CN108292016B - 用于在光学纤维上生成微型结构的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在光学纤维(1)的轴端(1a)上生成至少一个微型结构(5)的方法和装置。该方法包括以下步骤：提供(S10)光学纤维(1)；利用光刻胶(2)润湿(S20)光学纤维(1)的轴端(1a)；使光学纤维(1)与3D打印机的刻写束相对于彼此定向(S30)；通过借助于3D打印机使光刻胶(2)曝光来形成(S40)至少一个微型结构(5)。

Description

用于在光学纤维上生成微型结构的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于在光学纤维或玻璃纤维上产生微型结构的方法和装置，其中，微型结构具体为微型光学部件。
背景技术
光波导或光纤电缆以各种方式使用于各种领域中。作为使用光纤电缆的示例，可提及通信工程、材料处理、医学、测量技术以及装置或建筑物的照明。例如，医学领域中，尤其是在显微镜照明、导光电缆和内窥镜中的图像引导中，光纤电缆可出于照明和成像目的而使用。
根据所应用的领域，有必要将玻璃纤维或光纤电缆与其它光学元件结合起来。例如，可将透镜放置在玻璃纤维上，以便使光线穿过玻璃纤维然后穿过透镜传出。这里，例如，有可能会改变波前和/或强度分布，和/或有可能会影响偏振。对于许多应用，例如对于内窥镜检查，小型化也具有决定性的重要性，因此有必要提供与玻璃纤维结合的微型结构或微型光学部件。
具有小于1mm至3mm的尺寸的微型光学部件可通过与超精密机械加工相结合的精密微型注射成型方法或仅通过超精密机械加工来产生。然而，这些部件的目的并不是在玻璃纤维上使用。
微型注射成型方法在光学微型部件的生产上严重受限。除此之外，专用工具是必需的，以便首先仅均匀地熔化很小的体积，随后将其供应至注射工具。此外，光学设计必须适合于工具，以使得随后可以在不发生损坏的情况下将这些部件从注射成型机中再次移除。随后的精加工，诸如通过铣削或磨削进行浇口分离，也必须是非破坏性并且无污染的。此外，注射成型过程所需的阴模的生产因借助于腐蚀、铣削或磨削形成的小目标件尺寸而受到常规工具的尺寸限制。通过超精密机械加工来制造微型光学部件时也会出现这个问题。由于目标件的尺寸较小，而使得在放置于托座或插座中时的处理也变得更加困难。除此之外，较小的重量和静电效应也对此产生负面作用。
另一个问题在于将由常规方法所产生的微型光学元件与光学纤维进行联结。由于因纤维和微型光学部件具有较小尺寸而需要最精确地联结或对准待联结的部分，因此为达到这个目的，通常需要额外且复杂的调整步骤。
发明内容
因此，本发明的目标是提供用于在光学纤维或玻璃纤维上改进地(即，简单地)、可再生地且精确地生产微型结构(具体为生产微型光学部件)的方法和装置。
实现该目标的第一独立方面涉及一种用于在光学纤维或玻璃纤维的轴端上生成至少一个微型结构的方法，该方法包括以下步骤：
-提供光学纤维；
-利用光刻胶润湿光学纤维的轴端；
-使光学纤维或光学纤维的轴端或纤维芯与3D打印机的刻写束相互地、具体地以亚微米精度对准；以及
-借助于3D打印机通过使光刻胶曝光来形成至少一个微型结构。
微型结构具体包括微型光学结构和/或微型光学部件，例如微型透镜。微型结构优选具有2μm至1mm的范围内的尺寸。
在本说明书中使用术语“纤维(fiber)”时，术语“纤维”始终表示光学纤维或玻璃纤维。
本说明书中所使用的“光学纤维”具体指的是适于传输光的光波导或介质波导或光导电缆。本文中，光在由例如石英玻璃或塑料制成的光学纤维(聚合光学纤维)中传导。
