[實用新型]光纖端面微光學器件數字光刻的裝置

無效

• 申請號: 201020139081.0
• 申請日: 2010-03-23
• 公開（公告）號: CN201654453U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 高益慶;余秋香;羅寧寧;龔勇清;陳敏;肖孟超;喻立霞;葉青
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B6/26
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本實用新型涉及一種光纖端面微光學器件數字光刻的裝置。

背景技術

光纖微光學器件具備梯度折射率透鏡的獨特性能，并且具有光斑直徑小、分辨率高、光譜范圍寬、透過率高、體積小、重量輕等特點，特別適合制作各種無源器件，它已應用于各種光信號的傳輸和聚焦，成為微小光學中十分重要的一種微型元件。上世紀八十年代，國外科學家利用光學曝光的方法，用光刻膠在光纖端面上制作了半球透鏡和柱面鏡，從而使得光纖與激光器之間的耦合效率比直接耦合的情況提高了四倍，但是其制作系統僅能制作固定形狀的光纖微光學器件，而且光纖端面的半球透鏡和柱面鏡均由負性光刻膠組成，存在易變形、易變質等問題，保存困難。近年來，隨著微細加工技術及二元光學器件制作的發展，先后出現了幾種光纖微光學器件的制作方法。目前，國內外研究比較多的方法主要有刻蝕法，熔融拉伸法和研磨拋光法。它們都有自己的優缺點：(1)蝕刻法，是選用特制的溶液，通過調節光纖和溶液的作用時間，加熱溶液的溫度，光纖浸入溶液的深度等，可以得到不同形狀和尺寸的錐形端面，常用方法是通過光纖浸入腐蝕液一定深度，然后以一定速度向外抽出，不同水平的光纖表面受到的腐蝕時間不同，時間長腐蝕去除量也大，從而通過控制光纖浸入深度和拔出速度來控制光纖端面的形狀.這種方法簡便易行、重復性高、節省空間、成本低，具有量產特性，但最大耦合效率只有57％，因此實用價值有限；(2)熔融拉伸法，這是光纖微光學器件早期的成型方法，有著較成熟的工藝制程。控制光纖熔接機的電弧電流、放電時間及熔燒距離，將光纖加熱熔融，然后再控制光纖夾具向外移動的速度和距離，將光纖拉伸成兩段帶有半球形微透鏡端面的光纖微光學器件。在制作過程中通過調節放電強度、放電時間、馬達轉速等來控制錐體形狀，得到不同直徑和錐角的光纖端面，最后用光纖融接機的放電方式融出球形端面。這種方法加工的錐形光纖微光學器件傳輸效率較低，并且技術難度大，無法精確控制參數；(3)在硬脆性材料的超精密加工中，廣泛地采用研磨、拋光為代表的磨料加工技術，超精密研磨拋光加工涉及的材料范圍很廣，研磨拋光法是一種相對比較完善成熟的微加工法，是比前幾種方法更完善的加工方法。但是研磨拋光的工藝也比較難控制，對加工設備的精度要求也較高，研磨工藝是一個很精細的過程，單模裸光纖直徑為0.125mm，而其芯徑更小，因此，要在其端面研磨加工成錐形、楔形或其它有效面型的難度很高，而且影響研磨拋光精度的因素眾多。

發明內容

本實用新型的目的在于提供了一種光纖端面微光學器件數字光刻的裝置，該裝置利用雙光源無掩模光刻系統制作光纖微光學器件，它是通過對光纖端面進行曝光、刻蝕實現的。

本實用新型是這樣來實現的，它包括調節臺、半反半透分光棱鏡、紫外光源、擴束準直均勻器、計算機、數字微鏡器件、紫外線截止濾光片、LED光源、面陣CCD、精縮投影物鏡、光纖，其特征是數字微鏡器件和面陣CCD通過導線連接計算機，LED光源的輸出光線通過紫外線截止濾光片照射數字微鏡器件，紫外光源的輸出光線通過擴束準直均勻器照射數字微鏡器件，數字微鏡器件、半反半透分光棱鏡、精縮投影物鏡和光纖依次排序形成一條直線，光纖連接調節臺。

