[go: up one dir, main page]

CN118169800B - 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用 - Google Patents

高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN118169800B
CN118169800B CN202311624365.7A CN202311624365A CN118169800B CN 118169800 B CN118169800 B CN 118169800B CN 202311624365 A CN202311624365 A CN 202311624365A CN 118169800 B CN118169800 B CN 118169800B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light cone
transmittance
center
film
cone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311624365.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN118169800A (zh
Inventor
黄永刚
邢育文
焦朋
付杨
张敬
宋普光
独雅婕
王云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Building Materials Academy CBMA
Original Assignee
China Building Materials Academy CBMA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Building Materials Academy CBMA filed Critical China Building Materials Academy CBMA
Priority to CN202311624365.7A priority Critical patent/CN118169800B/zh
Publication of CN118169800A publication Critical patent/CN118169800A/zh
Priority to PCT/CN2024/098869 priority patent/WO2025112437A1/zh
Priority to EP24773344.7A priority patent/EP4597182A4/en
Application granted granted Critical
Publication of CN118169800B publication Critical patent/CN118169800B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/028—Drawing fibre bundles, e.g. for making fibre bundles of multifibres, image fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/10—Non-chemical treatment
    • C03B37/14—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape
    • C03B37/15—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape with heat application, e.g. for making optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0994—Fibers, light pipes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
    • G02B6/0008—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type the light being emitted at the end of the fibre
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

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。

Description

高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用
技术领域
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
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。
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。
发明内容
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。
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。
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。
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。
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。
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：
锥变区轮廓结构的制备；
光锥表面均化膜的制备。
