CN201654453U

CN201654453U - 光纤端面微光学器件数字光刻的装置

Info

Publication number: CN201654453U
Application number: CN2010201390810U
Authority: CN
Inventors: 高益庆; 余秋香; 罗宁宁; 龚勇清; 陈敏; 肖孟超; 喻立霞; 叶青
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-03-23

Abstract

一种光纤端面微光学器件数字光刻的装置，其特征是数字微镜器和面阵CCD通过导线连接计算机，LED光源的输出光线通过紫外线截止滤光片照射数字微镜器件，紫外光源的输出光线通过扩束准直均匀器照射数字微镜器件，数字微镜器件、半反半透分光棱镜、精缩投影物镜和光纤依次排序形成一条直线，光纤在调节台上。本实用新型的技术效果是：(1)使微光学器件更好的应用在光纤领域；(2)光纤端面微光学器件的掩模由计算机控制输出，具有设计灵活、实时控制的优点；(3)对于表面浮雕结构复杂的光纤微光学器件，由计算机控制实时更换掩模，通过多张掩模的叠加曝光来实现，降低制作难度。

Description

光纤端面微光学器件数字光刻的装置

技术领域

本实用新型涉及一种光纤端面微光学器件数字光刻的装置。

背景技术

光纤微光学器件具备梯度折射率透镜的独特性能，并且具有光斑直径小、分辨率高、光谱范围宽、透过率高、体积小、重量轻等特点，特别适合制作各种无源器件，它已应用于各种光信号的传输和聚焦，成为微小光学中十分重要的一种微型元件。上世纪八十年代，国外科学家利用光学曝光的方法，用光刻胶在光纤端面上制作了半球透镜和柱面镜，从而使得光纤与激光器之间的耦合效率比直接耦合的情况提高了四倍，但是其制作***仅能制作固定形状的光纤微光学器件，而且光纤端面的半球透镜和柱面镜均由负性光刻胶组成，存在易变形、易变质等问题，保存困难。近年来，随着微细加工技术及二元光学器件制作的发展，先后出现了几种光纤微光学器件的制作方法。目前，国内外研究比较多的方法主要有刻蚀法，熔融拉伸法和研磨抛光法。它们都有自己的优缺点：(1)蚀刻法，是选用特制的溶液，通过调节光纤和溶液的作用时间，加热溶液的温度，光纤浸入溶液的深度等，可以得到不同形状和尺寸的锥形端面，常用方法是通过光纤浸入腐蚀液一定深度，然后以一定速度向外抽出，不同水平的光纤表面受到的腐蚀时间不同，时间长腐蚀去除量也大，从而通过控制光纤浸入深度和拔出速度来控制光纤端面的形状.这种方法简便易行、重复性高、节省空间、成本低，具有量产特性，但最大耦合效率只有57％，因此实用价值有限；(2)熔融拉伸法，这是光纤微光学器件早期的成型方法，有着较成熟的工艺制程。控制光纤熔接机的电弧电流、放电时间及熔烧距离，将光纤加热熔融，然后再控制光纤夹具向外移动的速度和距离，将光纤拉伸成两段带有半球形微透镜端面的光纤微光学器件。在制作过程中通过调节放电强度、放电时间、马达转速等来控制锥体形状，得到不同直径和锥角的光纤端面，最后用光纤融接机的放电方式融出球形端面。这种方法加工的锥形光纤微光学器件传输效率较低，并且技术难度大，无法精确控制参数；(3)在硬脆性材料的超精密加工中，广泛地采用研磨、抛光为代表的磨料加工技术，超精密研磨抛光加工涉及的材料范围很广，研磨抛光法是一种相对比较完善成熟的微加工法，是比前几种方法更完善的加工方法。但是研磨抛光的工艺也比较难控制，对加工设备的精度要求也较高，研磨工艺是一个很精细的过程，单模裸光纤直径为0.125mm，而其芯径更小，因此，要在其端面研磨加工成锥形、楔形或其它有效面型的难度很高，而且影响研磨抛光精度的因素众多。

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种光纤端面微光学器件数字光刻的装置，该装置利用双光源无掩模光刻***制作光纤微光学器件，它是通过对光纤端面进行曝光、刻蚀实现的。

本实用新型是这样来实现的，它包括调节台、半反半透分光棱镜、紫外光源、扩束准直均匀器、计算机、数字微镜器件、紫外线截止滤光片、LED光源、面阵CCD、精缩投影物镜、光纤，其特征是数字微镜器件和面阵CCD通过导线连接计算机，LED光源的输出光线通过紫外线截止滤光片照射数字微镜器件，紫外光源的输出光线通过扩束准直均匀器照射数字微镜器件，数字微镜器件、半反半透分光棱镜、精缩投影物镜和光纤依次排序形成一条直线，光纤连接调节台。

