CN102162877A - 全光纤型超小探针的制作装置及方法 - Google Patents

全光纤型超小探针的制作装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于生物医学成像的全光纤型超小探针的制作装置及方法，包括光纤熔接机、光纤超声切割机、高精度光纤拉直与位移推进机构、显微镜、CCD摄像机和计算机。光纤熔接机熔焊构成探针的不同种类的光纤并留下沿光纤轴线尺寸不超过5微米的焊点；光纤超声切割机通过螺栓固定在显微镜底座上；高精度光纤拉直与位移推进机构固定在光纤超声切割机一侧拉直并可精确移动光纤的轴向位置；CCD摄像机通过显微镜上的CCD适配器与显微镜连接并配合工作，把显微镜物镜放大后的视场信息即包括焊点的不同光纤与光纤超声切割机刀口的图像传输到计算机里进行位置监测和显示。该装置及操作方法能实现不超过10微米量级的切割精度，并能实现由三种以上不同光纤组成的、总长1毫米量级的生物医学成像用全光纤型超小探针的制作。

Description

全光纤型超小探针的制作装置及方法
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，尤其是全光纤型超小探针制作过程中所需要的高精度光纤长度切割与焊接装置及其方法。
背景技术
探针是检测生物组织特性的光学相干层析技术(Optical Coherence Tomography，OCT)中的一个关键部件，主要用于光源信号的输出以及检测光信号的输入。探针尺寸的大小、传输光信号质量的高低对OCT系统的应用领域、探测性能有决定性的影响。在探针设计中，由不同种类光纤构成的全光纤型超小探针的制作是一个重大难题，其中0.1毫米量级光纤长度的高精度切割与焊接是一个关键技术。
目前，具有较高精度的光纤长度切割装置缺少对光纤焊点的精确定位，虽然理论上能达到光纤长度切割精度的要求，但实际操作中因观察不到微米量级大小的焊点而无法完成超小探针的制作工作。另外，已有的显微系统虽然能监测焊点的位置，但缺少高精度光纤位移调整机构及配套工作的光纤超声切割机，也不能完成全光纤型超小探针的制作任务。
一个典型的全光纤型超小探针的制作装置，应包括光纤熔接机、光纤超声切割机、光纤拉直与位移推进机构、显微镜、CCD摄像机和计算机等组成部分，而目前的光纤切割装置以及显微系统尚无在切割精度与焊点定位上做到有机的统一，本发明正是针对这一关键技术进行展开的。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的光纤切割装置以及显微系统在全光纤型超小探针制作方面的不足，提供一种全光纤型超小探针的制作装置与制作方法，该装置与方法能克服现有技术所存在的缺陷，能实现光纤长度10微米量级的切割精度以及由三种不同光纤焊接构成的、总长不超过1.0毫米量级的超小探针的制作。
一种解决其技术问题所采用的方案是：提供一种全光纤型超小探针的制作装置，包括光纤熔接机、光纤超声切割机、高精度光纤拉直与位移推进机构、显微镜、CCD摄像机和计算机，其特征在与，光纤熔接机置于显微镜所在的光学平台上；光纤超声切割机通过螺栓固定在显微镜的底座上；高精度光纤拉直与位移推进机构通过螺栓固定在显微镜底座上光纤超声切割机的一侧；CCD摄像机与显微镜上的CCD适配器连接，并通过数据线与计算机连接。
根据本发明所提供的全光纤型超小探针的制作装置，其特征是：显微镜可采用中国上海宙山精密光学仪器有限公司生产的型号为XTL-2400的体视显微镜，带有CCD适配器、显微镜物镜、物镜放大倍数调整旋钮、物镜纵向位移调整旋钮。
根据本发明所提供的全光纤型超小探针的制作装置，其特征是：光纤熔接机可采用日本古河电器工业株式会社制造商生产的型号为S117A的Fusion Splicer熔接机；光纤超声切割机可采用美国PK TECHNOLOGY制造商生产的型号为FKⅡ-4的Fiber Cleaver切割机，通过螺栓固定在显微镜的底座上，光纤超声切割机上带有刀口以及左右两个放置光纤孔。