这种光学纤维或光波导通常也被称为光纤电缆，其中，在其中通常捆扎了多根纤维或光波导，这机械地加强了对单根纤维的保护和稳定。
光学纤维或光波导由同心层组成。在光学纤维的中心，置有由包层包围的载光芯。就折射率引导型纤维而言，包层的折射率比芯的折射率小。光学纤维可具有100μm至1mm的直径。
然而，如本说明书中所使用的术语“光学纤维”不局限于只有传统的折射率引导型纤维，而是还包括诸如“空芯光子带隙纤维”的任何其它类型光学纤维，其中，“空芯光子带隙纤维”经由光子带隙效应来导光。这种纤维的包层中的空气间隔的周期性结构生成了光子带隙，因此具有带隙内的频率的光不能穿过包层传播，但可在纤维芯中传播。与折射率引导型纤维不同，在空芯光子带隙纤维中，不存在芯区的折射率必须比包层的折射率大的情况。空芯光子带隙纤维可以是空芯纤维的具体实施方式，空芯纤维的芯优选由空气填充。具体地，这种纤维的芯没有填充不同于空气的特殊介质。
光学纤维的芯和/或包层可由其它保护层包围，具体地，由塑料制成的保护层。根据相应的应用，芯可具有数微米至数百微米的直径。如果光学纤维具有坚硬或固定的芯，则该光学纤维为光学硬芯纤维或光学实芯纤维。另一方面，如果光学纤维的芯具有空腔，则该光学纤维为光学空芯纤维或光学毛细纤维。光学空芯纤维的芯或腔体可由气体或液体填充。例如，空芯纤维可由对于白光/超连续谱的产生、对于受激拉曼散射或对于中红外线的产生具有极佳的非线性光学性能的液体来填充。
光学纤维的轴端应理解为纤维的轴端部分或轴端区域。光学纤维基本上具有两个轴端，即第一轴端和第二轴端。在本发明的上下文中，第一轴端应理解为纤维的、待设有微型结构并为此而用光刻胶润湿的轴端。因此，纤维的第一轴端是纤维的、在刻写过程期间或在光刻胶曝光期间面向3D打印机或3D打印机的刻写束的轴端。纤维的第二轴端是纤维的、与纤维的第一轴端相对的轴端，并因而是在刻写过程期间或在光刻胶曝光期间背离3D打印机或3D打印机的刻写束的轴端。
利用光刻胶润湿光学纤维的轴端也可被称为光阻涂布。
具体地，所使用的光刻胶可以是单独的或与其它光刻胶组合的所谓的浸入式平版印刷光刻胶。优选地，使用无溶剂的、特别是紫外线敏感的光刻胶，这种光刻胶不会破坏或溶解3D打印机的物镜的胶合。当使用无溶剂的光刻胶时，不需要进一步进行平版印刷中通常很常见的烘烤过程。由于待产生的微型结构具有很小的尺寸，因而该方式特别地有利，这是因为只有以极大的难度才能够控制溶剂的受控脱气以具有均匀的材料性质。优选地，使用透明的光刻胶来生产光学器件。然而，原则上，只要用于刻写操作的光刻胶(即，在光刻胶聚合之前)对刻写束或激光束大致为透明的，那么使用吸收材料或反射材料也是可能的。例如，可使用下列光刻胶：Nanoscribe IP-S、Nanoscribe IP-Dip和/或微型光阻技术OrmoComp(Micro resist technology OrmoComp)。
在应用光刻胶之后，进行光学纤维或光学纤维的由光刻胶所润湿的轴端与3D打印机的刻写束的相互对准，具体地，以亚微米精度进行对准。
借助于3D打印技术、即借助于3D打印机或3D打印方法来将微型结构应用于光学纤维或光学纤维的轴端。3D打印机或3D打印方法优选是3D平版印刷系统或3D平版印刷方法，并且具体是3D激光平版印刷系统或3D激光平版印刷方法。作为3D打印机或3D打印系统的示例，提及Nanoscribe股份有限公司的商业可获得的3D激光平版印刷系统“PhotonicProfessional GTTM”，该系统是基于UV固化光刻胶的双光子聚合。应理解的是，原则上也可使用其它3D打印机或其它3D打印方法。
