CN113416006B - 一种光纤端面集成微纳结构的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种光纤端面集成微纳结构的加工方法，包括步骤：将待加工光纤安放到光纤适配器上，获得待加工件；通过刻蚀载纤装置将待加工件固定到刻蚀装置处，通过刻蚀装置对待加工光纤进行刻蚀加工；通过镀膜载纤装置将待加工光纤固定到镀膜装置处，通过镀膜装置对待加工光纤进行镀膜加工；对待加工光纤进行刻蚀加工、镀膜加工或镀膜加工、刻蚀加工，获得具有集成微纳结构的功能光纤。本时发明克服了传统的电子束、离子束刻蚀工艺只能在大面积平面衬底加工微纳结构的局限性，为在光纤端面集成图案复杂、尺寸精确的微纳结构提供了一种高效、通用的加工方式。

Description

一种光纤端面集成微纳结构的加工方法
技术领域
本发明属于光纤端面制备技术领域，尤其涉及一种光纤端面集成微纳结构的加工方法。
背景技术
光纤端面是一种新兴的光与物质相互作用的微观平台，其结合了光纤光子学和平面化微纳加工工艺两大研究领域。多种材料以及各种巧妙的结构可以集成到光纤端面，同时结合光纤本身的体积小、低插损，能在极端工况下服役等特点，使得光纤被广泛应用于传感、通信、激光以及成像等领域。在光纤端面集成多功能微纳结构的方法包括自上而下和自下而上两种方式，自上而下可采用化学刻蚀，其优点在于加工速度快，适用于批量生产，但是加工精度较低，且需要制备掩膜版，无法加工复杂的微纳结构；自下而上的方法通常采用自组装，其优点在于效率高，成本低，但是得到的结构通常为散乱排布，无法精确控制其取向、大小。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种效率高的在光纤端面集成微纳结构的加工方法。
本发明的目的是这样实现的：一种光纤端面集成微纳结构的加工方法，包括以下步骤：
安装；将待加工光纤安放到光纤适配器上，获得待加工件；
刻蚀；通过刻蚀载纤装置将所述待加工件固定到刻蚀装置处，通过所述刻蚀装置对所述待加工光纤进行刻蚀加工；
镀膜；通过镀膜载纤装置将所述待加工件固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对所述待加工光纤进行镀膜加工；
集成；对所述待加工光纤进行刻蚀加工、镀膜加工或镀膜加工、刻蚀加工，获得具有集成微纳结构的功能光纤。
优选的，所述待加工光纤的一端为具有标准单模或多模光纤连接器的可集成微纳结构的待加工端，另一端为光纤尾纤。
优选的，通过旋涂载纤装置将所述待加工件固定到匀胶机处，由所述匀胶机将电子束抗蚀剂旋涂到所述待加工光纤的待加工端上，获得旋涂光纤件；所述刻蚀装置可发出电子束，由所述刻蚀装置发出的电子束对所述旋涂光纤件的待加工端进行刻蚀加工，获得刻蚀光纤件，对所述刻蚀光纤件显影处理后，通过镀膜载纤装置将显影后的待加工件固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对显影后的刻蚀光纤件的待加工端进行镀膜加工；对经镀膜处理后的刻蚀光纤件进行剥离处理，获得具有集成微纳结构的功能光纤。
优选的，通过所述镀膜载纤装置将所述待加工件固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对所述待加工光纤进行镀膜加工；所述刻蚀装置可发出离子束，由所述刻蚀装置发出的离子束对镀膜后的待加工光纤的待加工端进行刻蚀加工，获得具有集成微纳结构的功能光纤。
优选的，所述的旋涂载纤装置包括有旋转载纤底座，所述旋转载纤底座包括有下端与所述匀胶机连接的连接部、中部用于支撑的支撑部和上端用于装载所述待加工件的装载部。
优选的，所述支撑部的截面大于所述连接部和所述装载部的截面。
优选的，所述装载部为中空的筒壁结构，所述待加工件可放置在所述筒壁结构内。
