CN109759388A - 一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法，包括光谱分析仪和环形器，光谱分析仪和环形器之间设有两条前段单模光纤，其中一条前段单模光纤上设有衰减器，另一条前段单模光纤上设有放大器，环形器上还设有后段单模光纤，后段单模光纤上设有依次设有位移台和光纤探头。本发明提供的可调控气泡清洁和检测系统，工作元件为光纤探头，易弯曲、移动；由于光纤良好的可塑性，产生气泡的光纤锥尺寸可足够小，有利于深入到装置内部，实现任意位置的定点清洁；利用液体中的气泡实现清洁功能，不会对待清洁物体造成机械损伤；可同时实现对待清洁面的清洁和洁净度检测，清洁元件与检测元件为同一光纤探头，结构紧凑，集成度高。

Description

一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法

技术领域

本发明涉及微加工制造技术领域，具体涉及一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和 使用方法。

背景技术

21世纪以来，随着智能时代的到来，电子、信息、医学等诸多领域涉及到越来越多的微 型、精密器件及技术手段，仪器内部洁净度、加工材料表面光滑度等清洁问题在其中发挥着 至关重要的作用。仪器内部洁净度降低，直接影响仪器的性能、稳定性以及使用寿命，甚至 会产生安全隐患。在微加工领域中，表面洁净度影响加工质量。在半导体工业中，表面洁净 度低会导致芯片失效，造成的损失远超制造环节的纰漏；在光学加工中，光学基片不洁会导 致膜层质量下降，光损耗增强，激光损伤阈值降低等问题,使光学元件报废。因此，对高精度、 微型清洁技术的研究是十分必要的。

现今对精密仪器进行清洁主要通过精密仪器清洁剂和超声震荡两种方式。精密仪器清洁 剂通过喷洒、浸泡等方式，溶解杂质，实现清洁功能。这类清洁剂多含有可燃性物质成分， 存在安全隐患，且不能对器件内部等肉眼不可见区域进行清洁，存在清洁残留。超声震荡技 术利用超声波在液体中的空化、加速度及直进流等作用，使杂质分解、乳化、剥离，实现清 洁功能。超声震荡存在对器件造成机械损伤的安全隐患，并且，该技术适合器件的整体清洁， 无法实现局部小范围清洁功能。另外，现今的清洁技术均无法实时的对待清洁面的清洁度进 行检测，只能依靠其他设备或在后续使用中发现问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供一种光纤探头式清 洁、检测系统及其制作和使用方法，解决了现有精密仪器清洁技术不能深入设备内部、存在 清洁死角的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法，包括光谱分析仪和环形器，所述 光谱分析仪和环形器之间设有两条前段单模光纤，其中一条前段单模光纤上设有衰减器，另 一条前段单模光纤上设有放大器，所述环形器上还设有后段单模光纤，后段单模光纤上设有 依次设有位移台和光纤探头。

进一步地，所述光谱分析仪包括激光器和光谱仪，激光器与放大器所在的前段单模光纤 连接，光谱仪与衰减器所在的前段单模光纤连接。

进一步地，激光器为1505-1630nm的宽谱光源，输出光功率为0-6dBm；光谱仪为多端 口光功率分析仪，可探测波长范围为1505-1630nm，可探测功率范围为-80dBm-10dBm。

进一步地，所述前段单模光纤和后段单模光纤的纤芯直径均为8-10μm，包层直径均为 125μm。

进一步地，所述环形器为三端口单向环形器件，环形器包括A端口、B端口、以及C端口，A端口与放大器连接，B端口与后段单模光纤连接，C端口与衰减器连接，所述光信号能够在环形器内单向传输。

一种光纤探头式清洁和检测系统的制作方法，包括以下步骤：

a)将激光器输出端与放大器一端连接，放大光信号，实现0-300mw可调；

b)环形器的A端口与放大器另一端连接，B端口连接后段单模光纤；

c)在后段单模光纤上选取一点，固定在位移台上，后段单模光纤端面切割平整，构成光 纤探头；

d)衰减器一端连接环形器C端口，另一端与光谱仪连接，衰减器将光功率衰减至光谱仪 安全功率以下。

一种光纤探头式清洁和检测系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：将待清洁面浸没在液体中，调节位移台，使光纤探头端面与待清洁面平行，相 距约24-150μm；

步骤2：打开激光器，调节位移台，使光纤探头移动，观察光谱仪上干射信号：若干涉 信号光滑，表明光纤正对位置待清洁面光滑；若干涉信号不光滑，表明光纤正对位置待清洁 面有杂质，固定位移台；

步骤3：缓慢调节放大器，使光功率逐渐增大，直至光纤端面不断有气泡产生，系统进 入整体清洁模式，通过调节光功率可控制气泡的产生速率，气泡产生越快，整体清洁效率越 高；

步骤4：缓慢调节放大器，使光功率逐渐降低，观察光谱仪，当光谱仪产生的正弦信号 对比度增大，表明光纤探头与待清洁面之间仅存在一个气泡，系统进入局部清洁模式，调节 位移台，使光纤探头前后移动，利用光纤探头上的气泡点触待清洁面；当光谱仪上显示光滑 的干涉信号，表明气泡接触区域洁净度良好，完成该点清洁；