对准之后，通过借助于3D打印机使光刻胶曝光来形成至少一个微型结构。具体地，光刻胶曝光于3D打印机的刻写束或激光束。光刻胶是光敏物质，因而由曝光(即通过引入预设波长或预设波长范围内的电磁辐射)而改变光刻胶的内部结构。具体地，光刻胶在曝光位置处硬化或聚合。优选地基于预设布局或设计来执行至少一个微型结构的形成或刻写，预设布局或设计由例如3D打印机的软件提供或生成。
如在本说明书中所使用的术语“形成”至少一个微型结构包括至少一个微型结构的应用、生产、制造、曝光和/或刻写(具体为平版印刷刻写)。换言之，至少一个微型结构连接至光学纤维或光学纤维的轴端。具体地，至少一个微型结构通过以固定(即不可拆卸)的样式连接至光学纤维这种方式进行设计。
利用根据本发明的方法，光学元件可有利地在具有一微米以下分辨率的光学纤维上直接生成，这允许对光产生影响。具体地，可生成诸如衍射元件、折射元件或反射元件的不同元件的小型化组合。单独的光学元件的形状几乎可任意地选择，即具体地，也可在对光学设计没有限制的情况下生成更多复杂的结构。
例如，利用根据本发明的方法，可在玻璃纤维端部上直接产生自由形态的微型透镜，从而可实现具有小于1mm的尺寸的内窥镜。此外，多透镜折射、反射或衍射物镜可直接制造在纤维端部上。同样地，具有不对称表面的自由形态的光学器件可能会例如直接调节所需表面上的光分布。
由于该生产直接发生在光学玻璃纤维上，因而微部件的处理非常简单。此外，由于不需要阴模，因而可不需额外操作来生成不同的光学设计。此外，由若干光学子元件另外组成的复杂光学设计也是可能的。
根据本发明的方法允许生成具有高于10μm的尺寸和≤1μm的分辨率的光学结构。
由于在根据本发明的方法中，光学部件直接制造于光学纤维上，因而不需要随后将微型光学器件联结至纤维。具体地，这也在使用浸入式多光子激光平版印刷方法产生微型光学器件、但已将该微型光学器件形成在传统的平坦基底上时适用。
在优选实施方式中，光学纤维轴端的润湿包括将光学纤维的轴端浸入至光刻胶储液器中。
在本发明的范围内，已发现通过将光学纤维的轴端浸入至光刻胶储液器中来润湿或光刻胶涂布光学纤维导致了均匀且可再生的结果。因此可有利地避免对于纤维而言仅非常受限或根本不可能的通过喷雾或旋涂进行的光刻胶涂布。
光刻胶储液器可以是存储于纤维可浸入的外部容器中的光刻胶。然而，优选地，纤维浸入其中的光刻胶或光刻胶储液器直接位于3D打印机的物镜上。换言之，首先优选地将光刻胶施加于3D打印机的物镜。然后，有利地使用该施加于物镜的光刻胶作为用于浸没或涂布光学纤维的待在其上进行刻写的端部的光刻胶储液器。
优选地，在光刻胶或光刻胶储液器中移动或旋转光学纤维或光学纤维的轴端。可替代地或另外地，光学纤维的轴端的润湿包括利用超声处理，即，将纤维或纤维的轴端放置于超声波浴中。此外，优选地，在将光学纤维的轴端浸入光刻胶储液器中或浸入至超声波浴中之后，经过预设的时间直至光刻胶均匀地包围纤维的轴端或纤维端表面。
以这种方式，可有利地避免空气夹杂和光刻胶流动。
在另一优选实施方式中，借助于发光二极管、具体为激光二极管来执行光学纤维与3D打印机的刻写束的相互对准。优选地，光学纤维与3D打印机的刻写束的相互对准包括具体地借助于发光二极管或激光将光耦合至光学纤维的第二轴端中，即耦合到与利用光刻胶润湿的轴端相对或者在操作期间背离3D打印机或背离3D打印机的刻写束的轴端。
将光耦合至光学纤维中优选以这样的方式发生：所耦合的光使光学纤维的纤维芯在光学纤维的待用光刻胶机械加工或润湿的端部上可见或可识别，具体地，对调整相机可见或可识别。
