专利名称：一种实体空心波导及其制备装置的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种空腔波导，用于传输激光器的电磁辐射，主要应用在医疗，工业和军事方面。
背景技术：
CO2激光器广泛应用于医学，工业和军事，大量的光纤和空心波导被用作激光的传输介质。相对于以往用于通信的石英光纤，对于波长比较大的高能量CO2激光，空腔波导被证实具有优异的传输特性，具有巨大的商业优势。用来传输电磁波的具有电介质涂层的空心波导早在1950年开始就有所研究。但是直到1983年，用来传输红外光波段的CO2激光具有电介质层的空心波导才得以研制成功。(M.Miygi等在1983年的《应用物理快报》杂志上发表了题为“Fabrication of Germanium-coatedNickel Hollow Waveguides for Infrared Transmission，，的文章)。从此，其他科研人员相继提出各种空心波导的制造方法。空心波导现在广泛用于医疗，工业加工及光传输等各个领域。尤其是波长在 10. 6 μ m和0. 6328 μ m的激光特别适合在空心波导中传输。硬空心波导由不锈钢和在不锈钢内壁上铝陶瓷管组成，已广泛用于在硬内窥镜内传输CO2激光(参考美国专利N0: 4，917，083)。这些波导，受制于长度和承受功率，当激光光源非正常的入射到波导中时，容易局部过热或者融化。并且，由于陶瓷管缺乏内延展性而不易弯曲，因此不宜在柔性波导中应用。一些熟知的金属空心波导由于没有足够的柔韧性，易局部过热，限制了他们的最大输入功率。另一种塑料型柔性空心波导的内径较大，但是功率传输效率非常低。以下美国专利曾公布了空心波导和激光器的光管N0 4, 652，083、NO 4，688，892、NO :4，805, 987、NO :4，913，505 和 NO :4，930, 863，这些专利作为参考。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种实体空心波导及其制备装置，本实用新型应用面广，能用来传输红外和可见光辐射。本实用新型所采用的技术方案是一种实体空心波导包括波导体，波导体设置在护套内部，护套尾端接至入口，护套前端还设有锥形端。所述波导体包括实体空心管，实体空心管的内壁设有增反电介质薄膜。所述的实体空心波导的制备装置，包括通过溴和碘的液相反应来生成卤化银的装置，该装置包括依次相连的第三分液漏斗、第四阀门、第五阀门、第六阀门、适配器、第三管接头、实体空心管、通用适配器、弯适配器、真空压缩机和集气瓶，第三分液漏斗设于冷却槽内，第五阀门的两端口各有一支管，两支管的另一端接在一起，第六阀门设在第五阀门的两支管之间，并与第五阀门相配合。所述的实体空心波导的制备装置，包括通过氯气的气相反应形成卤化银薄膜的装置，该装置包括依次相连的第一洗气瓶、实体空心管和第四管接头，第四管接头的另一端接至第一三通真空阀门的一个端口，第一三通真空阀门的另一端接至氯气罐，第一三通真空阀门的第三个端口接至K输入端，实体空心管的外侧还包裹有第一玻璃管。所述的实体空心波导的制备装置，包括通过溴和碘的汽相反应生成卤化银的装置，该装置包括依次相连的第二洗气瓶、实体空心管和第五管接头，第五管接头的另一端接至第二三通真空阀的一个端口，第二三通真空阀第另一个端口接至第三三通真空阀的一个端口，第二三通真空阀的第三个端口接至队输入端口，第三三通真空阀的另两个端口分别接至碘瓶和溴瓶，该装置还包括第四三通真空阀，第四三通真空阀的两个端口分别接至碘瓶和溴瓶，第四三通真空阀的第三个端口接至第二三通真空阀和队输入端口之间的支路上，实体空心管的外侧包裹有第二玻璃管。本实用新型的优点本实用新型的实体、空心的柔性波导和硬波导，应用面广，能用来传输红外和可见光辐射。本实用新型还提供了获得高反射率电介质薄膜的装置，所述高反射率电介质薄膜对于可见光和红外光传输都具有最佳薄膜厚度。实体空心管的固体基材和化学反应物通过化学液相、气相或者汽相反应来生成电介质，即空心管材料本身也参与化学反应。结构简单，更节约成本。该装置能用于制备实体空心波导。
