АКТИВНОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО Российский патент 2024 года по МПК G02B6/00 

Изобретение относится к области полимерного оптического волокна (ПОВ), в частности к активным полимерным оптическим волокнам (АПОВ) и используется в волоконных усилителях, считывающих устройствах при регистрации альфа-, бета-, гамма-излучения, ультрафиолетового излучения, в ядерной физике, перестраеваемых лазерах, спектрометрах, а также в качестве специальных ПОВ, сцинтилляционных и спектросмещающих ПОВ.

Изобретение относится к люминесцентным полимерным оптическим волокнам, в частности к спектросмещающим волокнам и используется для повышения надежности и расширения области использования АПОВ, а также импортозамещения зарубежных аналогов и изготовления в промышленных масштабах.

Известен способ получения АПОВ (1), где краситель вводится только в полимер отражающей оболочки, а полимер ядра не содержит красителя и служит для пропускания излучения определенной длины волны. Недостатком данного АПОВ является малый световыход, что позволяет его использовать в основном в декоративных изделиях в промышленных масштабах.

Предлагаемое изобретение расширяет возможности патента (2) на получение АПОВ за счет применения новых отечественных люминофоров: OSL-8 и OSL-31 в качестве импортозамещения спектросмещающих полимерных оптических волокон производства фирм Kuraray и Saint Gobain.

Основными производителями активных полимерных оптических волокон являются фирмы Kuraray и Saint Gobain. Фирма Kuraray выпускает АПОВ двух типов: с одной и двумя отражающими оболочками, более эффективным и востребованным является спектросмещающее волокно с двумя отражающими оболочками марки Y-11(200)M в котором в качестве светопроводящего ядра в используется полистирол с показателем преломления 1,59, в качестве первой отражающей оболочки используется полиметилметакрилат с показателем преломления 1,49, в качестве второй отражающей оболочки фторполимер с показателем преломления 1,42. Вторая отражающая оболочка из фторполимера применяется для увеличения апертуры волокна и наносится из жидкой фазы на полиметилметакрилат первой отражающей оболочки, так как при ее непосредственном нанесении на светопроводящее ядро из полистирола произойдет нарушение его целостности, что приведет к резкому ухудшению оптических характеристик АПОВ. Недостатком предложенного метода получения АПОВ является усложнение технологического процесса, уменьшение диаметра ядра за счет использования двух отражающих оболочек, что приводит к снижению ввода света и увеличению себестоимости спектросмещающих и сцинтилляционных ПОВ.

Задачей предлагаемого изобретения является получение активного спектросмещающего полимерного оптического волокна, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении надежности АПОВ, более равномерного распределения излучения в видимой части спектра при использовании новых отечественных люминофоров OSL-8, OSL-31 и расширения области применения АПОВ за счет увеличения спектра поглощения и люминесценции ПОВ.

Исследование свойств отечественных спектросмещающих ПОВ и сравнение их со свойствами АПОВ Y-11(200) фирмы Kuraray осуществлялось Объединенным институтом ядерных исследований (г.Дубна), при этом показано, что АПОВ с OSL-8 по эффективности соответствуют АПОВ Y-11(200) фирмы Kuraray и заменят АПОВ Y-11(200) фирмы Kuraray в считывающем устройстве ускорительного комплекса НИКА. Использование люминофора OSL31 поглощением при 402 нм и люминесценции при 349 нм и 485 нм расширяет возможности использования спектросмеающих АПОВ.

Полимерное оптическое волокно получают из расплава материалами светопроводящего ядра являются полистирол (ПС) или сополимер с пара-метилстиролом, материалами отражающей оболочки фторполимер на основе винилиденфторида, тетрафторэтилена и гексафторпропилена, в материал светопроводящего ядра полимерного оптического волокна вводят люминофоры OSL8 или OSL31. При необходимости с люминофорами в полимер ядра можно вводить нафталин или пара-терфенил либо их смесь с количестве от 0,5% до 5,0%. Нафталин и пара-терфенил обладают сопряженной системой двойных связей, которые принимают на себя излучение и переизлучают на люминофоры.

Люминофоры имеют следующие спектральные характеристики: OSL-8 поглощает излучение при 302 нм, 401 нм, излучает при 501 нм; OSL-31 соответственно имеет спектр поглощения при 402 нм, спектр люминесценции при 349 нм и 485 нм. Люминофоры OSL-8, OSL-31- новые эффективные кремнийсодержащие люминофоры отечественного производства выпускает общество с ограниченной ответственностью «Люминнотех» (г. Москва). АПОВ Y-11(200) фирмы Kuraray соответственно поглощают излучение при 430 нм и излучают при 476 нм.

