CN108037582A - 一种单光纤扫描器件 - Google Patents
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Abstract
一种单光纤扫描器件，该扫描器由光传导纤芯1，外部金属包裹层2，压电薄层3以及金属电极层4构成。该装置将基于压电薄层3的压电振动控制系统集成到光传导纤芯1，通过给外部金属包裹层2与金属电极层4加载需要的电信号，可以造成压电薄膜3的周期性形变，从而实现光纤的振动。该装置通过集成实现了单光纤振动扫描功能，有效降低了振动扫描系统核心元件的尺寸，有利于精细微纳扫描系统中的应用。
Description
技术领域
一种单光纤扫描器件，属于光纤领域，特别是可用于扫描、成像的光纤装置。
背景技术
光纤是一种重要的光波导器件，应用光纤对于光源出射光进行导向或收集光纤端的图像信息是光纤应用的两个重要方面，比如医疗用内窥镜系统、激光投影系统等。通常完整纤芯直径在几十微米到上百微米不等，为了形成具有一定尺寸的光源出射面或图像采集端，大多采用光纤集束的形式来扩大光纤端面面积，从而增大信息采集面。这种光纤应用方式难以完全发挥光纤的优势，不仅所形成的端面有限，而且尺寸也难以降低。
通过将光纤与具有振动特性的压电器件整合，实现光纤的振动扫描是光纤应用的一个重要突破。发展至今，市场上也涌现出许多基于这一理念实现的光纤扫描系统。目前，基于光纤的扫描器件多采用具有可控振动器件与光纤进行绑定制备而成，例如压电陶瓷片、压电陶瓷柱以及压电陶瓷管等。所有这类可控振动器件大都具有独立的结构，因而与光纤组合成具有扫描功能的系统多采用器件之间的高温键合、粘合等工艺来实现系统组装。一方面这种毫米尺寸下器件的组装工艺难度较大，另一方面基于此类组装工艺实现的光纤扫描系统受到可控振动器件的尺寸限制，难以做到与光纤相比拟的尺寸。
从基于光纤扫描成像系统的应用市场来看，从小型化向微型化发展，缩减系统尺寸，减少其在整个应用系统中的占比是发展的一个重要方向，而且现在也已经有相当大的市场，特别是在医疗用内窥系统中，比如内窥镜应用中降低其尺寸，使其更加适宜于应用到心脏内窥、肺气管内窥等，再比如手机投影系统中替代传统振镜结构，实现微米级别的扫描结构等。
为此，本发明提出一种新型的单光纤扫描器件，该器件集成了压电控制模块与光纤扫描模块，可实现光纤扫描系统的最小化。
发明内容
在本发明中针对现有技术存在的问题提出了一种单光纤扫描器件，在传统光纤上通过微纳加工工艺集成了压电控制模块与光纤扫描模块，可以最低限度的实现具有扫描功能的光纤扫描系统。
一种单光纤扫描器件，其特征在于包含了光传导纤芯1，外部金属包裹层2，压电薄层3以及金属电极层4。
作为优选，上述的一种单光纤扫描器件其光传导纤芯1为由玻璃光芯和包层构成的传统结构光纤、塑料光纤、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）中的一种。
作为优选，上述的一种单光纤扫描器件其金属包裹层2为金、银、镍、铝、铜、铁、铂、钴、钛、钨、钼以及由上述材料构成合金材料中的一种或多种复合层。
作为优选，上述的一种单光纤扫描器件其压电薄层3为锆钛酸铅、铌镁锆钛酸铅、铌锌酸铅钛酸铅、铌镍酸铅钛酸铅、聚偏二氟乙烯中的一种。
作为优选，上述的一种单光纤扫描器件其金属电极层4为金、银、镍、铝、铜、铁、铂、钴、钛、钨、钼以及由上述材料构成合金材料中的一种或多种复合层。
作为优选，上述的一种单光纤扫描器件其金属电极层4沿光纤轴向等分切割为n等份，n取值为2，4，6，8中之一。
与现有技术相比，本发明具有如下优点通过将可控振动器件集成制备在光纤上，形成具有振动功能的光纤，这种可振动的光纤尺寸将主要受到光纤自身尺寸的限制，能够实现扫描光纤系统的最小化，最终获得微米级别的扫描系统。。
附图说明
图1为一种单光纤扫描器件结构图。
图2为一种单光纤扫描器件剖面图。
具体实施方式
下面结合附图2对本发明中描述的一种可振动的光纤以及其使用方式作进一步详细描述。
一种可振动的光纤，具体结构如下：采用基于玻璃纤芯的光纤1作为扫描光的出射端，光纤1的外层包裹了一层金电极2，在金电极2上面制备有锆钛酸铅膜3，在锆钛酸铅膜3的上面还制备有4等份的金电极4-1，4-2，4-3，4-4。金电极2，锆钛酸铅膜3以及金电极4构成类似于三明治的结构，并且金电极4与金电极2之间绝缘。
工作时，在电极4-1, 4-3上分别加载20V正弦电压，-20V正弦电压，相对电极4-2，4-4分别空置，金电极2作为接地端。这样，在锆钛酸铅膜3上与4-1和4-3电极相对应位置加载的反向电压就会产生相反方向的形变，这种相反方向形变最终会推动光纤向同一方向偏离。在周期信号控制下，光纤就实现了沿4-1与4-3方向的线性扫描。
本发明不仅限于上述实施方式，可以在实施阶段在不脱离其主旨的范围内变形结构要素并使其具体实现。此外，通过在上述实施方式中公开的多个结构要素的适当组合，能够形成各种发明方式。
Claims (6)
1.一种单光纤扫描器件，其特征在于包含了光传导纤芯1，外部金属包裹层2，压电薄层3以及金属电极层4。
2.根据权利要求1所述的一种单光纤扫描器件，其特征在于光传导纤芯1为由玻璃光芯和包层构成的传统结构光纤、塑料光纤、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种单光纤扫描器件，其特征在于金属包裹层2为金、银、镍、铝、铜、铁、铂、钴、钛、钨、钼以及由上述材料构成合金材料中的一种或多种复合层。
4.根据权利要求1所述的一种单光纤扫描器件，其特征在于压电薄层3为锆钛酸铅、铌镁锆钛酸铅、铌锌酸铅钛酸铅、铌镍酸铅钛酸铅、聚偏二氟乙烯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种单光纤扫描器件，其特征在于金属电极层4为金、银、镍、铝、铜、铁、铂、钴、钛、钨、钼以及由上述材料构成合金材料中的一种或多种复合层。
6.根据权利要求1所述的一种单光纤扫描器件，其特征在于金属电极层沿光纤轴向等分切割为n等份，n取值为2，4，6，8中之一。
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