图1为本实用新型固体基材实体空心银管；图2为图1中实体空心管的横剖面；图3为本实用新型中有电介质涂层固体实体空心银波导结构；图4为图3中实体空心银波导的横剖面；图5为本实用新型中CO2激光(10.6μπι)单次反射的能量反射率随空心管内壁薄膜厚度的改变而变化。薄膜材料的复折射率实部Ii1 = 2. 2，虚部Ic1 = 0. 0，实体空心管的基材复折射率实部 =14. 4，虚部1 = 56. 9 ；图6为本实用新型中HeNe激光(0. 633 μ m)单次反射的能量反射率随空心管内壁薄膜厚度的改变而变化。薄膜材料的复折射率实部Ii1 = 2. 2，虚部Ic1 = 0. 0，实体空心管的基材复折射率实部 =14. 4，虚部1 = 56. 9 ；图7为本实用新型中CO2激光(10.6μπι)单次反射的能量反射率随空心管内壁薄膜厚度的改变而变化。薄膜材料的复折射率实部Ii1 = 1.35，虚部1^ = 0.0，实体空心管的基材复折射率实部 =26. 0，虚部1 = 67. 3 ；图8为本实用新型中CO2激光(10.6μπι)单次反射的能量反射率随空心管内壁薄膜厚度的改变而变化。薄膜材料的复折射率实部Ii1 = 1.95，虚部1^ = 0.0，实体空心管的基材复折射率实部 =14. 4，虚部1 = 56. 9 ；图9为本实用新型中CO2激光(10.6μπι)单次反射的能量反射率随空心管内壁薄膜厚度的改变而变化。薄膜材料的复折射率实部Ii1 = 4. 0，虚部Ic1 = 0. 0，实体空心管的基材复折射率实部 =8. 7，虚部k2 = 58. 2 ；图10为本实用新型中入射角(Φ)与反射次数随实体空心弯曲银波导(长度 50cm)曲率半径的改变而变化图，其中实体空心弯银管波导的内径为1mm，光束沿着导轴方向传输；[0024]图11为本实用新型中入射角(Φ)与反射次数随着实体空心弯曲银波导(长度 50cm)曲率半径的改变而变化图，其中实体空心弯银管波导的内径是变化的，光束沿着导轴方向传输；图12为本实用新型中光束在实体空心弯波导(长度50cm)中传输时反射次数随着曲率半径的改变而变化图，其中实体空心弯银管波导的内径是变化的，光束沿着导轴方向传输；图13为本实用新型中CO2激光(10.6μπι)的透过率随着实体空心弯曲银波导的曲率半径改变而变化图。薄膜材料是厚度为0. 85 μ m的AgBr，直接涂覆在长度为50cm内径为Imm的实体空心银管内表面上；图14a为本实用新型中一种通过银管流过抛光液的装置；图14b为本实用新型中利用超声波清洗机内去离子水清洗波导的实施案例；图14c为本实用新型中在管子中流入50%氢氧化胺溶液的装置；图14d为本实用新型中50%氢氧化胺溶液超声波清洗方法；图He为本实用新型中任选图Hc或者图14d中装置来泵浦50%氢氧化胺溶液进入管子；图14f为泵浦去离子水的装置；图15为本实用新型中，CO2激光(10.6μπι)透过率随着实体空心弯曲银波导的曲率半径变化的实验结果。薄膜材料是0. 8 μ m厚度的AgBr，直接涂覆在长度为50cm内径为 Imm的实体空心银管内表面；图16为本实用新型中，通过溴和碘液相反应形成卤化银薄膜的装置；图17为氯气相反应形成卤化银的装置；图18为碘和溴汽相反应形成卤化银的装置；图19为本实用新型中硬波导示意图。
具体实施方式
有鉴于现有技术的缺点，本实用新型提供了一种方法，这种方法能将加强介质膜直接镀在固体基材的内表面形成实体空心管。由于在空心管的最后成型过程中会导致其内表面的一些缺陷，严重影响内表面的光学质量，使制造直接涂覆的这种空心波导成为一个难点。电介质薄膜涂层或多或少地加重了表面的粗糙度，严重影响波导的传输特性，尤其是短波长激光。本实用新型提供了在固态实体管的内表面直接生长一层薄膜的方法，使空心波导更商用化，延展性好，无论是红外和可见光都具有更高的功率传输效率。该本实用新型提供了一个低成本和高制造效率的方法。本实用新型还提供一种用来抛光和清洗空心波导内表面的方法，使在内表面形成一个增反电介质薄膜之前，改善内表面的光学平滑度。本实用新型提供一种低成本、高效率的化学抛光和清洁的方法和仪器。本实用新型提供一种低成本、高效率方法来制造商用的、实体的、空心的柔性波导和硬波导，用来传输红外和可见光辐射。本实用新型提供一种简单容易的方法来制造低成本、有商业价值的、实体的、空心的柔性波导和硬波导。即通过直接在固态基材实体空心管的内表面上形成单层电介质薄膜。