[發(fā)明專利]一種正交雙軸非球面光纖微透鏡

有效

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• 申請日: 2020-05-10
• 公開（公告）號: CN111624702B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)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(fā)明提供的是一種正交雙軸非球面光纖微透鏡。其特征是：它由橢圓芯光纖經熱擴散制備而成。正交雙軸非球面光纖微透鏡是在恒溫場中，經熱擴散制備而成，精細設計的橢圓芯光纖的橢圓芯摻雜劑擴散后，折射率分布變?yōu)榉菆A周對稱的準高斯分布，可以等效為微透鏡。本發(fā)明提供了一種纖維集成的正交雙軸非球面光纖微透鏡，同時具有制作簡單、成本低的優(yōu)點。本發(fā)明可用于纖維集成的微透鏡的制備，可廣泛應用于基于纖維集成的正交雙軸非球面光纖微透鏡的微型內窺鏡、細胞生物光纖成像系統(tǒng)、光纖光鑷系統(tǒng)、微型無人機等領域。

(一)技術領域

本發(fā)明涉及的是一種正交雙軸非球面光纖微透鏡，可用于纖維集成的微透鏡的制備，可廣泛應用于基于纖維集成的正交雙軸非球面光纖微透鏡的微型內窺鏡、細胞生物光纖成像系統(tǒng)、光纖光鑷系統(tǒng)、微型無人機等領域。

(二)背景技術

隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術的發(fā)展，人們已經逐步進入到信息化時代。信息技術的快速發(fā)展要求一個完整的信息系統(tǒng)能在盡可能小的空間內實現(xiàn)盡可能多的功能，這就要求實現(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(xiàn)陣列化和批量化生產等優(yōu)點，能夠實現(xiàn)普通光學元件難以實現(xiàn)的功能，在光纖通信、信息處理、航空航天、生物醫(yī)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(tǒng)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(xiàn)、成本低和操作簡單等優(yōu)點，熱擴散技術在微機電系統(tǒng)，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(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。對精細設計的橢圓芯光纖進行熱擴散加工，可制備纖維集成的正交雙軸非球面光纖微透鏡。

專利CN01144937.3公開了一種具備透鏡功能的光纖及其制造方法，使用周期長度顯示透鏡功能的漸變折射率光纖，對突變折射率光纖有效。該方法能夠對單模光纖進行準直，但是不具有正交雙軸非球面光纖微透鏡的功能。

專利CN201210011571.6公開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行纖芯摻雜元素的熱擴散，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，不具備正交雙軸非球面光纖微透鏡的功能。

專利CN201721647567.3公開了一種激光光纖準直聚焦透鏡，其特點是在玻璃管一端接入光纖，另一端連接透鏡。因為使用微型透鏡的方式進行光束準直，無法適用插入連接等情況，限制了使用的范圍，而且制造比較困難。