步骤5：重复步骤1-4，进行其他位置的清洁与检测。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法，本发明提供的可调控气 泡清洁和检测系统，工作元件为光纤探头，易弯曲、移动；由于光纤良好的可塑性，产生气 泡的光纤锥尺寸可足够小，有利于深入到装置内部，实现任意位置的定点清洁；

2、本发明一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法，利用液体中的气泡实现 清洁功能，不会对待清洁物体造成机械损伤，是一种安全的清洁技术；

3、本发明一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法，可同时实现对待清洁面 的清洁和洁净度检测，清洁元件与检测元件为同一光纤探头，结构紧凑，集成度高；

4、本发明一种光纤探头式清洁、检测系统及其制作和使用方法，制作工艺简单，操作方 便，降低了制造成本和使用难度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为实施例中提供的一种可调控气泡清洁和检测系统的结构示意图；

图2为实施例中提供的一种可调控气泡清洁和检测系统检测原理示意图；

图3为实施例中提供的一种可调控气泡清洁和检测系统对(a)清洁表面和(b)非清洁 表面的检测结果；

图4为实施例中提供的一种可调控气泡清洁和检测系统的整体清洁模式示意图；

图5为实施例中提供的一种可调控气泡清洁和检测系统的作业腔中有一个气泡时光谱对 比示意图；

图6为实施例中提供的一种可调控气泡清洁和检测系统的局部清洁模式示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-光谱分析仪，2-衰减器，3-放大器，4-环形器，5-前段单模光纤，6-后段单模光纤，7- 激光器，8-光谱仪，9-位移台，10-光纤探头，11-待检测平面，12-第一气泡，13-第二气泡， 14-激光，15-反射激光，16-谐振腔，17-干涉光。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明 作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本 发明的限定。

实施例1

如图1至图6所示，本发明一种光纤探头式清洁、检测系统，包括光谱分析仪1和环形 器4，所述光谱分析仪1包括激光器7和光谱仪8，所述激光器7为1505至1630nm的宽谱 光源，输出光功率为0至6dBm；光谱仪8为多端口光功率分析仪，可探测波长范围为1505 至1630nm，可探测功率范围为-80dBm至10dBm。

所述环形器4为三端口单向环形器件，环形器4包括A端口、B端口以及C端口，并且光信号只能在环形器4内单向传输，即光信号只能沿着A端口传递至B端口，再从B端口传 递至C端口，C端口再传动至A端口，反方向时隔离的。

所述光谱分析仪1和环形器4之间设有两条前段单模光纤5，所述前段单模光纤5为普 通单模光纤，中心波长在1550nm附近，纤芯直径一般为8-10μm，包层直径125μm，单模光纤光纤模间色散小，可实现低损耗光传输，是常用的通信波段单模光纤，易获得且价格低。

其中一根前段单模光纤5一端与环形器4的A端口连接，另一端与激光器连接，另外一 根前段单模光纤5的一端与环形器4的C段连接，另一端与光谱仪8连接；与光谱仪4连接的前段单模光纤5上还设有衰减器2，与激光器7连接着的前段单模光纤5上还设有放大器3。

所述环形器4的B端口上还设有后段单模光纤6，后段单模光纤6也为普通单模光纤， 中心波长在1550nm附近，纤芯直径一般为8-10μm，包层直径125μm；所述后段单模光纤6上依次设有位移台9和光纤探头10，设置的移动台9用于调节光纤探头10与待清洗面11之间的位置，使得平行的光纤探头10的端面和待清洁面沟槽的长度为L的作业腔16，当系统处于清洁功能时，作业腔16内产生气泡；当系统处于检测功能时，作业腔16为光学谐振腔，使激光14和反射光15发生干涉。

本实施例中激光器7提供的光能经放大器3放大，实现0-300mw范围的光能输出，从光 纤探头10射入液体中对液体进行加热，产生微气泡，实现清洁；光纤探头10收集反射光经 衰减器2衰减至10dBm以下传输至光谱仪8，实现洁净度检测。

本实施例中，产生气泡的光能是由激光器7和放大器3提供的，激光器7提供的光能经 放大器3放大，可在0-300mw范围内调节，再从环形器A端口进入B端口输出，经后段单 模光纤6传输至光纤探头10，并从光纤探头10端面射出，对周围液体进行加热，产生气泡， 实现清洁。

本实施例中，检测功能是基于光的干涉实现的。如图2所示，从光纤探头10射出的激光 14被待清洁面11反射，产生反射光15，激光14和反射光15在由光纤探头10端面和待清洁 面11表面构成的长度为L的谐振腔16中发生干涉，干涉光17被光纤探头10收集，经后段单模光纤6，从环形器4的B端口输入，C端口输出，再经过衰减器2衰减，输入光谱仪8 进行分析，实现检测。