Отечественные активные ПОВ, полученные методом нанесения из расплава отражающей оболочки фторполимера на ядро из полистирола и сополимеров полистирола, содержащего отечественные кремнийорганические люминофоры OSL-8, OSL-31, по эффективности соответствуют АПОВ марки Y-11(200), но увеличивают спектральную область люминесценции в видимом диапазоне спектра.

Предлагаемый метод нанесения отражающей оболочки из фторполимера на основе винилиденфторида, тетрафторэтилена и гексафторпропилена на светопроводящее ядро из полистирола или сополимеров полистирола позволяет получать полимерные оптические волокна с различными люминофорами и высокими оптическими характеристиками, которые используются в качестве спектросмещающих АПОВ. Разработка метода поучения эффективных отечественных спектросмещающих ПОВ с люминофорами OSL-8 и OSL-31 позволит заместить АПОВ фирмы Kuraray на отечественные АПОВ. что приводит к получению АПОВ по эффективности и параметрам соответствует АПОВ с люминофором марки Y-11 (Kuraray).

Пример 1. Спектросмещающее полимерное оптическое волокно диаметром от 0,25 до 1,5 мм ПОВ с ядром из полистирола(ПС) или сополимеров полистирола, содержащее кремнийорганический люминофор OSL-8 со спектром поглощения при 302 нм, 401 нм, спектром излучения при 501 нм и нафталин или пара-терфенил или их смесь от 0,5% до 5,0%, которые обладают сопряженной системой двойных связей и принимают на себя излучение и переизлучают на люминофоры, и отражающей оболочкой на основе термопластичного фторполимера на основе винилиденфторида, тетрафторэтилена и гексафторпропилена получают подачей с помощью штоков, шнеков или с помощью давления газов на расплавы полимеров ядра и отражающей оболочки на фильеру и в результате получают полимерную струю, которая при остывании с помощью тянущего устройства вытягивают в ПОВ, тянущее устройство позволяет менять скорость вытягивания ПОВ в ручном режиме или автоматическом, которое по эффективности и параметрам соответствует АПОВ с люминофором Y-11 (Kuraray).

Пример 2. Спектросмещающее полимерное оптическое волокно диаметром от 0,25 до 1,5 мм ПОВ с ядром из полистирола(ПС) или сополимеров полистирола, содержащее кремнийорганический люминофор OSL-31 со спектром поглощения при 402 нм, спектром люминесценции при 349 нм и 485 нм и нафталин или пара-терфенил или их смесь от 0,5% до 5,0%, которые обладают сопряженной системой двойных связей и принимают на себя излучение и переизлучают на люминофоры, и отражающей оболочкой на основе термопластичного фторполимера на основе винилиденфторида, тетрафторэтилена и гексафторпропилена получают подачей с помощью штоков, шнеков или с помощью давления газов на расплавы полимеров ядра и отражающей оболочки на фильеру и в результате получают полимерную струю, которая при остывании с помощью тянущего устройства вытягивают в ПОВ, тянущее устройство позволяет менять скорость вытягивания ПОВ в ручном режиме или автоматическом, которое по эффективности и параметрам соответствует АПОВ с люминофором Y-11 (Kuraray).

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент РФ №2018890, 28.04.1990, опубликован 30.08.94, Бюл. №16.

2. Патент РФ 2793223, 14.02.2022), опубликован 30.03.2023, Бюл.№10.

Активное полимерное оптическое волокно, состоящее из полимера ядра, содержащего люминофоры, и полимерной отражающей оболочки, отличающееся тем, что активное полимерное оптическое волокно получают нанесением отражающей оболочки из расплава фторполимера на основе винилиденфторида, тетрафторэтилена и гексафторпропилена на ядро из полистирола или сополимеров полистирола, содержащего кремнийорганические люминофоры OSL-8 со спектром поглощения при 302 нм,401 нм, спектром излучения при 501 нм или кремнийорганические люминофоры OSL-31 со спектром поглощения при 402 нм, спектром люминесценции при 349 нм и 485 нм. Технический результат - повышение надежности АПОВ, более равномерное распределение излучения в видимой части спектра.

Активное полимерное оптическое волокно, состоящее из полимера ядра, содержащего люминофоры, и полимерной отражающей оболочки, отличающееся тем, что активное полимерное оптическое волокно получают нанесением отражающей оболочки из расплава фторполимера на основе винилиденфторида, тетрафторэтилена и гексафторпропилена на ядро из полистирола или сополимеров полистирола, содержащего кремнийорганические люминофоры OSL-8 со спектром поглощения при 302 нм,401 нм, спектром излучения при 501 нм или кремнийорганические люминофоры OSL-31 со спектром поглощения при 402 нм, спектром люминесценции при 349 нм и 485 нм.