以下金属可以用来制造这种管子银、铝、金、钡、铬、铜、钼、镍、锡、钨、铅、锌、铁及它们的合金。本实用新型提供获得高反射率电介质薄膜的一种方法，所述高反射率电介质薄膜对于可见光和红外光传输都具有最佳薄膜厚度。实体空心管的固体基材和化学反应物通过化学液相、气相或者汽相反应来生成电介质，即空心管材料本身也参与化学反应。本实用新型提供一种制造低成本、高效率空心波导的简单方法，来传输CO2激光和 HeNe激光。还包括通过化学反应在空心波导内表面镀上增反电介质薄膜的空心波导。本实用新型中，最佳的加强电介质薄膜是具有复折射率的材料，复折射率实部为Ii1约小于4. 5， 虚部为h。消光系数与薄膜吸收特性有关，接近0。本实用新型提供了计算金属卤化物和金属氧化物薄膜的最佳厚度的详细设计思路，此薄膜厚度有利于(X)2激光和HeNe激光在实体空心波导内部的传输。薄膜在实体管内壁以非常小的内径生长，可以通过“重量增益”的方法来控制厚度。根据本实用新型，在实体空心管内表面形成一个电介质薄膜，光可以在这种有涂层的管内传输，例如(X)2激光和HeNe激光，本实用新型所用成本要比以前的方法少，当可见光在波导中传输时，这种波导比固体光纤和其他形式的空心波导更有优势。本实用新型提供一种方法，具体是通过抛光和内部清洁，使实体空心金属管内表面的光学平滑度达到镜面一样的光滑平整。此后，为了更有效的传输电磁辐射例如CO2激光和HeNe激光。金属管内壁将直接形成一个适宜的电介质薄膜。本实用新型提供一种高效的非接触化学抛光方法，来减少原来实体空心管内表面的粗糙程度，光洁度可提高100倍。本实用新型提供一种高效的非接触化学清洗方法，来清洁实体空心管的内壁，且在非接触化学抛光反应后不造成任何表面损伤。本实用新型还公布一种高效的抛光和清洗方法，来提高实体空心银管内壁光洁度，可比前人技术提高100倍。本实用新型中，实体空心管由金属和金属合金制造，例如银和标准纯银。这里的金属和金属合金最好具有高导热性、卓越的延展性和光特性(在可见光内的反射性能)。除此之外，金属和金属合金还应该可以同卤素反应，以形成一层薄的纯净金属卤化物薄膜。更好地，这种薄膜拥有统一的电介质涂层，具有好的红外特性和优良的粘附性。可供选择的还有金属氧化物薄膜，它也可以生成统一的电介质涂层。也有可能用到在任何传统的氧化剂作用下形成的相应金属氧化物。例如在医学内窥镜等某些应用中，需要CO2气体吹洗波导中心。这里的气体净化用于阻止由于波导内在气压而喷射出的液体和残渣。但是在波导中的CO2气体会导致热透镜效应和其他传输损耗，将引起波导增温。而且弯曲(特别是弯曲得很紧时)会带来局部增温。本实用新型中的波导当在挺直情况下使用时传输损耗可以忽略不计，当弯曲到很小的曲率半径时，没有明显的传输损耗。此外，本实用新型中高热导性波导能消除由于弯曲过大带来的局部增温、在高功率下热透镜效应或者涂层损伤。因此，本实用新型避免了管内局部增温的隐患。[0054]本实用新型可以应用于医学领域，电介质涂层本质上不能溶于体液、生理盐水或者类似溶液。本实用新型提供传输电磁辐射的实体波导，主要包括固态实体空心管、和一层薄的原生的电介质薄膜，大约有20 μ m厚。其中的电介质薄膜在实体空心管的内壁生长，此薄膜有一个复折射率，实部为Ii1 (约小于4. 5)，虚部为Ic1 (基本上等于0)。此电介质薄膜可以由金属卤化物或者金属氧化物组成。管子可以由具有复折射率(实部n2> 2.0，虚部1 <85)的材料组成。此波导可以用于外科激光手术。除此之外，本实用新型中的波导可以用于工业领域，传统方式是镜面反射传输或者将激光装置直接安装在X-Y工作台上以定位光束传输，本实用新型中光在波导中传输会非常灵活。有鉴于此，本实用新型中的波导可以采用轻型X-Y工作台来定位。在实际应用中，激光需要安置在现有设备上，本实用新型中的波导可以用一种非常简单的方式进行添加。由波导控制的能量可以用作工业上的功率传输器件，用来切割、焊接、热处理、制造和其他工序。本实用新型中的波导还提供一种传统方法不可做到的焊接、切割、焊接和化合的方法。本实用新型可以提供一种方法，这种方法用来制造传输电磁辐射的实体空心波导，包括实体空心管内壁的抛光和清洁，在抛光和清洁过的实体空心管内壁形成达20 μ m 厚度的电介质薄膜。