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：
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。
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：
将光锥表面镀制厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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；
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；
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％。
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。
附图说明
图1A为本发明的光锥锥变区光纤的一次函数分布轮廓曲线图；
图1B为本发明的光锥锥变区光纤的二次函数分布轮廓曲线图；
图1C为本发明的光锥锥变区光纤的三次函数分布轮廓曲线图；
图2A为本发明的一次函数型光锥外围光纤；
图2B为本发明的二次函数型光锥外围光纤；
图2C为本发明的三次函数型光锥外围光纤；
图3为本发明的蜗形掩膜板图；
图4为本发明的旋转光锥镀膜装置的整体结构示意图；
图5为本发明的旋转光锥镀膜装置的无保护壳结构示意图；
图6为本发明的旋转光锥镀膜装置的局部截面立体图；
图6A为本发明的旋转光锥镀膜装置的的旋转底座结构示意图；
图7A为本发明一次函数型光锥大端面沉积均化膜的光锥图；
图7B为本发明二次函数型光锥大端面沉积均化膜的光锥图；
图7C为本发明三次函数型光锥大端面沉积均化膜的光锥图；
图8A为本发明一次函数型光锥小端面沉积均化膜的光锥图；
图8B为本发明二次函数型光锥小端面沉积均化膜的光锥图
图8C为本发明三次函数型光锥小端面沉积均化膜的光锥图
图9A为本发明一次函数型光锥两个端面都镀均匀膜的光锥图；
图9B为本发明二次函数型光锥两个端面都镀均匀膜的光锥图；
图9C为本发明三次函数型光锥两个端面都镀均匀膜的光锥图；
图10为本发明实施例1镀膜前后的透过率测试结果图；
图11为本发明实施例2镀膜前后的透过率测试结果图；
图12为本发明实施例3镀膜前后的透过率测试结果图；
图13为本发明实施例4镀膜前后的透过率测试结果图；
图14为本发明实施例5镀膜前后的透过率测试结果图；
图15为本发明对比例1镀膜前后的透过率测试结果图；
图16为本发明对比例2镀膜前后的透过率测试结果图；
其中：1、保护壳；2电机；3、小齿轮；4、大齿轮；5、旋转底座；6、掩膜版；7、样品仓；8、平台；9、样品；10、均化膜层；11、大端；12、小端；13、一次函数型光锥；14、二次函数型光锥；15、三次函数型光锥；16、膜层中心；20、均化膜层；21、大端面部；22、小端面部；26、膜层中心；31、大端面部；32、小端面部；36、膜层中心；46、膜层中心；56、膜层中心；66、膜层中心。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本发明实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本发明实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本发明实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
1.光锥锥变区轮廓结构设计及制备
光锥在拉制过程中，边缘区域光纤与中心区域光纤的变形程度有差别，导致传光能力出现差异，改变光锥锥变区轮廓会产生不同的传光效果。根据锥形光纤阵列拉制过程中热力学和材料力学性能，优化光锥锥变区内光纤轨迹及其传光均匀性(光纤在加热拉伸过程中，光纤轨迹的变化会影响传光性能)，设计出锥变区为一次函数型分布、二次函数型分布、三次函数型分布的结构轮廓曲线，如图1A、图1B及图1C所示，并将三种函数所对应的光锥称之成为一次函数型光锥、二次函数型光锥和三次函数型光锥，如图2A、图2B及图2C所示。根据理论和透过率测试显示相较于锥变区轮廓曲线为一次函数或二次函数分布时，呈现三次函数分布的渐晕缺陷值最低，可以达到2.21％，有效地缓解了渐晕缺陷，实现高透过率的光锥。
其中“中心”指的是光锥的正中心位置；“边缘”指的是光锥有效面积的边缘位置，即光锥的最外层光纤。
以高度45mm，直径24mm的光锥为例。
一次函数型光锥：
通过拉伸卡具将光锥毛坯的两端固定在拉伸杆上，接着通过机械操作面板控制拉伸炉使光锥毛坯的中心与拉伸内炉的中心同轴，至此准备工作完毕。首先通过加热外炉至预热温度，外炉的预热温度设定为500-550℃，若预热温度低于500℃，则外炉与内炉温差较大，不易拉制初一次函数型光锥。若预热温度高于550℃，温度过高会使光锥内部的组分发生改变。稳定外炉温度不低于15分钟(考虑到充分预热)后，使用内径为60mm，宽为11mm的加热圈(其作用是对光锥毛坯中间部分加热至软化温度)对拉伸炉内炉开始升温，至光锥软化点温度，通过伺服电机和拉力传感器给沿着垂直光锥端面朝外施加两个数值恒定但方向相反的拉力(拉力大小根据不同函数类型光锥调整)，内炉加热区域的光锥毛坯中心部分逐渐软化，在拉力作用下缓慢向两侧拉伸，直至变成中间细两端尺寸不变的“哑铃”形状。当光锥毛坯拉伸到目标锥比时，停止内炉加热，启动外炉退火程序，最后降至室温后取出光锥毛坯。此时内外炉温差只有280-330℃(低于下限值或高于上限值均不会拉伸出一次函数曲线型光锥)，拉伸的光锥锥面变化趋势为线性变化，光锥变形区无线接近于一次函数直线形状，所对应的方程类型为y＝ax，其中a＞0.5，小于0.5无法拉伸成光纤光锥。a的值越大，锥比越小，直至1:1。例如，当锥比固定为2:1，拉力固定为500N，施加拉力时间为150分钟时光锥外部轮廓曲线为一次函数直线形状，其对应的方程为y＝3.75x。
所述启动外炉退火程序包括：在机械操纵面板上关闭加热程序，降温速度为5-10℃/min。如果不设置降温程序，依靠自然降温，降温速度会大于10℃/min，对炉子的寿命有不良影响。
