一种光纤面板及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种光纤面板及其制备方法和应用，属于光纤面板。

背景技术：

1、随着社会的进步和技术发展，信息显示技术的发展承载着人们对未来信息交互的美好愿景，在诸如工业制造、临床医疗、教育培训、检验监测等各个领域的应用潜力巨大。在实际应用中，为了便于用户近距离观看和使用，经常采用光纤面板拼接技术用于图像传输、图像耦合、图像显示等。然而，目前光纤面板拼接技术还存在一个难题：光纤面板之间的拼接处仍存在50～150μm的拼接缝，严重影响用户的近距离观看和使用，亟需解决光纤面板之间拼接缝的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤面板及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是使所述光纤面板不仅具有多模传输特性，还具有高度局域化的特点，也没有明显的材料边缘，非常适合消除光纤面板之间的拼接缝，能够满足近距离观察使用的大视场、高清晰的图像传输、耦合与显示要求。

2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种光纤面板，由不同折射率的透明玻璃光学纤维以横向高度无序排列构成。

3、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

4、优选的，前述的光纤面板，其中两种所述透明玻璃光学纤维的折射率在波长为550nm处的差值介于0.02～0.4之间。

5、优选的，前述的光纤面板，其中两种所述透明玻璃光学纤维的热学黏度的差值绝对值介于101～104pa·s之间。

6、优选的，前述的光纤面板，其中两种所述透明玻璃光学纤维包括低折射率玻璃光学纤维及高折射率玻璃光学纤维，所述低折射率玻璃光学纤维的用量占两种所述透明玻璃光学纤维总用量的30％～70％。

7、优选的，前述的光纤面板，其中所述透明玻璃光学纤维的结构单元的特征尺寸为0.3～2μm。

8、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

9、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光纤面板的制备方法，其包括以下步骤：

10、步骤一，将低折射率的第一玻璃棒及高折射率的第二玻璃棒分别拉制成外形尺寸一致的第一玻璃单丝及第二玻璃单丝；

11、步骤二，将第一玻璃单丝及第二玻璃单丝分别定长切割后随机混合排版、或按照预先设计的高度无序混合排版成横截面为正六边形或正方形的玻璃纤维束，并采用铜丝或铁丝在玻璃纤维束的两端捆扎固定，得到一次复合棒；

12、步骤三，将一次复合棒拉制成一次复丝；将一次复丝定长切割后随机排版、或按照预先设计的无序排版成玻璃纤维束，并采用铜丝或铁丝在玻璃纤维束的两端捆扎固定，得到二次复合棒；

13、步骤四，将二次复合棒拉制成二次复丝；将二次复丝定长切割后随机排版、或按照预先设计的无序排版成板段，并采用铜丝或铁丝在玻璃纤维束的两端捆扎固定；

14、步骤五，将得到的板段进行热熔压成型；将热熔压成型的板段根据设计的厚度切割成毛坯板，再经过后续的切割、精雕、研磨、抛光及清洗处理，即得到所述光纤面板。

15、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

16、优选的，前述的制备方法，其中步骤一中，所述第一玻璃棒的折射率n1与第二玻璃棒的折射率n2在波长为550nm处的差值△n＝n2-n1介于0.02～0.4之间；所述第一玻璃棒的热学黏度η1与第二玻璃棒的热学黏度η2的差值绝对值△η＝|η2-η1|介于101～104pa·s之间。

17、优选的，前述的制备方法，其中步骤一中，两种所述玻璃单丝的特征尺寸介于0.6～2mm之间；两种所述玻璃单丝的横截面外形轮廓选自圆形、正六边形、正三角形和正方形中的一种。

18、优选的，前述的制备方法，其中步骤二中，所述第一玻璃单丝的数量n1、第二玻璃单丝的数量n2满足如下关系：n1/(n1+n2)＝30％～70％。

19、优选的，前述的制备方法，其中步骤三中，所述一次复丝的特征尺寸介于1～2mm之间；所述一次复丝的横截面的外形轮廓为正六边形或正方形；所述玻璃纤维束的横截面为正六边形或正方形。

