光纤端面微光学器件数字光刻的装置制造方法及图纸

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。本实用新型专利技术的技术效果是：(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。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光纤端面微光学器件数字光刻的装置。
技术介绍
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，但是其制作系统仅能制 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。
技术实现思路
本技术的目的在于提供了 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系统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。本技术是这样来实现的，它包括调节台、半反半透分光棱镜、紫外光源、扩束 准直均勻器、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勻器照射数 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。本技术的技术效果是(1)利用双光源无掩模数字光刻系统可以在光纤端面 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为本技术的结构示意图。在图中，1、调节台2、半反半透分光棱镜3、紫外光源4、扩束准直均勻器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CXD 10、精缩投影物镜11、光纤具体实施方式如图1所示，本技术是这样来实现的，它包括调节台1、半反半透分光棱镜2、 紫外光源3、扩束准直均勻器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勻器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1024X768)，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(XD9，面阵(XD9 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。权利要求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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高益庆，余秋香，罗宁宁，龚勇清，陈敏，肖孟超，喻立霞，叶青，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：实用新型
国别省市：36