二次函数型光锥：
拉伸方法同一次函数型光锥的拉伸，不同点在于二次函数型光锥的外炉温度的温度为500-550℃，低于一次光锥的外炉温度40至60℃，加热圈内径为50mm，宽为8mm，增大外炉温度和内炉温度的差距，使整个炉膛的梯度温区更大，拉伸的光锥锥面变化趋势为非线性变化，此时光锥变形区呈现出二次函数抛物线形状，所对应的方程类型为y＝ax2，其中a＞0.25，小于0.25无法拉伸成光锥。a的值越高，锥比越小，直至1:1。例如，当锥比固定为2:1，拉力固定为500N，施加拉力时间为130分钟时光锥外部轮廓曲线为二次函数形状，其对应的方程为y＝0.625x2。
三次函数型光锥：
拉伸方法同二次函数型光锥的拉伸，不同点在于三次函数型光锥的炉内加热圈规格更换为内径50mm，宽16mm的加宽加热圈。加热圈宽度增加使光锥毛坯中心部位受热区域增加，在拉伸过程中使光锥毛坯中心部位可以保持较长范围的直区，呈现出三次函数双抛物线形状的光锥变形区。所对应的方程类型为y＝ax3，其中a＞0.125，小于0.125无法拉伸成光锥。无上限，a的值越高，锥比越小，直至1:1。例如，当锥比固定为2:1，拉力固定为500N，施加拉力时间为110分钟时光锥外部轮廓曲线为三次函数形状，其对应的方程为y＝0.104x3。
2.光锥表面均化膜的设计及制备
使用常规方法(不使用旋转镀膜装置，无掩膜板)在光锥表面镀制厚度一致的薄膜只能改变光锥整体透过率，并不能改善光锥的渐晕缺陷达到高均匀性、高透过率的效果，于是结合光锥的非均匀性透过率特点(即中心区域透过率高，边缘区域透过率低)设计出一种厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜，如图7所示。蜗形掩膜板如图3所示，阴影部分为镂空部分，形状根据光锥非均匀形透过率设计得到，首先使用透过率测试仪(即公开号为CN111442908A的专利申请涉及的种检测光纤传像元件的可见光透过率与均匀度的装置)得到光锥的透过率分布，接下来根据得到的数据拟合得到光锥透过率和小端面位置的函数关系，再由该函数计算得到所需镀制薄膜的膜厚与位置，该函数为：x＝-0.0002y4+2×10-15y3-0.0358y2-8×10-13y+8.8453。其中：x为膜层的厚度，y为中心到边缘的距离(x的取值大于0，y的取值介于0-11.5之间)，最终根据公式和ρ＝(1-d/H)r得到蜗形掩膜板的形状。其中θ(x)为被暴露于蒸汽流中的角度，d0为膜层中心处的厚度，θ0为膜层中心处的张角，蒸发源与被镀基底下表面之间的距离为H，遮板与基底下表面之间的距离为d，遮板中心到开口参考点处的极径为ρ，蒸发源所能到达的玻璃基底最大半径为r。如图3所示，该蜗形掩膜板的形状的开口大小由中心向边缘处于逐渐减小的趋势，配合旋转光锥镀膜装置在镀制过程中中间区域暴露时间长，边缘区域暴露时间短，即可得到目标膜层。
上述的旋转光锥镀膜装置如图4-6所示，包括保护壳1、电机2、小齿轮3、大齿轮4、旋转底座5、掩膜版6、样品仓7、平台8及通过螺丝固定样品9。所述保护壳1与平台8固定连接，使得整个装置呈规则形状(其为长173mm、宽136mm、高115mm的长方体)，方便放置于腔室内。其中，所述平台8为一厚度是3mm的长方形金属板，这样可以在保证电机、样品仓等部件都能承载的前提下尽可能减小尺寸；如图6A所示，所述旋转底座5为由两个同心圆环组成的轴承结构，其包括通过钢珠连接的不旋转的内部结构和旋转的外部结构，其内部结构与样品仓7固定，其外部结构的上端面与大齿轮4固定，其外部结构的下端面与掩膜板6固定，以使得可实现掩膜版旋转，样品仓不转。具体地，所述旋转底座5为高精度轴承，轴承内部的间隙很小，二者之间的距离被钢珠填满，稳定性很高，不会晃动，从而保证高同轴度。由于旋转底座5为立体结构，并且处于样品仓7和掩膜板6的中间，所以按照将高稳定性、高同轴度的机械旋转光锥镀膜装置放置在镀膜设备的方向来看，样品仓7固定在旋转底座5的内部上方，掩膜板6固定在旋转底座5的外部下方。所述样品9为光锥，其大小、性能均没有要求，可以通过改变样品仓的大小放入不同尺寸的光锥。旋转底座5与掩膜板6固定在一起，电机2带动旋转底座5转动，而样品仓7保持静止，即可达到掩膜板6自转的效果。通过旋转光锥镀膜装置配合蜗形掩膜版最终实现即可镀制出厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜，搭配非均匀性透过率的光锥，最终得到高均匀性、高透过率的光锥。
将样品9放置在样品仓7内，样品仓7比样品高出4mm，内置橡胶垫，避免将旋转光锥镀膜装置倒置拆卸时损坏样品9的端面。具体地，所述橡胶垫位于光锥大端面与样品仓7之间，这样设置可以避免光锥大端面与样品仓7直接接触；且所述样品仓7的材质为聚四氟乙烯，之所以选择聚四氟乙烯首先是因为其重量较轻，可减少装置的整体重量；其次是由于其相比普通塑料所能承受的温度更高。样品仓7的上端面通过螺丝与平台8固定，其下端面与旋转底座5的内部结构上端面通过螺丝固定。所述样品仓7为直径48mm，深45mm的圆柱形槽。所述平台8的一端与电机2通过螺丝固定，以使掩膜版旋转不受干扰的同时保证镀膜效果。
电机2的轴的尾端安装有小直径的小齿轮3，电机2旋转带动小齿轮3旋转，这样设置是为了使掩膜版旋转不受干扰的同时保证镀膜效果。
小齿轮3与大直径且中空的大齿轮4啮合连接，小齿轮3旋转带动大齿轮4旋转。具体实施时，所述大齿轮4的直径需要与轴承外部的直径相等。考虑到所述大齿轮4的中间需放置样品仓7，故将大齿轮4设置为中空的。其中，所述大齿轮4的直径与旋转底座的尺寸一致，小齿轮3和大齿轮4的转速比为5：1，该转速比下成膜均匀性好；根据转速比选择合适直径的小齿轮3，转速过快或过慢容易导致成膜均匀性不好、膜层表面有污点。大小齿轮之间的转速比设计，目的是为了控制底部掩膜版的转速，提升镀膜厚度的均匀性。结合小齿轮的位置及转速比，综合考虑得到所述小齿轮3的直径设计为3cm。同时所述高稳定性、高同轴度的机械旋转光锥镀膜装置可在有限的空间内使用大、小齿轮传动，使得传动效率较高。
电机2带动小齿轮3旋转，小齿轮3带到大齿轮4旋转，大齿轮4带动轴承外部旋转，轴承外部带动掩膜版旋转，即可实现样品不转，掩膜板自转。