20、优选的，前述的制备方法，其中步骤四中，所述二次复丝的特征尺寸介于1～2mm之间；所述二次复丝的横截面的外形轮廓为正六边形或正方形。

21、优选的，前述的制备方法，其中步骤五中，所述热熔压成型的温度为500～700℃。

22、优选的，前述的制备方法，其中步骤五中，所述光纤面板的总厚度h为2～6mm，结构单元的特征尺寸为0.3～2μm，两端面均为平面且平行。

23、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光纤面板拼接件，所述光纤面板拼接件由上述的光纤面板拼接而成；所述光纤面板的拼接界面的平面度小于等于2个光圈，表面粗糙度小于等于10nm。

24、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光纤面板拼接件的制备方法，包括以下步骤：

25、将上述的光纤面板元件按照要求进行拼接界面加工处理，然后进行光胶键合，或者光胶键合后再经过400～500℃的高温融合，最终得到光纤面板拼接件。

26、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

27、优选的，前述的制备方法，其中所述光纤面板的拼接界面的平面度小于等于2个光圈，表面粗糙度小于等于10nm。

28、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种图像传输设备，所述图像传输设备采用如前述的光纤面板拼接件。

29、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种耦合设备，所述耦合设备采用如前述的光纤面板拼接件。

30、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种近距离观察显示设备，所述近距离观察显示设备采用如前述的光纤面板拼接件。

31、本发明中的光纤面板是基于安德森局域化传输机制工作的，该光纤面板横向无序折射率结构能够对光波产生强的横向散射，导致光波在横向被局域化束缚，并沿着纵向自由传播。与常规光纤面板存在的明显区别是：(1)该光纤面板没有“纤芯+包层”单元有序排列结构；(2)该光纤面板是由不同折射率的透明玻璃光学纤维横向高度无序排列构成；(3)该光纤面板纤维单元之间允许光串扰，横向高度局域化且纵向自由传输。由此可见，该光纤面板不仅具有多模传输特性，还具有高度局域化的特点，也没有明显的材料边缘，非常适合消除光纤面板之间的拼接缝，是能够满足大视场角、高清晰度的图像传输、耦合、以及显示要求的理想选择。

32、借由上述技术方案，本发明提出的一种光纤面板及其制备方法和应用至少具有下列优点：

33、1、本发明采用两种折射率的高度无序排列的无包层玻璃纤维作为传输单元，两种折射率的玻璃纤维均参与传光，即参与光信号输入的玻璃纤维面积为100％，相比较常规光纤面板“纤芯+包层”结构传输单元而言，明显提高了光信号输入面积，即提高了光信号输入强度。

34、2、本发明按照横向安德森局域化有限扩散、纵向自由传播的机制传输光信号，相比较常规光纤面板“全内反射”机制对包层厚度的限制而言，可以将光纤面板的纤维单元丝径缩小至亚微米甚至更小，提高了光纤面板分辨率。

35、3、本发明所述的光纤面板，其不仅具有多模传输特性，还具有横向高度局域化的特点，相比较常规光纤面板而言，对宽光谱光源兼容性更高，更适合用于图像传输。

36、4、本发明所述的光纤面板，其传输单元之间没有包层的有序隔离，且存在局域化光信号串扰，相比较常规光纤面板而言，光纤面板之间没有明显的材料边缘，通过熔合、键合等工艺可以有效融合拼接界面，消除拼接缝。

37、5、本发明所述的光纤面板，其从根本上解决了拼接缝的问题，不仅适用于近距离图像传输、耦合以及图像显示，还适用于其他任何要求无拼接缝的图像传输、耦合以及图像显示领域；

38、6、本发明所述的光纤面板，其拼接界面的平面度小于等于2个光圈，表面粗糙度小于等于10nm；

39、7、本发明所述的光纤面板拼接件，其面板尺寸达到2～5寸，图像分辨率达到102～228lp/mm，所述光纤面板拼接件可用于大视场、高清晰的图像处理与显示。

40、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。