TWI474061B - 光纖光學鑷夾之製作方法 - Google Patents

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光纖光學鑷夾之製作方法
本發明係有關於一種光纖光學鑷夾之製作方法，尤其是指一種於整體製作上更為簡便，且能降低其製作成本，並於使用上具有高捕捉效率及低捕捉功率，使得其能更便於在生物醫學領域上的應用，而在其整體施行使用上更增實用功效特性之光纖光學鑷夾之製作方法創新設計者。
按，光學鑷夾〔亦稱光鉗〕是指利用光或光能捕捉微小物體，其係為一種非接觸式捕捉的夾具，使得被捕捉物不但可以避免以往受到接觸式鑷夾造成的形變、刮傷或破壞情況發生，且還可以於低干擾的情況下操控，並觀察活體的微生物、細胞或血球等行為。
而該光學鑷夾目前一般主要可分為透鏡式及光纖式兩種類型；其中，透鏡式光學鑷夾系統是由許多光學元件建構而成，使得其整體系統的建構較為複雜、操控性較差、成本較為昂貴，且此系 統需時常反覆調整各個光學元件，使光路依照實驗設計之路徑前進，而若再加裝其他光學元件，系統就變得更加複雜，光軸的調整也相對困難，加上佔用較大的實體空間，及其雷射輸出功率高，易破壞活體細胞之被捕捉物，致令其在整體結構設計上仍存在有改進之空間。
至於光纖式光學鑷夾則相較於透鏡式光學鑷夾所佔實體空間較小、操作零活性較高、成本較低；也因此，於2005年10月11日公告有第I241421號「製造雙曲線形式光纖透鏡之方法」及於2006年葉斯銘先生之國立中山大學的光電工程研究所博士論文「橢圓光纖微透鏡之研究」中，皆提出應用於通訊領域之雷射光與光纖耦合匹配的光纖微透鏡製程方法，但其使用的蝕刻液是氫氟酸與機油〔HF/oil〕之混合液，在製作過程中需進行蝕刻液調合的步驟，並再清洗殘留於光纖上的油汙，增加製程時間及困難度；此外，其主要應用於通訊領域之雷射光與光纖耦合匹配，無法直接應用於光纖光學鑷夾系統。
另，於2009年陳國良先生之國立高雄應用科技大學的光電與通訊工程研究所碩士論文「光纖光學鑷夾之研製」中，則受上述製程技術啟發，改變製程中使用之蝕刻液與蝕刻參數，並使加工的光纖端面符合光學鑷夾之應用；但因製程時間過長，以及所使用的光纖皆為多模態光纖〔MMF〕之光學鑷夾，所以輸出雷射光會產生多模態，且所需雷射光功率高，不適用於生醫領域之活體捕捉。
又，於2011年陳文堡先生之國立高雄應用科技大學的光電與通訊工程研究所碩士論文「光纖光學鑷夾應用於捕捉微粒與酵母菌之研究」中，雖已提出單模態光纖〔SMF〕之光學鑷夾，解決模態上的問題，但製程方法依然耗時，且加工後光纖頭波導效果不佳，造成輸出雷射光損耗大，使輸出功率仍高，於其製作良率上亦偏低。
緣是，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構再予以研究改良，提供一種光纖光學鑷夾之製作方法，以期達到更佳實用價值性之目的者。
本發明之主要目的在於提供一種光纖光學鑷夾之製作方法，其係於整體製作上更為簡便，且能降低其製作成本，並於使用上具有高捕捉效率及低捕捉功率，使得其能更便於在生物醫學領域上的應用，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：其主要係包括下列步驟：剝除：剪裁適當長度之光纖，並剝除光纖之纖衣層〔Cladding〕而漏出纖芯層〔Core〕；清潔：將光纖清洗潔淨； 切割：將光纖之纖芯層〔Core〕端面切割平整化；蝕刻：將光纖予以固定，於一容器內加入氧化物緩衝蝕刻液〔Buffer Oxide Etch,BOE〕再將固定之光纖對應容器設置，令待加工之光纖纖芯層〔Core〕末端浸入氧化物緩衝蝕刻液進行蝕刻，光纖之纖芯層〔Core〕末端即會形成錐形狀；微透鏡加工：對錐形狀之光纖纖芯層〔Core〕末端利用兩端電弧裝置進行融燒，使其形成半球形之透鏡化光纖，即完成製作。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，該剝除步驟係利用光纖剝線鉗對光纖進行剪裁及剝除纖衣層〔Cladding〕。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，該切割步驟係利用光纖切割刀對光纖之纖芯層〔Core〕端面進行切割平整化。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，該蝕刻步驟所使用之容器係為聚丙乙烯材質。