一种球形端面荧光光纤结构及制备方法与流程

1.本发明涉及荧光光纤结构，具体涉及一种球形端面荧光光纤结构及制备方法。


背景技术：

2.荧光光纤测温原理基于稀土荧光物质的材料特性实现测温功能，当某些特种稀土敏感材料在受光激励后，发射出可见的线性光谱，即荧光，激励光消失后，荧光通常以指数的形式衰落，指数衰落的时间常数称为荧光寿命，荧光寿命与温度之间具有单调性，可以利用荧光寿命对温度进行测量。荧光光纤测温要求具有稳定的激励光源和信息通道，因此在定量的激励光源激发下，为了更好更多的激发光学信号，光纤端面的结构起着决定性的作用。
3.现有荧光光纤的探头部位采用研磨工艺制备的平端面结构，其测温结构为设置在平端面结构上的荧光粉和耐高温光学胶水的混合物，制备时先将液态混合物涂抹于平端面结构上，再经过高温热固化，现有平端面荧光光纤结构具有以下不足之处：(1)工艺复杂，加工耗时，工人掌握难度大，每一次研磨需要和不同的研磨纸对应，经过四道研磨，对研磨压力的调节，需要根据平时的经验来操作，无法标准化作业；(2)光纤端面的合格率低，加工时间长，工作效率低，需要大量耗材，浪费资源；(3)产出的光纤端面平整、棱角分明，在高电场环境下放电几率较大，因此不适用于高电场的环境；(4)耐高温光学胶水在过高温度下后会出现不可逆转的碳化和黄变现象而阻隔测温层对荧光的传输，从而影响测温信号。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有平端面荧光光纤结构工艺复杂、合格率低、不适用于高电场环境、采用的耐高温光学胶水在过高温度下后会出现不可逆转的碳化和黄变现象而阻隔测温层对荧光的传输的不足之处，而提供一种球形端面荧光光纤结构及制备方法。
5.为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
6.一种球形端面荧光光纤结构，包括荧光光纤，所述荧光光纤一端端部为半球形结构，其特殊之处在于：还包括设置在半球形结构球面上的测温结构，所述测温结构包括与半球形结构的球面连接的测温层和设置在测温层外的加固层；所述测温层为二氧化硅和荧光物质的混合物，加固层为耐高温环氧树脂胶。
7.进一步地，所述半球形结构为树脂半球透镜。
8.进一步地，所述半球形结构为通过熔接方式烧制的半球形光纤。
9.进一步地，所述测温结构粘附在半球形结构的球面上，通过热固化方式进行固定。
10.进一步地，所述二氧化硅为二氧化硅粉末，所述荧光物质为荧光粉，所述二氧化硅和荧光物质之间的质量比是1:4～6。
11.同时，本发明还提供一种球形端面荧光光纤制备方法，其特殊之处在于，基于上述球形端面荧光光纤结构，包括以下步骤：
12.步骤(1)、将二氧化硅和荧光物质按照质量比为1:4～6混合，形成测温层混合物，
将测温层混合物放置于加热装置内设置的陶瓷容器中升温至500℃以上，直至测温层混合物由固态变为液态；
13.步骤(2)、将荧光光纤的半球形结构伸入步骤(1)所得液态测温层混合物中，使液态测温层混合物包裹于半球形结构的球面上，随后将半球形结构提出液态测温层混合物并在加热装置内悬停，直至液态测温层混合物变为晶体状且附着于半球形结构的球面上，形成测温层；
14.步骤(3)、在步骤(2)所得的测温层上包覆液态加固材料形成加固层，并通过烘烤温度为145～155℃的烘烤使加固层固化，烘烤时间不低于1小时。
15.进一步地，步骤(1)中，所述二氧化硅为二氧化硅粉末，所述荧光物质为荧光粉，二氧化硅和荧光物质之间的质量比为1:5。
16.进一步地，步骤(3)中，所述液态加固材料为耐高温环氧树脂胶；所述烘烤温度为150℃。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.(1)本发明公开了一种球形端面荧光光纤结构，其在荧光光纤一端端部设置高耦合效率的半球形结构，半球形结构的球面上设置有测温结构，相较于平端面荧光光纤结构，本发明工艺简单、合格率高，并且球形端面无棱角毛刺，尖端放电几率小，更适用于高电场等严苛环境使用。
19.(2)本发明球形端面荧光光纤结构中测温结构分为测温层与加固层，其中测温层为二氧化硅和荧光物质的混合物，而耐高温环氧树脂胶作为加固层，用于保护荧光外溢和加固，避免了测温层碳化和黄变而阻隔荧光传输的问题。
20.(3)基于上述球形端面荧光光纤结构，本发明公开了一种球形端面荧光光纤制备方法，球形端面相较于平端面，其耦合效率更高，且工艺简单，可以形成标准化作业；此外，本发明对现有测温结构进行了改良，将二氧化硅和荧光物质的混合物作为用于传输荧光信号的测温层，并将耐高温环氧树脂胶作为加固层，用于防止荧光外溢和加固测温层，解决了耐高温光学胶水在过高温度下后会出现不可逆转的碳化和黄变现象而阻隔荧光传输的问题。
附图说明
21.图1为本发明一种球形端面荧光光纤结构的示意图(未显示测温结构)；
22.图2为本发明一种球形端面荧光光纤结构中半球形结构和测温结构的示意图。
23.附图标记说明如下：1-荧光光纤；2-半球形结构；3-测温结构，31-测温层，32-加固层。
具体实施方式
24.下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
25.参照图1和图2，一种球形端面荧光光纤结构，包括荧光光纤1，荧光光纤1一端端部为led光源，另一端端部为半球形结构2，半球形结构2的球面上设置有测温结构3。该半球形结构2为通过熔接方式烧制的半球形光纤，测温结构3包括与半球形结构2的球面连接的测温层31和设置在测温层外的加固层32，测温层31和加固层32通过热固化方式与半球型结构
固定；测温层31为二氧化硅和荧光物质的混合物，其中，二氧化硅为二氧化硅粉末，荧光物质为荧光粉，二氧化硅和荧光物质之间的质量比是1:5，加固层32为耐高温环氧树脂胶。
26.基于上述种球形端面荧光光纤结构，本发明公开一种球形端面荧光光纤制备方法，包括以下步骤：
27.步骤(1)、将二氧化硅粉末和荧光粉按照1:5的质量比进行混合，形成测温层31混合物，将测温层31混合物放置于加热炉内设置的陶瓷容器中升温至500℃以上，直至测温层31混合物由固态变为液态；
28.步骤(2)、将荧光光纤1的半球形结构2伸入步骤(1)所得液态测温层31混合物中，使液态测温层31混合物包裹于半球形结构2的球面上，随后将半球形结构2提出液态测温层31混合物，为防止液态测温层31混合物因降温出现裂纹，将提出后的半球形结构2在加热装置内悬停保温，直至液态测温层31混合物变为晶体状且附着于半球形结构2的球面上，形成测温层31；
29.步骤(3)、在步骤(2)所得的测温层31上包覆液态加固材料形成加固层32，并通过烘烤温度为145～155℃的烘烤使加固层32固化，烘烤时间为1小时。
30.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。