根据本发明所提供的全光纤型超小探针的制作装置，其特征是：高精度光纤拉直与位移推进机构通过螺栓固定在显微镜的底座上，带有光纤推进台、精密千分尺和磁吸夹锁，其中，磁吸夹锁与光纤超声切割机的两个放置光纤孔在同一水平轴线上，光纤推进台与精密千分尺连接，在千分尺旋钮作用下能带动光纤精确移动，精密千分尺的测量范围为0至50毫米。
一种全光纤型超小探针的制作方法，采用上述装置进行制作，其特征在于，包括如下步骤：
（1）把CCD摄像机安置在显微镜的CCD适配器上，并通过数据线与计算机连接，打开CCD摄像机和计算机的电源开关，使显微镜物镜的场景信息显示在计算机的显示屏中；
（2）把光纤超声切割机和高精度光纤拉直与位移推进机构安置在显微镜的底座上，使光纤超声切割机的两个放置光纤孔与高精度光纤拉直与位移推进机构的磁吸夹锁在同一水平轴线上，调整光纤超声切割机、高精度光纤拉直与位移推进机构以及由物镜纵向位移调整旋钮控制的显微镜物镜的相对位置，使光纤超声切割机刀口出现在计算机的显示屏中，然后用螺栓固定光纤超声切割机和高精度光纤拉直与位移推进机构；
（3）将制作探针需要焊接在一起的两根不同种类的光纤，使待焊接的部分通过去涂覆层并用酒精棉球擦拭干净后，放置在光纤熔接机上进行焊接并留下沿光纤轴线方向长不足5微米的焊点；
（4）将焊接后的光纤放置在光纤超声切割机的放置光纤孔内，拉直后由磁吸夹锁固定在高精度光纤拉直与位移推进机构的光纤推进台上，通过千分尺旋钮调整光纤位移，并通过显微镜物镜纵向位移调整旋钮和显微镜物镜放大倍数调整旋钮分别调整显微镜物镜纵向位移及其放大倍数，使光纤超声切割机刀口正对焊点位置并显示在计算机的显示屏中；
（5）通过千分尺旋钮推进光纤位移，并由精密千分尺精确记录，使光纤移动至欲留下光纤长度0.1毫米的切割位置处；
（6）锁定光纤超声切割机的放置光纤孔以固定光纤，然后启动光纤超声切割机刀口进行光纤长度0.1毫米切割；
（7）切割后剩下的由两种光纤焊接在一起的单根光纤，如需与之焊接并切割另外一种光纤，重复（1）-（6）的步骤。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：将光纤熔接机、光纤超声切割机、高精度光纤拉直与位移推进机构与显微镜有机结合，并在CCD和计算机的配合下协调工作，实现了对超小光纤切割长度的精确监测和记录，并能实现对尺寸不超过5微米的焊点及其相对光纤超声切割机刀口推进0.1毫米量级位移的实时监视，而且操作容易、便捷。
附图说明
图1是典型的光纤熔接机焊接两种不同种类光纤的示意图；
图2是本发明所设计的基于显微镜技术的高精度光纤长度切割装置立体示意图；
图3是本发明所设计的高精度光纤拉直与位移推进机构的立体示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图论述如下：
实施例一：参见图1、图2和图3，本实施例所用的全光纤型超小探针的制作装置，包括光纤熔接机（101）、光纤超声切割机（208）、高精度光纤拉直与位移推进机构（212）、显微镜（201）、CCD摄像机（206）和计算机（207），其特征在于，光纤熔接机（101）置于显微镜（201）所在的光学平台上；光纤超声切割机（208）通过螺栓固定在显微镜（201）的底座上；高精度光纤拉直与位移推进机构（212）通过螺栓固定在显微镜（201）底座上光纤超声切割机（208）的一侧；CCD摄像机（206）与显微镜（201）上的CCD适配器（202）连接，并通过数据线与计算机（207）连接。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
