CN111766710A - 一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法，所述方法包括：将光纤的一端浸入腐蚀液中进行至少两次腐蚀操作，得到具有光纤端面角锥的光纤，所述光纤的一端为去除涂覆层的裸纤，将光束由所述光纤的另一端输入，经所述光纤端面角锥输出，形成贝塞尔光束，其中：每次腐蚀操作中所述腐蚀液的温度保持不变，且不同腐蚀操作中所述腐蚀液的温度不同，所述腐蚀液的温度为25℃‑100℃；在每次腐蚀操作后，将所述光纤的一端用去离子水清洗；将清洗后的所述光纤的一端在惰性气体中干燥。采用本发明实施例，可以提高光纤端面角锥的加工效率。

Description

一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法
技术领域
本发明涉及光束转换技术领域，特别是涉及一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法。
背景技术
贝塞尔光束在传播过程中具有无衍射和自愈特性这两种性质，已经广泛应用在激光打孔、微粒操控、光互联和精密准直、自成像、带电粒子加速、非线性光学、等离子体通道等领域。目前，如何生成高质量的贝塞尔光束已经成为了研究热点。
目前，可以通过光纤端面角锥形成贝塞尔光束。具体来说，可以通过腐蚀的方法在光纤的某一端面上形成可以将激光光束转换为贝塞尔光束的光纤端面角锥，然后将激光输入该光纤，激光通过光纤端面角锥后便可以形成贝塞尔光束。
在上述腐蚀过程中，需要先通过一定浓度的腐蚀液腐蚀光纤端面一段时间产生角锥，然后需要通过激光对角锥进行切割，再通过不同浓度的腐蚀液腐蚀切割后的角锥一段时间，才能够形成符合需求的光纤端面角锥。例如，先通过质量分数为40％的氟化氢水溶液腐蚀光纤端面2小时，通过蒸馏水或酒精对腐蚀产生的角锥进行洗涤、吹干，然后通过激光对产生的角锥进行切割，再将切割后的角锥浸入质量分数为10％的氟化氢水溶液腐蚀25分钟，通过蒸馏水或酒精进行洗涤、吹干，形成角度为160°的光纤端面角锥。
上述通过腐蚀的方式加工光纤端面角锥的方法需要利用激光发生器生成的激光进行二次加工。在二次加工的过程中，激光发生器生成的激光需要对准需要切割的角锥，过程较为繁琐，重复性低，难以大量生产用于将激光光束转换为贝塞尔光束的光纤端面角锥。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法，以简化光纤端面角锥的生产过程。具体技术方案如下：
一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法，所述方法包括：
将光纤的一端浸入腐蚀液中进行至少两次腐蚀操作，得到具有光纤端面角锥的光纤，所述光纤的一端为去除涂覆层的裸纤；
将光束由所述光纤的另一端输入，经所述光纤端面角锥输出，形成贝塞尔光束；
其中：
每次腐蚀操作中所述腐蚀液的温度保持不变，且不同腐蚀操作中所述腐蚀液的温度不同，所述腐蚀液的温度为25℃-100℃；
在每次腐蚀操作后，将所述光纤的一端用去离子水清洗；
将清洗后的所述光纤的一端在惰性气体中干燥。
可选的，所述腐蚀操作不少于三次；
每次腐蚀操作中所述腐蚀液的温度按照腐蚀操作的先后顺序逐渐降低或升高。
可选的，所述腐蚀液为缓冲氧化物刻蚀液或氟化氢水溶液。
可选的，所述氟化氢水溶液的质量分数为60％-100％。
可选的，每次腐蚀操作的时间为5min-90min。
可选的，每次腐蚀操作的时间为10min-40min。
可选的，所述腐蚀液的温度为40℃-70℃。
可选的，所述裸纤的长度为5mm-50mm，浸入所述腐蚀液的裸纤的长度为2mm-20mm。
可选的，所述光束为红光激光、蓝光激光、绿光激光中的一种。
本发明实施例提供的方案中，可以将光纤的一端浸入腐蚀液中进行至少两次腐蚀操作，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤的一端为去除涂覆层的裸纤，将光束由光纤的另一端输入，经光纤端面角锥输出，形成贝塞尔光束，其中：每次腐蚀操作中腐蚀液的温度保持不变，且不同腐蚀操作中腐蚀液的温度不同，腐蚀液的温度为25℃-100℃；在每次腐蚀操作后，将光纤的一端用去离子水清洗；将清洗后的光纤的一端在惰性气体中干燥。光纤从内到外由纤芯、包层和涂覆层组成，去除涂覆层的裸纤即包括包层和纤芯，其中纤芯和包层主要成分均为二氧化硅，但纤芯和包层的掺杂成分不同，导致腐蚀液对纤芯的腐蚀速率小于腐蚀液对包层的腐蚀速率。当腐蚀液的温度改变时，腐蚀液对纤芯及包层的腐蚀速率均会随之发生变化，在裸纤的端面形成的光纤端面角锥的角度也会发生变化，这样可以对光纤端面锥角的角度进行调整以得到满足需要的光纤端面锥角。由于上述加工过程中无需激光进行二次加工，过程简单，可以大量生产用于将激光光束转换为贝塞尔光束的光纤端面角锥。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明实施例所提供的一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法的流程图；
图2为基于图1所示实施例的去除一端涂覆层的光纤的一种示意图；
图3(a)为基于图1所示实施例的固定光纤方式的一种示意图；
图3(b)为基于图1所示实施例的腐蚀操作的一种示意图；
图3(c)为基于图1所示实施例的腐蚀操作的另一种示意图；
图4为基于图1所示实施例的贝塞尔光束的形成方式的一种示意图；
图5(a)为贝塞尔光束的光强分布的一种示意图；
图5(b)为贝塞尔光束的轴向远场光斑的一种示意图；
图5(c)为贝塞尔光束的径向远场光斑的一种示意图；
图6为本发明实施例1得到的光纤端面角锥的显微镜照片；
图7为通过本发明实施例1得到的光纤端面角锥形成的贝塞尔光束的径向远场光斑的显微镜照片；
图8为通过本发明实施例1-4得到的光纤端面角锥的角度与腐蚀液温度之间的关系变化图；
图9为通过本发明实施例4-7得到的光纤端面角锥的角度与腐蚀操作时间之间的关系变化图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法，该方法适用于主要材质为二氧化硅的单模光纤或多模光纤。如图1所示，所述方法具体包括以下步骤：