本实用新型的技术效果是：(1)利用双光源无掩模数字光刻***可以在光纤端面制作多种轮廓面型的微光学器件以及微光学器件阵列，从而使微光学器件更好的应用在光纤领域；(2)光纤端面微光学器件的掩模由计算机控制输出，具有设计灵活、实时控制的优点；(3)对于表面浮雕结构复杂的光纤微光学器件，由计算机控制实时更换掩模，通过多张掩模的叠加曝光来实现，降低制作难度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

在图中，1、调节台2、半反半透分光棱镜3、紫外光源4、扩束准直均匀器5、计算机6、数字微镜器件7、紫外线截止滤光片8、LED光源9、面阵CCD 10、精缩投影物镜11、光纤

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是这样来实现的，它包括调节台1、半反半透分光棱镜2、紫外光源3、扩束准直均匀器4、计算机5、数字微镜器件6、紫外线截止滤光片7、LED光源8、面阵CCD9、精缩投影物镜10、光纤11，其特征是数字微镜器件6和面阵CCD9通过导线连接计算机5，LED光源8的输出光线通过紫外线截止滤光片7照射数字微镜器件6，紫外光源3的输出光线通过扩束准直均匀器4照射数字微镜器件6，数字微镜器件6、半反半透分光棱镜2、精缩投影物镜10和光纤11依次排序形成一条直线，光纤11在调节台1上。使用时，首先调焦，先启动数字微镜器件6，在计算机5中调出事先设计好的掩模图形，并将计算机5的显示模式设置成与数字微镜器件6芯片的分辨率一致(如1024×768)，这样掩模图形具有与数字微镜器件6相同的像素结构(每个像素与每个微镜一一对应)，然后将计算机与数字微镜器件6相连接，则所需掩模图形以二进制数字信号的形式输入到数字微镜器件6芯片上。开启LED光源8，输出光经过紫外线截止滤光片7后，以与数字微镜器件6镜面法线成24°角由左上至右下照射在数字微镜器件6上，数字微镜器件6的微镜+12°角反射光垂直于自身镜面输出，经数字微镜器件6反射后成为携带掩模信息的光场，光场光线垂直照射在半反半透分光棱镜2入射镜面上，半反半透分光棱镜2的透射光垂直照射在精缩投影物镜10上，数字微镜器件6的镜面与精缩投影物镜10的轴线垂直。光线经精缩投影物镜10进行空间尺寸压缩后成像在光纤端面11的光刻胶上，由于光刻胶的反射，光纤端面11的像被反射进入精缩投影物镜10，再由半反半透分光棱镜2反射进入面阵CCD9，面阵CCD9上的图形经过视频采集卡输出到计算机上显示，从而，我们可以观测光纤端面的成像质量，利用光纤位置调节台1调整光纤端面11的位置，使光纤端11面处于精缩投影物镜10的像平面；其次曝光，开启紫外光源3，紫外光线以与数字微镜器件6镜面法线成24°角由右下至左上照射在数字微镜器件6上，数字微镜器件6的微镜+12°角反射光垂直于自身镜面输出，输出光线垂直照射在半反半透分光棱镜2入射镜面上，半反半透分光棱镜(2)的透射光垂直照射在精缩投影物镜10上，光线经精缩投影物镜10进行空间尺寸压缩后成像在光纤端面11的光刻胶上进行曝光；再次显、定影，曝光后将光纤带有光刻胶的一端分别放入显影液和定影液中进行显、定影，则计算机5上的掩模图形已经转印到光纤端面11的光刻胶上；然后刻蚀，将光纤端面置于刻蚀剂中，静态放置2～2.5小时，其中刻蚀剂为氢氟酸溶液(氢氟酸30～40份；水60～70份)；最后，室温下，将光纤放在光刻胶去膜剂中浸泡20分钟去除胶膜，则光刻胶上制作的光学微器件已经被转印制作到光纤端面上。

Claims

1.一种光纤端面微光学器件数字光刻的装置，它包括调节台、半反半透分光棱镜、紫外光源、扩束准直均匀器、计算机、数字微镜器件、紫外线截止滤光片、LED光源、面阵CCD、精缩投影物镜、光纤，其特征是数字微镜器件和面阵CCD通过导线连接计算机，LED光源的输出光线通过紫外线截止滤光片照射数字微镜器件，紫外光源的输出光线通过扩束准直均匀器照射数字微镜器件，数字微镜器件、半反半透分光棱镜、精缩投影物镜和光纤依次排序形成一条直线，光纤连接调节台。