大齿轮4与旋转底座5外部的上端通过螺丝固定，大齿轮4旋转带动旋转底座5旋转，大齿轮4与样品仓7之间留有2mm的间距，使大齿轮4旋转时不会受到样品仓7的影响。
旋转底座5的外部下端面与掩膜版6通过螺丝固定，旋转底座5的外部带动掩膜版6旋转，掩膜版6的尺寸与旋转底座5的外部尺寸相等，且两者之间的间隙为2mm，使掩膜版6旋转不受干扰的同时保证镀膜效果。具体地，所述掩膜版6为中间镂空的蜗形铜板，其厚度为0.5mm，直径为200mm。蜗形铜板镂空的中间部分开口较大，边缘部分开口较小，即在镀膜时中间暴露时间长，边缘暴露时间短，可实现中间膜层厚，边缘膜层薄的渐变膜。在保证掩膜板不变形的前提下铜板越薄越好，这样可以使溅射材料可以更好地附着在样品上；经测试发现厚度低于0.5mm的掩膜板易变形。考虑到将掩膜版6与旋转底座通过螺丝固定，故掩膜版6的直径与旋转底座的外部尺寸相同，以方便固定。
上述厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜光锥的镀制，包括以下步骤：
1)将装配好的旋转光锥镀膜装置放入磁控溅射镀膜机的腔室；所述腔室密封性较好，可用于放置待镀膜的样品或装置；另若先安装掩膜板则无法装样品，所以若需要使用该装置则得先装样品后装掩膜板；
2)打开点击电源，并调整好所述旋转光锥镀膜装置的转速；由于所述旋转光锥镀膜装置的电机转速是可调的，转动按钮，可将电机转速调整到10-15rpm；
3)关闭腔室开始镀膜。所述关闭腔室开始镀膜具体包括以下步骤：
a关闭镀膜设备的腔室后先打开机械泵预抽真空，当真空度小于等于10Pa后关闭机械泵打开电磁阀，打开分子泵；
b当真空度小于等于2×10-4Pa时打开气体流量计，将氩气和氧气的气体流量调整到20-30sccm，接下来通过G阀将腔室内的压强调整到0.8-1.0Pa；真空度小于等于2×10-4Pa即可满足镀膜需求，真空度越低，腔室内的杂质越少；腔室内的压强即工作压强越低所镀制的膜层质量越高，但是速度会慢，因此选0.8-1.0Pa作为工作压强。
c打开溅射功率开关，将功率调整到30-50W开始预溅射，溅射3-5分钟后打开挡板阀，将功率调整到60-80W开始正式溅射，溅射时间为5-300秒；预溅射的作用首先是预热机器，不宜开机就使用大功率，其次是溅射掉靶材表面杂质；
d溅射完毕后关闭挡板阀，关闭功率开关，将气体流量计旋钮拧到0，关闭电磁阀，关闭分子泵，打开连接空气的阀门平衡腔室的内外大气压强；
e打开镀膜设备的腔室，取出旋转光锥镀膜装置，镀膜结束，得到高均匀性、高透过率的光锥，如图7A、图7B、图7C、图8A、图8B、图8C、图9A、图9B及图9C所示，所述光锥可用于电荷耦合器件(CCD)、像增强器或光电倍增管中。所述光锥具有三种，分别为一次函数型光锥13、二次函数型光锥14、三次函数型光锥15，从图7A、图7B、图7C、图8A、图8B、图8C、图9A、图9B及图9C可以看出，三种不同函数类型光锥的大小端面都可以镀制均化膜层，甚至可以两端同时镀制均化膜层，共有9种镀膜方式。具体地，如图7A、图8A及图9A所示，所述一次函数型光锥13包括大端面部11、小端面部12和设置于所述大端面部11、小端面部12之间的光纤部；所述大端面部11和/或小端面部12的表面具有厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜，所述薄膜包括均化膜层10和/或均化膜层20，所述均化膜层10的中心设有膜层中心16，所述均化膜层20的中心设有膜层中心46。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。如图7B、图8B及图9B所示，所述二次函数型光锥14包括大端面部21、小端面部22和设置于所述大端面部21、小端面部22之间的光纤部；所述大端面部21和/或小端面部22的表面具有厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜，所述薄膜包括均化膜层10和/或均化膜层20，所述均化膜层10的中心设有膜层中心26，所述均化膜层20的中心设有膜层中心56。如图7C、图8C及图9C所示，所述三次函数型光锥15包括大端面部31、小端面部32和设置于所述大端面部31、小端面部32之间的光纤部；所述大端面部31和/或小端面部32的表面具有厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜，所述薄膜包括均化膜层10和/均化膜层20，所述均化膜层10的中心设有膜层中心36，所述均化膜层20的中心设有膜层中心66。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。
上述的“高均匀性、高透过率”指的是光锥在波长为550nm时的透过率均匀性介于97.57％-98.22％之间，中心透过率介于23％-40％之间。
以下结合具体实施例对本发明进行具体说明。
以下提及的“中心”指的是光锥的正中心位置，“边缘”指的是光锥有效面积的边缘位置，即光锥的最外层光纤。
实施例1：
本实施例提供了一种一次函数型光锥，其制作具体包括以下步骤：
S1，使用棒管组合法将高折射率的玻璃棒和低折射率的玻璃管组合在一起后在1850℃下拉制成单丝，丝径为3mm；将拉制好的单丝和用于吸收杂散光的光吸收丝(丝径为3mm)排列成六边形状后在1845℃下拉制成一次复丝，丝径为1.3mm；将一次复丝再一次排列成六边形状并在1845℃下拉制成二次复丝，丝径为2mm；将二次复丝放入熔压磨具中并施加高温高压(温度为650℃，压力为15吨)制备成坯板，其直径为26mm，高度为50mm。所述玻璃棒在波长为550nm的折射率为1.78，其以重量百分比计的组成为：SiO2 54.12％；K2CO314.84％；Na2CO3 11.10％；Al(OH)3 5.99％；H2BO3 10.16％；CaCO3 2.88％；BaCO3 0.23％；CeO2 0.07％；MgCO3 0.46％；NiO 0.01％；Nb2O5 0.05％；Y2O3 0.01％；La2O3 0.08％。所述玻璃管在波长为550nm的折射率为1.49，其以重量百分比计的组成为：SiO2 35.25％；KNO30.13％；Na2CO3 0.10％；Al(OH)3 0.84％；H2BO3 24.23％；CaCO3 10.26％；BaCO325.50％；MgCO3 0.21％；La2O3 1.68；Sb2O3 0.06％；TiO2 1.74％。所述光吸收丝以重量百分比计的组成为：SiO2 55.84％；K2CO3 11.27％；Na2CO36.11％；Al(OH)3 9.37％；H2BO38.56％；CaCO3 2.67％；BaCO3 0.03％；CeO20.19％；MgCO3 0.40％；Fe2O3 0.02％；NiO0.87％；MnO2 2.87％；CoO 0.42％；La2O3 0.01％；V2O5 1.37％。
