CN106199835A

CN106199835A - 一种光纤透镜制作方法及光纤透镜

Info

Publication number: CN106199835A
Application number: CN201610575005.6A
Authority: CN
Inventors: 李贺飞; 白明基; 段献学; 宫奎
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Hefei BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Hefei BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2016-12-07

Abstract

本发明提供一种光纤透镜制作方法及光纤透镜。所述方法包括：将光纤的一端浸泡在刻蚀溶液中进行刻蚀，在所述一端形成容纳槽，所述光纤包括包层和被所述包层包裹的纤芯，所述纤芯在所述刻蚀液中的刻蚀速度大于所述包层在所述刻蚀液中的刻蚀速度；将透明光学材料填充入所述容纳槽中，形成光纤透镜。所述光纤透镜，采用本发明任意一项实施例所提供的制作方法制作得到。本发明所提供的光纤透镜制作方法及光纤透镜，能够通过简单的工艺制作光纤透镜。

Description

一种光纤透镜制作方法及光纤透镜

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种光纤透镜制作方法及光纤透镜。

背景技术

随着科学技术的不断发展，越来越多的传感器被应用到现代工业生产中。而在特定情况下采用传统的传感器不能够发挥作用时，光纤传感器可以代替传统的传感器用于执行复杂的测量。光纤传感器具有抗电磁干扰、抗原子辐射干扰、质量轻、绝缘、耐水、耐高温、耐腐蚀、灵敏、精确、小巧等优点。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。

光纤微透镜在传感器、通信、计量、医学影像等关键技术领域起到了不可替代的作用。光纤微透镜广泛应用于准直器、聚焦透镜、天文观察、通信、光开关、工业制造、混合传感器、国防安全等重要领域。传统光纤微透镜的制作是采用光刻技术来制作，而这些工艺操作都需要在净化室中进行，且制作工艺复杂，另外还包括熔融拉伸法、刻蚀法、熔融石英、研磨抛光等方法，这些方法往往都需要复杂的操作工艺及高昂的设备，导致制作成本比较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光纤透镜制作方法及光纤透镜，能够通过简单的工艺制作光纤透镜。

基于上述目的本发明提供的光纤透镜制作方法，包括如下步骤：

将光纤的一端浸泡在刻蚀溶液中进行刻蚀，在所述一端形成容纳槽，所述光纤包括包层和被所述包层包裹的纤芯，所述纤芯在所述刻蚀液中的刻蚀速度大于所述包层在所述刻蚀液中的刻蚀速度；

将透明光学材料填充入所述容纳槽中，形成光纤透镜。

可选的，所述光纤还包括包裹所述包层的涂覆层；所述将光纤的一端浸泡在刻蚀溶液中进行刻蚀的步骤之前，还包括：

将所述光纤的一端的涂覆层剥除，使得所述光纤的一端的所述包层暴露。

可选的，所述将所述光纤的一端的涂覆层剥除，使得所述光纤的一端的所述包层暴露的步骤之后，还包括：

使用清洁剂将所述一端的包层表面以及所述一端的纤芯表面清洁干净。

可选的，所述将透明光学材料填充入所述容纳槽中，形成光纤透镜的步骤之后，还包括：

将填充到所述容纳槽中的透明光学材料固化。

可选的，将填充入所述容纳槽中的透明光学材料固化时，将填充有所述透明光学材料的所述光纤放入高低温箱中，使用25°-35°的温度对所述光纤进行烘干，烘干持续时间为0.5-4分钟。

可选的，所述将透明光学材料填充入所述容纳槽中的步骤之前，还包括：

对所述光纤进行清洗，去除残余的刻蚀溶液。

可选的，所述刻蚀溶液为氢氟酸溶液。

可选的，将透明光学材料填充入所述容纳槽中时，采用喷墨打印设备，将所述透明光学材料喷涂入所述容纳槽中。

可选的，所述透明光学材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、紫外固化胶、树脂、和/或热塑性材料。

