[發明專利]一種塑料光纖微透鏡的制作方法

有效

• 申請號: 201310232042.3
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN104238020B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 耿旭輝;關亞風;吳大朋
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及一種塑料光纖微透鏡的制作方法。具體的，用數控機床精車、超精研拋及手動二次拋光制作而成。

背景技術

近年來，由于塑料光纖（POF）具有成本低、機械強度高、彈性良好、熱穩定性高和抗潮濕能力強等優點，它逐漸被應用在短距離的光學網絡中。整個POF系統的性能很強地依賴于光源與POF的耦合效率。為了有效地改進耦合效率，經常使用的辦法是引入光纖微透鏡，因為它簡單、緊湊且一步同軸校準。目前，許多研究機構和公司加工制作各種各樣的POF微透鏡用來有效地耦合不同種類的光源，如半導體激光器（LD）和發光二極管（LED）。

制作POF微透鏡通常有三個方法，即化學蝕刻法、加熱模壓法和聚合物浸沾法。近來，Chandrappan課題組同時采用加熱模壓法和聚合物浸沾法加工制作了球面POF微透鏡，并得到了27%的耦合效率增益。作者論述，聚合物浸沾法要優于加熱模壓法因為它不產生加熱模壓法引起的變形的“耳朵”（IEEE?TRANSACTIONS?ON?COMPONENTS?AND?PACKAGING?TECHNOLOGIES,2009,32(3):593-599）。盡管上述三種制作方法都有各自獨特的優點，但是它們都是基于化學或者物理原理，不方便對微透鏡參數進行精確優化和加工，加工精度也無法保證。

本發明專利基于POF優良的機械加工性能，即低硬度、不易碎裂和易研磨，提出了采用數控機床加工制作POF微透鏡的方法。數控機床加工技術是一種成熟的機械加工技術，廣泛地用于各種機械加工。但到目前為止，還沒有文獻和專利報道將其應用于POF微透鏡的加工制作。

發明內容

一種塑料光纖微透鏡的制作方法，所述塑料光纖微透鏡使用數控機床精車、超精研拋及手動二次拋光制作而成。用夾具將塑料光纖裝夾在數控機床的加工臺上；根據所要加工的塑料光纖微透鏡的形狀和尺寸參數，確定刀具的加工路線，即刀具相對零件塑料光纖的運動軌跡和方向；用1級精加工用刀具對塑料光纖的端面進行精車，形成塑料光纖微透鏡，精車過程保證換刀和刀具移位時的重復定位精度和刀尖位置精度（即刀尖的X、Y、Z坐標精度），使精車后，塑料光纖微透鏡的表面粗糙度≤Ra0.01；在精密研拋機上用超精研拋法拋光塑料光纖微透鏡，使其表面接近鏡面效果，表面粗糙度≤Ra0.008；拋光過程采用的研磨液用直徑為5nm-30nm的SiO₂微粉末與純凈水的混合液，濃度為5%-30%；研磨盤材料采用軟質金屬，如鉛、錫等，轉速為15rpm-150rpm；用牙膏做為研磨劑，眼鏡布等細布作為磨具對塑料光纖微透鏡進行手動二次拋光，使其表面透明，完全達到鏡面效果，表面粗糙度≤Ra0.005。

本發明的技術方案是：

一種塑料光纖微透鏡的制作方法，其特征在于：所述塑料光纖微透鏡使用數控機床精車、超精研拋及手動二次拋光制作而成，具體過程如下：

1）用夾具將塑料光纖裝夾在數控機床的加工臺上；

2）根據所要加工的塑料光纖微透鏡的形狀和尺寸參數，確定刀具的加工路線，即刀具相對零件塑料光纖的運動軌跡和方向；

3）用1級精加工用刀具對塑料光纖的端面進行精車，形成塑料光纖微透鏡，精車過程保證換刀和刀具移位時的重復定位精度和刀尖位置精度（即刀尖的X、Y、Z坐標精度），使精車后，塑料光纖微透鏡的表面粗糙度≤Ra0.01；

4）在精密研拋機上用超精研拋法拋光塑料光纖微透鏡，使其表面接近鏡面效果，表面粗糙度≤Ra0.008；拋光過程采用的研磨液用直徑為5nm-30nm的SiO₂微粉末與純凈水的混合液，濃度為5%-30%；研磨盤材料采用軟質金屬，如鉛、錫等，轉速為15rpm-150rpm；

5）用牙膏做為研磨劑，眼鏡布等細布作為磨具對塑料光纖微透鏡進行手動二次拋光，使其表面透明，完全達到鏡面效果，表面粗糙度≤Ra0.005。

所述塑料光纖的纖芯材料為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）或聚碳酸酯（PC）等高透明聚合物材料。

所述塑料光纖的芯徑d一般為0.25mm至5mm。

所述塑料光纖微透鏡的形狀為柱面、球面、錐面或雙曲面等中的一種或二種以上的組合。

所述塑料光纖微透鏡的形狀對應的尺寸參數為：柱和球的直徑為d-0.1+2.5×d²，d為塑料光纖的芯徑；錐角為10°-170°等。

所述數控機床為有車削功能的程序控制系統的自動化機床，包括普通數控機床、加工中心等。