專利名稱：一種空心太陽光傳輸光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽光傳輸光纖，尤其涉及一種空心太陽光傳輸光纖，具體適用于傳輸太陽光時產(chǎn)生照明效果。
背景技術：
隨著光纖技術的發(fā)展，太陽光照明技術也得到了迅速的發(fā)展，如跟蹤太陽軌跡、最大限度匯聚太陽光的采光裝置已經(jīng)有大量的相關技術被公開和使用，但在以下兩種場合， 該類技術并不能起到太陽光照明的作用。首先，由于人們工作和生活的需要，大量的辦公樓、商場大樓、超市、地下設施、地下作業(yè)區(qū)域等位置，即使在白天，也需要長時間的照明，這需要消耗很多的電能，同時，這些區(qū)域又需要用遮陽設施對太陽進行阻擋，浪費了大量的太陽光資源，如果能夠利用這些太陽光，將其直接收集并傳輸?shù)叫枰彰鞯膮^(qū)域，將會節(jié)省大量的電能與光能。其次，在大部分地下作業(yè)區(qū)域如各種礦工地，或者密封工作區(qū)域如船體中，由于常年只有燈光的照射，而無法被陽光照射，工作環(huán)境較差，有損工作人員的身體健康，如果能將陽光引入這些特殊的工作環(huán)境中，將會改善這些行業(yè)的工作環(huán)境，增強工作人員的身體健康狀況，提高工作效率。因此，利用傳輸光纖進行太陽光照明具有非常大的應用前景，但現(xiàn)有的太陽光傳輸光纖存在以下缺陷和不足
1、采用塑料作為光纖的主要載體時，傳輸?shù)膿p耗較大，無法實現(xiàn)長距離傳輸。2、采用石英作為光纖的主要載體時，不僅傳輸成本很高，而且在傳輸?shù)倪^程中，一根石英光纖只能對應一個出光點，如果需要照明的區(qū)域很大，則必須將大量的光纖集中成纜，此時，光纖成纜后的直徑就會太粗，大大提高了施工困難，因而照明上的性價比較低，不利于進行照明。中國專利授權公告號為CN101446664B，授權公告日為2010年11月M日的發(fā)明專利公開了一種中空石英塑料特種光纖，包括中間空氣層、純石英纖芯層a、聚合物內(nèi)包層b、 聚合物外包層c和外護層d，光傳輸部分為純石英纖芯層a，純石英層折射率nl為1. 44 1.45 ；內(nèi)包層采用硅橡膠材料，折射率π2為1. 36 1. 37 ；外包層采用氟樹酯，折射率η3為 1. 33 1. 34，由此可計算出數(shù)值孔徑約為0. 512，而一般的光纖數(shù)值孔徑不超過0. 4。雖然該發(fā)明可以降低傳輸損耗，制備工藝簡單，但其仍舊具有以下缺陷首先，該發(fā)明是采用純石英纖芯層a作為光傳輸部分，雖然與用塑料來傳輸光相比，通過純石英纖芯層a來傳輸光能夠降低損耗，但其損耗仍舊較大，畢竟太陽光在空氣中傳輸?shù)膿p耗只有在純石英材料中傳輸?shù)膿p耗的五分之一，因此該發(fā)明的損耗較大，不利于長距離傳輸；其次，該發(fā)明從內(nèi)到外是純石英纖芯層a、內(nèi)包層、外包層，折射率不斷增加，這種設計會大大降低光折射，并實現(xiàn)光的全反射，從而增強光纖的導光性，但同時也意味著，該發(fā)明傳輸?shù)奶柟庠趥鬏數(shù)倪^程中，不會散射出光纖體，不會對光纖的沿途區(qū)域進行照明，它只能照明光纖的出口端，只能對應一個出光點，照明性較差，如果要擴大照明區(qū)域，只能集中大量的光纖成纜，此時，光纜的直徑就會太粗，施工困難較大，因而該發(fā)明在照明上的性價比較低，不利于進行照明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的輸出損耗較大、無法實現(xiàn)長距離傳輸、在照明上的性價比較低，不利于進行照明的缺陷與問題，提供一種輸出損耗較小、能夠?qū)崿F(xiàn)長距離傳輸、在照明上的性價比較高、有利于進行照明的空心太陽光傳輸光纖。