优选的，所述装载部上设置有可穿设所述待加工光纤的光纤尾纤的装载孔。
优选的，所述刻蚀载纤装置包括有光纤搭载底座，所述光纤搭载底座包括有下端与所述刻蚀装置配合的燕尾槽，以及上端用于装载所述待加工件的搭载部。
优选的，所述搭载部为中空的筒壁结构，所述待加工件可放置在所述筒壁结构内。
优选的，所述搭载部上设置有可穿设所述待加工光纤的光纤尾纤的搭载孔。
优选的，所述镀膜载纤装置包括有下端与所述镀膜装置连接的结合部，以及上端可安放至少一个所述待加工件的安放部。
本发明具有如下积极效果：本发明提供了一套完整的在光纤端面集成微纳结构的加工方法及设备，利用旋转涂覆装置可以在光纤端面旋涂厚度均匀的电子束抗蚀剂，利用刻蚀载纤装置实现在光纤端面加工尺寸精确的微纳图案，利用镀膜载纤装置实现在光纤端面沉积多种目标材料，其中刻蚀载纤装置和镀膜载纤装置同时适用与电子束刻蚀工艺和离子束刻蚀工艺，本发明克服了传统的电子束、离子束刻蚀工艺只能在大面积平面衬底加工微纳结构的局限性，为在光纤端面集成图案复杂、尺寸精确的微纳结构提供了一种高效、通用的加工方式。
附图说明
图1为光纤端面集成微纳结构的加工方法的流程示意图；
图2为光纤端面集成微纳结构的加工方法中光纤适配器的结构示意图；
图3为光纤端面集成微纳结构的加工方法中光纤适配器的前视结构示意图；
图4为光纤端面集成微纳结构的加工方法中旋涂载纤装置的结构示意图；
图5为光纤端面集成微纳结构的加工方法中旋涂载纤装置使用时的结构示意图；
图6为光纤端面集成微纳结构的加工方法中刻蚀载纤装置的结构示意图；
图7为光纤端面集成微纳结构的加工方法中镀膜载纤装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1显示了本发明光纤端面集成微纳结构的加工方法一实施例的流程图。包括以下步骤：
安装S1；将待加工光纤安放到光纤适配器上，获得待加工件；
刻蚀S2；通过刻蚀载纤装置将所述待加工件固定到刻蚀装置处，通过所述刻蚀装置对所述待加工光纤进行刻蚀加工；
镀膜S3；通过镀膜载纤装置将所述待加工件固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对所述待加工光纤进行镀膜加工；
集成S4；对所述待加工光纤进行刻蚀加工、镀膜加工或镀膜加工、刻蚀加工，获得具有集成微纳结构的功能光纤。
当使用电子束对待加工光纤进行加工时，包括以下步骤：
步骤1）：安装；将待加工光纤安放到光纤适配器10上，获得待加工件；
优选的，所述待加工光纤的一端为具有标准单模或多模光纤连接器的可集成微纳结构的待加工端，另一端为光纤尾纤。
优选的，所述光纤适配器10的上端为可连接旋涂载纤装置20或刻蚀载纤装置40的固定部101，下端为固定待加工端的卡设部102。光纤适配器10的中心处设置有贯穿固定部101和卡设部102的中心孔103。
优选的，可通过螺纹连接的方式将光纤连接器安放到光纤适配器10的固定部101处，待加工端的端面外露在中心孔103处，光纤尾纤从中心孔103穿出。从而形成包括待加工光纤和光纤适配器10的待加工件。
还包括有步骤2）：旋涂；通过旋涂载纤装置20将所述待加工件固定到匀胶机处，由所述匀胶机将电子束抗蚀剂旋涂到所述待加工光纤的待加工端上，获得旋涂光纤件。
优选的，所述的旋涂载纤装置20包括有旋转载纤底座，所述旋转载纤底座包括有下端与所述匀胶机连接的连接部201、中部用于支撑的支撑部202和上端用于装载所述待加工件的装载部203。优选的，连接部201、支撑部202和装载部203均为旋转对称性结构。优选的，连接部201下端设置有与匀胶机相连接的卡槽。优选的，所述支撑部202的截面大于所述连接部201和所述装载部203的截面，便于将连接部201与匀胶机连接在一起，还能够起到稳定旋转的作用，避免连接部201过度的插入到匀胶机的连接处。所述装载部203为中空的筒壁结构，所述待加工件中光纤适配器10的卡设部102放置在所述筒壁结构内。优选的，可通过螺纹连接的方式将光纤适配器或待加工件与装载部203连接。所述装载部203上设置有可穿设所述待加工光纤的光纤尾纤的装载孔204。
