CN115437066B - 一种用于光束整形的阶梯透镜结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光束整形的阶梯透镜结构及其制备方法，本发明属于激光整形领域，阶梯透镜结构包括：光纤纤芯和光聚合胶结构，其中光纤纤芯的端面与光聚合胶结构连接；光纤纤芯的端面，用于获取光聚合胶结构；光聚合胶结构，用于调制光纤纤芯传输的光束，出射整形光束，光聚合胶结构采用多段阶梯结构。阶梯透镜结构的制备方法包括：获取光聚合胶结构生长的光纤基底；基于运动装置，将光纤基底蘸取光聚合胶，得到光纤基底胶滴；获取光纤传输的激光光源；基于激光光源，将光纤基底胶滴进行聚合固化，得到光聚合胶结构，光聚合胶结构采用多段阶梯结构。本发明通过阶梯透镜结构能够实现光束整形，方法操作简单，成本低，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于激光整形领域，特别是涉及一种用于光束整形的阶梯透镜结构及其制备方法。
背景技术
高斯光束是激光器谐振腔发出的基模辐射场，在横截面上的光强分布遵循高斯函数。随着激光通信、粒子操控、量子计算等领域发展，将高斯光束转换为特殊光束的光束整形技术发挥了不可替代的作用。到目前为止，主要利用衍射光学元件、微透镜阵列、长焦深整形***、液晶空间光调制器，透镜组以及特殊光纤来实现光束的整形。
现有技术中，依靠衍射光学元件后相位补偿的方式改变激光在传输过程中的特性，可以实现光束整形目的，但受到加工水平的限制，制作得到的衍射光学元件衍射效率低。采用微透镜阵列实现光束整形的方法能量利用率低，整形效果较差。长焦深整形***中长焦深元件制作困难、加工成本较高、加工精度差。液晶空间光调制器耐激光损伤阈值较低，无法适应高功率激光加工的要求。双光子聚合3D打印技术操作简单，可以制造各种的3D结构，但需要搭配相应的双光子光刻***，前期准备时间长。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光束整形的阶梯透镜结构及其制备方法，以解决上述现有技术存在的衍射光学元件衍射效率低和加工成本低等问题。本发明提供的阶梯透镜结构制备方法操作简单，成本低，为光纤传感、光学通信以及光学操纵提供了新的技术途径。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于光束整形的阶梯透镜结构及其制备方法，包括：光纤纤芯和光聚合胶结构，其中所述光纤纤芯的端面与所述光聚合胶结构连接；
所述光纤纤芯的端面，用于获取所述光聚合胶结构；
所述光聚合胶结构，用于调制所述光纤纤芯传输的光束，出射整形光束，所述光聚合胶结构采用多段阶梯结构。
优选地，所述光纤纤芯的端面，用于为所述阶梯透镜结构提供生长基底，其中所述光纤采用多模光纤。
优选地，所述光聚合胶结构，通过调制所述光束的横向光场，对所述光束进行整合，得到整形光束。
为实现上述技术目的，本发明还提供了一种用于光束整形的阶梯透镜结构的制备方法，包括以下步骤：
获取光聚合胶结构生长的光纤基底；
基于运动装置，将所述光纤基底蘸取光聚合胶，得到光纤基底胶滴；
获取光纤传输的激光光源；基于所述激光光源，将所述光纤基底胶滴进行聚合固化，得到光聚合胶结构，所述光聚合胶结构采用多段阶梯结构。
优选地，获取光聚合胶结构生长的光纤基底的过程包括：
将光纤一端剥去涂覆层，露出裸光纤，对所述裸光纤进行清洁切割，得到光聚合胶结构生长的光纤基底。
优选地，得到光纤基底胶滴的过程包括：
将光聚合胶滴加在样品台上，基于运动装置，将所述光纤基底***至所述光聚合胶中，所述光纤基底蘸取所述光聚合胶，得到光纤基底胶滴。
优选地，得到光聚合胶结构的过程包括：
对光纤另一端面进行清洁处理，通过光纤耦合器将处理后的光纤另一端面与激光光源连接，通过调节所述激光光源的光功率，将所述光纤基底胶滴进行聚合固化，得到光聚合胶结构。