本实用新型还提供抛光和清洁步骤，具体可以如下之一接触机械清洗和抛光、非接触化学清洗和抛光、机械化学混合模式的清洗和抛光。为便于对本实用新型的结构及达到的效果有进一步的了解，现配合附图并举较佳实施例详细说明如下。如图1所示，是一种由均勻材料15组成的固体基材实体空心银管10，图2是图1 的横剖面。横剖面可以是多种几何构型，最好是圆形和矩形。本实用新型还包括，实体空心管10的内壁25光滑度极高，内壁25用来传输在特定波长内的电磁辐射20。例如，一个拥有接近完全光滑内壁的实体空心银管，用来传输HeNe激光(波长大约0. 6 μ m)，以非常小入射角Φ (大约75° )入射时，可以达到超过96%的功率传输效率。但是这种实体空心波导用作传输CO2激光功率(波长大约10.6 μ m)时效率不是很高。用作实体空心管的银大约 99%纯度，最好是商业级别银。本实用新型中的实体空心管也可以由以下一种或多种材料制作成金、钡、铬、铜、钼、镍、锡、钨、铅、锌、铁及它们的合金。如图3所示，增反电介质涂层的固体基材实体空心银波导30用来传输在红外和可见光波段的电磁辐射35。这里的实体空心波导30包括一个固体基材实体空心银管10，增反电介质薄膜40直接形成于实体银管10的内壁25上，这里管子10上的材料15作为化学反应物之一生成增反电介质薄膜40。45为增反电介质薄膜40的内壁。图4为图3的横剖面。相对于前人设计的拥有多层管和多层镀膜的空心波导来说，本实用新型效率非常高且经济效益好。图3和图4中，增反电介质薄膜40在实体空心银管10的内壁25上形成之前，内壁25必须经过抛光和清洗以提高空心银管10的内墙观的表面光滑度。通常情况下，实体银管10原样的内墙观最初的表面光滑度非常差。若在内墙观上直接形成增反电介质薄膜40，实质上加重了实体空心银管内壁的粗糙，还会导致严重的散射损耗。特别是当可见光通过空心波导30时，粗糙内壁的散射损耗可以导致薄膜的吸收损耗。本实用新型还突出的表现在，内墙观和实体空心银管10原样通过非接触化学方法来进行抛光和清洗，或者接触机械方法，例如管刷。抛光和清洗过程会改善激光在实体空心波导30中的传输特性。本实用新型中管内壁的抛光可以通过非接触化学抛光和清洁方法，使其达到理想状态。化学抛光溶液可以根据使用目的由不同材料兑取。本实用新型中一种可用于银管抛光的溶液包括100ml的去离子水(DI)、65g CrO3 和5ml的纯HCl。这种溶液是混合性酸溶液。本实用新型中，可用实体空心银管基材和卤元素作为化学反应物生成薄膜。由于在管子的拉拔加工过程中会导致其内表面的一些缺陷，这可能影响到波导性能，所以在镀膜时最好选用光滑平整的内壁。因此，对银管的抛光和清洗能够改善内壁的抛光性能。薄膜电介质涂层能改善在内壁反射的光的垂直极化分量和平行极化分量的传输特性。这种波导性能取决于实体空心管的内壁抛光、薄膜的厚度和薄膜的形态。有几种形成在银表面的卤化物，他们都拥有立方晶体结构，各向同性，具有非双折射性。各向同性性能非常重要，因为在薄膜上生长的双折射晶体会促使光过多的散射，这里的散射取决于晶体尺寸且与波长相关。金属卤化物薄膜一般具有粘附性，即使经过重复弯曲，也不会破裂、剥落或者裂成碎片。所以，这种方法非常适用于制作软波导和硬波导。例如金属氧化物薄膜等其他的薄膜，会沉积在经过抛光和清洗的实体空心银波导的内壁。本实用新型中的低成本实体空心银波导对传输不同波长的混合激光拥有更优异的性能，例如CO2激光(大约10. 6 μ m)和HeNe激光(大约0. 6 μ m)的混合激光，这两种激光广泛应用于外科手术、工业加工和军事应用等其他领域。为了得到一个最佳的传输10. 6 μ m 和0.6μπι波段激光的波导薄膜厚度，可以根据在实体反射金属(比如银管)表面的薄膜厚度来求解出平均偏振激光传输性能。这里的薄膜材料的复折射率实部Ii1 = 2. 2，虚部Ic1 = 0.0。实体空心管的基材复折射率n2= 14. 4，虚部1 = 56. 9，计算结果分别见图5和图6， 其中的计算模型为直接在实体空心银基底上形成的卤化银。薄膜的厚度与表面区域的单位面积重量相关。例如，在Imm内径的银管上生成的溴化银(AgBr)的所产生的质量增量ΔΜ 与AgBr厚度H的关系为H(Jrn) = 11.56103，(？)
