[發(fā)明專利]一種纖維集成微透鏡組

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010389632.7
• 申請日: 2020-05-10
• 公開（公告）號: CN111650689B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苑立波;孟令知;陳宮傣
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 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)明提供的是一種纖維集成微透鏡組。其特征是：它由兩段經(jīng)熱擴(kuò)散制備后，折射率分布分別為圓周對稱準(zhǔn)高斯分布和圓周對稱反向準(zhǔn)高斯分布的光纖連接組成。纖維集成微透鏡組是將光纖放置在恒溫場中，經(jīng)熱擴(kuò)散制備并連接而成，光纖的纖芯摻雜劑擴(kuò)散后，折射率分布變?yōu)閳A周對稱的準(zhǔn)高斯分布，可以等效為微凸透鏡；折射率分布變?yōu)閳A周對稱反向準(zhǔn)高斯分布，可以等效為微凹透鏡。本發(fā)明主要提供一種光纖微透鏡的構(gòu)造方法，同時在光纖中構(gòu)建纖維集成微透鏡組。本發(fā)明可用于纖維集成微透鏡的制備，可廣泛應(yīng)用于基于纖維集成微透鏡組的微型內(nèi)窺鏡、細(xì)胞生物光纖成像系統(tǒng)、光纖光鑷系統(tǒng)、微型無人機(jī)等領(lǐng)域。

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種纖維集成微透鏡組，可用于纖維集成微透鏡的制備，可廣泛應(yīng)用于基于纖維集成微透鏡組的微型內(nèi)窺鏡、細(xì)胞生物光纖成像系統(tǒng)、光纖光鑷系統(tǒng)、微型無人機(jī)等領(lǐng)域，屬于纖維集成技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

纖維集成的微光學(xué)元件具有體積小、重量輕、設(shè)計制造靈活、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)、光計算等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

通常，光纖微透鏡分為三種，最開始出現(xiàn)的也是最容易想到的光纖微透鏡如同傳統(tǒng)的幾何透鏡，通過光纖端拋磨、腐蝕和高溫熔融狀態(tài)下表面張力成型等方式實(shí)現(xiàn)光纖端面曲率的改變。第二種是通過光纖內(nèi)部折射率調(diào)制實(shí)現(xiàn)微透鏡效果，比如普通光纖端熔接或粘接一段自聚焦光纖或自聚焦透鏡。第三種是近年來出現(xiàn)的直接在光纖端面上利用高精度3D打印技術(shù)打印聚合物透鏡的方式制備光纖微透鏡，這種方法能夠制備精度很高，設(shè)計自由度很高的微透鏡和微透鏡陣列，但是所需的設(shè)備非常昂貴且很難獲得，并且聚合物材料有限制了其應(yīng)用范圍。

近幾十年來，微透鏡在光集成器件和光纖中的地位越來越重要。當(dāng)前的透鏡系統(tǒng)在尺寸、形狀和維度方面受到制備工藝的限制。由于傳統(tǒng)透鏡幾何透鏡僅在的輸入和輸出表面處改變光的軌跡，而透鏡內(nèi)部直線行進(jìn)，因此難以像人們期望的那樣構(gòu)建理想的纖維集成微透鏡組。

漸變折射率(GRIN)透鏡代表透鏡設(shè)計的另一種方法，不是依靠均勻材料的表面來操縱光，而是在整個透鏡主體中改變折射率，能夠更大程度的操控光線軌跡。盡管GRIN透鏡相對于傳統(tǒng)透鏡具有顯著的潛在優(yōu)勢，但是它們在實(shí)際應(yīng)用中遠(yuǎn)不普遍，因?yàn)橐允芸胤绞綄?shí)現(xiàn)大折射率梯度的過程使制備透鏡變得相當(dāng)困難。

熱擴(kuò)散技術(shù)為我們提供了一種很有潛力的梯度折射率設(shè)計方案，一方面它避開了梯度折射率材料制備工藝上的困難，另一方面又能以比較靈活的方式重塑材料內(nèi)部折射率分布，最終呈現(xiàn)平滑的梯度折射率變化，甚至是構(gòu)建三維梯度折射率結(jié)構(gòu)。

同時熱擴(kuò)散加工技術(shù)具有易于實(shí)現(xiàn)、成本低和操作簡單等優(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)過熱擴(kuò)散處理，會在熱擴(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。

合理選擇光纖的初始參數(shù)，并對光纖進(jìn)行熱擴(kuò)散加工，可制備具有不同焦距的微透鏡。熱擴(kuò)散處理后的光纖折射率分布為圓周對稱準(zhǔn)高斯分布時，可等效為微凸透鏡，折射率分布為圓周對稱反向準(zhǔn)高斯分布時，可等效為微凹透鏡，連接制備的不同焦距的微凸透鏡和微凹透鏡，即可在光纖中構(gòu)建纖維集成的微透鏡組。

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?qū)文９饫w進(jìn)行準(zhǔn)直，但是該漸變折射率光纖不能夠低成本的獲得并根據(jù)需求自行設(shè)計。

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(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。