所接入的光使得能够照亮待机械加工的第一轴端或相关的第一纤维端表面，因此光使得纤维芯在第一轴端处或在第一纤维端表面处可见或可识别，具体地，对调整相机可见或可识别。
可替代地或另外地，光学纤维与3D打印机的刻写束的相互对准包括纤维边缘或纤维边界的识别。
与传统方法相比，以利用根据本发明的方法的这种方式，高精度对准、即以亚微米精度对准是可能的。在将传统生产的微型光学部件随后联结至光学纤维期间，只能以极高的难度才能实现这样的对准。在传统的方法中，为实现同样良好的对准至少需要附加的调整步骤。然而，在根据本发明的方法中，这种附加的调整步骤是不必要的。
在另一优选实施方式中，光学纤维与3D打印机的刻写束的相互对准还包括确定光学纤维或纤维芯的径向中心点的位置，并将所确定的位置限定为3D打印机的坐标系的坐标零点。光学纤维的径向中心点位置的确定例如可基于耦合至纤维的第二轴端中的光来执行。
优选地，借助于耦合至光学纤维的第二端中的光束，将与第一轴端相关的纤维端表面投影至调整相机上，并将3D打印机的坐标零点大致放置于纤维芯中心点中，具体地以亚微米精度来放置。换言之，光学纤维的纤维芯中心点优选用作坐标零点，具体地以亚微米范围内的精度。
在另一优选实施方式中，使用调节相机和/或使用图像识别算法来执行光学纤维与3D打印机的刻写束的对准，具体地，至少部分地自动执行。
可替代地或另外地，使用反向修正显微镜来执行光学纤维与3D打印机的刻写束的对准，其中，反向修正显微镜可以是3D打印机的一部分。反向显微镜应理解为指的是这样的显微镜，即一个物镜或多个物镜在该显微镜中布置和/或附接于待在其上进行刻写的样本或纤维的下方。术语“修正的”指的是将刻写束或激光束耦合至显微镜中。
通过使用反向修正显微镜，使用Nanoscribe股份有限公司的商业双光子平版印刷系统也是如此，待在其上进行刻写的元件和待生成的目标件可以相对于彼此以纳米精度对准，具体地是借助于压电位移单元和/或机械位移单元进行对准。
在另一优选实施方式中，至少一个微型结构的形成包括借助于三维结构、具体为多光子激光平版印刷来使光刻胶部分聚合。优选地通过改变或转变或移动激光聚焦(具体地借助于检流计扫描头)来执行光刻胶的部分聚合。
检流计扫描头包括一个或多个可移动反光镜，并确保激光在刻写区域上扫描。本文中，激光束通过反光镜的运动而偏转。通过使用例如也在Nanoscript Professional GT中使用的检流计扫描头，并非将目标件而是将刻写激光聚焦移动至每个位置。因此，与通过借助于机械位移台或压电位移台移动待刻写的元件的生产相比，可达到更短的生产时间并获得生产精度上的优势。
在另一优选实施方式中，至少一个微型结构的形成还包括具体地借助于溶剂来移除残留的(即未曝光或未聚合的)光刻胶。
用于实现本目标的另一独立方面涉及一种用于在光学纤维的轴端上生成至少一个微型结构的装置，该装置包括：
保持件，用于布置并保持或固定或接纳光学纤维；
3D打印机，用于使施加于光学纤维的轴端的光刻胶曝光；以及
对准单元，用于使布置在保持件中的光学纤维或光学纤维的用光刻胶润湿的轴端与3D打印机的刻写束相互对准。
在优选实施方式中，对准单元包括用于将光耦合至光学纤维的第二轴端中的光源，例如发光二极管或激光。
可替代地或另外地，对准单元包括用于使布置于保持件中的光学纤维具体地以亚微米精度进行位移的位移单元，具体地为压电位移单元和/或机械位移单元。
可替代地或另外地，对准单元包括调整相机，该调整相机用于确定和/或检查布置于保持件中的光学纤维与3D打印机的刻写束的相互对准。