优选地，所述光束经过所述光聚合胶结构调制后，出射整形光束的会聚焦点在所述光聚合胶结构的外部。
本发明的技术效果为：
本发明提供了一种用于光束整形的阶梯透镜结构及其制备方法，通过运动装置，将光纤基底蘸取光聚合胶，得到光纤基底胶滴；通过激光光源，将光纤基底胶滴进行聚合固化，得到光聚合胶结构，光聚合胶结构采用多段阶梯结构。
本发明提供的阶梯透镜结构，不依赖于光学元件，体积小，制造成本低，能够实现光束整形；相比于双光子光刻***，本发明通过阶梯透镜结构进行光束整形，方法结构简单，操作难度低，无需前期准备工作；同时光聚合胶折射率大于光纤纤芯折射率，光束会聚能力强，整形效果好。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的角度30°光聚合结构示意图；
图2为本发明实施例中的阶梯透镜结构的制备示意图；
图3为本发明实施例中的在罗丹明溶液下观察出射光场的示意图；
图4为本发明实施例中的角度为30°光聚合结构对光束整形的仿真示意图；
其中1-光纤纤芯，2-光聚合胶结构，3-三维运动平台，4-样品台，5-光聚合胶液体，6-CCD相机，7-光纤耦合器，8-激光光源，9-罗丹明溶液。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1所示，本实施例中提供一种用于光束整形的阶梯透镜结构，包括光纤纤芯和光聚合胶结构两部分，光聚合胶折射率高于光纤纤芯折射率。
本实施例中的光纤为多模光纤，光聚合胶选择紫外光固化胶，光聚合胶结构为四段的阶梯透镜型结构，长度为100μm，角度30°，以光聚合方式自生长在所述光纤端面上，经光纤纤芯传输的光在光聚合胶结构内发生折反射，横向光场改变后，进行光束重组，实现光束整形目地。
本实施例有益效果：
本实施例操作简单，制造成本低，实用性强，光聚合胶结构长度与角度可控，改变光聚合胶结构长度与角度，经光聚合胶结构调制的激光光束焦点位置随之改变。本发明调制的激光光束可用于微纳粒子的三维捕获与操控。
本实施例提供的阶梯透镜结构，不依赖于光学元件，体积小，能够实现光束整形；相比于双光子光刻***，本实施例通过阶梯透镜结构进行光束整形，方法结构简单，操作难度低，无需前期准备工作；同时光聚合胶折射率大于光纤纤芯折射率，光束会聚能力强，整形效果好。
实施例二
如图2所示，用于光束整形的阶梯透镜结构制备方法具体包括以下步骤：
步骤1：取一根多模光纤，用剥线钳剥去涂覆层，露出裸纤，对裸纤进行清洁切割处理；处理后的光纤由三维运动平台3竖直固定，调节所述三维运动平台3，使所述光纤位于样品台4上方，所述光纤端面作为光聚合胶结构2生长基底；
步骤2：对所述多模光纤另一端清洁切割处理，用光纤耦合器7连接处理后的光纤端面和紫外激光光源8；
步骤3：将紫外光固化胶液体5滴加在样品台4上，用于制备所述光聚合胶结构2；
步骤4：调节所述三维运动平台3将光纤基底***所述紫外光固化胶液体5内部，控制所述光纤基底距离样品台4的距离，蘸取少量聚合胶，在表面张力作用下形成胶滴；打开紫外激光光源8，调节光功率，所述紫外光固化胶5在所述光纤基底发生光聚合效应，在所述光纤基底自生长一段光聚合胶结构2；关闭紫外激光光源8；
步骤5：取下生长光聚合胶结构的光纤端，清洁所述光纤端与样品台4，清洁完毕后重新将所述光纤端竖直固定在样品台4上方；再次在样品台4上滴加紫外光固化胶液体5，控制所述三维运动平台3将清洁后的光纤端***所述紫外光固化胶液体5内部，蘸取少量聚合胶，在表面张力作用下形成胶滴，打开紫外激光光源8，在所述光纤端再生长一段光聚合胶结构2；重复上述操作3次；由于所述光纤基底与所述样品台4间距限制以及所述紫外光固化胶液体5表面张力影响，如图1所示，最终形成阶梯透镜型光聚合胶结构2，所述光聚合胶结构2一共分为四段，长度100μm，角度30°；
