專利名稱：光纖端面微光學器件數字光刻的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖端面微光學器件數字光刻的裝置。
背景技術：
光纖微光學器件具備梯度折射率透鏡的獨特性能，并且具有光斑直徑小、分辨率 高、光譜范圍寬、透過率高、體積小、重量輕等特點，特別適合制作各種無源器件，它已應用 于各種光信號的傳輸和聚焦，成為微小光學中十分重要的一種微型元件。上世紀八十年代， 國外科學家利用光學曝光的方法，用光刻膠在光纖端面上制作了半球透鏡和柱面鏡，從而 使得光纖與激光器之間的耦合效率比直接耦合的情況提高了四倍，但是其制作系統僅能制 作固定形狀的光纖微光學器件，而且光纖端面的半球透鏡和柱面鏡均由負性光刻膠組成， 存在易變形、易變質等問題，保存困難。近年來，隨著微細加工技術及二元光學器件制作的 發展，先后出現了幾種光纖微光學器件的制作方法。目前，國內外研究比較多的方法主要 有刻蝕法，熔融拉伸法和研磨拋光法。它們都有自己的優缺點(1)蝕刻法，是選用特制的 溶液，通過調節光纖和溶液的作用時間，加熱溶液的溫度，光纖浸入溶液的深度等，可以得 到不同形狀和尺寸的錐形端面，常用方法是通過光纖浸入腐蝕液一定深度，然后以一定速 度向外抽出，不同水平的光纖表面受到的腐蝕時間不同，時間長腐蝕去除量也大，從而通過 控制光纖浸入深度和拔出速度來控制光纖端面的形狀.這種方法簡便易行、重復性高、節 省空間、成本低，具有量產特性，但最大耦合效率只有57%，因此實用價值有限；(2)熔融拉 伸法，這是光纖微光學器件早期的成型方法，有著較成熟的工藝制程。控制光纖熔接機的電 弧電流、放電時間及熔燒距離，將光纖加熱熔融，然后再控制光纖夾具向外移動的速度和距 離，將光纖拉伸成兩段帶有半球形微透鏡端面的光纖微光學器件。在制作過程中通過調節 放電強度、放電時間、馬達轉速等來控制錐體形狀，得到不同直徑和錐角的光纖端面，最后 用光纖融接機的放電方式融出球形端面。這種方法加工的錐形光纖微光學器件傳輸效率較 低，并且技術難度大，無法精確控制參數；(3)在硬脆性材料的超精密加工中，廣泛地采用 研磨、拋光為代表的磨料加工技術，超精密研磨拋光加工涉及的材料范圍很廣，研磨拋光法 是一種相對比較完善成熟的微加工法，是比前幾種方法更完善的加工方法。但是研磨拋光 的工藝也比較難控制，對加工設備的精度要求也較高，研磨工藝是一個很精細的過程，單模 裸光纖直徑為0. 125mm，而其芯徑更小，因此，要在其端面研磨加工成錐形、楔形或其它有效 面型的難度很高，而且影響研磨拋光精度的因素眾多。
發明內容本實用新型的目的在于提供了 一種光纖端面微光學器件數字光刻的裝置，該裝置 利用雙光源無掩模光刻系統制作光纖微光學器件，它是通過對光纖端面進行曝光、刻蝕實 現的。本實用新型是這樣來實現的，它包括調節臺、半反半透分光棱鏡、紫外光源、擴束 準直均勻器、計算機、數字微鏡器件、紫外線截止濾光片、LED光源、面陣CCD、精縮投影物鏡、光纖，其特征是數字微鏡器件和面陣CCD通過導線連接計算機，LED光源的輸出光線通 過紫外線截止濾光片照射數字微鏡器件，紫外光源的輸出光線通過擴束準直均勻器照射數 字微鏡器件，數字微鏡器件、半反半透分光棱鏡、精縮投影物鏡和光纖依次排序形成一條直 線，光纖連接調節臺。本實用新型的技術效果是(1)利用雙光源無掩模數字光刻系統可以在光纖端面 制作多種輪廓面型的微光學器件以及微光學器件陣列，從而使微光學器件更好的應用在光 纖領域；(2)光纖端面微光學器件的掩模由計算機控制輸出，具有設計靈活、實時控制的優 點；(3)對于表面浮雕結構復雜的光纖微光學器件，由計算機控制實時更換掩模，通過多張 掩模的疊加曝光來實現，降低制作難度。
圖1為本實用新型的結構示意圖。在圖中，1、調節臺2、半反半透分光棱鏡3、紫外光源4、擴束準直均勻器5、計算機 6、數字微鏡器件7、紫外線截止濾光片8、LED光源9、面陣CXD 10、精縮投影物鏡11、光纖