可替代地或另外地，对准单元包括用于检测纤维边缘的纤维边缘检测装置。纤维边缘检测装置优选地包括纤维边缘照明装置，可使用该纤维边缘照明装置来照亮纤维的第一轴端。此外，纤维边缘检测装置优选包括纤维边缘检测相机，该纤维边缘检测相机用于捕获纤维的可选地照亮的第一轴端的一个或多个图像。纤维边缘检测相机可以是上述调整相机和/或另外的相机。可借助于由纤维边缘检测相机所捕获的图像人工地识别纤维边缘。然而，优选地，纤维边缘检测装置包括微处理器或计算机，该微处理器或计算机可借助图像识别算法基于纤维边缘检测相机所捕获的至少一个图像来检测纤维的边缘。
在另一优选实施方式中，3D打印机包括反向修正显微镜。
对于上述另一独立方面，并且特别是对于该方面中的优选实施方式，上文或下文关于第一方面的实施方式所作的陈述也同样适用。具体地，上文或下文关于相应的其它方面的实施方式所作的陈述也适用于本发明的独立方面以及相应的优选实施方式。
在下文中，参照附图通过示例来描述用于解决本目标的个别实施方式。本文中，所描述的个别实施方式部分地具有为执行所要求保护的主题的非绝对必要特征，这些特征却在某些应用中提供了期望的性质。因此，不具有下文描述的实施方式的所有特征的实施方式也被视为通过落入所描述的技术教导下而被公开。此外，为避免不必要的重复，某些特征仅关于下文所描述的实施方式中的个别实施方式而被提及。因而，需指出的是，个别实施方式不仅应单独地考虑，而且应以组合的方式考虑。在该组合的基础上，技术人员应清楚，可通过并入其它实施方式的个别特征或若干特征来修正个别的实施方式。需指出的是，个别实施方式与参照其它实施方式描述的个别特征或若干特征的系统性组合可能是期望且有利的，并因而被认为并也被视为由本说明书所涵盖。
附图说明
图1示出了根据本发明的方法的示意性流程图；
图2示出了基于根据本发明的方法或根据本发明的装置的优选实施方式在光学纤维上进行微型结构的直接刻写操作的示意图；
图3示出了可借助于根据本发明的方法或根据本发明的装置在光学纤维上生成的示例性微型结构的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法的示意性流程图。在第一步骤S10中，提供光学纤维。在第二步骤S20中，利用光敏物质或光刻胶涂覆(即润湿)光学纤维的第一轴端。在第三步骤S30中，使光学纤维与3D打印机的刻写束或激光束相互对准。在第四步骤S40中，通过借助于3D打印机使光刻胶曝光来形成微型结构。
3D打印机优选地基于三维多光子激光平版印刷。具体地，3D打印机可以是3D飞秒激光平版印刷系统(3D femtosecond laser lithography system)，例如，Nanoscribe股份有限公司的“Photonic Professional GTTM”。用于在光敏材料中生成三维微型结构和纳米结构的技术是基于直接激光刻写，即非线性双光子吸收过程。在UV光的影响下固化的许多光刻胶在同时吸收来自于近红外光谱的两个光子时表现出类似的化学反应。对于这种效应的发生需要足够高的光强度，这种光强度可由超短脉冲激光器提供。将激光聚焦至光刻胶中，并将双光子聚合局部地限制在聚焦体积的区域。
根据本发明使用三维多光子激光平版印刷，以直接在光学纤维上生成光学微型元件。这里，借助于通过双光子吸收使光刻胶固化来直接在载体材料上逐层地构造这些部件。以这种方式，实现任何光学设计均是可能的。通过利用3D打印机另外打印或刻写并集成至设计或布局中的保持结构的协助，因而也能够生成复杂的结构(例如具有腔体的结构)。保持结构可用来保持某些结构或光学器件。在曝光之后，未固化的光刻胶可利用溶剂冲洗掉。形状偏差小于或等于1μm。