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，該蝕刻步驟所使用之氧化物緩衝蝕刻液，其係由經水稀釋40%之氟化氨〔NH4F〕及經水稀釋49%之氫氟酸兩種液體以6：1的方 式調製而成。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，該蝕刻步驟係將固定之光纖置於容器上方，令待加工之光纖之纖芯層〔Core〕末端浸入氧化物緩衝蝕刻液進行垂直式蝕刻。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，該蝕刻步驟係將固定之光纖置於容器側邊，令待加工之光纖之纖芯層〔Core〕末端浸入氧化物緩衝蝕刻液進行水平式蝕刻。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，於進行蝕刻步驟後再進行觀察步驟，利用金相顯微鏡觀察光纖之纖芯層〔Core〕末端是否為錐形狀，若成功即可進行下一步驟，若失敗則直接視為廢品。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，該觀察步驟於利用金相顯微鏡觀察到光纖之纖芯層〔Core〕末端為錐形狀後，能直接進行光學捕捉實驗測試。
本發明光纖光學鑷夾之製作方法的較佳實施例，其中，於進行微透鏡加工步驟後再進行觀察步驟，利用金相顯微鏡觀察光纖之纖芯層〔Core〕末端，並進行光學捕捉實驗測試。
(1)‧‧‧光纖
(11)‧‧‧纖衣層
(12)‧‧‧纖芯層
(2)‧‧‧容器
(3)‧‧‧氧化物緩衝蝕刻液
第一圖：本發明之製作流程示意圖
第二圖：本發明之光纖垂直蝕刻狀態動作示意圖(一)
第三圖：本發明之光纖垂直蝕刻狀態動作示意圖(二)
第四圖：本發明之光纖垂直蝕刻狀態動作示意圖(三)
第五圖：本發明之光纖水平式蝕刻狀態動作示意圖(一)
第六圖：本發明之光纖水平式蝕刻狀態動作示意圖(二)
第七圖：本發明之光纖水平式蝕刻狀態動作示意圖(三)
第八圖：本發明之光纖融燒狀態動作示意圖(一)
第九圖：本發明之光纖融燒狀態動作示意圖(二)
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：首先，請參閱第一圖本發明之製作流程示意圖所示，本發明主要係包括下列步驟：剝除：利用光纖剝線鉗剪裁適當長度之光纖(1)，並剝除光纖(1)之纖衣層〔Cladding〕(11)而漏出纖芯層〔Core〕(12)；清潔：將光纖(1)清洗潔淨；切割：利用光纖切割刀將光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)端面切割平整化； 蝕刻：將光纖(1)予以固定，於一聚丙乙烯之容器(2)內加入氧化物緩衝蝕刻液〔Buffer Oxide Etch,BOE〕(3)，該氧化物緩衝蝕刻液(3)是由經水稀釋40%之氟化氨〔NH4F〕及經水稀釋49%之氫氟酸兩種液體以6：1的方式調製而成，再將固定之光纖(1)置於容器(2)上方或側邊，令待加工之光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)末端浸入氧化物緩衝蝕刻液(3)進行垂直式蝕刻，將光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)垂直浸入氧化物緩衝蝕刻液(3)中〔請一併參閱第二圖本發明之光纖垂直式蝕刻狀態動作示意圖(一)所示〕，光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)末端即會形成錐形狀〔請一併參閱第三圖本發明之光纖垂直式蝕刻狀態動作示意圖(二)及第四圖本發明之光纖垂直式蝕刻狀態動作示意圖(三)所示〕；本發明亦可令光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)水平浸入氧化物緩衝蝕刻液(3)中進行水平式蝕刻〔請一併參閱第五圖本發明之光纖水平式蝕刻狀態動作示意圖(一)所示〕，光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)末端同樣即會形成錐形狀〔請一併參閱第六圖本發明之光纖水平式蝕刻狀態動作示意圖(二)及第七圖本發明之光纖水平式蝕刻狀態動作示意圖(三)所示〕；觀察：利用金相顯微鏡觀察光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)末端是否為錐形狀，若成功即可進行下一步驟，或直接進行光學捕捉實驗測試，若失敗則直接視為廢品； 微透鏡加工：對錐形狀之光纖(1)纖芯層〔Core〕(12)末端利用兩端電弧裝置進行融燒〔請一併參閱第八圖本發明之光纖融燒狀態動作示意圖(一)所示〕，使其形成半球形之透鏡化光纖(1)〔請一併參閱第九圖本發明之光纖融燒狀態動作示意圖(二)所示〕；觀察：利用金相顯微鏡觀察光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)末端，並進行光學捕捉實驗測試。
