高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种光纤传像元件，具体涉及一种高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光锥广泛应用于国防、科研、刑侦、航天、医疗等领域的电荷耦合器件(ccd)、像增强器和光电倍增管的耦合，并且在射线成像、新型指纹识别、高清晰度电视成像和先进的办公设备图像都有应用。近些年来，随着图像数字化处理技术的迅猛发展，高保真图像的采集、存储和传输变得十分便捷，已成为人类进入数字时代的重要标志。但是人们在战争、科研、生产和医疗等过程中，往往需要对肉眼看不见的微弱图像和事件进行观察、分析和处理，例如需要在无光照条件下的夜间进行监测、观察；需要对发出射线的物体进行成像研究；需要对高速运动的飞行器进行跟踪、识别等等。在这些情况下图像的亮度通常只有10-3～10-4坎德拉，甚至更低。因此必须把图像增强后再进行观察处理与分析，常规的图像数字化处理技术已不能满足这方面要求。利用光纤光锥耦合ccd、光电倍增管和像增强器是实现微光成像数字化、减小器件体积的最佳选择。

2、在众多的影响因素中，光纤光锥耦合效率较低的主要原因是光锥边缘透过率低，边缘耦合分辨能力差导致成像清晰度差，这与光纤光锥的制备工艺有很大的关系。光锥是由数千万根乃至数亿根微米级熔压后经高温变形得到。光锥中心区域的光纤产生轴向拉伸，形成直锥形光纤；远离轴心的光纤不仅产生轴向的伸长还会产生径向的位移，形成弯曲锥形光纤。正是由于中心与边缘区域的光纤变形程度不一致，导致光锥输出端面透过率分布产生差异，出现透过率由中心向边缘逐渐降低的趋势，这种透过率趋势被称之为渐晕缺陷。这种透光非均匀性的渐晕缺陷将恶化光锥耦合光电器件耦合分辨能力。

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高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是通过改善光锥拉制轮廓的同时镀制均化膜以得到高均匀性、高透过率的光锥。

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。本发明提出的一种高均匀性、高透过率的光锥，包括大端面部、小端面部和设置于所述大端面部、小端面部之间的光纤部；所述大端面部和/或小端面部的表面具有厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜；所述薄膜的厚度与位置满足：x＝-0.0002y4+2×10-15y3-0.0358y2-8×10-13y+8.8453，其中：x为薄膜的绝对厚度，y为中心到边缘的距离。

3、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥中，其中所述x的取值大于0，所述y的取值介于0-11.5之间。

4、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥中，其中所述光锥为一次函数型光锥、二次函数型光锥或三次函数型光锥。

5、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥中，其中所述薄膜包括均化膜层，其中心设有膜层中心。

6、本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种高均匀性、高透过率的光锥的制备方法，包括以下步骤：

7、锥变区轮廓结构的制备；

8、光锥表面均化膜的制备。

9、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述锥变区轮廓结构的制备包括以下步骤：

10、根据一次函数分布、二次函数分布或三次函数分布的结构轮廓曲线，分别制备一次函数型光锥、二次函数型光锥或三次函数型光锥。

11、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述光锥表面均化膜的制备包括以下步骤：

12、将光锥表面镀制厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜。

13、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述薄膜包括均化膜层，其中心设有膜层中心。

14、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述镀膜的转速为10rpm-15rpm。

15、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述镀膜的压强为0.8-1.0pa。

16、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述镀膜的真空度小于等于2×10-4pa。

17、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述镀膜时氩气和氧气的气体流量均为20-30sccm，二者的体积比为1：1。

18、进一步地，前述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法中，其中所述镀膜是通过溅射实现的；30-50w开始预溅射，溅射3-5分钟后，将功率调整到60-80w开始正式溅射，溅射时间为5-300秒。

19、本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种电荷耦合器件，所述电荷耦合器件包括上述的高均匀性、高透过率的光锥。

20、本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种像增强器，所述电荷耦合器件包括上述的高均匀性、高透过率的光锥。