L{cm)上式中，L为管子的长度。本实用新型中的低成本实体空心波导对(X)2激光和HeNe激光都具有非常高的传输效率，在“传输窗口，，相关波段内，通过控制形成于实体空心管内部的薄膜厚度来制作空心波导。测量管子内壁的薄膜厚度非常难，尤其是内径非常小的管子。目前市售的薄膜测量仪器都只为平坦表面且为可见光波长而设计。根据本实用新型的另一个实施案例，内径非常小的管子内壁的薄膜厚度可以通过“重量增益”的方式成功的测量，而且薄膜厚度可以精确地控制，参考图5和图6。本实用新型中的“重量增益”测量法可以包括以下步骤测量实体空心管的尺寸和重量；测量实体空心管在抛光和清洗之后的尺寸和重量；测量实体空心管内壁形成了增反电介质后的重量。根据本实用新型中不同薄膜材料在不同基材的管子的应用，图7、图8和图9是(X)2 激光单次反射的反射率随薄膜厚度变化的图示。结果表明在20 μ m的薄膜厚度内存在很多
8“薄膜厚度窗口”，在非常小的入射角Φ (约等于70° )的正常情况测得的平均极化的CO2 激光的单次反射率可高达97. 5%，薄膜的复折射率实部Ii1小于4. 5，虚部Ic1约等于0，实体空心管的基底复折射率实部n2约大于2. 0，虚部1 约小于85。换句话说，用来传输电磁辐射的低成本和高效实体空心波导可以由直接形成各种固体基底上的增反电介质薄膜制成， 薄膜的复折射率实部约小于4. 5，虚部约等于0。某些实体空心金属或金属合金管的光学特性与银或银合金很类似，参考表1。表1实体空心管材料在10. 6 μ m波长时的传输特性参数
材料折射率实部η折射率虚部k参考文献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 中的参考文献分别为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，在此作为参考。图10表示了沿着导轴方向传输的光束入射光线角度(Φ)和内部反射的次数跟实体空心波导(长度50cm，内径Imm)的曲率半径(R)的关系。例如，当入射角Φ等于86. V 时，在一个曲率半径为30cm的超过0. 5米长的实体空心波导内传播的光束约有15反射。图11和12分别为当一束激光沿着导轴方向进入实体空心波导(长度50cm，内径分别为1mm、2mm、4mm、10mm)时，入射角度(Φ)和内部反射的次数跟实体空心波导的曲率半径(R)的关系。随着波导内径的增加，反射次数和入射角也会增加。实体空心管的内径可以小于5mm，最好小于3mm。本实用新型的一个实施案例中，有一个波导的内径约为1mm。为了表述激光进入实体空心波导的传导效率的理论模型，我们假设激光束按照导轴的方向进入一个50cm长的波导，这个波导的AgBr薄膜拥有0. 85 μ m最佳厚度且直接涂敷在实体空心银管(银管内径Imm)的内壁上。CO2激光传输效率是关于实体空心弯曲银波导的曲率半径的函数，参考图13。耦合损耗、散射损耗和高斯光束(电磁场)不予考虑。因此，CO2激光在实体空心弯曲银波导(图15)中的传输效率的实际结果小于图13。加工所需长度的空心银管原样，以得到传播(X)2和HeNe激光的实体空心金属波导。管子的内壁经过化学抛光来改善内壁的光洁度，经过合适的抛光后，一个用来提高传输性能的薄电介质涂层就可以生长在内壁上了。本实用新型的一个实施案例参考图19，图中波导50装在护套51里面。护套51由塑料或者金属制成，护套51和聚焦的器件(没有画出)在护套51延伸出来的入口 52处连接。护套51的外径M达到3mm，长度达到500mm。还包括了一个锥型端53。本实用新型的波导的护套最好密封。例如，波导可以滑入护套51并在合适的位置上与其结合。本实用新型的另一个实施案例中，一个更薄壁护套得到了理想的弯曲性能，如下面所述护套的壁必须由里面的金属管的机械特性来决定，还包括壁的重量和塑料管的反弹特性。壁的重量与其自身的厚度相关。一个重的塑料管壁能够迫使里面的金属管永久弯曲难以回到它原始的形态，但是可能因此缺乏足够的延展性。所以为了满足所有要求必须综合考虑各种因素。 在这个案例中，用到的塑料是聚砜，市售产品的品牌有UDEL 、Polyarysulfones, RADEL 、 Teflon 禾口 Polyimide0例如，银管的机械特性可以包括以下内容最好采用比较硬的管子来拉拔加工空心管；管子最好不要退火否则会变得很软；尽可能的保持管子的挺直，以缩小传输损耗；软管在制作过程中累计很多起伏后便不会再恢复到最初的形态；另外，在本实用新型中管子在整个长度上都弯曲而不是局部弯曲。