[發(fā)明專利]一種光纖微組合透鏡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010389629.5
• 申請(qǐng)日: 2020-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111650688B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑立波;孟令知;陳宮傣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/028
• 分類號(hào): G02B6/028
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供的是一種光纖微組合透鏡。其特征是：它由同軸雙波導(dǎo)光纖經(jīng)熱擴(kuò)散制備而成。光纖微組合透鏡是在恒溫場(chǎng)中，經(jīng)熱擴(kuò)散制備而成，精細(xì)設(shè)計(jì)的同軸雙波導(dǎo)光纖的纖芯摻雜劑擴(kuò)散后，折射率分布變?yōu)閳A周對(duì)稱的雙駝峰型分布，可以等效為微組合透鏡。本發(fā)明提供了一種纖維集成的光纖微組合透鏡，同時(shí)具有制作簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用于纖維集成的微組合透鏡的制備，可廣泛應(yīng)用于基于纖維集成的微組合透鏡的微型內(nèi)窺鏡、細(xì)胞生物光纖成像系統(tǒng)、光纖光鑷系統(tǒng)、微型無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種光纖微組合透鏡，可用于纖維集成的微組合透鏡的制備，可廣泛應(yīng)用于基于纖維集成的微組合透鏡的微型內(nèi)窺鏡、細(xì)胞生物光纖成像系統(tǒng)、光纖光鑷系統(tǒng)、微型無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)逐步進(jìn)入到信息化時(shí)代。信息技術(shù)的快速發(fā)展要求一個(gè)完整的信息系統(tǒng)能在盡可能小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能多的功能，這就要求實(shí)現(xiàn)各種功能的器件盡可能地小，向小型化、微型化方向發(fā)展。

纖維集成的微光學(xué)元件具有體積小、重量輕、設(shè)計(jì)制造靈活、制造成本低，并易于實(shí)現(xiàn)陣列化和批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)普通光學(xué)元件難以實(shí)現(xiàn)的功能，在光纖通信、信息處理、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、激光技術(shù)、光計(jì)算等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

隨著研究的不斷深入，人們提出了很多微光學(xué)元件的制備方法，主要有半導(dǎo)體光刻工藝法、單點(diǎn)金剛石車削、電子束刻蝕、飛秒激光直寫等。半導(dǎo)體光刻工藝需要用到掩模板，利用紫外光曝光，通過(guò)顯影將微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(diǎn)是加工的結(jié)構(gòu)只能是平面的，加工多階結(jié)構(gòu)時(shí)需要多次套刻，對(duì)準(zhǔn)精度要求高，成本急劇上升。單點(diǎn)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(zhuǎn)形貌的結(jié)構(gòu)。加工的精度取決于刀頭和機(jī)床，對(duì)機(jī)床的精度要求高，加工材料有所限制，加工結(jié)構(gòu)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(duì)準(zhǔn)、拼接均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，加工精度極高。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜、成本昂貴、單次曝光面積小、制作大尺寸結(jié)構(gòu)時(shí)間太長(zhǎng)。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(jìn)行，極大地限制了其適用范圍。飛秒激光加工是一種無(wú)接觸、高精度的微納光電器件加工方法，對(duì)可應(yīng)用的材料具有很強(qiáng)的廣泛性。缺點(diǎn)是設(shè)備成本高，加工工藝復(fù)雜，加工效率比較低。

由于制造工藝的影響，目前的透鏡系統(tǒng)在形狀和尺寸等方面受到了限制。用于光纖與微光學(xué)元件纖維集成的制作技術(shù)，最近已經(jīng)提出了使用諸如聚焦離子束銑削，干涉光刻，納米壓印技術(shù)，光刻，拋光技術(shù)等制造技術(shù)的不同方法，將微光學(xué)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(fù)雜的制造裝置等缺點(diǎn)。

而熱擴(kuò)散加工技術(shù)具有易于實(shí)現(xiàn)、成本低和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，熱擴(kuò)散技術(shù)在微機(jī)電系統(tǒng)，光集成器件，光通信和光纖傳感中具有巨大的應(yīng)用潛力。光纖經(jīng)過(guò)熱擴(kuò)散處理，會(huì)在熱擴(kuò)散加工區(qū)域形成平滑的折射率漸變，平滑漸變的折射率區(qū)域具有微透鏡的效果。對(duì)精細(xì)設(shè)計(jì)的同軸雙波導(dǎo)光纖進(jìn)行熱擴(kuò)散加工，可制備纖維集成的光纖微組合透鏡。

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專利CN201210011571.6公開(kāi)了一種大模面積的單模光纖連接器及制造方法，將階躍型多模光纖進(jìn)行纖芯摻雜元素的熱擴(kuò)散，形成沿徑向向外減小的折射率漸變透鏡，主要用于大模面積的單模光纖連接，不具備微組合透鏡的功能。

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