S2，通过拉伸卡具将直径26mm，高度50mm光锥毛坯的两端固定在拉伸杆上，接着通过机械操作面板控制拉伸炉使光锥毛坯的中心与拉伸内炉的中心同轴，至此准备工作完毕；首先通过加热外炉至预热温度550℃，稳定外炉温度15分钟后，使用内径为60mm，宽为11mm的加热圈对拉伸炉内炉以10℃/min开始升温，至光锥软化点温度800℃，通过伺服电机和拉力传感器给沿着垂直光锥端面朝外施加两个数值恒定但方向相反的拉力500N，内炉加热区域的光锥毛坯中心部分逐渐软化，在拉力作用下向两侧拉伸，直至变成中间细两端尺寸不变的“哑铃”形状。当光锥毛坯拉伸到目标锥比2：1时，停止内炉加热，启动外炉退火程序，以10℃/min的速度降温，最后降至室温后取出光锥毛坯。此时内外炉温差只有300℃，拉伸的光锥锥面变化趋势为线性变化，光锥变形区无限接近于一次函数直线形状，所对应的方程类型为y＝4.55x，固定锥比为2:1，拉力固定为500N，施加拉力时间为150分钟时光锥外部轮廓曲线为一次函数直线形状。
S3，将拉伸成的光锥毛坯大小端面抛光2h，粗糙度达到20nm级后进行性能检测，确保光锥的透过率、分辨率和内部缺陷(如疵点、鸡丝、网格)满足国家标准(GJB9792-2020光纤传像耦合元件规范)。
S4，以轴心0点处的透过率与有效区(D＝25.00mm)边界处的透过率的差值表示锥形光纤阵列内非均匀透过率(渐晕缺陷)，使用透过率测试仪(即公开号为CN 111442908A的专利申请涉及的种检测光纤传像元件的可见光透过率与均匀度的装置)将获得的数据分析后得到渐晕缺陷为10.55％，中心透过率为45％。之后使用旋转光锥镀膜装置在光锥的小端面镀制了一层中心厚度6nm，边缘厚度1nm的渐变金属铬膜，将渐晕缺陷降低到2.15％，中心透过率为36％，测试结果如图10所示。
具体地，将装配好的旋转光锥镀膜装置放入磁控溅射镀膜机的腔室；打开点击电源，并调整所述旋转光锥镀膜装置的转速为10rpm；关闭腔室开始镀膜，且掩膜板与光锥的距离为1mm。
所述关闭腔室开始镀膜具体包括以下步骤：a关闭镀膜设备的腔室后先打开机械泵预抽真空，当真空度为10Pa后关闭机械泵打开电磁阀，打开分子泵；b当真空度为2×10- 4Pa时打开气体流量计，将氩气和氧气(二者的体积比为1：1)的气体量调整到25sccm，接下来通过G阀将腔室内的压强调整到0.8Pa；c打开溅射功率开关，将功率调整到50W开始预溅射，溅射5分钟后打开挡板阀，将功率调整到60W开始正式溅射，溅射时间为60秒；d溅射完毕后关闭挡板阀，关闭功率开关，将气体流量计旋钮拧到0，关闭电磁阀，关闭分子泵，打开连接空气的阀门平衡腔室的内外大气压强；e打开镀膜设备的腔室，取出旋转光锥镀膜装置，镀膜结束，得到高均匀性、高透过率的光锥。所述光锥可用于电荷耦合器件(CCD)、像增强器或光电倍增管中。
从图10可以看出，由中心至边缘铬膜的厚度逐渐减少，可以看出光锥的中心处透过率由45％降低至36％，只有边缘处的透过率低于36％，光锥其他位置都保持大约36％的透过率，说明掩膜板设计基本合理，边缘位置的透过率低于36％是由于掩膜板边缘开口较小，膜层不易沉积。
实施例2：
本实施例提供了一种二次函数型光锥，其制作具体包括以下步骤：
S1，同实施例1。
S2，拉伸方法同一次函数光锥的拉伸，不同点在于二次函数型光锥的外炉温度为550℃，加热圈内径为50mm，宽为8mm，所对应的方程类型为y＝0.826x2，固定锥比为2:1，拉力固定为500N，施加拉力时间为130分钟时光锥外部轮廓曲线为二次函数形状。
S3，同实施例1。
S4，使用透过率测试仪(即公开号为CN 111442908A的专利申请涉及的种检测光纤传像元件的可见光透过率与均匀度的装置)将获得的数据分析后得到渐晕缺陷为14.23％，中心透过率为45％。之后使用旋转光锥镀膜装置在小端面镀制了一层中心厚度8nm，边缘厚度1nm的渐变金属铬膜，将渐晕缺陷降低到2.43％，中心透过率为23％，测试结果如图11所示。
具体地，将装配好的旋转光锥镀膜装置放入磁控溅射镀膜机的腔室；打开点击电源，并调整所述旋转光锥镀膜装置的转速为10rpm；关闭腔室开始镀膜，且掩膜板与光锥的距离为1mm。
所述关闭腔室开始镀膜具体包括以下步骤：a关闭镀膜设备的腔室后先打开机械泵预抽真空，当真空度为10Pa后关闭机械泵打开电磁阀，打开分子泵；b当真空度为2×10- 4Pa时打开气体流量计，将氩气和氧气(二者的体积比为1：1)的气体流量调整到25sccm，接下来通过G阀将腔室内的压强调整到0.8Pa；c打开溅射功率开关，将功率调整到50W开始预溅射，溅射5分钟后打开挡板阀，将功率调整到60W开始正式溅射，溅射时间为80秒；d溅射完毕后关闭挡板阀，关闭功率开关，将气体流量计旋钮拧到0，关闭电磁阀，关闭分子泵，打开连接空气的阀门平衡腔室的内外大气压强；e打开镀膜设备的腔室，取出旋转光锥镀膜装置，镀膜结束，得到高均匀性、高透过率的光锥。所述光锥可用于电荷耦合器件(CCD)、像增强器或光电倍增管中。
由图11可以看出，随着二次函数型光锥的中心透过率由45％降至23％，其渐晕缺陷由14.23％降至2.43％。
实施例3：
本实施例提供了一种三次函数型光锥，其制作具体包括以下步骤：
S1，同实施例1。
S2，拉伸方法同二次函数光锥拉伸，不同点在于三次函数型光锥的炉内加热圈规格更换为内径50mm，宽16mm的加宽加热圈。所对应的方程类型为y＝0.15x3，固定锥比为2:1，拉力固定为500N，施加拉力时间为110分钟时光锥外部轮廓曲线为三次函数形状。
S3，同实施例1。