本實用新型的技術效果是：(1)利用雙光源無掩模數字光刻系統可以在光纖端面制作多種輪廓面型的微光學器件以及微光學器件陣列，從而使微光學器件更好的應用在光纖領域；(2)光纖端面微光學器件的掩模由計算機控制輸出，具有設計靈活、實時控制的優點；(3)對于表面浮雕結構復雜的光纖微光學器件，由計算機控制實時更換掩模，通過多張掩模的疊加曝光來實現，降低制作難度。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

在圖中，1、調節臺2、半反半透分光棱鏡3、紫外光源4、擴束準直均勻器5、計算機6、數字微鏡器件7、紫外線截止濾光片8、LED光源9、面陣CCD?10、精縮投影物鏡11、光纖

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型是這樣來實現的，它包括調節臺1、半反半透分光棱鏡2、紫外光源3、擴束準直均勻器4、計算機5、數字微鏡器件6、紫外線截止濾光片7、LED光源8、面陣CCD9、精縮投影物鏡10、光纖11，其特征是數字微鏡器件6和面陣CCD9通過導線連接計算機5，LED光源8的輸出光線通過紫外線截止濾光片7照射數字微鏡器件6，紫外光源3的輸出光線通過擴束準直均勻器4照射數字微鏡器件6，數字微鏡器件6、半反半透分光棱鏡2、精縮投影物鏡10和光纖11依次排序形成一條直線，光纖11在調節臺1上。使用時，首先調焦，先啟動數字微鏡器件6，在計算機5中調出事先設計好的掩模圖形，并將計算機5的顯示模式設置成與數字微鏡器件6芯片的分辨率一致(如1024×768)，這樣掩模圖形具有與數字微鏡器件6相同的像素結構(每個像素與每個微鏡一一對應)，然后將計算機與數字微鏡器件6相連接，則所需掩模圖形以二進制數字信號的形式輸入到數字微鏡器件6芯片上。開啟LED光源8，輸出光經過紫外線截止濾光片7后，以與數字微鏡器件6鏡面法線成24°角由左上至右下照射在數字微鏡器件6上，數字微鏡器件6的微鏡+12°角反射光垂直于自身鏡面輸出，經數字微鏡器件6反射后成為攜帶掩模信息的光場，光場光線垂直照射在半反半透分光棱鏡2入射鏡面上，半反半透分光棱鏡2的透射光垂直照射在精縮投影物鏡10上，數字微鏡器件6的鏡面與精縮投影物鏡10的軸線垂直。光線經精縮投影物鏡10進行空間尺寸壓縮后成像在光纖端面11的光刻膠上，由于光刻膠的反射，光纖端面11的像被反射進入精縮投影物鏡10，再由半反半透分光棱鏡2反射進入面陣CCD9，面陣CCD9上的圖形經過視頻采集卡輸出到計算機上顯示，從而，我們可以觀測光纖端面的成像質量，利用光纖位置調節臺1調整光纖端面11的位置，使光纖端11面處于精縮投影物鏡10的像平面；其次曝光，開啟紫外光源3，紫外光線以與數字微鏡器件6鏡面法線成24°角由右下至左上照射在數字微鏡器件6上，數字微鏡器件6的微鏡+12°角反射光垂直于自身鏡面輸出，輸出光線垂直照射在半反半透分光棱鏡2入射鏡面上，半反半透分光棱鏡(2)的透射光垂直照射在精縮投影物鏡10上，光線經精縮投影物鏡10進行空間尺寸壓縮后成像在光纖端面11的光刻膠上進行曝光；再次顯、定影，曝光后將光纖帶有光刻膠的一端分別放入顯影液和定影液中進行顯、定影，則計算機5上的掩模圖形已經轉印到光纖端面11的光刻膠上；然后刻蝕，將光纖端面置于刻蝕劑中，靜態放置2～2.5小時，其中刻蝕劑為氫氟酸溶液(氫氟酸30～40份；水60～70份)；最后，室溫下，將光纖放在光刻膠去膜劑中浸泡20分鐘去除膠膜，則光刻膠上制作的光學微器件已經被轉印制作到光纖端面上。