将待加工件中的光纤适配器10安放到旋涂载纤装置的装载部203上并固定，将光纤尾纤从装载部203的装载孔204中穿出，然后绕装载部203螺旋缠绕，将光纤尾纤粘贴固定到装载部203的外表面，由此即可将待加工件固定到旋涂载纤装置20，从而便于通过旋涂载纤装置20将待加工件固定到匀胶机处。经匀胶机将电子束抗蚀剂旋涂到所述待加工光纤的待加工端上，获得旋涂光纤件。旋涂光纤件包括已旋涂电子束抗蚀剂的光纤和光纤适配器10。
步骤3）：刻蚀；通过刻蚀载纤装置40将所述旋涂光纤件固定到刻蚀装置处，所述刻蚀装置可发出电子束，由所述刻蚀装置发出的电子束对所述旋涂光纤件的待加工端进行刻蚀加工，获得刻蚀光纤件。
进一步的，所述刻蚀载纤装置40包括有光纤搭载底座，所述光纤搭载底座包括有下端与所述刻蚀装置配合的燕尾槽401，以及上端用于装载所述待加工件的搭载部402。所述搭载部402为中空的筒壁结构，所述待加工件可放置在所述筒壁结构内。所述搭载部402上设置有可穿设所述待加工光纤的光纤尾纤的搭载孔403。
优选的，将旋涂光纤件中的光纤适配器10固定到刻蚀载纤装置40的搭载部402上。优选的，旋涂光纤件中的光纤适配器10与刻蚀载纤装置40的搭载部402用螺纹进行连接。将已旋涂电子束抗蚀剂的待加工光纤的光纤尾纤从搭载部402的搭载孔403中穿出，然后绕搭载部402螺旋缠绕，将已旋涂电子束抗蚀剂的待加工光纤的光纤尾纤粘贴固定到搭载部402的外表面，由此即可将旋涂光纤件固定到刻蚀载纤装置40，从而便于通过刻蚀载纤装置40将旋涂光纤件固定到刻蚀装置处。由所述刻蚀装置发出的电子束对所述旋涂光纤件的待加工端进行刻蚀加工，获得刻蚀光纤件。
步骤4）：镀膜；对所述刻蚀光纤件中已刻蚀的光纤显影处理后，通过镀膜载纤装置30将显影后的刻蚀光纤固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对显影后的刻蚀光纤件的待加工端进行镀膜加工。
所述镀膜载纤装置30包括有下端与所述镀膜装置连接的结合部301，以及上端可安放1个或多个所述刻蚀光纤件的安放部302。
优选的，所述安放部302包括有多个，可同时对1个或多个刻蚀光纤件中已刻蚀的光纤进行镀膜。
对经镀膜处理后的刻蚀光纤进行剥离处理，获得具有集成微纳结构的功能光纤。
通过上述步骤，用电子束对光纤进行集成微纳结构，获得功能光纤，在加工过程中，通过旋涂载纤装置20、刻蚀载纤装置40，在加工过程中，不再需要将光纤从光纤适配器10中取下，而是直接连同光纤适配器10一起应用到旋涂、刻蚀，避免重新固定待加工光纤，确保了在加工光纤时，光纤始终处于光纤适配器10的中心处。不仅仅提高了加工效率，还确保了集成微纳结构时的准确性。
当使用离子束对待加工光纤进行加工时，包括以下步骤：
步骤1）：安装；将待加工光纤安放到镀膜载纤装置上。
优选的，所述待加工光纤的一端为具有标准单模或多模光纤连接器的可集成微纳结构的待加工端，另一端为光纤尾纤。
步骤2）：镀膜；通过镀膜载纤装置30将待加工光纤固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对待加工件中光纤的待加工端进行镀膜加工，获得镀膜光纤；
步骤3）：刻蚀；将镀膜光纤的待加工端连接到光纤适配器10上，然后将光纤适配器连同镀膜光纤放置在刻蚀载纤装置上，通过刻蚀载纤装置40将所述镀膜光纤固定到刻蚀装置处，所述刻蚀装置可发出离子束，由所述刻蚀装置发出的离子束对所述镀膜光纤的待加工端进行刻蚀加工，获得具有集成微纳结构的功能光纤。
通过上述步骤，使用离子束来对光纤进行集成微纳结构，获得功能光纤。