（1）显微镜（201）可采用中国上海宙山精密光学仪器有限公司生产的型号为XTL-2400的体视显微镜，带有CCD适配器（202）、显微镜物镜（203）、物镜放大倍数调整旋钮（204）、物镜纵向位移调整旋钮（205）；
（2）光纤熔接机（101）可采用日本古河电器工业株式会社制造商生产的型号为S117A的Fusion Splicer熔接机；
（3）光纤超声切割机（208）可采用美国PK TECHNOLOGY制造商生产的型号为FKⅡ-4的Fiber Cleaver切割机，通过螺栓固定在显微镜（201）的底座上，光纤超声切割机（208）上带有刀口（209）以及左右两个放置光纤孔（210、211）；
（4）高精度光纤拉直与位移推进机构（212）通过螺栓固定在显微镜（201）的底座上，带有光纤推进台（301）、精密千分尺（302）和磁吸夹锁（214），其中，磁吸夹锁（214）与光纤超声切割机（208）的两个放置光纤孔（210、211）在同一水平轴线上，光纤推进台（301）与精密千分尺（302）连接，在千分尺旋钮（213）作用下能带动光纤精确移动，精密千分尺的测量范围为0至50毫米。
实施例三：基于实施例一与实施例二所述的装置，本发明实现了全光纤型超小探针的制作方法，具体步骤是：
（1）把高分辨率CCD（206）安置在显微镜（201）的CCD适配器（202）上，并连接与计算机（207）的数据线，打开高分辨率CCD（206）和计算机（207）的电源开关，使显微镜物镜（203）的场景信息显示在计算机（207）的显示屏中；
（2）把光纤超声切割机（208）和光纤拉直机构（212）安置在显微镜（201）的底座上，使光纤超声切割机（208）的两个放置光纤孔（210和211）与光纤拉直机构（212）的磁吸夹锁（214）在同一水平轴线上，通过粗调光纤超声切割机（208）、光纤拉直机构（212）以及由物镜纵向位移调整旋钮（205）控制的显微镜物镜（203）的相对位置，使光纤超声切割机刀口（209）出现在计算机（207）的显示屏中，然后用螺栓固定光纤超声切割机（208）和光纤拉直机构（212）；
（3）将制作探针需要焊接在一起的两根不同种类的光纤（102和103），使待焊接的部分通过去涂覆层并用酒精棉球擦拭干净后放置在光纤熔接机（101）上进行焊接并留下焊点（106）；
（4）将焊接后的光纤放置在光纤超声切割机的放置光纤孔（210和211）内，由磁吸夹锁（214）固定在拉直机构（212）上，通过精密千分尺（213）调整光纤位移，并通过显微镜物镜纵向位移调整旋钮（205）和显微镜物镜放大倍数调整旋钮（204）分别调整显微镜物镜纵向位移及其放大倍数，使光纤超声切割机刀口（209）正对焊点（106）位置并显示在计算机（207）的显示屏中；
（5）通过精密千分尺（213）精确推进光纤位移，使光纤移动至欲留下光纤长度的切割位置处，该过程显示在计算机（207）的显示屏中（215），并记录光纤位移推进数值即欲光纤切割长度；
（6）锁定光纤超声切割机（208）的放置光纤孔（210和211）以固定光纤，然后启动光纤超声切割机刀口（209）进行光纤长度切割；
（7）切割后剩下的由两种光纤焊接在一起的单根光纤，如需与之焊接并切割另外一种光纤，重复（1）-（6）的步骤。
本发明的具体实施例可实现不超过10微米量级的光纤长度切割精度，并能实现由三种以上不同光纤组成的、总长1毫米量级的全光纤型超小探针的制作。

Claims (5)

1.一种全光纤型超小探针的制作装置，包括光纤熔接机（101）、光纤超声切割机（208）、高精度光纤拉直与位移推进机构（212）、显微镜（201）、CCD摄像机（206）和计算机（207），其特征是：光纤熔接机（101）置于显微镜（201）所在的光学平台上；光纤超声切割机（208）通过螺栓固定在显微镜（201）的底座上；高精度光纤拉直与位移推进机构（212）通过螺栓固定在显微镜（201）底座上光纤超声切割机（208）的一侧；CCD摄像机（206）与显微镜（201）上的CCD适配器（202）连接，并通过数据线与计算机（207）连接。