本实施例中，清洁所述光聚合胶结构，多次重复步骤4，调节所述光聚合胶结构长度与角度，最终形成满足光束整形要求的梯形透镜型光聚合胶结构；
本实施例中，光聚合胶结构可以只进行一次所述步骤4制备而成，也可以多次重复所述步骤4制备而成。
步骤6：如图3所示，取下最终形成的阶梯透镜结构，使用乙醇等溶液清洁掉未反应的聚合物液体，由三维运动平台3水平固定带有阶梯透镜结构的光纤；调节所述三维运动品台3将所述光聚合胶结构2移动至所述样品台4上，将所述光纤另一端连接532nm的绿光光源；在光聚合胶结构2上方滴加罗丹明溶液9，通过CCD相机6在罗丹明溶液9下观察经由所述光聚合胶结构2调制的光场；光束在所述光聚合胶结构2中发生折反射，进行光束重塑，最终在距离所述光聚合胶结构2端面10μm处发生会聚，仿真会聚结果如图4所示，实现光束整形目地；除此之外，经过光聚合胶结构2整形的光束可以用于微纳粒子的三维捕获与操控。
本实施例中，经过所述光聚合胶结构调制后，出射光束会聚焦点应位于所述光聚合胶结构外部。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种用于光束整形的阶梯透镜结构，其特征在于，包括：光纤纤芯和光聚合胶结构，其中所述光纤纤芯的端面与所述光聚合胶结构连接；
所述光纤纤芯的端面，用于获取所述光聚合胶结构；
获取所述光聚合胶结构的过程包括：
将光聚合胶滴加在样品台上，基于运动装置，将所述光纤基底***至所述光聚合胶中，所述光纤基底蘸取所述光聚合胶，得到光纤基底胶滴；
对光纤另一端面进行清洁处理，通过光纤耦合器将处理后的光纤另一端面与激光光源连接，通过调节所述激光光源的光功率，将所述光纤基底胶滴进行聚合固化，得到光聚合胶结构；
所述光聚合胶结构，用于调制所述光纤纤芯传输的光束，出射整形光束，所述光聚合胶结构采用多段阶梯结构；
所述光聚合胶结构，通过调制所述光束的横向光场，对所述光束进行整合，得到整形光束。
2.根据权利要求1所述的用于光束整形的阶梯透镜结构，其特征在于，所述光纤纤芯的端面，用于为所述阶梯透镜结构提供生长基底，其中所述光纤采用多模光纤。
3.一种用于光束整形的阶梯透镜结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取光聚合胶结构生长的光纤基底；
基于运动装置，将所述光纤基底蘸取光聚合胶，得到光纤基底胶滴；
获取光纤传输的激光光源；基于所述激光光源，将所述光纤基底胶滴进行聚合固化，得到光聚合胶结构，所述光聚合胶结构采用多段阶梯结构；
所述光聚合胶结构，通过调制所述光束的横向光场，对所述光束进行整合，得到整形光束；
得到光纤基底胶滴的过程包括：
将光聚合胶滴加在样品台上，基于运动装置，将所述光纤基底***至所述光聚合胶中，所述光纤基底蘸取所述光聚合胶，得到光纤基底胶滴；
得到光聚合胶结构的过程包括：
对光纤另一端面进行清洁处理，通过光纤耦合器将处理后的光纤另一端面与激光光源连接，通过调节所述激光光源的光功率，将所述光纤基底胶滴进行聚合固化，得到光聚合胶结构。
4.根据权利要求3所述的用于光束整形的阶梯透镜结构的制备方法，其特征在于，获取光聚合胶结构生长的光纤基底的过程包括：
将光纤一端剥去涂覆层，露出裸光纤，对所述裸光纤进行清洁切割，得到光聚合胶结构生长的光纤基底。
5.根据权利要求3所述的用于光束整形的阶梯透镜结构的制备方法，其特征在于，所述光束经过所述光聚合胶结构调制后，出射整形光束的会聚焦点在所述光聚合胶结构的外部。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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