因此，最好使用已淬火的弹性管。由银做的波导非常软且可延展，波导可以由大量的模具拉拔加工而成，这些模具在某种程度能增加他的硬度。尽管如此，银波导相对比较柔软，当波导弯曲时它能保持弯曲不弹回它的原始形态。波导最好是笔直或者平滑弯曲的。本实用新型中塑料护套的使用已经产生了显著的成果。一个由聚砜或者多芳基化合物制作的护套可以促使波导恢复到它的原始形态。只有使用厚度经过优化后的塑料护套壁的和银管，本系统中的塑料护套才具有优势。护套可以使任何弯曲变直，而且能保证任何弯曲都是平滑和渐变的。因此波导能保持其延展性。制成波导的使空心管将的壁的厚度小于0. 3mm，柔性波导护套的最佳厚度小于0. 8mm。更重更厚的塑料护套可以制作硬波导，最佳的壁厚度大约1mm。本实用新型中利用了塑料护套的不易弯曲特性，来控制发生在波导内的弯曲。本实用新型的弯曲是指在整个长度上的弯曲。有一些比较理想的塑料可以保持其形态，比如以下几种都非常实用RADEL 的Polysulfone或UDEL 的Polyarysulfone，都适合此发明。以下例子建立在使用实体空心银管的基础之上。1.抛光液的准备和测试案例化学抛光液是由65g的Cr03、100ml的去离子水和5ml的盐酸组成的混合酸溶液。 在使用之前要经过10倍的稀释。如果需要更多的浓溶液，那么原液用2 3倍的去离子水稀释即可。在使用之前，需要检测经稀释的溶液。取IOml刚配制的溶液倒入烧杯。在需要抛光的银管上切下一小块，侵入抛光液30秒，然后从溶液中取出银管，再用去离子水冲洗。表面便形成了氯化银薄膜，这个薄膜可以通过以下方式从表面移除i)将小块银管放入装有去离子水的烧杯中，再将烧杯放入超声波清洗机。ii)在去离子水中配制50%的NH4OH溶液，用夹具夹持银块将其轻轻放入溶液中。薄膜会完全溶解，在水中留下可见的抛光表面，使去离子水变白。如果银管变色，那么溶液将重新配制。盐酸浓度要严格控制，如果溶液太稀，那么反应会很慢。而太浓的盐酸溶液会在银表面形成不能清除的黑膜，使银的表面变色。本实用新型中最好不要使用变黑的管子。2.抛光和清洗装置的实施案例在安装之前，玻璃器皿和仪器全都要用甲醇和去离子水冲洗，最佳的实施案例参见图14(a f)。1)图1 是让抛光液115在银管中流动的装置，第一分液漏斗60通过第一阀门 61和第一管接头62连接。空心波导管63 (也即实体空心管10)被安装在管接头的另一端。 银管63下面放置一个第一烧杯64，以接住从管子63里流出的抛光液。2)图14b是一个用去离子水清洗的超声波清洗装置。第二烧杯66足够大以致波导67(也即实体空心管10)能完全侵入到去离子水65中，烧杯66通过支架116的环形夹具夹持后安放在第一超声波清洗机68中。3)通过管道流动50% NH4OH溶液的装置见图14c。装有NH4OH的第二分液漏斗70 通过第二阀门71和第三阀门117连接到第二管接头72上。波导67连接管接头72的另一端。第二烧杯或者其他类似的容器73用来接住从波导中流出的NH4OTL4)图14d是用装有50% NH4OH的超声波清洗装置。第三烧杯75足够大以致波导 67能够完全侵入到NH4OH(图中的74)中，烧杯75通过支架116的环形夹具夹持后安放在第二超声波清洗机76中。5)图14c中通过管子流动50% NH4OH的装置的另一个可选方案可以参见图14e， 有一个出口和入口的第一泵浦装置77连接到第一减压阀78，泵浦装置的出口连接到夹持波导67的第一耦合器79上，波导67被放置在装有50% NH4OH的第四烧杯81中。泵浦装置的入口连接吸管82，使50% NH4OH回流进泵浦装置。图中的80是NH4OH溶液。6)通过管子抽取去离子水的装置参考图14f，第二泵浦装置83连接到第二减压阀门84上，泵浦装置的入口连接去离子水过滤器的出口，过滤器85的入口连接到预滤器86 的出口。预滤器86的入口延伸到装满去离子水的烧杯中，过滤器86抽取去离子水到过滤器85，再回流到泵浦装置83。泵浦装置83的出口连接第二耦合器87，耦合器87用于夹持放在第五烧杯88中的波导，这样去离子水便能够循环起来。