2.根据权利要求1所述的全光纤型超小探针的制作装置，其特征是：显微镜（201）可采用中国上海宙山精密光学仪器有限公司生产的型号为XTL-2400的体视显微镜，带有CCD适配器（202）、显微镜物镜（203）、物镜放大倍数调整旋钮（204）、物镜纵向位移调整旋钮（205）。
3.根据权利要求1或2所述的全光纤型超小探针的制作装置，其特征是：光纤熔接机（101）可采用日本古河电器工业株式会社制造商生产的型号为S117A的Fusion Splicer熔接机；光纤超声切割机（208）可采用美国PK TECHNOLOGY制造商生产的型号为FKⅡ-4的Fiber Cleaver切割机，通过螺栓固定在显微镜（201）的底座上，光纤超声切割机（208）上带有刀口（209）以及左右两个放置光纤孔（210、211）。
4.根据权利要求2或3所述的全光纤型超小探针的制作装置，其特征是：高精度光纤拉直与位移推进机构（212）通过螺栓固定在显微镜（201）的底座上，带有光纤推进台（301）、精密千分尺（302）和磁吸夹锁（214），其中，磁吸夹锁（214）与光纤超声切割机（208）的两个放置光纤孔（210、211）在同一水平轴线上，光纤推进台（301）与精密千分尺（302）连接，在千分尺旋钮（213）作用下能带动光纤精确移动，精密千分尺的测量范围为0至50毫米。
5.一种基于权利要求1所述的全光纤型超小探针的制作装置的全光纤型超小探针的制作方法，其特征包括如下步骤：
（1）把CCD摄像机（206）安置在显微镜（201）的CCD适配器（202）上，并通过数据线与计算机（207）连接，打开CCD摄像机（206）和计算机（207）的电源开关，使显微镜物镜（203）的场景信息显示在计算机（207）的显示屏中；
（2）把光纤超声切割机（208）和高精度光纤拉直与位移推进机构（212）安置在显微镜（201）的底座上，使光纤超声切割机（208）的两个放置光纤孔（210、211）与高精度光纤拉直与位移推进机构（212）的磁吸夹锁（214）在同一水平轴线上，调整光纤超声切割机（208）、高精度光纤拉直与位移推进机构（212）以及由物镜纵向位移调整旋钮（205）控制的显微镜物镜（203）的相对位置，使光纤超声切割机刀口（209）出现在计算机（207）的显示屏中，然后用螺栓固定光纤超声切割机（208）和高精度光纤拉直与位移推进机构（212）； 
（3）将制作探针需要焊接在一起的两根不同种类的光纤（102、103），使待焊接的部分通过去涂覆层并用酒精棉球擦拭干净后，放置在光纤熔接机（101）上进行焊接并留下沿光纤轴线方向长不足5微米的焊点（106）；
（4）将焊接后的光纤放置在光纤超声切割机的放置光纤孔（210、211）内，拉直后由磁吸夹锁（214）固定在高精度光纤拉直与位移推进机构（212）的光纤推进台（301）上，通过千分尺旋钮（213）调整光纤位移，并通过显微镜物镜纵向位移调整旋钮（205）和显微镜物镜放大倍数调整旋钮（204）分别调整显微镜物镜纵向位移及其放大倍数，使光纤超声切割机刀口（209）正对焊点（106）位置并显示在计算机（207）的显示屏中；    
（5）通过千分尺旋钮（213）推进光纤位移，并由精密千分尺（302）精确记录，使光纤移动至欲留下光纤长度0.1毫米的切割位置处；
（6）锁定光纤超声切割机（208）的放置光纤孔（210、211）以固定光纤，然后启动光纤超声切割机刀口（209）进行光纤长度0.1毫米切割；
（7）切割后剩下的由两种光纤焊接在一起的单根光纤，如需与之焊接并切割另外一种光纤，重复（1）-（6）的步骤。
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