具体地，步骤S30可包括利用二极管照亮纤维的背离3D打印机的一端或纤维的背离3D打印机的一侧，以及随后，基于在纤维的面向3D打印机的一侧上明亮闪烁的纤维芯将光学纤维与刻写束对准。为此，不需要对纤维的面向3D打印机的一侧照明。可通过借助压电位移台或机械位移台使纤维位移，来人工地执行光学纤维与刻写束的对准。
可替代地或另外地，步骤S30可包括借助于纤维端表面或纤维边界的检测来具体地利用图像识别算法对准或人工地对准。为此，不必照亮纤维的背离3D打印机的一侧，照亮纤维的面向3D打印机的一侧并借助于相机来观察该纤维便已足够。可借助于相机来捕获纤维端表面或纤维边缘，然后可通过自动图像识别算法或人工地确定3D打印机的坐标零点。
借助于该方法，微型光学器件可以以亚微米精度定位在纤维的轴端或芯上。如果在没有通过纤维的第二轴端照亮芯的情况下只检测到光纤边缘，则可假定芯在中心位置居中，然而，这会在纤维制造不精确的情况下产生误差。
图2示出了基于根据本发明的方法或根据本发明的装置的优选实施方式在光学纤维1上进行微型结构的直接刻写操作的示意图。为此，为简单起见，在图2中仅示出了3D打印机的一个物镜4，利用该物镜4可将刻写束或激光束聚焦至预设位置。光学纤维1具有两个轴端或端部分，即第一端1a，在第一端1a上将刻写或生成微型结构，并且第一端部1a在刻写操作期间面向3D打印机或3D打印机的物镜4。因此，光学纤维的第一端部1a为纤维的待机械加工的端部。在刻写过程之前，通过将光学纤维的第一轴端1a浸入至光刻胶储液器中来使其利用光刻胶2润湿。第二端部1b在刻写操作期间背离3D打印机或3D打印机的物镜4。具体地，为使纤维与3D打印机的刻写束相互对准，借助于发光二极管(LED)以亚微米精度将光耦合至第二端部1b中。
为使光刻胶2曝光或刻写微型结构，将利用光刻胶2润湿的纤维1夹持至保持件中并放置于显微镜或3D打印机的刻写头上方。借助于发光二极管(图2中未示出)，该发光二极管的射束从后方(即经由第二轴端1b)耦合至光学纤维1中，纤维1与刻写束精确地相互对准。通过将纤维端表面投影至调整相机(图2中未示出)上，可将坐标零点以亚微米精度置于纤维芯的中心中。在已完成了刻写过程之后，通过溶剂将未聚合的残留光刻胶2从所刻写的纤维端1a处移除。
该方法可包括以下步骤：
i)将光学纤维的轴端浸入至光刻胶或光刻胶储液器中；
ii)用光刻胶润湿纤维，以具体地通过a)纤维移动穿过光刻胶、b)使用超声波浴和/或c)等待来避免夹杂空气或光刻胶流动，直至光刻胶均匀地包围纤维端表面；
iii)使实芯纤维与平版印刷系统的刻写束相互对准，以便以亚微米精度将坐标零点置于纤维芯的中心点中。
这里，相互对准可通过以下步骤执行：
a)照亮相对的纤维端表面，以使得光使纤维芯在待机械加工的纤维端表面上可见，并因而能够借助于调整相机来使纤维芯与刻写束对准，和/或
b)检测纤维边界并将坐标零点放置于纤维中心中。
两者(即上述步骤a)和/或步骤b))均可在图像识别软件的支持下执行。
iv)基于预设布局或设计，执行3D打印过程或3D刻写过程，具体地，光刻胶的一部分或多部分聚合；
v)借助溶剂将残留的光刻胶(即未聚合的光刻胶)从纤维端部移除。
具体地，方法可包括以下步骤中的一个或多个：
-利用光刻胶制备或涂附接实芯纤维的轴端；
-将实芯纤维夹持至保持件中；
-借助于发光二极管使实芯纤维与3D打印机的刻写束相互对准；
-将实芯纤维端表面投影至调整相机上，由此，可以具体地以亚微米精度将坐标零点置于实芯纤维的中心点或芯中心点中；
-基于预设布局或设计，执行3D打印过程或3D刻写过程，具体地，光刻胶的一部分或多部分聚合；
-借助溶剂将残留的光刻胶(即未聚合的光刻胶)从实芯纤维的端部移除。