21、本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现。本发明提出的一种光电倍增管，所述电荷耦合器件包括上述的高均匀性、高透过率的光锥。

22、借由上述技术方案，本发明所述的高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用至少具有下列优点：

23、本发明针对光锥出射端面光透过率不均匀的问题，从光锥锥变区轮廓结构和表面微观结构上设计，极大程度上缓解渐晕缺陷并有效改善透过率非均匀性，使得光锥出射光均匀，减少光锥外围与中心区域间的亮度差；

24、本发明根据光锥锥变区轮廓结构与透过率的变化，优化光锥拉伸形状，设计出三次函数形状的光锥锥变区轮廓曲线，极大地改善渐晕缺陷；同时在光锥表面镀制均化膜也是一种改善渐晕缺陷的有效方法，使用机械旋转光锥镀膜装置，配合根据光锥非均匀透过率设计的蜗形掩膜板，制备厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜，充分改善光锥透过率非均匀性；两者结合在一起可以制备出高均匀性、高透过率的光锥，有效地提高光锥与光电耦合器件的耦合效率；

25、本发明所制备的光锥在波长为550nm的非均匀透过率可达到1.78％-2.43％，透过率均匀性达到97.57％-98.22％，中心透过率可达到23％-40％。

26、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详细说明如后。

技术特征：

1.一种高均匀性、高透过率的光锥，其特征在于，包括大端面部、小端面部和设置于所述大端面部、小端面部之间的光纤部；所述大端面部和/或小端面部的表面具有厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜；所述薄膜的厚度与位置满足：x＝-0.0002y4+2×10-15y3-0.0358y2-8×10-13y+8.8453，其中：x为薄膜的绝对厚度，y为中心到边缘的距离。

2.如权利要求1所述的高均匀性、高透过率的光锥，其特征在于，所述x的取值大于0，所述y的取值介于0-11.5之间。

3.如权利要求1所述的高均匀性、高透过率的光锥，其特征在于，所述光锥为一次函数型光锥、二次函数型光锥或三次函数型光锥。

4.如权利要求1所述的高均匀性、高透过率的光锥，其特征在于，所述薄膜包括均化膜层，其中心设有膜层中心。

5.一种高均匀性、高透过率的光锥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法，其特征在于，所述锥变区轮廓结构的制备包括以下步骤：

7.如权利要求5所述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法，其特征在于，所述光锥表面均化膜的制备包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法，其特征在于，所述薄膜包括均化膜层，其中心设有膜层中心。

9.如权利要求7所述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法，其特征在于，所述镀制厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜的转速为10rpm-15rpm；所述镀制厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜时的真空度小于等于2×10-4pa，工作压强为0.8-1.0pa。

10.如权利要求7所述的高均匀性、高透过率的光锥的制备方法，其特征在于，所述镀制厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜时氩气和氧气的气体流量均为20-30sccm，二者的体积比为1：1；所述镀制厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜是通过溅射实现的；30-50w开始预溅射，溅射3-5分钟后，将功率调整到60-80w开始正式溅射，溅射时间为5-300秒。

11.一种电荷耦合器件，其特征在于，所述电荷耦合器件包括权利要求1-4任一项所述的高均匀性、高透过率的光锥。

12.一种像增强器，其特征在于，所述电荷耦合器件包括权利要求1-4任一项所述的高均匀性、高透过率的光锥。

13.一种光电倍增管其特征在于，所述电荷耦合器件包括权利要求1-4任一项所述的高均匀性、高透过率的光锥。

技术总结本发明是关于一种高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用，所述光锥包括大端面部、小端面部和设置于所述大端面部、小端面部之间的光纤部；所述大端面部和/或小端面部的表面具有厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜。所要解决的技术问题是通过改善光锥拉制轮廓的同时镀制均化膜以得到高均匀性、高透过率的光锥。技术研发人员：黄永刚,邢育文,焦朋,付杨,张敬,宋普光,独雅婕,王云受保护的技术使用者：中国建筑材料科学研究总院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13