[發明專利]一種纖維集成的光纖凹透鏡及其制備方法

在審

• 申請號: 202010389622.3
• 申請日: 2020-05-10
• 公開（公告）號: CN111624700A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 苑立波;孟令知;陳宮傣
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/028
• 分類號: G02B6/028
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種纖維集成的光纖凹透鏡及其制備方法。其特征是：它由環形芯光纖經熱擴散制備而成。光纖凹透鏡是在恒溫場中，經熱擴散制備而成，精細設計的環形芯光纖的纖芯摻雜劑擴散后，折射率分布變為圓周對稱的反向準高斯分布，可以等效為凹透鏡。本發明主要解決纖維集成的光纖凹透鏡的問題，同時提供一種成本低，操作簡單的制備方法。本發明具有制作簡單、成本低的優點。本發明可用于纖維集成凹透鏡的制備，可廣泛應用于基于纖維集成凹透鏡的微型內窺鏡、細胞生物光纖成像系統、光纖光鑷系統、微型無人機等領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種纖維集成的光纖凹透鏡及其制備方法，可用于纖維集成凹透鏡的制備，可廣泛應用于基于纖維集成凹透鏡的微型內窺鏡、細胞生物光纖成像系統、光纖光鑷系統、微型無人機等領域，屬于纖維集成技術領域。

(二)背景技術

隨著現代工業與科學技術的發展，人們已經逐步進入到信息化時代。信息技術的快速發展要求一個完整的信息系統能在盡可能小的空間內實現盡可能多的功能，這就要求實現各種功能的器件盡可能地小，向小型化、微型化方向發展。

纖維集成的微光學元件具有體積小、重量輕、設計制造靈活、制造成本低，并易于實現陣列化和批量化生產等優點，能夠實現普通光學元件難以實現的功能，在光纖通信、信息處理、航空航天、生物醫學、激光技術、光計算等領域具有重要的應用價值。

隨著研究的不斷深入，人們提出了很多微光學元件的制備方法，主要有半導體光刻工藝法、單點金剛石車削、電子束刻蝕、飛秒激光直寫等。半導體光刻工藝需要用到掩模板，利用紫外光曝光，通過顯影將微結構轉移到光刻膠上。這種方法工藝成熟，適合大批量制作，平均成本低。缺點是加工的結構只能是平面的，加工多階結構時需要多次套刻，對準精度要求高，成本急劇上升。單點金剛石車削加工的表面粗糙度小，一般表面粗糙度都在10nm以下，適合加工任意回轉形貌的結構。加工的精度取決于刀頭和機床，對機床的精度要求高，加工材料有所限制，加工結構的尺寸不能太小。電子束刻蝕分為掃描式和投影式，掃描式不需要掩模板，對準、拼接均由計算機自動控制，加工精度極高。缺點是設備復雜、成本昂貴、單次曝光面積小、制作大尺寸結構時間太長。投影式加工速度快，但掩模制備困難。兩種方式都需要在真空中進行，極大地限制了其適用范圍。飛秒激光加工是一種無接觸、高精度的微納光電器件加工方法，對可應用的材料具有很強的廣泛性。缺點是設備成本高，加工工藝復雜，加工效率比較低。

由于制造工藝的影響，目前的透鏡系統在形狀和尺寸等方面受到了限制。用于光纖與微光學元件纖維集成的制作技術，最近已經提出了使用諸如聚焦離子束銑削，干涉光刻，納米壓印技術，光刻，拋光技術等制造技術的不同方法，將微光學元件直接加工制造在光纖的端面上。然而他們具有加工難度大，復雜的制造裝置等缺點。

而熱擴散加工技術具有易于實現、成本低和操作簡單等優點，熱擴散技術在微機電系統，光集成器件，光通信和光纖傳感中具有巨大的應用潛力。光纖經過熱擴散處理，會在熱擴散加工區域形成平滑的折射率漸變，平滑漸變的折射率區域具有微透鏡的效果。對精細設計的環形芯光纖進行熱擴散加工，可制備纖維集成的光纖凹透鏡。

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