石英傳像光纖發(fā)展現(xiàn)狀

摘 要：介紹了目前傳像光纖的用途及特點，闡述了石英傳像光纖與多組分玻璃傳像光纖所特有的優(yōu)勢以及目前石英傳像光纖的應用情況。分析了目前石英傳像光纖的制造技術和國內(nèi)外該技術的進展和市場情況。

關鍵詞：傳像光纖；分辨率；單絲直徑

中圖分類號：F626 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-01

近年來圖像傳輸技術在各個領域得到了十分廣泛的應用。目前，用來傳輸圖像的方式主要有傳統(tǒng)光學系統(tǒng)、玻璃傳像光纖、CCD以及CMOS方法。傳統(tǒng)光學系統(tǒng)（如顯微鏡，望遠鏡等）的重量和體積均不易減小、所需元器件數(shù)量較多、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜且剛性不易彎曲。CCD和CMOS都是一種高感光度的半導體材料組成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想象來修改圖像。但是，由于成像過程涉及到光電轉(zhuǎn)換，因而不能在電磁、核輻射和高溫易腐蝕的場合下工作。玻璃傳像光纖是一種可以任意彎曲的傳輸圖像的無源器件，它與上述成像器件相比有以下優(yōu)點：

（1）玻璃傳像光纖具有柔軟、使用自由度大、易實現(xiàn)復雜空間結(jié)構(gòu)的圖像傳輸?shù)忍攸c，打破了傳統(tǒng)光學系統(tǒng)必須成直線或空間折線的僵直、呆板格局；（2）它是無源、實時的傳像系統(tǒng)，能實現(xiàn)點、環(huán)、線或其他形式間的光轉(zhuǎn)換；（3）傳輸光譜范圍寬，且光斑集中；（4）易于和CCD攝像系統(tǒng)耦接，轉(zhuǎn)換為視頻觀察形式；（5）抗電磁干擾性能好。

石英傳像光纖與玻璃傳像光纖相比，具有以下優(yōu)點：

（1）可實現(xiàn)超細直徑，更適于醫(yī)療窺鏡的應用；（2）光學傳輸性能卓越，圖像質(zhì)量高；（3）分辨率高；（4）可實現(xiàn)長距離的光學傳輸；（5）化學穩(wěn)定性高，機械耐久性高。

玻璃傳像光纖廣泛的應用于各種光纖內(nèi)窺鏡和探測系統(tǒng)等方面，特別是在醫(yī)學、工業(yè)和軍工等領域，而石英傳像光纖又具有比多組分玻璃光纖傳像束更顯著的優(yōu)點，所以具有更廣泛的應用前景。

二、技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（一）技術發(fā)展。利用光纖傳輸圖像的設想最初提出于20世紀二、三十年代，直到五十年代中期，才首先由美國人H.H.Hopkins和N.S.Kapany研制出可實用的玻璃傳像光纖，并發(fā)表了利用玻璃傳像光纖傳輸圖像的報告，并在之后將其成功的應用于醫(yī)療內(nèi)窺鏡中。

我國最早開展玻璃傳像光纖研究工作的主要有西安光機所、北玻所、電子46所。南京春輝科技實業(yè)有限公司在90年代初也開展了這方面的研究。目前，南京春輝已經(jīng)成為國內(nèi)生產(chǎn)光纖傳像束的主要廠家，并且在“系列光導纖維傳像束及工業(yè)內(nèi)窺鏡規(guī)模化生產(chǎn)技術研究”以及“大信息量玻璃光纖傳像束研究”等方面處于全國領先地位。

石英傳像光纖是80年代在石英通信光纖的基礎上發(fā)展起來的，它和目前廣泛采用的長度僅能到1—3米的玻璃傳像光纖相比，其透過率高、分辨率高、保色性好、化學穩(wěn)定性好、直徑細、傳輸距離可達幾十米，彌補了玻璃傳像光纖的不足。

