一種光纖透鏡制作方法及光纖透鏡與流程

本發明涉及光學領域，尤其涉及一種光纖透鏡制作方法及光纖透鏡。

背景技術：

隨著科學技術的不斷發展，越來越多的傳感器被應用到現代工業生產中。而在特定情況下采用傳統的傳感器不能夠發揮作用時，光纖傳感器可以代替傳統的傳感器用于執行復雜的測量。光纖傳感器具有抗電磁干擾、抗原子輻射干擾、質量輕、絕緣、耐水、耐高溫、耐腐蝕、靈敏、精確、小巧等優點。隨著光纖技術的日趨成熟，對光纖傳感器實用化的開發成為整個領域發展的熱點和關鍵。

光纖微透鏡在傳感器、通信、計量、醫學影像等關鍵技術領域起到了不可替代的作用。光纖微透鏡廣泛應用于準直器、聚焦透鏡、天文觀察、通信、光開關、工業制造、混合傳感器、國防安全等重要領域。傳統光纖微透鏡的制作是采用光刻技術來制作，而這些工藝操作都需要在凈化室中進行，且制作工藝復雜，另外還包括熔融拉伸法、刻蝕法、熔融石英、研磨拋光等方法，這些方法往往都需要復雜的操作工藝及高昂的設備，導致制作成本比較高。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供一種光纖透鏡制作方法及光纖透鏡，能夠通過簡單的工藝制作光纖透鏡。

基于上述目的本發明提供的光纖透鏡制作方法，包括如下步驟：

將光纖的一端浸泡在刻蝕溶液中進行刻蝕，在所述一端形成容納槽，所述光纖包括包層和被所述包層包裹的纖芯，所述纖芯在所述刻蝕液中的刻蝕速度大于所述包層在所述刻蝕液中的刻蝕速度；

將透明光學材料填充入所述容納槽中，形成光纖透鏡。

可選的，所述光纖還包括包裹所述包層的涂覆層；所述將光纖的一端浸泡在刻蝕溶液中進行刻蝕的步驟之前，還包括：

將所述光纖的一端的涂覆層剝除，使得所述光纖的一端的所述包層暴露。

可選的，所述將所述光纖的一端的涂覆層剝除，使得所述光纖的一端的所述包層暴露的步驟之后，還包括：

使用清潔劑將所述一端的包層表面以及所述一端的纖芯表面清潔干凈。

可選的，所述將透明光學材料填充入所述容納槽中，形成光纖透鏡的步驟之后，還包括：

將填充到所述容納槽中的透明光學材料固化。

可選的，將填充入所述容納槽中的透明光學材料固化時，將填充有所述透明光學材料的所述光纖放入高低溫箱中，使用25°-35°的溫度對所述光纖進行烘干，烘干持續時間為0.5-4分鐘。

可選的，所述將透明光學材料填充入所述容納槽中的步驟之前，還包括：

對所述光纖進行清洗，去除殘余的刻蝕溶液。

可選的，所述刻蝕溶液為氫氟酸溶液。

可選的，將透明光學材料填充入所述容納槽中時，采用噴墨打印設備，將所述透明光學材料噴涂入所述容納槽中。

可選的，所述透明光學材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、紫外固化膠、樹脂、和/或熱塑性材料。

可選的，所述透明光學材料中還填充有感光顆粒和/或納米顆粒。

同時，本發明提供一種光纖透鏡，采用本發明任意一項實施例所提供的制作方法制作得到。

本發明通過腐蝕光纖端面制作凹槽，在凹槽中添加透明材料來制作光纖微透鏡，具有精度高、成本低、制作效率高、且能夠制作成不同直徑的微透鏡，很適合大規模批量生產。另外，可以通過控制凹槽的深度以及直徑來調節光纖微透鏡的光耦合效率，因此適用于制作成不同規格的光線透鏡，使用范圍不受限制。

附圖說明

圖1為本發明實施例的光纖透鏡制作方法流程示意圖；

圖2A為本發明實施例的光纖透鏡制作時將光纖浸泡在刻蝕液中的狀態示意圖；

圖2B為本發明實施例的光纖透鏡制作時光纖刻蝕完畢示意圖；

圖2C為本發明實施例的透明材料填充到容納槽中的步驟示意圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明首先提供一種光纖透鏡制作方法，如圖1所示，包括如下步驟：

步驟101：將光纖的一端浸泡在刻蝕溶液中進行刻蝕，在所述一端形成容納槽，所述光纖包括包層和被所述包層包裹的纖芯，所述纖芯在所述刻蝕液中的刻蝕速度大于所述包層在所述刻蝕液中的刻蝕速度；

步驟102：將透明光學材料填充入所述容納槽中，形成光纖透鏡。

從上面所述可以看出，本發明通過一種簡單的方法就能夠實現光纖透鏡的制作，無需復雜的設備和工藝，能夠降低制造成本，并提高生產制造速度，從而能夠降低光纖透鏡的成本。

由于光纖的纖芯與包層的材料性質不同，在某些玻璃刻蝕液中，纖芯的刻蝕速度與包層刻蝕速度不同，因此可以利用光纖的這一性質制作光纖透鏡。

在本發明具體實施例中，所述透明光學材料可以是玻璃、透明樹脂、透明塑料等。所述透明樹脂具體可以是：聚碳酸酯、聚對笨二甲酸乙二醇酯、醋酸纖維素、苯乙烯-丙烯腈共聚物等。所述透明塑料可以是：丙烯酸塑料、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚氨乙烯等。

在本發明具體實施例中，將透明光學材料填充入所述容納槽中時，所述透明光學材料為液體狀態、或半液體狀態、或部分液體狀態、或膠狀、或部分膠狀、或部分固化狀態等可以流入所述容納槽中的狀態。