可选的，所述透明光学材料中还填充有感光颗粒和/或纳米颗粒。

同时，本发明提供一种光纤透镜，采用本发明任意一项实施例所提供的制作方法制作得到。

本发明通过腐蚀光纤端面制作凹槽，在凹槽中添加透明材料来制作光纤微透镜，具有精度高、成本低、制作效率高、且能够制作成不同直径的微透镜，很适合大规模批量生产。另外，可以通过控制凹槽的深度以及直径来调节光纤微透镜的光耦合效率，因此适用于制作成不同规格的光线透镜，使用范围不受限制。

附图说明

图1为本发明实施例的光纤透镜制作方法流程示意图；

图2A为本发明实施例的光纤透镜制作时将光纤浸泡在刻蚀液中的状态示意图；

图2B为本发明实施例的光纤透镜制作时光纤刻蚀完毕示意图；

图2C为本发明实施例的透明材料填充到容纳槽中的步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明首先提供一种光纤透镜制作方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤101：将光纤的一端浸泡在刻蚀溶液中进行刻蚀，在所述一端形成容纳槽，所述光纤包括包层和被所述包层包裹的纤芯，所述纤芯在所述刻蚀液中的刻蚀速度大于所述包层在所述刻蚀液中的刻蚀速度；

步骤102：将透明光学材料填充入所述容纳槽中，形成光纤透镜。

从上面所述可以看出，本发明通过一种简单的方法就能够实现光纤透镜的制作，无需复杂的设备和工艺，能够降低制造成本，并提高生产制造速度，从而能够降低光纤透镜的成本。

由于光纤的纤芯与包层的材料性质不同，在某些玻璃刻蚀液中，纤芯的刻蚀速度与包层刻蚀速度不同，因此可以利用光纤的这一性质制作光纤透镜。

在本发明具体实施例中，所述透明光学材料可以是玻璃、透明树脂、透明塑料等。所述透明树脂具体可以是：聚碳酸酯、聚对笨二甲酸乙二醇酯、醋酸纤维素、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。

在本发明具体实施例中，将透明光学材料填充入所述容纳槽中时，所述透明光学材料为液体状态、或半液体状态、或部分液体状态、或胶状、或部分胶状、或部分固化状态等可以流入所述容纳槽中的状态。

在本发明一种实施例中，仍然参照图1，所述光纤还包括包裹所述包层的涂覆层；所述将光纤的一端浸泡在刻蚀溶液中进行刻蚀的步骤之前，还包括：

步骤100：将所述光纤的一端的涂覆层剥除，使得所述光纤的一端的所述包层暴露。将涂覆层剥除后，避免涂覆层影响刻蚀过程，有助于在利用刻蚀液对光纤进行刻蚀时观察并监测刻蚀状况。

在本发明一种实施例中，所述将所述光纤的一端的涂覆层剥除，使得所述光纤的一端的所述包层暴露的步骤之后，还包括：

使用清洁剂将所述一端的包层表面以及所述一端的纤芯表面清洁干净。具体的，可以通过清洁液、清洁布等物品进行清洁，防止在刻蚀的时候因为纤芯表面的杂质影响纤芯的刻蚀质量。

在本发明一些实施例中，所述将透明光学材料填充入所述容纳槽中，形成光纤透镜的步骤之后，还包括：

将填充到所述容纳槽中的透明光学材料固化。具体的，固化方式可以是热固化、自然固化、紫外线固化、特殊条件固化(如电流固化、电场固化)等。

在本发明一些实施例中，将填充入所述容纳槽中的透明光学材料固化时，将填充有所述透明光学材料的所述光纤放入高低温箱中，使用25°-35°的温度对所述光纤进行烘干，烘干持续时间为0.5-4分钟。使用高低温箱进行烘干固化，为一种简单容易实现的烘干方式，且高低温箱成本较低，因此在烘干阶段也无需耗费太多的成本。

在本发明一些具体实施例中，将所述透明光学材料固化后，还包括：对所述固化后的透明光学材料进行形状或表面加工。从而能够得到特殊形状或特殊表面特性的光纤透镜。

在本发明一些实施例中，所述将透明光学材料填充入所述容纳槽中的步骤之前，还包括：

对所述光纤进行清洗，去除残余的刻蚀溶液。清洗残余的刻蚀溶液，能够使刻蚀的凹槽定性，避免残余的刻蚀溶液损坏透明光学材料或在凹槽已经形成后继续刻蚀剩余的光纤，影响光纤透镜的质量。

