鐘，在乾燥到最後5 10分鐘時，管子可以由熱風槍加熱。13)如果需要更長的拋光時間，可以把步驟5 11重做。最佳的拋光時間可以由一批特定管子測試決定，然後所有管子都按這個時間來拋光。拋光時間在30秒到30分鐘之間。此時管子已經完全準備完畢，可以進入下一步程序，此時可以由HeNe雷射對管子進行通光測試來控制質量。4.銀合金管的拋光和清洗程序用於拋光和清洗銀銅合金管的原液組成為80ml &H2S04、20ml的ΗΝ03(蝕刻液)； 55g的CrO3> Iml的HCl和200ml的水(拋光液)。在使用之前稀釋10倍。H2SO4和HNO3的比例是4 1，在銀表面蝕刻銅，然後用55g的CrO3Uml的HCl和200ml的水配製銀拋光液，以提高銀銅合金管內壁的光潔度。相似的拋光方法液可以提高其他銀合金管內壁的平滑度，蝕刻和拋光液可以交替循環使用。5.通過溴和碘的液相反應來生成滷化銀的程序通過溴和碘的液相反應來生成滷化銀的裝置見圖16，第三分液漏鬥118放在冷卻槽90裡，分液漏鬥118連接到第四閥門119，閥門119用來控制進入銀管95 (即實體空心管 10)的溴和碘氣流。在分液漏鬥和銀管之間有一個控制甲醇的第五閥門91和一個控制N2 的第六閥門92。閥門91和閥門92連接到適配器93上，適配器93與第三管接頭94連接， 管接頭94連接至銀管95的一端，銀管95的另一端連接到通用適配器96上，通用適配器96 的另一端連接彎適配器97，彎適配器97連接真空壓縮機98，因此銀管中的殘留氣體便進入了集氣瓶99。化學反應過程步驟包括1)用甲醇清洗玻璃器皿並乾燥，用石蠟膜或者PTFE材料密封所有接頭以防止汙染。2)在進入銀管之前，可以將冰塊放入冷卻槽來降低液溴或液碘的溫度。3)將液溴或液碘倒入冷卻槽漏鬥，最後，只有一定量的液溴或者液碘才能通過管子。4)關閉溴和碘的閥門，移走集氣瓶。5)打開甲醇閥門，去除殘留在管道中的溴或者碘。6)移開管子，並用甲醇清洗，灌入N2乾燥約15分鐘。7)在進入下一個管道之前，在裝置中不殘留任何溴或者碘。6.通過氯的氣相反應形成滷化銀薄膜通過氯氣相反應形成滷化銀薄膜的裝置見圖17。第一玻璃管100支撐銀管101(即實體空心管10)，銀管101的一端和裝有飽和鹼溶液140的第一洗氣瓶120連接以收集和中和用過的氣體，銀管101的另一端與第四管接頭102連接。氯氣罐104通過管接頭與銀管 102連接，中間還經過控制Cl2和N2的第一三通真空閥門103。N2的來源與三通真空閥門連接(沒有畫出)。化學反應步驟包括1)所有玻璃器皿都由甲醇清洗並乾燥。2)向反應裝置中充入N2以排出其他氣體。3)銀管與管接頭102連接，參考圖17。4)給銀管充入隊15分鐘以排出其他氣體。5)開啟三通真空閥門允許Cl2進入銀管，參考圖17。6)待化學反應三小時後，開啟三通真空閥門給銀管充入N215分鐘。7.溴和碘的汽相反應生成滷化銀程序溴和碘的汽相反應生成滷化銀程序的裝置見圖18，第二玻璃管106用來支撐銀管 107(即實體空心管10)，銀管107的一端連接裝有飽和鹼溶液150的第二洗氣瓶114，這裡的飽和鹼溶液150用來收集和中和廢氣。銀管107的另一端連接第五管接頭108，管接頭 108連接第第二三通真空閥109的一個埠，三通真空閥109的另一個埠連接第三三通真空閥110，三通真空閥110餘下的兩個埠分別連接碘瓶111和溴瓶112。三通真空閥109 的最後一個埠連接隊的源頭(沒有畫出)。碘瓶111和溴瓶112連接第四三通真空閥 113，三通真空閥113的最後一個埠連接隊的源頭。