专利名称：一种具有弥散功能的光纤出射端及其制造方法
技术领域：
本发明属于光纤技术领域，涉及特殊形式的光纤出射端面，尤其涉及具有弥散功能的光纤，为一种具有弥散功能的光纤出射端。
背景技术：
在现代医疗领域，有一种导入激光光纤针对活体组织的目标部位进行激光照射， 将目标部位组织经激光照射而气化蒸散，实现治疗目的的医疗手段。其中使用具有弥散效果的激光照射，可以只把目标部位的活体组织进行气化蒸散，从而避免在激光直射状态进行照射时发生对目标部位周围组织造成损伤的可能。目前在制造这种可以发射具有弥散效果激光的光纤时，是使用激光对光纤端面进行加工，得到具有弥散功能的光纤端面，然而在进行大数量光纤加工时，无法精细的控制所有光纤的加工，其激光射出的弥散程度参差不齐，在使用时弥散效果的随机性比较大，只能满足基本使用要求，使用效果无法保证。并且通过激光加工得到的光纤出射端面本体易受到加工的损伤，进而影响使用。
发明内容
本发明要解决的问题是现有技术制造的具有弥散功能的光纤其激光射出的弥散程度参差不齐，只能满足基本弥散要求，无法稳定的达到要求的弥散效果。本发明的技术方案为一种具有弥散功能的光纤出射端，光纤出射端部设有弥散剂层，弥散剂为熔点高于1500°C的粉末状无机化合物，所述弥散剂层为弧状，覆盖在光纤端部，并与光纤端部固定为一体。所述光纤为石英光纤，所述无机化合物为金属氧化物。上述具有弥散功能的光纤出射端的制造方法为在光纤端部涂覆弥散剂，然后通过电弧放电对涂覆了弥散剂的光纤端部进行加热，光纤端部发生热反应，光纤端部的石英在高温下软化变形，形成弧状透镜，覆盖的弥散剂使所述弧状透镜具有弥散功能，并且加热使弥散剂与光纤材料熔融成一体，加热完成后冷却成形，得到具有弥散功能的光纤出射端。通过电弧放电对光纤端部进行加热，光纤端部发生热反应，光纤端部的石英在高温下软化变形，形成弧状透镜，加热完成后冷却成形，然后在加工后的光纤端部涂覆弥散剂，再次通过电弧放电对涂覆了弥散剂的光纤端部进行加热，使弥散剂与光纤材料熔融成一体，得到具有弥散功能的光纤出射端。电弧放电加热过程中，通过调整放电时电极与光纤端部的距离和角度，以及放电时间，调整弧状透镜的曲率半径，所述电极与光纤端部的距离由远到近，以及放电时间由短到长，对应弧状透镜的曲率半径由大到小，在曲率半径固定的基础上，所述电极与光纤端部的角度越大，电极与光纤端部的距离越远，所需放电时间越长，角度越小，所需放电时间越短。本发明提出的具有弥散功能的光纤出射端面，在光纤出射端面形成一层由弥散剂组成的涂覆层，弥散剂层与光纤紧密结合为一体，通过弥散剂层实现弥散效果，不影响光纤本体，弥散剂层将从激光发生装置导入光纤的直射性激光在出射端进行有效阻遮，从而失去直射特性，得到激光在出射时从端部侧面周围呈弥散状出射的最佳效果，并且出射光线的弥散程度随着光纤出射端弧状透镜曲率半径的变化而变化，弧状透镜曲率半径可控。本发明的弥散剂层依附在光纤端部，高温下光纤端部的石英软化变形得到弧状透镜，弥散剂层随之变形，覆盖在弧状透镜上使其具备弥散功能，由于本发明中的加热通过电弧放电进行控制，石英随温度的变化状态是一定的，因此弧状透镜的状态是可控的，弥散程度参差不齐的情况不会发生，并且使用者可以在预先知道光纤端部激光出射的状态的前提下使用光纤，而且通过外部热源的方式加工光纤，可以避免用激光照射光纤加工端面时造成对光纤本身的损伤。
图1为本发明具有弥散功能的光纤出射端的结构示意图。图2为本发明在光纤出射端部涂覆弥散剂的示意图。图3为本发明电弧加热过程中光纤出射端的示意图，图(a)-(d)显示了加热过程中弥散剂逐渐形成不同曲率半径弧状透镜的过程。