也可通过利用光刻胶涂覆3D打印机的显微镜物镜并将光学纤维的待机械加工的轴端浸入至施加于显微镜物镜的光刻胶中，来执行利用光刻胶对实芯纤维的轴端的涂覆或润湿，优选借助于手动聚焦寻找。换言之，光刻胶储液器可直接设置在3D打印机的物镜上。为避免气泡，优选在光刻胶中移动纤维。
根据本发明的方法扩展了所谓的浸入式多光子激光平版印刷，其中，将载体材料(该情况下为光学纤维)直接地浸入至光刻胶中，以直接在光学纤维上生成具有一微米以下分辨率的结构。由于浸入式平版印刷的使用，则不需要通过喷雾或旋涂来涂覆光刻胶。由于纤维端表面不是扩展表面，因而所引用的方法由于表面很小而只能获得不均匀和难以量化的结果。具体地，单独使用或与其它光刻胶结合使用浸入式平版印刷光刻胶。具体的有益效果在于使用了不会破坏或溶解3D打印机的物镜的粘合的、无溶剂的紫外敏感光刻胶。由于所使用的光刻胶是无溶剂的，因而这不需要进行如在平版印刷中通常常见的任何烘烤操作，其中，由于只有以极大的难度才能够控制溶剂的受控脱气以具有均匀的材料性质，因而该烘烤操作会因尺寸很小而导致在上述部件中的困难。
通过使用反向修正显微镜，使用Nanoscribe股份有限公司的商业双光子平版印刷系统的情况也是如此，待在其上刻写的元件和待生成的目标件可借助于压电位移单元和/或机械位移单元相对于彼此以纳米精度对准。通过使用例如也在NanoscriptProfessional GT中使用的检流计扫描头，并非将目标件而是将刻写激光聚焦3移动至每个位置。与通过借助于压电位移台移动待在其上刻写的元件的生产相比，以这种方式，可达到更短的生产时间并实现生产精度上的优势。
如图2所示，优选将3D打印机的物镜4浸入至施加于光学纤维1的用于刻写过程的第一轴端1a的光刻胶2中。因此，光阻物质或光刻胶2也有利地用作浸入介质。以这种方式，随着刻写深度的增加，可以减少或避免附加的像差，并且因此可提高具体地在生成更高的结构(例如具有>10μm的高度的结构)期间的刻写精度。
图3示意性示出了示例性微型结构5，该示例性微型结构5可借助于根据本发明的方法或根据本发明的装置在光学纤维1或其第一轴端1a上生成。微型结构5全部相对于光学纤维的轴端1a或纤维芯1c以高精度、具体以亚微米精度对准。这是光学纤维的轴端1a或纤维芯1c与3D打印机的刻写束或激光束的高精度对准的结果，其中，该高精度对准利用本发明是可能的。
在图3的图像a)中，微型结构5形成为单透镜或平凸透镜52，并因而表示准直光学器件。在图3的图像b)中，微型结构5包括共同形成双合透镜的平凹透镜53和双凸透镜54。在图3的图像c)中，微型结构5包括共同形成三合透镜的平凹透镜53、双凸透镜54和凹凸弯月面55。在图3的图像d)中，微型结构5形成衍射光学器件56。在图3的图像e)中，微型结构5形成为光子晶体57。在图3的图像f)中，微型结构是光子晶体57和自由形态的光学器件58的组合。
应理解的是，图3仅示出了光学纤维上的微型结构的几个示例，并且其中，可使用根据本发明的方法或根据本发明的装置来生成任何其它微型结构或微型光学器件。
附图标记列表
1 光学纤维/玻璃纤维
1a 光学纤维的第一轴端或第一端部分
1b 光学纤维的第二轴端或第二端部分
1c 纤维芯
2 光敏物质/光刻胶
3 激光聚焦
4 物镜
5 微型结构/微型光学器件
52 平凸透镜
53 平凹透镜
54 双凸透镜
55 凹凸弯月面
56 衍射光学器件
57 光子晶体
58 自由形态的光学器件
S10 提供光学纤维
S20 利用光刻胶润湿光学纤维的轴端
S30 使光学纤维与3D打印机的刻写束相互对准
S40 通过借助于3D打印机使光刻胶曝光形成至少一个微型结构