3.抛光和清洗银管程序的实施案例1)先将酸和NH4OH的混合溶液准备好，确保图14(a f)中的仪器已全部到位。2)将银管原样放在甲醇和去离子水中冲洗。3)将管子放置到装有足够NH4OH溶液的超声波清洗机，完全覆盖10分钟后，去除掉在制造过程中产生的氧化物或者其他薄膜，参考图14d。4)移走管子，然后在去离子水中冲洗，参考图14f。5)将125ml的抛光液注入分液漏斗60，将需要抛光的管子和漏斗连接。[0106]6)让抛光液在管子中流动不超过5分钟，这个抛光过程是自动控制的，因为管子里填充的是例如AgCl的反应物，对Imm内径的管子的典型反应时间是5分钟，参考图14a。7)移出管子，并在去离子水中冲洗，将管子放入装有去离子水的超声波清洗装置中30分钟，这样可以移除大部分的反应物，参考图14b。将管子原样拿出后再冲洗几遍，以移除不溶解的悬浮液，避免阻塞管子。8)移出管子，再将其连接到流动中的50% NH4OH的管子的装置，参考图14c，再让碱性溶液流动5分钟。9)移出管子，再放入装有50% NH4OH的超声波清洗装置中清洗15分钟，参考图 14d。10)(步骤10和11可以替代8和9)将管子放到抽取有50% NH4OH泵浦装置中10 分钟，参考图14e。11)移出管子，并在去离子水中冲洗，将它放入抽取有去离子水的泵浦装置中10 分钟，参考图14f。12)移出管子，干燥30分钟，在干燥到最后5 10分钟时，管子可以由热风枪加热。13)如果需要更长的抛光时间，可以把步骤5 11重做。最佳的抛光时间可以由一批特定管子测试决定，然后所有管子都按这个时间来抛光。抛光时间在30秒到30分钟之间。此时管子已经完全准备完毕，可以进入下一步程序，此时可以由HeNe激光对管子进行通光测试来控制质量。4.银合金管的抛光和清洗程序用于抛光和清洗银铜合金管的原液组成为80ml &H2S04、20ml的ΗΝ03(蚀刻液)； 55g的CrO3> Iml的HCl和200ml的水(抛光液)。在使用之前稀释10倍。H2SO4和HNO3的比例是4 1，在银表面蚀刻铜，然后用55g的CrO3Uml的HCl和200ml的水配制银抛光液，以提高银铜合金管内壁的光洁度。相似的抛光方法液可以提高其他银合金管内壁的平滑度，蚀刻和抛光液可以交替循环使用。5.通过溴和碘的液相反应来生成卤化银的程序通过溴和碘的液相反应来生成卤化银的装置见图16，第三分液漏斗118放在冷却槽90里，分液漏斗118连接到第四阀门119，阀门119用来控制进入银管95 (即实体空心管 10)的溴和碘气流。在分液漏斗和银管之间有一个控制甲醇的第五阀门91和一个控制N2 的第六阀门92。阀门91和阀门92连接到适配器93上，适配器93与第三管接头94连接， 管接头94连接至银管95的一端，银管95的另一端连接到通用适配器96上，通用适配器96 的另一端连接弯适配器97，弯适配器97连接真空压缩机98，因此银管中的残留气体便进入了集气瓶99。化学反应过程步骤包括1)用甲醇清洗玻璃器皿并干燥，用石蜡膜或者PTFE材料密封所有接头以防止污染。2)在进入银管之前，可以将冰块放入冷却槽来降低液溴或液碘的温度。3)将液溴或液碘倒入冷却槽漏斗，最后，只有一定量的液溴或者液碘才能通过管子。4)关闭溴和碘的阀门，移走集气瓶。5)打开甲醇阀门，去除残留在管道中的溴或者碘。6)移开管子，并用甲醇清洗，灌入N2干燥约15分钟。7)在进入下一个管道之前，在装置中不残留任何溴或者碘。6.通过氯的气相反应形成卤化银薄膜通过氯气相反应形成卤化银薄膜的装置见图17。第一玻璃管100支撑银管101(即实体空心管10)，银管101的一端和装有饱和碱溶液140的第一洗气瓶120连接以收集和中和用过的气体，银管101的另一端与第四管接头102连接。氯气罐104通过管接头与银管 102连接，中间还经过控制Cl2和N2的第一三通真空阀门103。N2的来源与三通真空阀门连接(没有画出)。化学反应步骤包括1)所有玻璃器皿都由甲醇清洗并干燥。2)向反应装置中充入N2以排出其他气体。3)银管与管接头102连接，参考图17。4)给银管充入队15分钟以排出其他气体。5)开启三通真空阀门允许Cl2进入银管，参考图17。6)待化学反应三小时后，开启三通真空阀门给银管充入N215分钟。