S4，使用透过率测试仪(即公开号为CN 111442908A的专利申请涉及的种检测光纤传像元件的可见光透过率与均匀度的装置)将获得的数据分析后得到渐晕缺陷为4.92％，中心透过率为45％。之后使用旋转光锥镀膜装置在小端面镀制了一层中心厚度3nm，边缘厚度1nm的渐变金属铬膜，将渐晕缺陷降低到1.81％，中心透过率为40％。测试结果如图12所示。
具体地，将装配好的旋转光锥镀膜装置放入磁控溅射镀膜机的腔室；打开点击电源，并调整所述旋转光锥镀膜装置的转速为10rpm；关闭腔室开始镀膜，且掩膜板与光锥的距离为1mm。
所述关闭腔室开始镀膜具体包括以下步骤：a关闭镀膜设备的腔室后先打开机械泵预抽真空，当真空度为10Pa后关闭机械泵打开电磁阀，打开分子泵；b当真空度为2×10- 4Pa时打开气体流量计，将氩气和氧气(二者的体积比为1：1)的气体流量调整到25sccm，接下来通过G阀将腔室内的压强调整到0.8Pa；c打开溅射功率开关，将功率调整到50W开始预溅射，溅射5分钟后打开挡板阀，将功率调整到60W开始正式溅射，溅射时间为40秒；d溅射完毕后关闭挡板阀，关闭功率开关，将气体流量计旋钮拧到0，关闭电磁阀，关闭分子泵，打开连接空气的阀门平衡腔室的内外大气压强；e打开镀膜设备的腔室，取出旋转光锥镀膜装置，镀膜结束，得到高均匀性、高透过率的光锥。所述光锥可用于电荷耦合器件(CCD)、像增强器或光电倍增管中。
由图12可以看出，随着三次函数型光锥的中心透过率由45％降至40％，其渐晕缺陷由4.92％降至1.81％。
实施例4：
本实施例提供了一种三次函数型光锥，其制作具体包括以下步骤：
S1，同实施例3。
S2，同实施例3。
S3，同实施例3。
S4，使用旋转光锥镀膜装置在三次函数型光锥的大端面镀制了一层中心厚度3nm，边缘厚度1nm的渐变金属铬膜，将渐晕缺陷降低到1.82％，中心透过率为40％。测试结果如图13所示。
具体地，将装配好的旋转光锥镀膜装置放入磁控溅射镀膜机的腔室；打开点击电源，并调整所述旋转光锥镀膜装置的转速为10rpm；关闭腔室开始镀膜，且掩膜板与光锥的距离为1mm。
所述关闭腔室开始镀膜具体包括以下步骤：a关闭镀膜设备的腔室后先打开机械泵预抽真空，当真空度为10Pa后关闭机械泵打开电磁阀，打开分子泵；b当真空度为2×10- 4Pa时打开气体流量计，将氩气和氧气(二者的体积比为1：1)的气体流量调整到25sccm，接下来通过G阀将腔室内的压强调整到0.8Pa；c打开溅射功率开关，将功率调整到50W开始预溅射，溅射5分钟后打开挡板阀，将功率调整到60W开始正式溅射，溅射时间为40秒；d溅射完毕后关闭挡板阀，关闭功率开关，将气体流量计旋钮拧到0，关闭电磁阀，关闭分子泵，打开连接空气的阀门平衡腔室的内外大气压强；e打开镀膜设备的腔室，取出旋转光锥镀膜装置，镀膜结束，得到高均匀性、高透过率的光锥。所述光锥可用于电荷耦合器件(CCD)、像增强器或光电倍增管中。
由图13可以看出，无论是在三次函数型光锥的大端还是小端镀制均化膜，均可实现降低渐晕缺陷的目的。
实施例5：
本实施例提供了一种三次函数型光锥，其制作具体包括以下步骤：
S1，同实施例3。
S2，同实施例3。
S3，同实施例3。
S4，使用旋转光锥镀膜装置在三次函数型光锥的大小端面同时镀制了一层中心厚度1.5nm，边缘厚度0.5nm的渐变金属铬膜，将渐晕缺陷降低到1.78％，中心透过率为40％。测试结果如图14所示。
具体地，将装配好的旋转光锥镀膜装置放入磁控溅射镀膜机的腔室；打开点击电源，并调整所述旋转光锥镀膜装置的转速为10rpm；关闭腔室开始镀膜，且掩膜板与光锥的距离为1mm。
所述关闭腔室开始镀膜具体包括以下步骤：a关闭镀膜设备的腔室后先打开机械泵预抽真空，当真空度为10Pa后关闭机械泵打开电磁阀，打开分子泵；b当真空度为2×10- 4Pa时打开气体流量计，将氩气和氧气(二者的体积比为1：1)的气体流量调整到25sccm，接下来通过G阀将腔室内的压强调整到0.8Pa；c打开溅射功率开关，将功率调整到50W开始预溅射，溅射5分钟后打开挡板阀，将功率调整到60W开始正式溅射，溅射时间为15秒；d溅射完毕后关闭挡板阀，关闭功率开关，将气体流量计旋钮拧到0，关闭电磁阀，关闭分子泵，打开连接空气的阀门平衡腔室的内外大气压强；e打开镀膜设备的腔室，取出旋转光锥镀膜装置，镀膜结束，得到高均匀性、高透过率的光锥。所述光锥可用于电荷耦合器件(CCD)、像增强器或光电倍增管中。
由图14可以看出，无论是在三次函数型光锥的两端分别镀制均化膜还是说两端同时镀制均化膜，皆可实现降低渐晕缺陷的目的。
对比例1：
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例使用常规镀膜方法(不使用旋转镀膜装置，无掩膜板，其他操作步骤及参数同实施例3)在三次函数型光锥的小端面镀了一层厚度为3nm的均匀薄膜，经透过率测试渐晕缺陷降低到4.90％，中心透过率为40％。测试结果如图15所示。从图15可以看出，镀制厚度均匀的薄膜渐晕缺陷从4.92％降低到4.90％，中心透过率从45％降低到了40％，与实施例3相比中心透过率是相同的，但是渐晕缺陷相差3.09％，说明镀制厚度均匀的铬膜并不能有效地改善渐晕缺陷。
对比例2：
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例使用常规镀膜方法(不使用旋转镀膜装置，无掩膜板，其他操作步骤及参数同实施例3)在三次函数型光锥的小端面镀了一层厚度为5nm的均匀薄膜，经透过率测试渐晕缺陷降低到4.81％，中心透过率为35％。测试结果如图16所示。从图16可以看出，继续增加膜厚，与实施例3相比，渐晕缺陷增加了3％，中心透过率降低了5％。说明使用常规方法增加膜厚并不能改善渐晕缺陷。
将实施例1-3及对比例1-2的光锥在镀膜之前和之后的非均匀透过率及中心透过率通过透过率测试仪(即公开号为CN 111442908A的专利申请涉及的检测光纤传像元件的可见光透过率与均匀度的装置)进行了测试，测试结果见表1。测试原理为：将一束波长为550nm的准直入射光照射到光锥的输入端，通过CCD相机接收光锥输出端出来的光，得到光强分布图，并且通过输入和输出光的光通量大小计算相对透过率。其中，光通量等于光强乘以面积，光强通过所述透过率测试仪测得。中心透过率是位置为0时(光锥正中心)的透过率。非均匀透过率是中心透过率与有效面积边缘处的透过率差值。
