可用于紫外大功率光傳輸的液芯光纖

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一，液芯光纖的介紹：

液芯光纖也叫液芯光導管，是一種全新的光纖品種，與傳統的光纖相比，有著優異的光學性能。雖然液芯光纖的品種較少，但用途比較廣，特別是在紫外光固化行業。

液芯光纖是一種新型結構的光傳輸元件，它采用液體材料作為芯、聚合物材料作為光學包層和保護層。具有大芯徑、大數值孔徑、光譜傳輸范圍廣、光譜傳輸效率高等特點。特別是該種光纖的芯截面完全由同一種材料構成，可以避免玻璃或石英光纖傳光束中因單壁集束時的空隙率引起的耦合損耗，能夠傳輸數百瓦的光輻射而不被損壞。不存在玻璃或石英光纖傳光束固使用中的反復彎曲導致的日益嚴重的斷絲和傳光效率下降的問題。

二，液芯光纖的種類和用途：

根據液芯光纖的傳光光譜，可實用的液芯光纖分為五大系列：250系列、300系列、380系列、700

系列和2000系列，各系列的液芯光纖的透過光譜圖

如上圖所示，各系列液芯光纖的性能和用途見表1。

值得重點提及的是液芯光纖300系列，也即(315~400 nm)紫外液芯光纖。因為在紫外光波段

有著良好的傳光性，并且相對容易生產，成本低。

2．1 優異的光學性能

液芯光纖采用透明液體作為芯料，因而芯料的選擇范圍相當廣泛，可以針對不同的傳輸波長范圍

的要求，選擇相應的液體單質或溶液體系，以達到最佳的光傳輸效率。其光譜傳輸波長范圍通�？梢詮淖贤鈪^的200 nm到近紅外的3 u m。以波長365 nm的傳光效率為例，液芯光纖最高可達85％以上，而普通的石英光纖傳光束最高僅為60％左右。數值孔徑是光纖光學性能的一項重要指標，反映光纖接收光線的能力。通常對于能量傳輸型光纖而言，數值孔徑越大，耦合效率就越高，接收到的光能量也就越大。液芯光纖在數值孔徑方面也具有獨特的優勢。它的數值孔徑可以根據使用要求，通過改變芯料配方進行靈活的調整，且數值孔徑通常都較高，達No．5以上，而一般的多模石英光纖的數值孔徑大多低于0．37。

液芯光纖在它的有效通光截面上是一個整體，可以認為其“填充率”為100％，不存在因填充率不

足而引起的耦合損耗，并且，其芯徑通常在3mm至10 mm甚至更大，因而有效通光口徑是所有光纖品種中最大的，相對而言，傳統的用于光能量傳輸的大口徑光纖傳光束的有效通光口徑則要小得多，因此，液芯光纖具有最大的有效通光口徑，如圖2所示。由于光纖傳光束是由光纖原絲集束膠合而成，所以既使做到最緊密排列，其光纖絲的填充率也只有80％左右，也就是說會有20％的不可避免的填充損耗，這是光纖傳光束不可克服的一個缺點，因此，液芯光纖具有較高的傳光效率，如圖3所示。

普通光纖束 液芯光纖

圖2 液芯光纖與光纖束的有效通光面積的比較

2．2 優異的機械性能

液芯光纖內部是可以自由流動的液體，外部是柔性的聚合物軟管，因此，當液芯光纖被彎曲時，外層軟管所承受的應力可以由內部液體向周圍傳遞而很快得到釋放。這使得液芯光纖具有良好的可撓性，可靠性較高。相反，傳統的光纖束是由脆性的玻璃或石英光纖制成，光纖束在過度或頻繁彎曲的情況下，往往出現斷絲現象，從而導致光傳輸效率下降甚至整根光纖束的損壞。

2．3 較高的生產效率，較低的生產成本制作普通石英或玻璃光纖束時，隨著其口徑的增大，光纖單絲的用量呈幾何級數增加，拉制光纖單絲的工作量也呈幾何級數上升，生產成本也隨之增加，同時，為了保證大口徑光纖束的彎曲性能，還要求光纖單絲的直徑要更小，才不至于在光纖柬彎曲時被折斷，相應的拉絲工作量變得更大，制作周期也更長；相對而言，液芯光纖的生產工藝較為簡單，雖然芯料制各的技術含量較高，難度較大，但主要是依靠高效的提純工藝和裝備來完成，比較適合于大批量生產，而且，芯料的產出能力可以靈活控制，生產作業的工作量并不與光纖的口徑呈直接的幾何級數關系，再者，光纖的后續灌裝、密封等工藝簡單，生產效率高，制作周期短，生產成本較低，因而附加值也較高，是一種性價比較高的產品。

3 液芯光纖的缺點

3．1 液芯光纖有細度和長度的限制

液芯光纖對于芯徑大的普通傳光束是有很大的優越性，但由于制作結構的限制，液芯光纖作得不可能無限制的細，也不能作得很長，據資料可查，現全世界最細的可實用的液芯光纖的通光芯徑是

2 mm，最長的可實用的液芯光纖是30 m，而一般的石英光纖為0．1～1 mm，玻璃光纖可以作到O．03～

0．05 IIIII，甚至更細，石英光纖和玻璃光纖在單絲的情況下，長度可以作到幾千米。

3．2 液芯光纖使用壽命比較短

一般的石英光束的使用壽命在3～4年，最長可達1O年之久，玻璃光束的使用壽命更長，不是機械

損害的情況下，壽命可達1O年以上，而一般的液芯光纖的使用壽命在1～2年，在和大功率的光源配套使用時，其壽命更低，有的在500,--,1 000 h之內。

3．3 液芯光纖的使用溫度范圍比較窄

液芯光纖的芯料是無機鹽溶液或是有機物溶劑，都有沸點和結晶溫度的限制，因此，液芯光纖都有使用溫度的限制，一般在一5～35℃。

4 液芯光纖的種類和技術性能：

6 結論

液芯光纖是一種全新的、特種光纖有著優異的光學性能，雖然品種少，但應用領域廣泛，尤其是在紫外光傳輸上有著很大的優越性，在國外是一種比較成熟的行業，技術水平發展得很高，近年來，我國也不斷地進行研制，南京春亮照明科技有限公司致力于光纖技術的研究。相信通過不斷進取，是能夠早日縮短和國外的差距，推動我國的特種光纖和UV光固化行業的發展。