具体实施例方式如图1，光纤出射端部1设有弥散剂层2，所述弥散剂层2为弧状，覆盖在光纤端部 1，并与光纤端部1固定为一体。本发明具有弥散功能的光纤出射端的制造方法为在光纤端部1涂覆弥散剂，如图2，然后通过电弧放电对涂覆了弥散剂的光纤端部1进行加热，光纤端部1垂直设置在电极之间，如图3，光纤端部1的石英发生热反应，石英材料受热软化变形，在重力作用下形成弧状透镜，覆盖的弥散剂层2使其具有弥散功能，并且加热使弥散剂与光纤材料熔融成一体，不易脱落，加热完成后冷却成形，得到具有弥散功能的光纤出射端。或者通过电弧放电对光纤端部1进行加热，光纤端部发生热反应，端部的石英在高温下软化，形成弧状透镜， 加热完成后冷却成形，然后在加工后的光纤端部涂覆弥散剂，再次通过电弧放电对涂覆了弥散剂的光纤端部进行加热，使弥散剂与光纤材料熔融成一体，形成弥散剂层2，从而得到具有弥散功能的光纤出射端。加工后光纤出射端面的直射光线被有效遮挡，出射光呈弥散状，出射光线的弥散程度随着光纤出射端弧状透镜的曲率半径的变化而变化，光纤出射端弧状透镜的曲率半径的大小可以通过加工工艺进行控制。电弧放电加热过程中，通过调整放电时电极3与光纤端部1的距离和角度，以及放电时间，调整弥散剂形成的弧状透镜的曲率半径。光纤端部距离电极的距离由远到近，其端部的加工形状就如图3中从(a)到(d)的形状，放电时间由短到长，也会使端部的加工形状成为由(a)到(d)的形状，即对应弧状透镜的曲率半径由大到小。而涂覆弥散剂后希望放电时间尽量短，一则避免端部形状会受重力作用产生下垂现象，另外还避免弥散剂在熔融的石英中流动，使得涂覆不均勻，而端部电极间角度会影响温度场分布，直接影响放电时间的选择，角度越大放电时间越长，角度越小放电时间越短。对应所需要的曲率半径，根据上述原则选择合适的放电时间、距离以及角度。
电弧放电的电流值是个稳定的参数，在放电时的距离、角度、时间都固定的状态下，作用于光纤端部加热时的能量也比用激光热源稳定，则弧状透镜的曲率半径也随之固定在同一状态，保证了产品制造品质性能的稳定性。弥散剂形成的弧状透镜的曲率半径与加热温度及加热时间相关，因为电流值与放电时间是可以进行精确调整，所以曲率半径也可实现精确的调整与控制，从而出射光的弥散程度也得到了控制。并且通过外部热源的方式加工光纤，可以避免用激光照射光纤加工端面时造成对光纤本身的损伤。本发明利用电极之间放电，即电弧放电方式进行加工，即使是在大量的光纤加工时，光纤出射端的激光出射状态即弥散程度也不会参差不齐。并且使用者是在可知光纤端部激光出射的状态的前提下使用光纤。所使用弥散剂为熔点高于1500°C的粉末状无机化合物，对于弥散剂的选择是本领域技术人员可以确定的，现有的弥散光纤上也有在加工后的光纤出射端上用无机粘合剂粘结一层弥散剂作为散射粒子，弥散剂一般采用金属氧化物， 常用的弥散剂有二氧化钛。本发明的弥散剂要求熔点高于1500°C，是因为要与石英材料的熔点接近，从而避免在弥散剂在加热时石英材料还没有软化，而弥散剂就已经开始融化发生流动，导致弥散剂局部堆积，产生涂覆不均进而导致弥散效果不均勻的现象；粉末状则保证了可以均勻涂覆，使用方便，同时又不会像液体状在涂覆后未加热的情况下就产生流动现象，导致涂覆不均，影响弥散效果。而且液体的沸点比较低，很容易在石英还未软化的情况下就被挥发掉， 而固体的缺点是不利于均勻涂覆，操作起来不方便。 下面通过实施例来说明本发明。实施例一除去光纤端部套塑层，在平整的光纤端部及侧面涂覆弥散剂氧化锆，将涂覆好弥散剂的光纤端部固定在与两电极中间位置，并与电极处于同一直线上，进行放电5 秒钟加热，使光纤端面与弥散剂发生热熔后自然冷却成弧状，如图3中(c)，此时在光纤端面形成一层涂覆层，且不易剥落。