表1
从表1的数据可以看出，在镀膜前，实施例1-3的中心透过率保持在45％时，三次函数型光锥的非均匀透过率为4.92％，透过率均匀性为95.08％，结构最优。二次函数型光锥的非均匀透过率为14.23％，透过率均匀性为85.77％，结构最差。镀膜后，在保证非均匀透过率平均在2.1％左右时，三次函数型光锥的中心透过率可达到40％，而二次函数型光锥的中心透过率只有23％，这也说明三次函数型光锥结构是最优的。实施例3-5的数据可看出，分别在三次函数型光锥的大端面或小端面或二者同时镀制均化膜后的非均匀透过率可保持在1.8％左右且中心透过率均可达到40％。对比例1-2的数据可以看出，在三次函数型光锥的小端面不使用旋转镀膜装置镀制铬膜后，非均匀透过率几乎没有降低，并不能改善非均匀透过率。
总之，通过镀膜的方式改善光锥的透光不均匀性，可以镀制中间厚、边缘薄、径向厚度渐变的均化膜。光锥中心区域高透过率配合较厚的铬膜以大幅度地降低透过率，边缘低透过率配合较薄的铬膜以低幅度地降低透过率，使光锥整体透过率保持一个水平线，改善透光不均匀性。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实施例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

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.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，所述高均匀性、高透过率的光锥通过以下步骤制得：
锥变区轮廓结构的制备；
光锥表面均化膜的制备。
6.如权利要求5所述的高均匀性、高透过率的光锥，其特征在于，所述锥变区轮廓结构的制备包括以下步骤：
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。
7.如权利要求5所述的高均匀性、高透过率的光锥，其特征在于，所述光锥表面均化膜的制备包括以下步骤：
将光锥表面镀制厚度由中心向边缘逐渐降低的薄膜。
8.如权利要求7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。
9.如权利要求7所述的高均匀性、高透过率的光锥，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，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1-10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，所述像增强器包括权利要求1-10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，所述光电倍增管包括权利要求1-10任一项所述的高均匀性、高透过率的光锥。
CN202311624365.7A 2023-11-30 2023-11-30 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用 Active CN118169800B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311624365.7A CN118169800B (zh) 2023-11-30 2023-11-30 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用
PCT/CN2024/098869 WO2025112437A1 (zh) 2023-11-30 2024-06-13 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用
EP24773344.7A EP4597182A4 (en) 2023-11-30 2024-06-13 HIGH UNIFORMITY AND HIGH TRANSMITTANCE LIGHT CONE, PREPARATION METHOD AND USE THEREOF

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311624365.7A CN118169800B (zh) 2023-11-30 2023-11-30 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN118169800A CN118169800A (zh) 2024-06-11
CN118169800B true CN118169800B (zh) 2025-01-10

Family

ID=91351442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311624365.7A Active CN118169800B (zh) 2023-11-30 2023-11-30 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4597182A4 (zh)
CN (1) CN118169800B (zh)
WO (1) WO2025112437A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118169800B (zh) * 2023-11-30 2025-01-10 中国建筑材料科学研究总院有限公司 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1386287A (zh) * 2000-07-24 2002-12-18 旭硝子株式会社 Crt用屏玻璃、crt及它们的制造方法