7.溴和碘的汽相反应生成卤化银程序溴和碘的汽相反应生成卤化银程序的装置见图18，第二玻璃管106用来支撑银管 107(即实体空心管10)，银管107的一端连接装有饱和碱溶液150的第二洗气瓶114，这里的饱和碱溶液150用来收集和中和废气。银管107的另一端连接第五管接头108，管接头 108连接第第二三通真空阀109的一个端口，三通真空阀109的另一个端口连接第三三通真空阀110，三通真空阀110余下的两个端口分别连接碘瓶111和溴瓶112。三通真空阀109 的最后一个端口连接队的源头(没有画出)。碘瓶111和溴瓶112连接第四三通真空阀 113，三通真空阀113的最后一个端口连接队的源头。化学反应步骤包括1)用甲醇清洗所有玻璃器皿。2)向反应装置中充入N2以排出其他气体。3)按照图18，将银管和管接头108连接。4)给银管充入队15分钟以排出其他气体。5)液溴和碘晶体分别放入对应的瓶子。6)根据反应的需要，开启碘或溴蒸汽的阀门，向溴蒸汽和碘蒸气中通入N2的速率分别是Iscfh和2scfh。7)待化学反应三小时后，关闭阀门，给银管充入N215分钟。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
1权利要求1.一种实体空心波导，其特征在于其包括波导体(50)，波导体(50)设置在护套(51) 内部，护套(51)尾端接至入口(52)，护套(51)前端还设有锥形端(53)。
2.根据权利要求1所述的实体空心波导，其特征在于所述波导体(50)包括实体空心管(10)，实体空心管(10)的内壁设有增反电介质薄膜(40)。
3.根据权利要求1或2所述的实体空心波导的制备装置，其特征在于包括通过溴和碘的液相反应来生成卤化银的装置，该装置包括依次相连的第三分液漏斗(118)、第四阀门 (119)、第五阀门(91)、第六阀门(92)、适配器(93)、第三管接头(94)、实体空心管(10)、通用适配器(96)、弯适配器(97)、真空压缩机(98)和集气瓶(99)，第三分液漏斗(118)设于冷却槽(90)内，第五阀门(91)的两端口各有一支管，两支管的另一端接在一起，第六阀门 (92)设在第五阀门(91)的两支管之间，并与第五阀门(91)相配合。
4.根据权利要求1或2所述的实体空心波导的制备装置，其特征在于包括通过氯气的气相反应形成卤化银薄膜的装置，该装置包括依次相连的第一洗气瓶(120)、实体空心管 (10)和第四管接头(102)，第四管接头(102)的另一端接至第一三通真空阀门(103)的一个端口，第一三通真空阀门(103)的另一端接至氯气罐(104)，第一三通真空阀门(103)的第三个端口接至队输入端，实体空心管(10)的外侧还包裹有第一玻璃管(100)。
5.根据权利要求1或2所述的实体空心波导的制备装置，其特征在于包括通过溴和碘的汽相反应生成卤化银的装置，该装置包括依次相连的第二洗气瓶(114)、实体空心管 (10)和第五管接头(108)，第五管接头(108)的另一端接至第二三通真空阀(109)的一个端口，第二三通真空阀(109)第另一个端口接至第三三通真空阀(110)的一个端口，第二三通真空阀(109)的第三个端口接至N2输入端口，第三三通真空阀(110)的另两个端口分别接至碘瓶(111)和溴瓶(112)，该装置还包括第四三通真空阀(113)，第四三通真空阀(113) 的两个端口分别接至碘瓶(111)和溴瓶(112)，第四三通真空阀(11 的第三个端口接至第二三通真空阀(109)和队输入端口之间的支路上，实体空心管(10)的外侧包裹有第二玻璃管(106)。
专利摘要本实用新型公开了一种实体空心波导及其制备装置。实体空心波导包括波导体(50)，波导体(50)设置在护套(51)内部，护套(51)尾端接至入口(52)，护套(51)前端还设有锥形端(53)。波导体(50)包括实体空心管(10)，实体空心管(10)的内壁设有增反电介质薄膜(40)。本实用新型应用面广，能用来传输红外和可见光辐射。
文档编号G02B6/032GK201936029SQ20102064908
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者顾共恩 申请人:武汉奥新科技有限公司