如此一來，即可令光線通過該光纖(1)，且經由光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)末端的半球形狀讓光線產生折射，使得於該光纖(1)靠近微粒後，即能利用光纖(1)之纖芯層〔Core〕(12)末端折射的光線對微粒進行捕捉，以能將微粒移動到所需位置處。
藉由以上所述，本發明結構之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明主要係於整體製作上更為簡便，且能降低其製作成本，並於使用上具有高捕捉效率及低捕捉功率，使得其能更便於在生物醫學領域上的應用，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又 其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

Claims (10)

  1. 一種光纖光學鑷夾之製作方法，其主要係包括下列步驟：剝除：剪裁適當長度之光纖，並剝除光纖之纖衣層〔Cladding〕而漏出纖芯層〔Core〕；清潔：將光纖清洗潔淨；切割：將光纖之纖芯層〔Core〕端面切割平整化；蝕刻：將光纖予以固定，於一容器內加入氧化物緩衝蝕刻液〔Buffer Oxide Etch,BOE〕再將固定之光纖對應容器設置，令待加工之光纖纖芯層〔Core〕末端浸入氧化物緩衝蝕刻液進行蝕刻，光纖之纖芯層〔Core〕末端即會形成錐形狀；微透鏡加工：對錐形狀之光纖纖芯層〔Core〕末端利用兩端電弧裝置進行融燒，使其形成半球形之透鏡化光纖，即完成製作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，該剝除步驟係利用光纖剝線鉗對光纖進行剪裁及剝除纖衣層〔Cladding〕。
  3. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，該切割步驟係利用光纖切割刀對光纖之纖芯層〔Core〕端面進行切割平整化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，該蝕刻步驟所使用之容器係為聚丙乙烯材質。
  5. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，該蝕刻步驟所使用之氧化物緩衝蝕刻液，其係由經水稀釋40%之氟化氨〔NH4F〕及經水稀釋49%之氫氟酸兩種液體以6：1的方式調製而成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，該蝕刻步驟係將固定之光纖置於容器上方，令待加工之光纖之纖芯層〔Core〕末端浸入氧化物緩衝蝕刻液進行垂直式蝕刻。
  7. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，該蝕刻步驟係將固定之光纖置於容器側邊，令待加工之光纖之纖芯層〔Core〕末端浸入氧化物緩衝蝕刻液進行水平式蝕刻。
  8. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，於進行蝕刻步驟後再進行觀察步驟，利用金相顯微鏡觀察光纖之纖芯層〔Core〕末端是否為錐形狀，若成功即可進行下一步驟，若失敗則直接視為廢品。
  9. 如申請專利範圍第8項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，該觀察步驟於利用金相顯微鏡觀察到光纖之纖芯層〔Core〕末端為錐形狀後，能直接進行光學捕捉實驗測試。
  10. 如申請專利範圍第1項所述光纖光學鑷夾之製作方法，其中，於進行微透鏡加工步驟後再進行觀察步驟，利用金相顯微鏡觀察光纖之纖芯層〔Core〕末端，並進行光學捕捉實驗測試。
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