CN111025453A (zh) * 2019-12-20 2020-04-17 广州宏晟光电科技股份有限公司 一种光纤锥及其制造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008505325A (ja) * 2004-07-08 2008-02-21 スウィンバーン ユニバーシティ オブ テクノロジー ファイバーセンサー製造
US7006741B1 (en) * 2005-03-22 2006-02-28 Bi Yu Contact-field optical microscope
CN101916767B (zh) * 2010-07-27 2012-03-07 中北大学 一种x射线探测器的制作方法
CN102547150B (zh) * 2012-02-15 2016-03-09 中国科学院高能物理研究所 一种x射线相机及其制造方法
CN102590926B (zh) * 2012-03-02 2013-05-15 北京工业大学 高功率激光注入光纤的耦合装置
CN105068183B (zh) * 2015-04-24 2017-12-29 燕山大学 一种表面镀覆纳米薄膜的特种光锥
CN110727045B (zh) * 2018-07-17 2022-01-28 中国建筑材料科学研究总院有限公司 光学纤维锥及其加工方法
CN111442908B (zh) 2020-04-23 2022-04-12 中国建筑材料科学研究总院有限公司 检测光纤传像元件的可见光透过率与均匀度的装置及方法
CN111580342B (zh) * 2020-06-18 2023-10-31 中国建筑材料科学研究总院有限公司 光纤传像元件端面微凸结构的制备及光纤传像元件的应用
CN114171366B (zh) * 2021-12-09 2024-05-14 中国科学院高能物理研究所 具有双光纤光锥结构的像增强器及像增强型探测成像系统
CN219136900U (zh) * 2023-01-18 2023-06-06 光驰科技(上海)有限公司 一种镀膜装置
CN118169800B (zh) * 2023-11-30 2025-01-10 中国建筑材料科学研究总院有限公司 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1386287A (zh) * 2000-07-24 2002-12-18 旭硝子株式会社 Crt用屏玻璃、crt及它们的制造方法
CN111025453A (zh) * 2019-12-20 2020-04-17 广州宏晟光电科技股份有限公司 一种光纤锥及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4597182A4 (en) 2025-09-24
EP4597182A1 (en) 2025-08-06
WO2025112437A1 (zh) 2025-06-05
CN118169800A (zh) 2024-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN118169800B (zh) 高均匀性、高透过率的光锥及其制备方法和应用
Stiles The luminous efficiency of monochromatic rays entering the eye pupil at different points and a new colour effect
US10197742B2 (en) Methods for fusing a fiber termination
EP3058400B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung uniformer schichten auf bewegten substraten und derart hergestellte schichten
KR102298580B1 (ko) 성막 방법
WO2022198787A1 (zh) 长焦距可见光连续变焦镜头
CN109283663B (zh) 一种大视场、高分辨的工业内窥镜光学系统
DE102017010360A1 (de) Substrat mit der eigenschaft einer geringen reflexion und herstellungsverfahren dafür
CN111442908B (zh) 检测光纤传像元件的可见光透过率与均匀度的装置及方法
WO2019138751A1 (ja) 画像表示装置
CN118244417B (zh) 高均匀性、高透过率的光纤倒像器及其制备方法和应用
CN117590515B (zh) 高均匀性、高透过率的光纤面板及其制备方法和应用
CN117604448B (zh) 高稳定性、高同轴度的机械旋转光锥镀膜装置及镀膜方法
CN106990513B (zh) 电动调焦式非制冷红外远摄型镜头及其工作方法
CN113946007B (zh) 荧光内窥镜滤光片
DE3627248A1 (de) Verfahren zur herstellung eines antireflexionsfilms auf organischen linsen oder brillenglaesern
CN119414516A (zh) 一种对比度增强型光纤倒像器及其制备方法
US20200310147A1 (en) Beam coherence eliminating element
CN120559781B (zh) 微凹结构光纤传像元件及其制备方法和应用
CN111694090B (zh) 一种光学纤维皮料管及其制备方法和应用
CN104459945A (zh) 检测硫系玻璃均匀性的物镜以及具有其的硫系玻璃均匀性检测装置
CN204374505U (zh) 检测硫系玻璃均匀性的物镜以及具有其的硫系玻璃均匀性检测装置
CN120559781A (zh) 微凹结构光纤传像元件及其制备方法和应用
CN115448584B (zh) 一种高膨胀玻璃棒火焰抛光方法及装置
JP7740067B2 (ja) 透明セラミックス及び磁気光学デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant