專(zhuān)利名稱(chēng)：模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光子集成技術(shù)、光傳感技術(shù)以及生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種模 壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管。
二、技術(shù)背景在光子集成領(lǐng)域現(xiàn)有的光纖_芯片間高效的耦合方式主要包括模斑變換器(Spot SizeConverter,SSC)和透鏡光纖兩種。透鏡光纖可以改變光纖端面以實(shí)現(xiàn)單模光纖和光波 導(dǎo)的有效耦合。如將光纖端面加工成球面、錐形或者用光致抗蝕劑在光纖端面制作一個(gè)微 透鏡都可以提高單模光纖和光波導(dǎo)耦合效率。透鏡光纖利用光纖技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，改變光纖端 面的形狀和大小，其實(shí)質(zhì)就是在光纖和光波導(dǎo)之間加接一個(gè)透鏡，以求單模光纖和光波導(dǎo) 模場(chǎng)的最佳匹配和數(shù)值孔徑的最大吻合，解決了影響光纖和光波導(dǎo)有效耦合的主要問(wèn)題。 根據(jù)光纖端面的透鏡結(jié)構(gòu)，可分為錐形透鏡光纖和楔形透鏡光纖，端面系由單模光纖在顯 微鏡和高倍率工業(yè)相機(jī)幫助下用特殊的熔接儀或研磨機(jī)拉錐或磨錐加工而成，只能得到一 定的透鏡曲率半徑和楔角，且制作復(fù)雜、成本高。液芯光導(dǎo)管是一種新型結(jié)構(gòu)的光傳輸產(chǎn)品，它采用液體材料作為芯層、聚合物材 料作為光學(xué)包層和保護(hù)層，具有大芯徑、大數(shù)值孔徑、光譜傳輸范圍廣、光譜傳輸效率高、使 用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。特別是該種光導(dǎo)管的芯層截面完全由同一種材料構(gòu)成，可以避免玻璃或 石英光纖傳光束中因單絲集束時(shí)的空隙率引起的耦合損耗；能夠傳輸數(shù)百瓦的光輻射而不 被損壞；不存在玻璃或石英光纖傳光束因使用中的反復(fù)彎曲導(dǎo)致日益嚴(yán)重的斷絲和傳光效 率下降的問(wèn)題。這種光導(dǎo)管有優(yōu)異的紫外波段光傳輸能力，并且能傳輸高達(dá)數(shù)百瓦的大功 率光能量，可以適用于大功率的光源。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。液芯光導(dǎo)管主要應(yīng)用于光譜 治療、紫外固化、紫外光亥lj、熒光檢測(cè)、刑偵取證等方面。現(xiàn)有液芯光導(dǎo)管的輸出端都是平面 光窗，根據(jù)光窗玻璃的外徑不同，有從9 3mm (p 10mm幾種大小不等的光斑輸出，但難已得到 小于3mm的光斑，從而大大限制了其應(yīng)用范圍。
三
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種能夠提高透光率和可靠性的模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合的模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管，包括光導(dǎo)管，在光 導(dǎo)管的端部設(shè)有透鏡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型可以利用熔融態(tài)的透鏡材料冷凝后收縮，直接并緊緊包住光導(dǎo)管端 部，與光導(dǎo)管形成牢固可靠的連接，而避免用膠粘接，避免了由于膠的光學(xué)和理化特性與光 導(dǎo)管和鏡頭的不同帶來(lái)的透光率和可靠性下降等問(wèn)題。模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管制備成本 低、簡(jiǎn)單易行、前端透鏡穩(wěn)固可靠。模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管的前端透鏡材料聚甲基丙烯酸甲 酯PMMA和全氟樹(shù)脂PF在金屬模具中經(jīng)電爐絲加熱，溫度升高到300°C以?xún)?nèi)分別熔融。因透鏡材料熔點(diǎn)較低，則對(duì)金屬模具、電爐絲加熱和保溫套保溫要求不高，均可以采用常規(guī)技術(shù) 手段。所以金屬模具無(wú)需耐高溫、電爐絲無(wú)需大電流工作、保溫材料無(wú)需嚴(yán)格隔熱。對(duì)于模 壓擠塑透鏡化單模光纖，不同的模具可得到不同形狀的透鏡，輸出光斑模場(chǎng)直徑在1. 5 1. Sum之間，一方面實(shí)現(xiàn)和光子芯片模場(chǎng)的最佳匹配，從而完成光纖-光子芯片的高效耦 合；一方面得到微米級(jí)光纖探針，用于生物醫(yī)學(xué)和光傳感領(lǐng)域；對(duì)于模壓擠塑透鏡化紫外 液芯光導(dǎo)管，不同的模具可得到不同形狀的透鏡，相對(duì)于傳統(tǒng)的紫外液芯光導(dǎo)管可輸出模 場(chǎng)直徑小于3mm的光斑，應(yīng)用于小照射范圍、大照射劑量的場(chǎng)合。
四
圖1為端部設(shè)有透鏡的光導(dǎo)管示意圖。圖2為單模光纖前置PMMA透鏡輸出光場(chǎng)圖(球透鏡r = 4um, n = 1. 49)。圖3為單模光纖前置PMMA透鏡輸出光場(chǎng)圖(球透鏡r = 62. 5um, n = 1. 49)。圖4為紫外液芯光導(dǎo)管前置PF透鏡輸出光場(chǎng)圖(球透鏡r = 500um,n = 1. 34)。