实施例2

如图1所述，一种光纤探头式清洁、检测系统的制作方法，包括以下步骤：

a)将激光器7的输出端与放大器3一端连接，放大光信号，实现0-300mw可调；

b)环形器4的A端口与放大器3另一端连接，B端口连接后段单模光纤6；

c)在后段单模光纤6上选取一点，固定在位移台9上，后段单模光纤6端面切割平整， 构成光纤探头；

d)衰减器2一端连接环形器4的C端口，另一端与光谱仪8连接，衰减器2将光功率衰减至光谱仪8安全功率以下。

实施例3

如图1至图6所示，一种光纤探头清洁、检测系统的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将待清洁面11浸没在液体中，调节位移台9，使工作腔16的长度L约为24-200 m；

步骤2：打开激光器1，调节位移台9，使光纤探头10移动，观察光谱仪8上的干涉信号：若干涉信号光滑，表明光纤正对位置待清洁面11为清洁面；若干涉信号不光滑，需对清洁面11进行清洁，固定位移台9；

步骤3：缓慢调节放大器3，使光功率逐渐增大，直至作业腔16有气泡12产生，如图4所示，系统进入整体清洁模式。通过调节光功率可控制气泡的产生速率，气泡产生越快，整体清洁效率越高；

步骤4：缓慢调节放大器3，使光功率逐渐降低，观察光谱仪8，当光谱仪产生的正弦信 号对比度增大(如图5所示)，表明光纤探头与待清洁面之间仅存在一个气泡13，如图6所示，系统进入局部清洁模式，调节位移台9，使光纤探头10前后移动，利用光纤探头10上 的气泡13点触待清洁面11；当光谱仪上显示光滑的干涉信号，表明气泡接触区域洁净度良好，完成一次清洁；

步骤5：重复步骤上述步骤，继续进行其他位置的清洁与检测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光纤探头式清洁、检测系统，其特征在于，包括光谱分析仪(1)和环形器(4)，所述光谱分析仪(1)和环形器(4)之间设有两条前段单模光纤(5)，其中一条前段单模光纤(5)上设有衰减器(2)，另一条前段单模光纤(5)上设有放大器(3)，所述环形器(4)上还设有后段单模光纤(6)，后段单模光纤(6)上设有依次设有位移台(9)和光纤探头(10)。

2.根据权利要求1所述的一种光纤探头式清洁、检测系统，其特征在于，所述光谱分析仪(1)包括激光器(7)和光谱仪(8)，激光器(7)与放大器(3)所在的前段单模光纤(5)连接，光谱仪(8)与衰减器(2)所在的前段单模光纤(5)连接。

3.根据权利要求2所述的一种光纤探头式清洁、检测系统，其特征在于，激光器(7)为1505-1630nm的宽谱光源，输出光功率为0-6dBm；光谱仪(8)为多端口光功率分析仪，可探测波长范围为1505-1630nm，可探测功率范围为-80dBm-10dBm。

4.根据权利要求1所述的一种光纤探头式清洁、检测系统，其特征在于，所述前段单模光纤(5)和后段单模光纤(6)的纤芯直径均为8-10μm，包层直径均为125μm。

5.根据权利要求1所述的一种光纤探头式清洁、检测系统，其特征在于，所述环形器(4)为三端口单向环形器件，环形器(4)包括A端口、B端口、以及C端口，A端口与放大器(3)连接，B端口与后段单模光纤(6)连接，C端口与衰减器(2)连接，所述光信号能够在环形器(4)内单向传输。

6.一种光纤探头式清洁和检测系统的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将激光器(7)输出端与放大器(3)一端连接，放大光信号，实现0-300mw可调；

b)环形器(4)的A端口与放大器(3)另一端连接，B端口连接后段单模光纤(6)；

c)在后段单模光纤(6)上选取一点，固定在位移台(9)上，后段单模光纤(6)端面切割平整，构成光纤探头；

d)衰减器(2)一端连接环形器(4)C端口，另一端与光谱仪(8)连接，衰减器(2)将光功率衰减至光谱仪(8)安全功率以下。

7.一种光纤探头式清洁和检测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待清洁面浸没在液体中，调节位移台(9)，使光纤探头(10)端面与待清洁面平行，相距约24-150μm；

步骤2：打开激光器(7)，调节位移台(9)，使光纤探头(10)移动，观察光谱仪(8)上干射信号：若干涉信号光滑，表明光纤正对位置待清洁面光滑；若干涉信号不光滑，表明光纤正对位置待清洁面有杂质，固定位移台(9)；

步骤3：缓慢调节放大器(7)，使光功率逐渐增大，直至光纤端面不断有气泡产生，系统进入整体清洁模式，通过调节光功率可控制气泡的产生速率，气泡产生越快，整体清洁效率越高；

步骤4：缓慢调节放大器(3)，使光功率逐渐降低，观察光谱仪(8)，当光谱仪(8)产生的正弦信号对比度增大，表明光纤探头(10)与待清洁面之间仅存在一个气泡，系统进入局部清洁模式，调节位移台，使光纤探头(10)前后移动，利用光纤探头(10)上的气泡点触待清洁面；当光谱仪(8)上显示光滑的干涉信号，表明气泡接触区域洁净度良好，完成该点清洁；

步骤5：重复步骤1-4，进行其他位置的清洁与检测。