在同一加热条件下得到的光纤端部具有相同的弥散剂层。 加工后的光纤出射端，激光出射时具有弥散特征，并且直线出射方向被遮挡。实施例二 除去光纤端部套塑层，在平整的光纤端部及侧面涂覆弥散剂二氧化钛， 将涂覆好弥散剂的光纤端部固定在距离两电极中间位置3mm处，进行放电5秒钟加热，使光纤端面与弥散剂发生热熔后自然冷却成弧状，如图3中(b)，此时在光纤端面形成一层涂覆层，且不易剥落。在同一加热条件下得到的光纤端部具有相同的弥散剂层。加工后的光纤出射端，激光出射时具有弥散特征，并且直线出射方向被遮挡。实施例三除去光纤端部套塑层，将光纤端部固定在距离两电极中间位置3mm处， 进行放电5秒钟加热，使光纤端面的石英材料软化后自然冷却成弧状，形状如图3中(b)，之后对加工后的光纤端面涂覆弥散剂二氧化钛，然后在把光纤端部固定在距离两电极中间位置3mm处，进行放电2秒钟，使弥散剂层与石英材料融成一体，此时在光纤端面形成一层涂覆层，也就是弥散剂层，且不易剥落。在同一加热条件下得到的光纤端部具有相同的弥散剂层。加工后的光纤出射端，激光出射时具有弥散特征，并且直线出射方向被遮挡。
权利要求
1.一种具有弥散功能的光纤出射端，其特征是光纤出射端部设有弥散剂层，弥散剂为熔点高于1500°c的粉末状无机化合物，所述弥散剂层为弧状，覆盖在光纤端部，并与光纤端部固定为一体。
2.根据权利要求1所述的一种具有弥散功能的光纤出射端，其特征是所述光纤为石英光纤，所述无机化合物为金属氧化物。
3.权利要求1或2所述的一种具有弥散功能的光纤出射端的制造方法，其特征是在光纤端部涂覆弥散剂，然后通过电弧放电对涂覆了弥散剂的光纤端部进行加热，光纤端部发生热反应，光纤端部的石英在高温下软化变形，形成弧状透镜，覆盖的弥散剂使所述弧状透镜具有弥散功能，并且加热使弥散剂与光纤材料熔融成一体，加热完成后冷却成形，得到具有弥散功能的光纤出射端。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有弥散功能的光纤出射端的制造方法，其特征是通过电弧放电对光纤端部进行加热，光纤端部发生热反应，光纤端部的石英在高温下软化变形，形成弧状透镜，加热完成后冷却成形，然后在加工后的光纤端部涂覆弥散剂，再次通过电弧放电对涂覆了弥散剂的光纤端部进行加热，使弥散剂与光纤材料熔融成一体，得到具有弥散功能的光纤出射端。
5.根据权利要求3或4所述的一种具有弥散功能的光纤出射端的制造方法，其特征是电弧放电加热过程中，通过调整放电时电极与光纤端部的距离和角度，以及放电时间，调整弧状透镜的曲率半径，所述电极与光纤端部的距离由远到近，以及放电时间由短到长，对应弧状透镜的曲率半径由大到小，在曲率半径固定的基础上，所述电极与光纤端部的角度越大，电极与光纤端部的距离越远，所需放电时间越长，角度越小，所需放电时间越短。
全文摘要
一种具有弥散功能的光纤出射端及其制造方法，弥散剂涂覆在光纤端面形成一层涂覆层，通过电极加热与光纤端面熔融成一体，形成弧状透镜，实现弥散功能。本发明光纤端面可将从激光发生装置导入的直射性激光在出射端进行有效阻遮从而失去直射特性，得到激光在出射时从端部侧面周围呈弥散状出射的最佳效果，出射光的弥散程度随着光纤出射端弧状透镜的曲率半径的变化而变化，光纤出射端弧状透镜曲率半径的大小可以通过工艺进行控制。
文档编号G02B6/255GK102436033SQ20111043986
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月24日 优先权日2011年12月24日
发明者曾新华, 李辉, 殷志东, 王蓉, 野田量生, 陈莉 申请人:南京春辉科技实业有限公司