将光纤的一端浸入腐蚀液中腐蚀至少两次，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤的一端为去除涂覆层的裸纤；
将光束由光纤的另一端输入，经光纤端面角锥输出，形成贝塞尔光束；
其中：
每次腐蚀操作中腐蚀液的温度保持不变，且不同腐蚀操作中腐蚀液的温度不同，腐蚀液的温度为25℃-100℃；
在每次腐蚀操作后，将光纤的一端用去离子水清洗；
将清洗后的光纤的一端在惰性气体中干燥。
光纤从内到外由纤芯、包层和涂覆层组成，由于光纤表面的涂覆层会阻碍腐蚀液对光纤内部的包层及纤芯的腐蚀，所以，需要将光纤的一端的涂覆层用光纤钳剥掉，得到去除涂覆层的裸纤，然后用擦拭纸蘸取少许酒精，将裸纤擦拭干净。其中，裸纤的长度可以为5mm-50mm。例如，如图2所示，将光纤200的一端的涂覆层201用光纤钳剥掉，即可得到裸纤202。
为了保证形成的光纤端面角锥符合需求，需要确保要形成光纤端面角锥的光纤端面齐平。因此，当裸纤的端面不平时，需要将裸纤的端面切平，例如，可以使用光纤切割刀将裸纤的端面切平。
在得到具有齐平端面的裸纤之后，将裸纤浸入腐蚀液中进行腐蚀操作，腐蚀操作的次数为至少两次，便可以得到具有光纤端面角锥的光纤。其中，每次腐蚀操作中腐蚀液的温度保持不变，且不同腐蚀操作中腐蚀液的温度不同，每次腐蚀操作中腐蚀液的温度为25℃-100℃，浸入腐蚀液的裸纤的长度可以为2mm-20mm。每次腐蚀操作的时间可以为5min-90min，优选每次腐蚀操作的时间可以为10min-40min，腐蚀液对裸纤的腐蚀效果更好。
为了便于控制腐蚀液的温度，可以将反应容器置于水浴中，可以通过热板进行加热，以控制腐蚀液的温度。
例如，如图3(a)所示，首先将光纤200固定在光纤夹具304上，然后，如图3(b)所示，将盛有腐蚀液的容器303放入水浴容器302中，并将水浴容器302放置在热板301上，调节热板301的温度为25℃，将腐蚀液的温度加热至25℃。然后，将光纤夹具304固定在三维调节架305上，三维调节架305固定在固定支架306的顶部，调整三维调节架305的高度使裸纤202的端面浸入腐蚀液的液面下，对裸纤进行腐蚀操作。
又例如，如图3(c)所示，将盛有腐蚀液的容器303放入水浴容器302中，并将水浴容器302放置在热板301上，调节热板301的温度为50℃，将腐蚀液的温度加热至50℃。然后，将光纤夹具304固定在三维调节架305上，三维调节架305固定在固定支架306的顶部，调整三维调节架305的高度使裸纤202的端面浸入腐蚀液的液面下，对裸纤进行腐蚀操作。
在每次腐蚀操作后，将裸纤从腐蚀液中取出，为了避免残留的腐蚀液继续腐蚀裸纤，可以用去离子水清洗裸纤，并将清洗后的裸纤在惰性气体中干燥。惰性气体可以为氦气、氖气、氩气等稀有气体，还可以为氮气等化学性质不活泼的气体，在此不做具体限定。
在得到具有光纤端面角锥的光纤之后，可以将光束由光纤的另一端输入，经光纤端面角锥输出，形成贝塞尔光束。如图4所示，光源410产生的光束由光纤420未去除涂覆层421的一端输入，经裸纤422端面的光纤端面角锥423输出，形成贝塞尔光束。当形成的光束的光强分布近似于图5(a)所示的贝塞尔光束的光强分布示意图，其轴向远场光斑近似于图5(b)所示的贝塞尔光束的轴向远场光斑的示意图，且其径向远场光斑近似于图5(c)所示的贝塞尔光束的径向远场光斑的示意图时，可以确定形成的光束为贝塞尔光束。
裸纤包括包层和纤芯，其中纤芯和包层主要成分均为二氧化硅，但纤芯和包层的掺杂成分不同，导致腐蚀液对纤芯的腐蚀速率小于腐蚀液对包层的腐蚀速率。当腐蚀液的温度改变时，腐蚀液对纤芯及包层的腐蚀速率均会随之发生变化，在裸纤的端面形成的光纤端面角锥的角度也会发生变化，这样可以对光纤端面锥角的角度进行调整以得到满足需要的光纤端面锥角。
当腐蚀操作不少于三次时，每次腐蚀操作中腐蚀液的温度按照腐蚀操作的先后顺序逐渐降低或升高。也就是说，腐蚀操作中腐蚀液的温度一次比一次高，或者一次比一次低。
例如，腐蚀操作的次数为三次，第一次腐蚀操作中腐蚀液的温度为50℃，第二次腐蚀操作中腐蚀液的温度为40℃，第三次腐蚀操作中腐蚀液的温度为30℃，在这三次腐蚀操作中，腐蚀液的温度按照腐蚀操作的先后顺序是逐渐降低的。
又例如，腐蚀操作的次数为四次，第一次腐蚀操作中腐蚀液的温度为25℃，第二次腐蚀操作中腐蚀液的温度为30℃，第三次腐蚀操作中腐蚀液的温度为35℃，第四次腐蚀操作中腐蚀液的温度为40℃，在这四次腐蚀操作中，腐蚀液的温度按照腐蚀操作的先后顺序是逐渐升高的。
每次腐蚀操作中腐蚀液的温度按照腐蚀操作的先后顺序逐渐降低或升高，这样可以有效控制腐蚀液对纤芯的腐蚀速率及腐蚀液对包层的腐蚀速率，进而可以确保在裸纤的端面形成的光纤端面锥角的角度达到预期的角度。
上述腐蚀液可以为缓冲氧化物刻蚀液(BOE，Buffered Oxide Etch)或氟化氢水溶液。其中，氟化氢水溶液的质量分数可以为60％-100％。缓冲氧化物刻蚀液为质量分数为49％的氟化氢水溶液和质量分数为40％的氟化铵水溶液按照一定的体积比混合得到的，具体体积比本领域技术人员可以根据需求进行配比，在此不做具体限定。
具体可以为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液，也可以为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:5的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液等。
由于上述腐蚀液中包含对玻璃、陶瓷等材质具有腐蚀性的氟化氢，因此盛装上述腐蚀液的容器可以为聚四氟乙烯塑料容器。
由于腐蚀液中包含易挥发的氟化氢，为了降低腐蚀液中挥发出的氟化氢所造成的污染，并保证腐蚀速率，在一种实施方式中，每次腐蚀操作中腐蚀液的温度可以为40℃-70℃。
上述光束为红光激光、蓝光激光、绿光激光中的一种。产生激光的设备可以采用本领域常用的激光器，在此不做具体限定，例如可以是氦氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器等。
