[发明专利]腐蚀、切割、热融三步制作光纤球面微透镜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作光纤球面透镜的方法，特别是一种腐蚀、切割、热融三步制作光纤球面微透镜的方法。

背景技术

半导体激光器(LD)与单模光纤的高效耦合一直是光纤通信领域的一个重要研究内容。使用普通平端光纤与LD直接耦合，损耗达到7dB，提高光纤耦合效率有两种方法，一种是在LD与光纤之间加入分立的光学元件，另一种是使用光纤微透镜耦合，由于光纤微透镜耦合系统具有体积小、结构简单、易于加工和集成、成本低廉的特点，近年来得到了广泛的研究。

光纤微透镜的加工方法主要有研磨抛光、熔融拉锥、化学腐蚀、腐蚀与熔融结合的方法等。根据光纤微透镜的外形的不同，可分为楔形、锥形、半球形、锥端半球微透镜等多种形式。典型地，楔形微透镜由研磨抛光法加工，半球形、锥形及球锥形微透镜分别由熔融拉锥、化学腐蚀、先腐蚀后熔融的方法加工制作。

目前，腐蚀熔融法对光纤球面微透镜加工多靠实验摸索，尚无定量计算模型，因此制作的光纤球面微透镜的曲率半径无法控制，尺寸误差大，也影响了耦合效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便、尺寸准确、可人为控制球面透镜曲率半径的腐蚀、切割、热融三步制作光纤球面微透镜的方法，克服现有技术的不足。

本发明的腐蚀、切割、热融三步制作光纤球面微透镜的方法，步骤为：

①、腐蚀，利用酸液对光纤端部进行腐蚀使光纤端部外层直径变小且与未腐蚀部分形成锥面过渡状；

②、切割平端面，将光纤端部形成的小直径部分切除，切除后光纤端头呈正圆台状；

③、利用电极热熔光纤端头形成光纤球面微透镜；

其中①步骤中腐蚀的时间为：光纤腐蚀前包层外侧半径b与所述的③步骤中形成的光纤球面微透镜的曲率半径r之差和光纤腐蚀速率v的比值。

本发明的腐蚀、切割、热融三步制作光纤球面微透镜的方法，与现有技术相比具有简便、尺寸准确、可人为控制球面透镜曲率半径、纤球面微透镜耦合效果好的优点。

附图说明

图1是光纤端部插入酸液中的示意图；

图2是光纤端部经酸液腐蚀后的示意图；

图3是光纤端部切割后的示意图；

图4是光纤端部在电极产生的温度场内熔融时的示意图；

图5是光纤端部形成球面微透镜后的示意图；

图6是光纤端头圆台形成球面微透镜示意图；

图7是腐蚀光纤半径与腐蚀时间的线性关系曲线图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5所示：1为HF酸液，光纤由内部的纤芯3和包在外侧的包层4组成。

本发明的步骤为：

①、腐蚀，利用HF酸液1对光纤端部进行腐蚀使光纤端部外层直径2d变小且与未腐蚀部分形成通过锥面5过渡状。在HF酸液1的上方有有机覆盖层2，有机覆盖层2为二甲笨或其他材料的有机覆盖层。

②、切割平端面，将光纤端部形成的小直径d部分切除，切除后光纤端头呈正圆台状；

③、利用电极6产生的温度场7热熔光纤端头形成光纤球面微透镜，该球面的曲率半径为r；

其中①步骤中腐蚀的时间t(min)为：光纤腐蚀前包层外侧半径b(μm)与所述的③步骤中形成的光纤球面微透镜的曲率半径r(μm)之差和光纤腐蚀速率v(μm/min)的比值，即：t＝(b-r)/v。

下面进一步说明本发明的方法：

如图6所示：由于光纤是导光器件，电弧热熔光纤端成微透镜的操作应尽量避免对光纤导光结构的影响，电弧加热区域应仅仅局限在光纤端面部分。为了定量地分析光纤球透镜尺寸大小，根据加热前后光纤材料体积不变的特点，建立了几何计算模型。为了研究更一般的情况，首先分析对具有一定锥度的平端光纤端面进行热融加工球透镜的情况。锥角为2θ光纤锥平端面经过电弧热融形成半径为r的球透镜，d为腐蚀光纤锥的平端面直径，d’为锥内切球切点连线，即球台ABCD的底面直径。h、h’分别为球台ABCD和球缺ABE的高度。

采用电弧热融将光纤锥平端面熔为平滑、自然过渡半球透镜。圆台ABCD的体积应该等于球缺ABE的体积，即满足条件：

V_圆台ABCD＝V_球缺ABE(1)

而球台和球缺体积分别为：

通过图2所示的几何关系，可以推导出：

d′＝2rcosθ，(4)