离子束加工相比于电子束加工的优势在于步骤少，整个加工流程仅需要3步，利用镀膜载纤装置实现在光纤端面沉积多种目标材料，利用刻蚀载纤装置实现在光纤端面加工尺寸精确的微纳图案，不需要掩模便能够加工纳米级别的微纳结构，加工精度高，加工步骤简便。
本发明提供了一套完整的在光纤端面集成微纳结构的加工方法及设备，利用旋转涂覆装置可以在光纤端面旋涂厚度均匀的电子束抗蚀剂，利用刻蚀载纤装置实现在光纤端面加工尺寸精确的微纳图案，利用镀膜载纤装置实现在光纤端面沉积多种目标材料，其中刻蚀载纤装置和镀膜载纤装置同时适用与电子束刻蚀工艺和离子束刻蚀工艺，本时发明克服了传统的电子束、离子束刻蚀工艺只能在大面积平面衬底加工微纳结构的局限性，为在光纤端面集成图案复杂、尺寸精确的微纳结构提供了一种高效、通用的加工方式。
上述实例仅为本发明的优选实例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光纤端面集成微纳结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
安装，将待加工光纤安放到光纤适配器上，获得待加工件；
旋涂，通过旋涂载纤装置将所述待加工件固定到匀胶机处，由所述匀胶机将电子束抗蚀剂旋涂到所述待加工光纤的待加工端上，获得旋涂光纤件；
刻蚀，通过刻蚀载纤装置将所述旋涂光纤件固定到刻蚀装置处，所述刻蚀装置可发出电子束，由所述刻蚀装置发出的电子束对所述旋涂光纤件的待加工端进行刻蚀加工，获得刻蚀光纤件；
镀膜，对所述刻蚀光纤件中已刻蚀的光纤显影处理后，通过镀膜载纤装置将显影后的刻蚀光纤固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对显影后的刻蚀光纤件的待加工端进行镀膜加工；
或
安装，将待加工光纤安放到镀膜载纤装置上；
镀膜，通过镀膜载纤装置将待加工光纤固定到镀膜装置处，通过所述镀膜装置对待加工件中光纤的待加工端进行镀膜加工，获得镀膜光纤；
刻蚀，将镀膜光纤的待加工端连接到光纤适配器上，然后将光纤适配器连同镀膜光纤放置在刻蚀载纤装置上，通过刻蚀载纤装置将所述镀膜光纤固定到刻蚀装置处，所述刻蚀装置可发出离子束，由所述刻蚀装置发出的离子束对所述镀膜光纤的待加工端进行刻蚀加工，获得具有集成微纳结构的功能光纤；
所述的旋涂载纤装置包括有旋转载纤底座，所述旋转载纤底座包括有下端与所述匀胶机连接的连接部、中部用于支撑的支撑部和上端用于装载所述待加工件的装载部；
所述刻蚀载纤装置包括有光纤搭载底座，所述光纤搭载底座包括有下端与所述刻蚀装置配合的燕尾槽，以及上端用于装载所述待加工件的搭载部；
所述镀膜载纤装置包括有下端与所述镀膜装置连接的结合部，以及上端可安放至少一个所述待加工光纤的安放部。
2.根据权利要求1所述的光纤端面集成微纳结构的加工方法，其特征在于，所述待加工光纤的一端为具有标准单模或多模光纤连接器的可集成微纳结构的待加工端，另一端为光纤尾纤。
3.根据权利要求1所述的光纤端面集成微纳结构的加工方法，其特征在于，所述支撑部的截面大于所述连接部和所述装载部的截面。
4.根据权利要求1所述的光纤端面集成微纳结构的加工方法，其特征在于，所述装载部为中空的筒壁结构，所述待加工件可放置在所述筒壁结构内。
5.根据权利要求1所述的光纤端面集成微纳结构的加工方法，其特征在于，所述装载部上设置有可穿设所述待加工光纤的光纤尾纤的装载孔。
6.根据权利要求1所述的光纤端面集成微纳结构的加工方法，其特征在于，所述搭载部为中空的筒壁结构，所述待加工件可放置在所述筒壁结构内。
7.根据权利要求1所述的光纤端面集成微纳结构的加工方法，其特征在于，所述搭载部上设置有可穿设所述待加工光纤的光纤尾纤的搭载孔。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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