下面将结合具体实施例及实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将单模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至50℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀40min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为45°。
将波长为635nm的红光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例2
将单模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至40℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀40min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为23°。
将波长为622nm的红光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例3
将单模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至70℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀40min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为10°。
将波长为780nm的红光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例4
将单模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至60℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀40min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为24°。
将波长为577nm的绿光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例5
将单模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至60℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀15min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为10°。
将波长为492nm的绿光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例6
将单模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至60℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀20min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为55°。
将波长为490nm的蓝光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例7
将单模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:6的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至60℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下20mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀30min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为30°。
将波长为455nm的蓝光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例8
将多模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为50mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至40℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:5的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下10mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀5min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至70℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下10mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀90min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为5°。
将波长为470nm的蓝光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例9
将多模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为5mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至40℃。腐蚀液为质量分数49％氟化氢水溶液与质量分数40％氟化铵水溶液按照1:7的体积比混合得到的缓冲氧化物刻蚀液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下2mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀5min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至100℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下2mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氮气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为10°。
将波长为532nm的绿光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例10
将多模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为5mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数60％的氟化氢水溶液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下2mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀5min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氦气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至40℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下2mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀20min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氦气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至50℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下2mm，进行第三次腐蚀操作。恒温腐蚀20min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氦气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为35°。
将波长为532nm的绿光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例11
将多模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数70％的氟化氢水溶液。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下15mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氖气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至50℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下15mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀20min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氖气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为50°。
将波长为532nm的绿光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
实施例12
将多模光纤的涂覆层用光纤钳剥掉，然后用光纤切割刀将去掉涂覆层的裸纤的端面切平，用擦拭纸蘸取少许酒精将裸纤擦拭干净，裸纤长度为25mm。然后，将光纤固定在光纤夹具上，其中裸纤的端面距离光纤夹具边缘约10cm。
将盛有腐蚀液的聚四氟乙烯塑料容器放入水浴中，并将水浴容器放置在热板上加热至25℃。腐蚀液为质量分数100％的氟化氢水溶液，也就是液态氟化氢中。
将光纤夹具固定在三维调节架上，调节三维调节架将裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下15mm，进行第一次腐蚀操作。恒温腐蚀10min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氖气中干燥。
将水浴容器放置在热板上加热至30℃，将已干燥的裸纤的端面浸入腐蚀液的液面下15mm，进行第二次腐蚀操作。恒温腐蚀20min后取出光纤，用去离子水清洗干净，使残留腐蚀液完全去除，然后在氖气中干燥，得到具有光纤端面角锥的光纤，光纤端面角锥的角度为17°。
将波长为532nm的绿光激光由光纤未去除涂覆层的一端输入，经光纤端面角锥，形成贝塞尔光束。
通过型号为OLYMPUS BX53M的显微镜对上述实施例1形成的光纤端面角锥进行拍摄，可以获得该光纤端面角锥的显微镜照片。如图6所示，上述实施例1形成的光纤端面角锥的角度为45°。
通过型号为OLYMPUS BX53M的显微镜的暗场模式对上述实施例1形成的贝塞尔光束的径向远场光斑进行拍摄，可以获得该贝塞尔光束的径向远场光斑的显微镜照片。如图7所示，上述实施例1形成的贝塞尔光束的径向远场光斑具有20个以上的同心环，可见该贝塞尔光束为高质量的贝塞尔光束。
根据上述实施例1-4形成的光纤端面角锥的角度，可以确定光纤端面角锥的角度与腐蚀液温度之间的关系。如图8所示，纵坐标为光纤锥角，表示光纤端面角锥的角度，横坐标为腐蚀温度，表示第二次腐蚀操作的腐蚀液温度，在第一次腐蚀操作的腐蚀液温度为25℃、腐蚀时间为10min，且第二次腐蚀操作的腐蚀时间为40min的条件下，光纤端面角锥的角度随着第二次腐蚀操作的腐蚀液温度的升高先增大后减小，在第二次腐蚀操作的腐蚀液温度为50℃时光纤端面角锥的角度达到最大。由此可见，光纤端面角锥的角度可以通过控制腐蚀操作中腐蚀液温度的方式进行调整。