Claims (13)

1.用于在光学纤维（1）的轴端（1a）上生成至少一个微型结构（5）的方法，包括以下步骤：
提供（S10）所述光学纤维（1）；
利用光刻胶（2）润湿（S20）所述光学纤维（1）的轴端（1a）；
使所述光学纤维（1）与3D打印机的刻写束相互对准（S30）；
通过借助于所述3D打印机使所述光刻胶（2）曝光来形成（S40）所述至少一个微型结构（5），
其中用光刻胶（2）润湿所述光学纤维（1）的轴端（1a）包括用光刻胶涂布所述3D打印机的物镜（4）以及将所述光学纤维（1）的轴端（1a）浸入施加于所述物镜（4）上的所述光刻胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学纤维（1）与所述3D打印机的刻写束的相互对准（S30）以亚微米精度来执行。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述光学纤维（1）与所述3D打印机的刻写束的相互对准（S30）借助于发光二极管来执行。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述光学纤维（1）与所述3D打印机的刻写束的相互对准（S30）包括：将光耦合至所述光学纤维（1）的第二轴端（1b）中。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述光学纤维（1）与所述3D打印机的刻写束的相互对准（S30）包括：检测所述光学纤维（1）的边缘。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述光学纤维（1）与所述3D打印机的刻写束的相互对准（S30）包括：确定所述光学纤维（1）的径向中心点的位置，以及将所确定的位置限定为所述3D打印机的坐标系的坐标零点。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述光学纤维（1）与所述3D打印机的刻写束的相互对准（S30）使用调整相机来执行。
8.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述光学纤维（1）与所述3D打印机的刻写束的相互对准（S30）使用图像识别算法来执行。
9.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，润湿（S20）所述光学纤维（1）的轴端（1a）包括：在所述光刻胶（2）中移动所述光学纤维（1）的轴端（1a）。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，润湿（S20）所述光学纤维（1）的轴端（1a）包括利用超声来处理。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，形成（S40）所述至少一个微型结构（5）包括：借助于三维激光平版印刷来使所述光刻胶（2）至少部分地聚合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光刻胶（2）的部分聚合通过改变激光聚焦（3）来执行。
13.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，形成（S40）所述至少一个微型结构（5）还包括移除残留的光刻胶。
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