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型是這樣來實現的，它包括調節臺1、半反半透分光棱鏡2、 紫外光源3、擴束準直均勻器4、計算機5、數字微鏡器件6、紫外線截止濾光片7、LED光源8、 面陣CCD9、精縮投影物鏡10、光纖11，其特征是數字微鏡器件6和面陣CCD9通過導線連接 計算機5，LED光源8的輸出光線通過紫外線截止濾光片7照射數字微鏡器件6，紫外光源3 的輸出光線通過擴束準直均勻器4照射數字微鏡器件6，數字微鏡器件6、半反半透分光棱 鏡2、精縮投影物鏡10和光纖11依次排序形成一條直線，光纖11在調節臺1上。使用時， 首先調焦，先啟動數字微鏡器件6，在計算機5中調出事先設計好的掩模圖形，并將計算機5 的顯示模式設置成與數字微鏡器件6芯片的分辨率一致(如1024X768)，這樣掩模圖形具 有與數字微鏡器件6相同的像素結構(每個像素與每個微鏡一一對應)，然后將計算機與數 字微鏡器件6相連接，則所需掩模圖形以二進制數字信號的形式輸入到數字微鏡器件6芯 片上。開啟LED光源8，輸出光經過紫外線截止濾光片7后，以與數字微鏡器件6鏡面法線 成24°角由左上至右下照射在數字微鏡器件6上，數字微鏡器件6的微鏡+12°角反射光 垂直于自身鏡面輸出，經數字微鏡器件6反射后成為攜帶掩模信息的光場，光場光線垂直 照射在半反半透分光棱鏡2入射鏡面上，半反半透分光棱鏡2的透射光垂直照射在精縮投 影物鏡10上，數字微鏡器件6的鏡面與精縮投影物鏡10的軸線垂直。光線經精縮投影物 鏡10進行空間尺寸壓縮后成像在光纖端面11的光刻膠上，由于光刻膠的反射，光纖端面11 的像被反射進入精縮投影物鏡10，再由半反半透分光棱鏡2反射進入面陣(XD9，面陣(XD9 上的圖形經過視頻采集卡輸出到計算機上顯示，從而，我們可以觀測光纖端面的成像質量， 利用光纖位置調節臺1調整光纖端面11的位置，使光纖端11面處于精縮投影物鏡10的像 平面；其次曝光，開啟紫外光源3，紫外光線以與數字微鏡器件6鏡面法線成24°角由右下 至左上照射在數字微鏡器件6上，數字微鏡器件6的微鏡+12°角反射光垂直于自身鏡面輸 出，輸出光線垂直照射在半反半透分光棱鏡2入射鏡面上，半反半透分光棱鏡(2)的透射光 垂直照射在精縮投影物鏡10上，光線經精縮投影物鏡10進行空間尺寸壓縮后成像在光纖端面11的光刻膠上進行曝光；再次顯、定影，曝光后將光纖帶有光刻膠的一端分別放入顯 影液和定影液中進行顯、定影，則計算機5上的掩模圖形已經轉印到光纖端面11的光刻膠 上；然后刻蝕，將光纖端面置于刻蝕劑中，靜態放置2 2. 5小時，其中刻蝕劑為氫氟酸溶液 (氫氟酸30 40份；水60 70份)；最后，室溫下，將光纖放在光刻膠去膜劑中浸泡20分 鐘去除膠膜，則光刻膠上制作的光學微器件已經被轉印制作到光纖端面上。
權利要求一種光纖端面微光學器件數字光刻的裝置，它包括調節臺、半反半透分光棱鏡、紫外光源、擴束準直均勻器、計算機、數字微鏡器件、紫外線截止濾光片、LED光源、面陣CCD、精縮投影物鏡、光纖，其特征是數字微鏡器件和面陣CCD通過導線連接計算機，LED光源的輸出光線通過紫外線截止濾光片照射數字微鏡器件，紫外光源的輸出光線通過擴束準直均勻器照射數字微鏡器件，數字微鏡器件、半反半透分光棱鏡、精縮投影物鏡和光纖依次排序形成一條直線，光纖連接調節臺。
專利摘要一種光纖端面微光學器件數字光刻的裝置，其特征是數字微鏡器和面陣CCD通過導線連接計算機，LED光源的輸出光線通過紫外線截止濾光片照射數字微鏡器件，紫外光源的輸出光線通過擴束準直均勻器照射數字微鏡器件，數字微鏡器件、半反半透分光棱鏡、精縮投影物鏡和光纖依次排序形成一條直線，光纖在調節臺上。本實用新型的技術效果是(1)使微光學器件更好的應用在光纖領域；(2)光纖端面微光學器件的掩模由計算機控制輸出，具有設計靈活、實時控制的優點；(3)對于表面浮雕結構復雜的光纖微光學器件，由計算機控制實時更換掩模，通過多張掩模的疊加曝光來實現，降低制作難度。
文檔編號G03F7/20GK201654453SQ20102013908
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者余秋香, 葉青, 喻立霞, 羅寧寧, 肖孟超, 陳敏, 高益慶, 龔勇清 申請人:南昌航空大學