根据上述实施例4-7形成的光纤端面角锥的角度，确定光纤端面角锥的角度与腐蚀时间之间的关系。如图9所示，纵坐标为光纤锥角，表示光纤端面角锥的角度，横坐标为腐蚀时间，表示第二次腐蚀操作的腐蚀时间，在第一次腐蚀操作的腐蚀液温度为25℃、腐蚀时间为10min，且第二次腐蚀操作的腐蚀液温度为60℃的条件下，光纤端面角锥的角度随着第二次腐蚀操作的腐蚀时间的增长先增大后减小，在第二次腐蚀操作的腐蚀时间为20min时光纤端面角锥的角度达到最大。由此可见，光纤端面角锥的角度可以通过控制腐蚀操作中腐蚀时间的方式进行调整。
以上对本发明所提供的一种光纤端面角锥的加工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其中心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护。

Claims (9)

1.一种基于光纤端面角锥的贝塞尔光束形成方法，其特征在于，所述方法包括：
将光纤的一端浸入腐蚀液中进行至少两次腐蚀操作，得到具有光纤端面角锥的光纤，所述光纤的一端为去除涂覆层的裸纤；
将光束由所述光纤的另一端输入，经所述光纤端面角锥输出，形成贝塞尔光束；
其中：
每次腐蚀操作中所述腐蚀液的温度保持不变，且不同腐蚀操作中所述腐蚀液的温度不同，所述腐蚀液的温度为25℃-100℃；
在每次腐蚀操作后，将所述光纤的一端用去离子水清洗；
将清洗后的所述光纤的一端在惰性气体中干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀操作不少于三次；
每次腐蚀操作中所述腐蚀液的温度按照腐蚀操作的先后顺序逐渐降低或升高。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液为缓冲氧化物刻蚀液或氟化氢水溶液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氟化氢水溶液的质量分数为60％-100％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每次腐蚀操作的时间为5min-90min。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每次腐蚀操作的时间为10min-40min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液的温度为40℃-70℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述裸纤的长度为5mm-50mm，浸入所述腐蚀液的裸纤的长度为2mm-20mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述光束为红光激光、蓝光激光、绿光激光中的一种。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114624816A (zh) * 2022-01-26 2022-06-14 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种制备微结构光纤平滑端面的处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102590560A (zh) * 2012-02-13 2012-07-18 清华大学 一种利用聚焦离子束技术制备光纤探针的方法
CN204302310U (zh) * 2014-12-15 2015-04-29 华中师范大学 一种动态变温腐蚀法制备大锥角光纤探针的装置
CN109633822A (zh) * 2018-12-24 2019-04-16 西安工业大学 一种光纤贝塞尔光束生成器及其制作方法
CN109683330A (zh) * 2019-01-30 2019-04-26 复旦大学 通过光纤端面生长微锥产生类贝塞尔光束的方法
CN111153609A (zh) * 2019-07-10 2020-05-15 深圳瑞焱通光子技术有限公司 一种光纤腐蚀装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102590560A (zh) * 2012-02-13 2012-07-18 清华大学 一种利用聚焦离子束技术制备光纤探针的方法
CN204302310U (zh) * 2014-12-15 2015-04-29 华中师范大学 一种动态变温腐蚀法制备大锥角光纤探针的装置
CN109633822A (zh) * 2018-12-24 2019-04-16 西安工业大学 一种光纤贝塞尔光束生成器及其制作方法
CN109683330A (zh) * 2019-01-30 2019-04-26 复旦大学 通过光纤端面生长微锥产生类贝塞尔光束的方法
CN111153609A (zh) * 2019-07-10 2020-05-15 深圳瑞焱通光子技术有限公司 一种光纤腐蚀装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SANG-KEE EAH ET AL.: "Nearly diffraction-limited focusing of a fiber axicon microlens", 《REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS》 *
黄长锋等: "时间与温度对纳米光纤针尖腐蚀影响的研究", 《科学技术与工程》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114624816A (zh) * 2022-01-26 2022-06-14 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种制备微结构光纤平滑端面的处理方法

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