在20世紀80年代中期，日本利用其獨特的VAD法研制出石英多芯傳像光纖，并用于工業(yè)、醫(yī)療、國防等領域，為了滿足國內(nèi)的需要，機械電子工業(yè)部第四十六研究所所與北方交通大學合作，研制出了像素1萬至3萬個，長度1米至20米、分辨率為66線對/毫米、每米透過率為96%、傳輸圖象清晰、保色性好的各種規(guī)格的傳像光纖，該種光纖是利用國產(chǎn)設備和原料研制的，工藝簡便，造價低，具有重大的經(jīng)濟、社會效益。由簡水生院士主持研制MCVD法制造的大芯徑、大數(shù)值孔徑石英光纖預制件，一次復絲達到了30萬像素，屬國內(nèi)首創(chuàng)，達到國際先進水平。

（二）制備工藝。目前在石英傳像光纖制備技術上，日本具有比較高的優(yōu)勢，相關專利也比較多。資料上描述的石英傳像光纖制備工藝上基本是大同小異的，相同的是大多都是將石英傳像光纖預制棒拉制成200μm-300μm的光纖絲，然后將1200-6000根這樣的光纖絲截成定長后集束，放入石英套管內(nèi)，最后通過工藝上控制溫度、真空度等以及一些輔助手段拉制成石英傳像光纖。

現(xiàn)在光電子技術正在日益發(fā)展，國際上對于光纖傳像束的研究逐漸從制作工藝轉(zhuǎn)向了廣泛的應用領域，這也對傳像光纖的性能方面有了更多的期望，石英傳像光纖與多組分玻璃傳像光纖相比，從本身的材料性能和光學性能上具有顯著的優(yōu)點，可以替代多組分玻璃傳像光纖，也可以應用在更復雜，更惡略的環(huán)境，長距離高效的傳輸光信息，在醫(yī)療、工業(yè)、軍事、航天探測等領域有著更廣泛的應用前景。但是由于我國對傳像束的研究起步較晚，因此，在石英傳像光纖方面做的工作還有不足，要想形成穩(wěn)定的產(chǎn)品，要進行的研究工作還是很多的。

三、國內(nèi)外市場狀況

關于石英傳像光纖的市場方面，國外目前是日本的技術比較領先，日本的奧林巴斯公司在制作光纖傳像束的技術處于國際領先地位，除了生產(chǎn)高品質(zhì)的多組分玻璃光纖傳像束外，生產(chǎn)的石英傳像光纖的質(zhì)量也比較穩(wěn)定，分辨率高，也形成了一系列的石英傳像光纖產(chǎn)品，但在90年代的時候還在對中國實行禁運，后來在日本又有其他企業(yè)也能制作出石英傳像光纖，國內(nèi)才逐漸可以進口到石英傳像光纖。

我國對光纖傳像束的研究起步較晚，在國內(nèi)目前只見有石英傳像光纖的相關研究文獻，但還沒有見到能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的廠家，在國內(nèi)石英傳像光纖產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)上，目前還是空白。

由于石英傳像光纖與多組分玻璃光纖傳像束相比所具有透過率極高，傳像距離長，保色性好，直徑細，化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可以在醫(yī)療，工業(yè)，軍工等方面更廣泛的應用。但是國內(nèi)由于石英傳像光纖都要依賴進口，極大的限制了石英傳像光纖應用的研究。

四、重點企業(yè)及競爭態(tài)勢

石英傳像光纖國外目前是以日本的奧林巴斯公司為主要生產(chǎn)企業(yè)，還有日本的藤倉公司以及美國的一些研究機構(gòu)，所做的石英傳像光纖有1600像素、6000像素、15000像素，單絲直徑可以達到3μm，光纖直徑可以做到1.0mm以下。日本石英傳像光纖的制備及應用技術比較成熟，想要在國際市場上與這些技術成熟的企業(yè)競爭，難度還是非常大的。而國內(nèi)由于目前還沒有制作石英傳像光纖產(chǎn)品的企業(yè)，所以基本可以說是不存在競爭。

由于國際市場上有日本的石英傳像光纖產(chǎn)品，而國內(nèi)全部是依靠進口，國內(nèi)目前還沒有能制作石英傳像光纖產(chǎn)品企業(yè)，那么一旦研制成功，形成穩(wěn)定的產(chǎn)品，在國內(nèi)填補了這方面產(chǎn)品的空白，就可以在國內(nèi)市場上占據(jù)主動。

參考文獻：

[1]李響，梁中翥，郭鵬.光纖傳像束研究進展[J].光機電信息，2009.