[发明专利]一种光纤透镜的飞秒激光加工方法

说明书

本发明公开了一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，包括以下步骤：利用聚焦的飞秒激光在光纤上依照待制备透镜轮廓进行扫描，激光焦点辐照区域发生材料改性或者刻蚀去除；将处理后的光纤端面部分浸入氢氟酸溶液，通过对改性区域材料的选择腐蚀去除，使透镜轮廓外的光纤脱离形成光纤透镜原型；控制腐蚀时间，使获得的光纤透镜原型的表面趋向光滑，形成光纤透镜。本发明方法加工工序简单，制备光纤透镜的形貌灵活，加工中不存在热效应，可在光纤端面制备各种形貌的凸面和凹面光纤透镜，解决了现有制备方法中存在应力破坏和热烧蚀变形问题，可用于光纤传感、光纤激光器等领域等需要光纤耦合的领域。

技术领域

本发明属于光纤光学和激光加工领域，涉及一种光纤透镜的加工方法，具体涉及一种基于飞秒激光微纳加工技术与化学腐蚀结合制备光纤透镜方法，特别涉及一种光纤透镜的飞秒激光加工方法。

背景技术

光纤透镜是一种将光纤端面制作成透镜结构的光学元件，主要用于光纤系统中的光耦合。相比传统光耦合中常用的外置微透镜偶合法，透镜光纤有着灵活方便，易于集成封装、加工制作的众多优点。透镜光纤在光通信、光传感、光纤激光器等领域中有着广泛的应用。无论是从技术研究还是实际应用均表明，严格控制几何形状的透镜光纤制作，都对提高光耦合效率具有重要的作用。

光纤透镜的主要形式有球面、楔面、锥面以及斜面透镜，目前制作光纤透镜的方法主要利用高精度研磨机对光纤端面进行精密研磨而成，透镜表面可以达到高级几何精度。然而由于研磨中对光纤需要对光纤施加压力，容易造成光纤变形，导致制备的光纤透镜存在不确定偏差以及非对称性。此外，研磨技术主要用于制备凸面光纤透镜。另外一种适合于批量制备光纤透镜的方法是采用激光微加工的方式。目前主要利用CO₂长脉冲激光烧蚀对光纤端面进行成型加工。然而由于长脉冲或者连续激光加工光纤主要是材料对激光吸收后产生的热效应，这种激光加工中产生的热效应极易引起光纤端面的变形。

综上，亟需一种新的光纤透镜的飞秒激光加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，包括以下步骤：

利用聚焦的飞秒激光在光纤上依照待制备透镜轮廓进行扫描，激光焦点辐照区域发生材料改性或者刻蚀去除；

将处理后的光纤端面部分浸入氢氟酸溶液，通过对改性区域材料的选择腐蚀去除，使透镜轮廓外的光纤脱离形成光纤透镜原型；

控制腐蚀时间，使获得的光纤透镜原型的表面趋向光滑，形成光纤透镜。

本发明的进一步改进在于，利用聚焦的飞秒激光，在光纤内部或者表面进行图形化扫描，形成由飞秒激光改性区域构成的光纤透镜轮廓；

通过氢氟酸腐蚀使改性区域两侧光纤分离，形成光纤透镜的胚体；在氢氟酸中继续腐蚀，透镜胚体表面逐渐趋于光滑，最终形成高质量的光纤透镜；

其中，或者，光纤透镜的胚体利用飞秒激光由表面逐层扫描刻蚀而成。

本发明的进一步改进在于，光纤采用石英玻璃光纤。

本发明的进一步改进在于，利用聚焦的飞秒激光在光纤上依照待制备透镜轮廓进行扫描时，

利用聚焦飞秒激光在光纤内部扫描，形成由飞秒激光诱导材料结构改变或者空腔构成的透镜轮廓；

或者，将飞秒激光聚焦在光纤的表面逐层扫描刻蚀出光纤透镜胚体。

本发明的进一步改进在于，氢氟酸质量浓度在3％～10％，所用的全部腐蚀时间≥5min。

本发明的进一步改进在于，具体包括以下步骤：