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術解決方案是一種空心太陽光傳輸光纖，包括空心芯層及其外部包裹的石英包層，所述石英包層的外壁涂覆有聚合物內(nèi)層，聚合物內(nèi)層的外壁涂覆有聚合物外層；所述石英包層的內(nèi)壁涂覆有反射膜，該反射膜對太陽光的反射率為 95% - 99%ο所述反射膜的制造材料是金屬或聚合物的復合材料。所述反射膜的折射率居于空心芯層、石英包層之間，石英包層的折射率小于聚合物內(nèi)層的折射率，聚合物內(nèi)層的折射率小于聚合物外層的折射率，且石英包層的厚度小于 300微米。所述聚合物外層的折射率大于等于1. 5。所述石英包層為摻雜石英包層，且在石英包層中摻雜的物質(zhì)是鍺、氟、硼、磷或鋁元素；所述聚合物內(nèi)層為摻氟聚合物涂覆層，其制造材料為含氟的丙烯酸樹脂；所述聚合物外層為硬聚合物涂覆層，其制造材料為摻入了碳或金屬雜質(zhì)的樹脂材料；所述聚合物內(nèi)層的硬度小于聚合物外層的硬度。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為
1、本發(fā)明一種空心太陽光傳輸光纖中由內(nèi)到外依次是空心芯層、反射膜、石英包層、聚合物內(nèi)層與聚合物外層，使用時，利用空心芯層內(nèi)部的空氣進行太陽光的遠距離傳輸，而不是采用石英包層，由于太陽光在塑料中的傳輸損耗為太陽光在石英中傳輸損耗的30倍，太陽光在石英中的傳輸損耗又為太陽光在空氣中的傳輸損耗的5倍，因而與現(xiàn)有技術中采用塑料或石英傳輸太陽光相比，本設計采用空心芯層內(nèi)部的空氣傳輸太陽光具有極低的傳輸損耗，有利于實現(xiàn)長距離的傳輸；同時，由于在石英包層的內(nèi)壁涂覆有反射膜，且反射膜對太陽光的反射率為95% - 99%，該設計能夠控制太陽光的反射，使得絕大部分太陽光能在光纖內(nèi)傳輸，從而進一步降低傳輸損耗。因此本發(fā)明的輸出損耗較小，能夠?qū)崿F(xiàn)長距離傳輸。2、本發(fā)明一種空心太陽光傳輸光纖中由內(nèi)到外依次是空心芯層、反射膜、石英包層、聚合物內(nèi)層與聚合物外層，反射膜的折射率居于空心芯層、石英包層之間，石英包層的折射率小于聚合物內(nèi)層的折射率，聚合物內(nèi)層的折射率小于聚合物外層的折射率，該種設計能夠?qū)崿F(xiàn)反射膜、石英包層、聚合物內(nèi)層、聚合物外層之間的折射率匹配，該種折射率匹配不僅能夠?qū)⒖招男緦又袀鬏數(shù)奶柟饨?jīng)反射膜、石英包層、聚合物內(nèi)層與聚合物外層后依次透射出去，從而造成發(fā)散，形成沿光纖太陽光均勻散射的效果，而且不會對散射出的太陽光進行干擾，便于實現(xiàn)太陽光的可控散射功能，使得在傳輸光纖鋪設的所有線路區(qū)域中， 沿線都有太陽光的散射，而不僅僅是傳輸光纖的端部有光，極大的增加了照明效果，即使只有一根傳輸光纖，也能照亮很大范圍，而不像現(xiàn)有技術那樣需要很多傳輸光纖捆在一起才能實現(xiàn)較大范圍的照明。因此本發(fā)明在照明上的性價比較高，有利于進行照明。3、本發(fā)明一種空心太陽光傳輸光纖中在石英包層外依次涂覆有聚合物內(nèi)層與聚
4合物外層，其中，聚合物內(nèi)層為摻氟聚合物涂覆層，其制造材料為含氟的丙烯酸樹脂，該設計能對石英包層外表面進行保護，提高傳輸光纖的安全性；同時，聚合物外層為硬聚合物涂覆層，其制造材料為摻入了碳或金屬雜質(zhì)的樹脂材料，該設計使得聚合物外層具有較高的耐磨性能與強度，能對傳輸光纖的外表面進行耐磨、側壓、彎折等機械性能方面的保護，從而提高傳輸光纖的安全性，使其能夠應用于各種外界的施工環(huán)境中。因此本發(fā)明的安全性較強。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖中空心芯層1，石英包層2，聚合物內(nèi)層3，聚合物外層4，反射膜5。