五具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合的模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管，包括 光導(dǎo)管1，其特征在于，在光導(dǎo)管的端部設(shè)有透鏡2，所述光導(dǎo)管1為單模光纖，所述透鏡2 為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA透鏡，所述光導(dǎo)管1為紫外液芯光導(dǎo)管，所述透鏡2為全氟樹(shù)脂 PF透鏡。本實(shí)用新型可以采用如下方法來(lái)制備取一金屬模具，所述金屬模具的內(nèi)腔形狀 與透鏡形狀相吻合，在金屬模具的內(nèi)腔上方設(shè)置能與光導(dǎo)管1相匹配的光導(dǎo)管插入口，在 金屬模具的內(nèi)腔中加入透鏡材料，并對(duì)透鏡材料進(jìn)行加熱，使透鏡材料熔化，再將光導(dǎo)管1 從金屬模具內(nèi)腔上方的光導(dǎo)管插入口壓入，直至光導(dǎo)管1浸入熔融的透鏡材料中，此后，停 止加熱并冷卻，在光導(dǎo)管1的端部形成透鏡2，卸下金屬模具，得到模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管。 所述透鏡材料可以采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，加熱溫度為180 240°C。光導(dǎo)管1取單 模光纖，其輸出光斑模場(chǎng)直徑為8 10um，透鏡材料為PMMA，在波長(zhǎng)1550nm處折射率n = 1. 49，通過(guò)模壓擠塑方式與單模光纖構(gòu)成透鏡化耦合結(jié)構(gòu)。它可以傳輸近紅外光，改變透鏡 的參數(shù)(折射率/形狀/尺寸等)輸出光斑模場(chǎng)直徑在1. 5 1. Sum之間變化，壓縮了單 模光纖輸出光斑的大小，一方面實(shí)現(xiàn)和光子芯片模場(chǎng)的最佳匹配，從而完成光纖_光子芯 片的高效耦合；一方面得到微米級(jí)光纖探針，用于生物醫(yī)學(xué)和光傳感領(lǐng)域。圖2為單模光纖 前置PMMA透鏡(球透鏡r = 4um,n = 1. 49)輸出光場(chǎng)Hy圖，可見(jiàn)輸出圓光斑直徑1. 5um。 圖3為單模光纖前置PMMA透鏡(球透鏡r = 62. 5um,n = 1. 49)輸出光場(chǎng)Hy圖，可見(jiàn)輸出 圓光斑直徑1.8um。所述透鏡材料還可以采用全氟樹(shù)脂PF，加熱溫度為250 280°C。光 導(dǎo)管1取紫外液芯光導(dǎo)管，可以傳輸波長(zhǎng)范圍為365nm 436nm的紫外線，透鏡材料為PF， 在波長(zhǎng)365nm處折射率n = 1. 34，通過(guò)模壓擠塑方式與紫外液芯光導(dǎo)管構(gòu)成透鏡化耦合結(jié) 構(gòu)。由于PF透鏡的匯聚作用，可以輸出模場(chǎng)直徑小于3mm的光斑，應(yīng)用于小照射范圍、大照 射劑量的場(chǎng)合。圖4為紫外液芯光導(dǎo)管前置PF透鏡(球透鏡r = 500um, n = 1. 34)輸出 光場(chǎng)Hy圖，可見(jiàn)輸出圓光斑直徑24mm。
權(quán)利要求一種用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合的模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管，包括光導(dǎo)管(1)，其特征在于，在光導(dǎo)管的端部設(shè)有透鏡(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管，其特征在于，所述光導(dǎo)管(1)為單模 光纖，所述透鏡(2)為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管，其特征在于，所述光導(dǎo)管(1)為紫外 液芯光導(dǎo)管，所述透鏡(2)為全氟樹(shù)脂PF透鏡。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合的模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管，包括光導(dǎo)管，在光導(dǎo)管的端部設(shè)有透鏡。本實(shí)用新型可以利用熔融態(tài)的透鏡材料冷凝后收縮，直接并緊緊包住光導(dǎo)管端部，與光導(dǎo)管形成牢固可靠的連接，而避免用膠粘接，避免了由于膠的光學(xué)和理化特性與光導(dǎo)管和鏡頭的不同帶來(lái)的透光率和可靠性下降等問(wèn)題。模壓擠塑透鏡化光導(dǎo)管制備成本低、簡(jiǎn)單易行、前端透鏡穩(wěn)固可靠。對(duì)于模壓擠塑透鏡化單模光纖，輸出光斑模場(chǎng)直徑在1.5～1.8um之間，可以實(shí)現(xiàn)和光子芯片模場(chǎng)的最佳匹配，得到微米級(jí)光纖探針。對(duì)于模壓擠塑透鏡化紫外液芯光導(dǎo)管，可以輸出模場(chǎng)直徑小于3mm的光斑，應(yīng)用于小照射范圍、大照射劑量的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G02B6/00GK201583679SQ20102000008
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉旭, 孫小菡 申請(qǐng)人:東南大學(xué)