[發明專利]一種制備近場光學探針的研磨裝置及其方法

無效

• 申請號: 200910087975.1
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101602183A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 蔡微;商廣義;魏恩浩;徐平;姚駿恩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B24B19/16
• 分類號: B24B19/16;B24B49/12;B24B55/00;B08B3/12;G12B21/06
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及光纖探針的制備，特別涉及一種制備近場光學探針的研磨裝置與方法，屬于納米光學、近場光學、掃描探針顯微技術等領域。

背景技術

近場光學顯微術(縮寫為：SNOM或NSOM)是二十世紀八十年代以來光學領域中出現的一種新的顯微成像技術。SNOM不僅繼承了傳統光學顯微術的優勢，而且突破了衍射效應的制約，使分辨率拓展到100納米以下。利用SNOM人們既可以獲得物質表面的微觀形貌，又可以獲取光學信息。如今，SNOM已經滲透到物理、化學、材料及生物等各個領域。

SNOM技術的核心之一就是光學探針的制備技術。目前，大多數SNOM中使用的光學探針都是圓錐形的光纖探針。傳統的圓錐形光纖探針制作方法有：熱拉伸法、化學腐蝕法或這兩者結合起來使用的方法。光纖熱拉伸方法通常使用商用的微管拉伸機，使用大功率二氧化碳激光器或微小電弧作為熱源，將光纖熔融后拉制成型。制造出來的針尖具有很光滑表面，非常有利于鍍金屬膜，但是錐的長度大、錐角小，另外纖芯形狀被改變，通光效率低，損耗大，不利于隱失波的收集與傳播。相反，化學腐蝕法可以制作出短小、錐角稍大的探針，可是探針的表面粗糙并且會形成很多微小的突起。一方面不利于鍍金屬膜，另一方面這些突起形成了很多散射中心，引起了光的損耗。管腐蝕法的出現改善了現有的化學腐蝕方法，制作出的光纖探針表面光滑。但由于還是化學方法，仍有很多實驗參數無法精確的控制，比如腐蝕液的濃度，腐蝕溫度和時間等等，有報道稱僅改變覆蓋層溶液的參數就會使探針的錐角改變30度之多。動態腐蝕法可以進一步修改探針的形狀，以形成大錐角(達到了50度左右)或多重錐角的光纖探針，但實際操作中的重復性不容易保證。此外作為腐蝕液的主要成分氟化氫是一種易揮發的劇毒物質，若防護措施不當會對實驗人員的身體造成極大傷害。

現有技術“虹吸提升法腐蝕制備光纖探針的裝置及方法”(申請號：03131830.4)、“近場光纖探針及其制備方法”(申請號：200610058714.3)、“光纖探針的制造方法”(申請號：200610061853.1)、“可控的制備光纖探針的裝置和方法”(申請號：200610028626.9)均是由化學腐蝕方法改進而來。雖然光纖探針的品質得到進一步改良，但不可避免地都存在上述問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種使用簡便、操作安全、環保的近場光學探針的研磨制備裝置及方法。本發明具有光纖探針制作快速便捷、探針錐角可控且調節范圍大等特點，可制備重復性好，尖端曲率半徑小，表面光滑以及多種錐形的近場光學光纖探針。

本發明所述的一種制備近場光學探針的裝置主要包括：減振橡膠、支撐底板、三相無刷電機、調節架和光學顯微鏡。

所述的支撐底板水平設置的減震橡膠上，支撐底板上固定三相無刷電機，三相無刷電機的主軸固定一旋轉盤，在旋轉盤上粘接一個研磨用橡膠墊，橡膠墊上設置研磨片，所述的研磨片用少量水鋪在橡膠墊上。

所述的調節架上固定有光纖，并且該調節架可以調節光纖與研磨片和光學顯微鏡之間的距離。所述的調節架結構主要包括：光纖夾具、帶刻度轉輪、轉輪架、可調節支架、支架底座、步進電機和二維移動臺，所述的二維移動臺固定在支撐底板上，可以在垂直于支撐底板的平面內沿豎直或水平方向運動。石英光纖豎直固定在光纖夾具的中心，光纖夾具固定在帶刻度轉輪的中心，帶刻度轉輪固定在轉輪架中。帶刻度轉輪的旋轉，可帶動光纖夾具及石英光纖沿著自身的軸向轉動。轉輪架固定在可調節支架上，可調節支架通過支架底座固定在二維移動平臺上。在轉輪架上還固定有步進電機，步進電機可以通過皮帶帶動轉輪轉動，進而帶動光纖夾具及光纖沿自身軸向轉動。

所述的可調節支架在支架底座中可沿自身軸向轉動，用以調節石英光纖與研磨片的夾角，進而控制光纖探針錐角的大小。所述的帶刻度轉輪上標有刻度值，刻度值的作用是確定研磨時各研磨面之間的夾角。

所述的光學顯微鏡作為光學輔助觀察裝置，包括光學顯微鏡主體、USB接口的CCD相機和光學顯微鏡支架。光學顯微鏡主體與USB接口的CCD相機相連，并一起通過一個光學顯微鏡支架固定在支撐底板的上方。

利用所述的近場光學探針研磨裝置制作光學探針的方法如下：

1、研磨裝置準備過程：截取一段光纖，除其兩端的涂覆層；然后將光纖的兩個端面切齊，將光纖固定在夾具上。