在本发明具体实施例中，所述对所述光纤进行清洗、去除残余的刻蚀溶液的步骤具体包括：

利用清洗液对所述光纤进行清洗，使得残余的刻蚀溶液去除；

将清洗后的光纤进行干燥。

在本发明一些实施例中，所述刻蚀溶液为氢氟酸溶液。

在本发明一些实施例中，将透明光学材料填充入所述容纳槽中时，采用喷墨打印设备，将所述透明光学材料喷涂入所述容纳槽中。采用喷墨打印技术在凹槽中喷涂透明光学材料制作光纤微透镜，结构简单，成本低，精度较高，适合批量制作且批量产品的一致性好。

在本发明其他实施例中，还可以适用其他注入设备将透明光学材料填充到所述容纳槽中。

在本发明一种具体实施例中，所述方法包括如下过程：

首先准备光纤，如图2A-2C所示，选取一段光纤200，使用光纤剥线钳将光纤200一端的涂覆层201剥除，使光纤包层202暴露；

用光纤切割刀将光纤端面203切割平整，并用酒精将光纤包层202表面以及光纤端面203擦试干净；

取一定量的氢氟酸溶液204放置于容器205中，并将去除涂覆层一端的光纤200包括光纤端面203浸入在氢氟酸溶液204中进行腐蚀，如图2A所示。光纤200的纤芯206与包层202的折射率不同，纤芯206的腐蚀速率大于包层202的腐蚀速率，从而在光纤端面203制作出凹槽207，如图2B所示；腐蚀时间大约为3分钟，凹槽207的深度以及直径可以通过调节腐蚀时间来进行控制；

将腐蚀之后的光纤200用去离子水进行冲洗，目的是将光纤包层202表面以及凹槽207中残留的氢氟酸溶液204彻底去除；之后，将光线放置于高低温箱中，30℃烘干1分钟；

将腐蚀完成后的光纤固定在喷墨打印设备208的平台上，采用喷墨打印技术，将喷涂材料209喷涂于光纤凹槽207中，从而完成光纤微透镜的制作，如图2C所示。所述喷涂材料可以是PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、紫外固化胶、树脂以及一些热塑性材料；

在本发明具体实施例中，所使用的光纤可以是单模光纤，多模光纤，在一些实施例中优选使用多模光纤。

在本发明一些实施例中，其特征在于，所述透明光学材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、紫外固化胶、树脂、和/或热塑性材料。

在本发明一些实施例中，所述透明光学材料中还填充有感光颗粒，使得所述光纤透镜具有特殊的光学性质。可以根据需要在透明光学材料中添加其他一些感光材料、纳米颗粒等，来制作一些相关传感器。

同时，本发明还提供一种光纤透镜，采用本发明任意一项实施例所提供的制作方法制作得到。

应当理解，本说明书所描述的多个实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种光纤透镜制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

将透明光学材料填充入所述容纳槽中，形成光纤透镜。

2.根据权利要求1所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，所述光纤还包括包裹所述包层的涂覆层；所述将光纤的一端浸泡在刻蚀溶液中进行刻蚀的步骤之前，还包括：

3.根据权利要求1所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，所述将透明光学材料填充入所述容纳槽中，形成光纤透镜的步骤之后，还包括：

将填充到所述容纳槽中的透明光学材料固化。

4.根据权利要求3所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，将填充入所述容纳槽中的透明光学材料固化时，将填充有所述透明光学材料的所述光纤放入高低温箱中，使用25°-35°的温度对所述光纤进行烘干，烘干持续时间为0.5-4分钟。

5.根据权利要求1所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，所述将透明光学材料填充入所述容纳槽中的步骤之前，还包括：

对所述光纤进行清洗，去除残余的刻蚀溶液。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，所述刻蚀溶液为氢氟酸溶液。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，将透明光学材料填充入所述容纳槽中时，采用喷墨打印设备，将所述透明光学材料喷涂入所述容纳槽中。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，所述透明光学材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、紫外固化胶、树脂、和/或热塑性材料。

9.根据权利要求8所述的光纤透镜制作方法，其特征在于，所述透明光学材料中还填充有感光颗粒和/或纳米颗粒。

10.一种光纤透镜，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的制作方法制作得到。