具體實施例方式以下結合

和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。參見圖1，一種空心太陽光傳輸光纖，包括空心芯層1及其外部包裹的石英包層2， 所述石英包層2的外壁涂覆有聚合物內(nèi)層3，聚合物內(nèi)層3的外壁涂覆有聚合物外層4 ；所述石英包層2的內(nèi)壁涂覆有反射膜5，該反射膜5對太陽光的反射率為95% - 99%。所述反射膜5的制造材料是金屬或聚合物的復合材料。所述反射膜5的折射率居于空心芯層1、石英包層2之間，石英包層2的折射率小于聚合物內(nèi)層3的折射率，聚合物內(nèi)層3的折射率小于聚合物外層4的折射率，且石英包層 2的厚度小于300微米。所述聚合物外層4的折射率大于等于1. 5。所述石英包層2為摻雜石英包層，且在石英包層2中摻雜的物質(zhì)是鍺、氟、硼、磷或鋁元素；所述聚合物內(nèi)層3為摻氟聚合物涂覆層，其制造材料為含氟的丙烯酸樹脂；所述聚合物外層4為硬聚合物涂覆層，其制造材料為摻入了碳或金屬雜質(zhì)的樹脂材料；所述聚合物內(nèi)層3的硬度小于聚合物外層4的硬度。本發(fā)明的原理說明如下
空心芯層1 空心結構，利用內(nèi)部的空氣進行太陽光的傳輸，由于空氣的傳輸損耗極低，因而有利于進行太陽光的遠距離傳輸。反射膜5 在石英包層2的內(nèi)壁涂有一層很薄的、耐高溫的反射膜5。反射膜5的制造材料是金屬或聚合物的復合材料，對太陽光的反射率為95%-99%之間，因而能夠控制太陽光的反射，使得絕大部分太陽光均在光纖內(nèi)傳輸。石英包層2 為摻雜石英包層，且在石英包層2中摻雜的物質(zhì)是鍺、氟、硼、磷或鋁元素。通過在石英包層2中摻雜鍺、氟、硼、磷、鋁等摻雜元素，能夠改變石英的晶格結構，從而改變石英包層2的折射率，所能改變的折射率的相對大小為純石英折射率的6%以內(nèi)。改變后的石英包層2的折射率能夠與其內(nèi)壁所涂覆的反射膜5的折射率相匹配(反射膜5的折射率居于空心芯層1、石英包層2之間)，從而將空心芯層1傳輸?shù)奶柟獍幢壤厣⑸涑龉饫w的芯層，具體過程為太陽光從空心芯層1內(nèi)的空氣傳到反射膜5，一部分被反射回，一部分被反射膜5透射到石英包層2的界面上，此時，由于反射膜5與石英包層2的折射率匹配，因而，透射到石英包層2的太陽光就能從石英包層2再次透射出去，從而形成透射散射光。正因為如此，石英包層2的厚度不能超過300微米，否則就太厚了，無法實現(xiàn)將太陽光散射出光纖的功能，只能實現(xiàn)單點照明。聚合物內(nèi)層3 為摻氟聚合物涂覆層，其制造材料為含氟的丙烯酸樹脂。聚合物內(nèi)層3的折射率與石英包層2的折射率相匹配(即石英包層2的折射率小于聚合物內(nèi)層3的折射率)，它的作用在于對石英包層2的外表面進行保護(機械性能進行保護)，且不對石英包層2散射出的太陽光進行干擾(折射率匹配即不會有明顯的干擾)。聚合物外層4 為硬聚合物涂覆層，其制造材料為摻入了碳或金屬雜質(zhì)的樹脂材料，且折射率較高(折射率超過1. 5以上)。聚合物外層4能夠?qū)饫w的外表面進行保護(機械方面的保護，如耐磨、側壓、彎折等保護)，使光纖能夠應用于各種外界的施工環(huán)境中，同時，較高的折射率能夠?qū)⒐馕帘緦?太陽光從折射率低的聚合物內(nèi)層3傳導到折射率高的聚合物外層4，不會在界面上發(fā)生全反射，這樣透射的光就會占大部分，造成發(fā)散效果， 故被稱之為將光吸引至本層)，從而造成發(fā)散，形成沿光纖太陽光均勻散射的效果。實施例1
