專利名稱：腐蝕、切割、熱融三步制作光纖球面微透鏡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作光纖球面透鏡的方法，特別是一種腐蝕、切割、熱融三步制作 光纖球面微透鏡的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器(LD)與單模光纖的高效耦合一直是光纖通信領(lǐng)域的一個重要研究 內(nèi)容。使用普通平端光纖與LD直接耦合，損耗達到7dB，提高光纖耦合效率有兩種方法，一 種是在LD與光纖之間加入分立的光學(xué)元件，另一種是使用光纖微透鏡耦合，由于光纖微透 鏡耦合系統(tǒng)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工和集成、成本低廉的特點，近年來得到了廣泛 的研究。光纖微透鏡的加工方法主要有研磨拋光、熔融拉錐、化學(xué)腐蝕、腐蝕與熔融結(jié)合的 方法等。根據(jù)光纖微透鏡的外形的不同，可分為楔形、錐形、半球形、錐端半球微透鏡等多種 形式。典型地，楔形微透鏡由研磨拋光法加工，半球形、錐形及球錐形微透鏡分別由熔融拉 錐、化學(xué)腐蝕、先腐蝕后熔融的方法加工制作。目前，腐蝕熔融法對光纖球面微透鏡加工多靠實驗摸索，尚無定量計算模型，因此 制作的光纖球面微透鏡的曲率半徑無法控制，尺寸誤差大，也影響了耦合效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡便、尺寸準確、可人為控制球面透鏡曲率半徑的腐蝕、 切割、熱融三步制作光纖球面微透鏡的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明的腐蝕、切割、熱融三步制作光纖球面微透鏡的方法，步驟為①、腐蝕，利用酸液對光纖端部進行腐蝕使光纖端部外層直徑變小且與未腐蝕部 分形成錐面過渡狀；②、切割平端面，將光纖端部形成的小直徑部分切除，切除后光纖端頭呈正圓臺 狀；③、利用電極熱熔光纖端頭形成光纖球面微透鏡；其中①步驟中腐蝕的時間為光纖腐蝕前包層外側(cè)半徑b與所述的③步驟中形成 的光纖球面微透鏡的曲率半徑r之差和光纖腐蝕速率ν的比值。本發(fā)明的腐蝕、切割、熱融三步制作光纖球面微透鏡的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有 簡便、尺寸準確、可人為控制球面透鏡曲率半徑、纖球面微透鏡耦合效果好的優(yōu)點。


圖1是光纖端部插入酸液中的示意圖；圖2是光纖端部經(jīng)酸液腐蝕后的示意圖；圖3是光纖端部切割后的示意圖；圖4是光纖端部在電極產(chǎn)生的溫度場內(nèi)熔融時的示意圖5是光纖端部形成球面微透鏡后的示意圖；圖6是光纖端頭圓臺形成球面微透鏡示意圖；圖7是腐蝕光纖半徑與腐蝕時間的線性關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式如圖1、2、3、4、5所示1為HF酸液，光纖由內(nèi)部的纖芯3和包在外側(cè)的包層4組 成。本發(fā)明的步驟為 ①、腐蝕，利用HF酸液1對光纖端部進行腐蝕使光纖端部外層直徑2d變小且與未 腐蝕部分形成通過錐面5過渡狀。在HF酸液1的上方有有機覆蓋層2，有機覆蓋層2為二 甲笨或其他材料的有機覆蓋層。②、切割平端面，將光纖端部形成的小直徑d部分切除，切除后光纖端頭呈正圓臺 狀；③、利用電極6產(chǎn)生的溫度場7熱熔光纖端頭形成光纖球面微透鏡，該球面的曲率 半徑為r ；其中①步驟中腐蝕的時間t (min)為光纖腐蝕前包層外側(cè)半徑b ( μ m)與所述的 ③步驟中形成的光纖球面微透鏡的曲率半徑Hμ m)之差和光纖腐蝕速率V(ym/min)的比 值，艮卩t = (b-r)/Vo下面進一步說明本發(fā)明的方法如圖6所示由于光纖是導(dǎo)光器件，電弧熱熔光纖端成微透鏡的操作應(yīng)盡量避免 對光纖導(dǎo)光結(jié)構(gòu)的影響，電弧加熱區(qū)域應(yīng)僅僅局限在光纖端面部分。為了定量地分析光纖 球透鏡尺寸大小，根據(jù)加熱前后光纖材料體積不變的特點，建立了幾何計算模型。為了研究 更一般的情況，首先分析對具有一定錐度的平端光纖端面進行熱融加工球透鏡的情況。錐 角為2 θ光纖錐平端面經(jīng)過電弧熱融形成半徑為r的球透鏡，d為腐蝕光纖錐的平端面直 徑，d’為錐內(nèi)切球切點連線，即球臺AB⑶的底面直徑。h、h’分別為球臺AB⑶和球缺ABE 的高度。采用電弧熱融將光纖錐平端面熔為平滑、自然過渡半球透鏡。圓臺ABCD的體積應(yīng) 該等于球缺ABE的體積，即滿足條件V 圓臺 ABCD = V 球缺 ABE(I)而球臺和球缺體積分別為
權(quán)利要求
1. 一種腐蝕、切割、熱融三步制作光纖球面微透鏡的方法，步驟為①、腐蝕，利用酸液對光纖端部進行腐蝕使光纖端部外層直徑變小且與未腐蝕部分形 成錐面過渡狀；②、切割平端面，將光纖端部形成的小直徑部分切除，切除后光纖端頭呈正圓臺狀；③、利用電極熱熔光纖端頭形成光纖球面微透鏡；其特征在于所述的①步驟中腐蝕的時間為光纖腐蝕前包層外側(cè)半徑b與所述的③ 步驟中形成的光纖球面微透鏡的曲率半徑r之差和光纖腐蝕速率ν的比值。
全文摘要
一種腐蝕、切割、熱融三步制作光纖球面微透鏡的方法，步驟為①腐蝕，利用酸液對光纖端部進行腐蝕使光纖端部外層直徑變小且與未腐蝕部分形成錐面過渡狀；②切割平端面，將光纖端部形成的小直徑部分切除，切除后光纖端頭呈正圓臺狀；③利用電極熱熔光纖端頭形成光纖球面微透鏡；所述的①步驟中腐蝕的時間為光纖腐蝕前包層外側(cè)半徑b與所述的③步驟中形成的光纖球面微透鏡的曲率半徑r之差和光纖腐蝕速率v的比值。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有簡便、尺寸準確、可人為控制球面透鏡曲率半徑的優(yōu)點。
文檔編號G02B6/245GK102096152SQ20101060134
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者霍鑫 申請人:大連艾科科技開發(fā)有限公司