化學反應步驟包括1)用甲醇清洗所有玻璃器皿。2)向反應裝置中充入N2以排出其他氣體。3)按照圖18，將銀管和管接頭108連接。4)給銀管充入隊15分鐘以排出其他氣體。5)液溴和碘晶體分別放入對應的瓶子。6)根據反應的需要，開啟碘或溴蒸汽的閥門，向溴蒸汽和碘蒸氣中通入N2的速率分別是Iscfh和2scfh。7)待化學反應三小時後，關閉閥門，給銀管充入N215分鐘。以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。
1權利要求1.一種實體空心波導，其特徵在於其包括波導體(50)，波導體(50)設置在護套(51) 內部，護套(51)尾端接至入口(52)，護套(51)前端還設有錐形端(53)。
2.根據權利要求1所述的實體空心波導，其特徵在於所述波導體(50)包括實體空心管(10)，實體空心管(10)的內壁設有增反電介質薄膜(40)。
3.根據權利要求1或2所述的實體空心波導的製備裝置，其特徵在於包括通過溴和碘的液相反應來生成滷化銀的裝置，該裝置包括依次相連的第三分液漏鬥(118)、第四閥門 (119)、第五閥門(91)、第六閥門(92)、適配器(93)、第三管接頭(94)、實體空心管(10)、通用適配器(96)、彎適配器(97)、真空壓縮機(98)和集氣瓶(99)，第三分液漏鬥(118)設於冷卻槽(90)內，第五閥門(91)的兩埠各有一支管，兩支管的另一端接在一起，第六閥門 (92)設在第五閥門(91)的兩支管之間，並與第五閥門(91)相配合。
4.根據權利要求1或2所述的實體空心波導的製備裝置，其特徵在於包括通過氯氣的氣相反應形成滷化銀薄膜的裝置，該裝置包括依次相連的第一洗氣瓶(120)、實體空心管 (10)和第四管接頭(102)，第四管接頭(102)的另一端接至第一三通真空閥門(103)的一個埠，第一三通真空閥門(103)的另一端接至氯氣罐(104)，第一三通真空閥門(103)的第三個埠接至隊輸入端，實體空心管(10)的外側還包裹有第一玻璃管(100)。
5.根據權利要求1或2所述的實體空心波導的製備裝置，其特徵在於包括通過溴和碘的汽相反應生成滷化銀的裝置，該裝置包括依次相連的第二洗氣瓶(114)、實體空心管 (10)和第五管接頭(108)，第五管接頭(108)的另一端接至第二三通真空閥(109)的一個埠，第二三通真空閥(109)第另一個埠接至第三三通真空閥(110)的一個埠，第二三通真空閥(109)的第三個埠接至N2輸入埠，第三三通真空閥(110)的另兩個埠分別接至碘瓶(111)和溴瓶(112)，該裝置還包括第四三通真空閥(113)，第四三通真空閥(113) 的兩個埠分別接至碘瓶(111)和溴瓶(112)，第四三通真空閥(11 的第三個埠接至第二三通真空閥(109)和隊輸入埠之間的支路上，實體空心管(10)的外側包裹有第二玻璃管(106)。
專利摘要本實用新型公開了一種實體空心波導及其製備裝置。實體空心波導包括波導體(50)，波導體(50)設置在護套(51)內部，護套(51)尾端接至入口(52)，護套(51)前端還設有錐形端(53)。波導體(50)包括實體空心管(10)，實體空心管(10)的內壁設有增反電介質薄膜(40)。本實用新型應用面廣，能用來傳輸紅外和可見光輻射。
文檔編號G02B6/032GK201936029SQ20102064908
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者顧共恩 申請人:武漢奧新科技有限公司