一種空心太陽光傳輸光纖，由內(nèi)到外依次包括空心芯層1、反射膜5、石英包層2、聚合物內(nèi)層3與聚合物外層4，反射膜5對太陽光的反射率為95% - 99%，反射膜5的折射率居于空心芯層1、石英包層2之間，石英包層2的折射率小于聚合物內(nèi)層3的折射率，聚合物內(nèi)層 3的折射率小于聚合物外層4的折射率，且石英包層2的厚度小于300微米；石英包層2為摻雜石英包層，且在石英包層2中摻雜的物質(zhì)是鍺、氟、硼、磷或鋁元素，聚合物內(nèi)層3為摻氟聚合物涂覆層，其制造材料為含氟的丙烯酸樹脂，聚合物外層4為硬聚合物涂覆層，其制造材料為摻入了碳或金屬雜質(zhì)的樹脂材料，聚合物內(nèi)層3的硬度小于聚合物外層4的硬度。制作時，先使用管內(nèi)沉積的方法進行石英包層2的制備，沉積完成后，將初始襯底管腐蝕掉，便得到本發(fā)明所需要的石英包層2，然后在石英包層2的內(nèi)壁涂覆上一層耐高溫的反射膜5，使得導光機制形成，再將涂覆后的石英包層2在拉絲設備上低溫拉制成空心光纖，在拉制的過程中，需要經(jīng)過兩次外涂覆，分別涂覆上柔軟的聚合物內(nèi)層3和較硬的聚合物外層4，拉制后，即可得到空心太陽光傳輸光纖的成品。由上可見，本設計不僅輸出損耗較小、能夠?qū)崿F(xiàn)長距離傳輸，而且在照明上的性價比較高、安全性較強。
權利要求
1.一種空心太陽光傳輸光纖，包括空心芯層(1)及其外部包裹的石英包層(2)，所述石英包層(2)的外壁涂覆有聚合物內(nèi)層(3)，聚合物內(nèi)層(3)的外壁涂覆有聚合物外層(4)，其特征在于所述石英包層(2)的內(nèi)壁涂覆有反射膜(5)，該反射膜(5)對太陽光的反射率為 95% - 99%ο
2.根據(jù)權利要求1所述的一種空心太陽光傳輸光纖，其特征在于所述反射膜(5)的制造材料是金屬或聚合物的復合材料。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種空心太陽光傳輸光纖，其特征在于所述反射膜(5) 的折射率居于空心芯層(1)、石英包層(2)之間，石英包層(2)的折射率小于聚合物內(nèi)層(3) 的折射率，聚合物內(nèi)層(3)的折射率小于聚合物外層(4)的折射率，且石英包層(2)的厚度小于300微米。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種空心太陽光傳輸光纖，其特征在于所述聚合物外層(4) 的折射率大于等于1.5。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種空心太陽光傳輸光纖，其特征在于所述石英包層(2)為摻雜石英包層，且在石英包層(2)中摻雜的物質(zhì)是鍺、氟、硼、磷或鋁元素；所述聚合物內(nèi)層 (3)為摻氟聚合物涂覆層，其制造材料為含氟的丙烯酸樹脂；所述聚合物外層(4)為硬聚合物涂覆層，其制造材料為摻入了碳或金屬雜質(zhì)的樹脂材料；所述聚合物內(nèi)層(3)的硬度小于聚合物外層(4)的硬度。
全文摘要
一種空心太陽光傳輸光纖，由內(nèi)到外依次包括空心芯層、反射膜、石英包層、聚合物內(nèi)層與聚合物外層，反射膜對太陽光的反射率為95%–99%，反射膜的折射率居于空心芯層、石英包層之間，石英包層的折射率小于聚合物內(nèi)層的折射率，聚合物內(nèi)層的折射率小于聚合物外層的折射率；石英包層為摻雜石英包層，石英包層中摻雜的物質(zhì)是鍺、氟、硼、磷或鋁元素，聚合物內(nèi)層為摻氟聚合物涂覆層，其制造材料為含氟的丙烯酸樹脂，聚合物外層為硬聚合物涂覆層，其制造材料為摻入了碳或金屬雜質(zhì)的樹脂材料，聚合物內(nèi)層的硬度小于聚合物外層的硬度。本設計不僅輸出損耗較小、能夠?qū)崿F(xiàn)長距離傳輸，而且在照明上的性價比較高、安全性較強。
文檔編號G02B6/02GK102354021SQ20111029860
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者黃莎 申請人:武漢鑫光年光電技術有限公司