在本發明一種實施例中，仍然參照圖1，所述光纖還包括包裹所述包層的涂覆層；所述將光纖的一端浸泡在刻蝕溶液中進行刻蝕的步驟之前，還包括：

步驟100：將所述光纖的一端的涂覆層剝除，使得所述光纖的一端的所述包層暴露。將涂覆層剝除后，避免涂覆層影響刻蝕過程，有助于在利用刻蝕液對光纖進行刻蝕時觀察并監測刻蝕狀況。

在本發明一種實施例中，所述將所述光纖的一端的涂覆層剝除，使得所述光纖的一端的所述包層暴露的步驟之后，還包括：

使用清潔劑將所述一端的包層表面以及所述一端的纖芯表面清潔干凈。具體的，可以通過清潔液、清潔布等物品進行清潔，防止在刻蝕的時候因為纖芯表面的雜質影響纖芯的刻蝕質量。

在本發明一些實施例中，所述將透明光學材料填充入所述容納槽中，形成光纖透鏡的步驟之后，還包括：

將填充到所述容納槽中的透明光學材料固化。具體的，固化方式可以是熱固化、自然固化、紫外線固化、特殊條件固化(如電流固化、電場固化)等。

在本發明一些實施例中，將填充入所述容納槽中的透明光學材料固化時，將填充有所述透明光學材料的所述光纖放入高低溫箱中，使用25°-35°的溫度對所述光纖進行烘干，烘干持續時間為0.5-4分鐘。使用高低溫箱進行烘干固化，為一種簡單容易實現的烘干方式，且高低溫箱成本較低，因此在烘干階段也無需耗費太多的成本。

在本發明一些具體實施例中，將所述透明光學材料固化后，還包括：對所述固化后的透明光學材料進行形狀或表面加工。從而能夠得到特殊形狀或特殊表面特性的光纖透鏡。

在本發明一些實施例中，所述將透明光學材料填充入所述容納槽中的步驟之前，還包括：

對所述光纖進行清洗，去除殘余的刻蝕溶液。清洗殘余的刻蝕溶液，能夠使刻蝕的凹槽定性，避免殘余的刻蝕溶液損壞透明光學材料或在凹槽已經形成后繼續刻蝕剩余的光纖，影響光纖透鏡的質量。

在本發明具體實施例中，所述對所述光纖進行清洗、去除殘余的刻蝕溶液的步驟具體包括：

利用清洗液對所述光纖進行清洗，使得殘余的刻蝕溶液去除；

將清洗后的光纖進行干燥。

在本發明一些實施例中，所述刻蝕溶液為氫氟酸溶液。

在本發明一些實施例中，將透明光學材料填充入所述容納槽中時，采用噴墨打印設備，將所述透明光學材料噴涂入所述容納槽中。采用噴墨打印技術在凹槽中噴涂透明光學材料制作光纖微透鏡，結構簡單，成本低，精度較高，適合批量制作且批量產品的一致性好。

在本發明其他實施例中，還可以適用其他注入設備將透明光學材料填充到所述容納槽中。

在本發明一種具體實施例中，所述方法包括如下過程：

首先準備光纖，如圖2A-2C所示，選取一段光纖200，使用光纖剝線鉗將光纖200一端的涂覆層201剝除，使光纖包層202暴露；

用光纖切割刀將光纖端面203切割平整，并用酒精將光纖包層202表面以及光纖端面203擦試干凈；

取一定量的氫氟酸溶液204放置于容器205中，并將去除涂覆層一端的光纖200包括光纖端面203浸入在氫氟酸溶液204中進行腐蝕，如圖2A所示。光纖200的纖芯206與包層202的折射率不同，纖芯206的腐蝕速率大于包層202的腐蝕速率，從而在光纖端面203制作出凹槽207，如圖2B所示；腐蝕時間大約為3分鐘，凹槽207的深度以及直徑可以通過調節腐蝕時間來進行控制；

將腐蝕之后的光纖200用去離子水進行沖洗，目的是將光纖包層202表面以及凹槽207中殘留的氫氟酸溶液204徹底去除；之后，將光線放置于高低溫箱中，30℃烘干1分鐘；

將腐蝕完成后的光纖固定在噴墨打印設備208的平臺上，采用噴墨打印技術，將噴涂材料209噴涂于光纖凹槽207中，從而完成光纖微透鏡的制作，如圖2C所示。所述噴涂材料可以是PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、紫外固化膠、樹脂以及一些熱塑性材料；

在本發明具體實施例中，所使用的光纖可以是單模光纖，多模光纖，在一些實施例中優選使用多模光纖。

在本發明一些實施例中，其特征在于，所述透明光學材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、紫外固化膠、樹脂、和/或熱塑性材料。

在本發明一些實施例中，所述透明光學材料中還填充有感光顆粒，使得所述光纖透鏡具有特殊的光學性質。可以根據需要在透明光學材料中添加其他一些感光材料、納米顆粒等，來制作一些相關傳感器。

同時，本發明還提供一種光纖透鏡，采用本發明任意一項實施例所提供的制作方法制作得到。

本發明通過腐蝕光纖端面制作凹槽，在凹槽中添加透明材料來制作光纖微透鏡，具有精度高、成本低、制作效率高、且能夠制作成不同直徑的微透鏡，很適合大規模批量生產。另外，可以通過控制凹槽的深度以及直徑來調節光纖微透鏡的光耦合效率，因此適用于制作成不同規格的光線透鏡，使用范圍不受限制。

應當理解，本說明書所描述的多個實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。并且在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。