一种光纤透镜的飞秒激光加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110405354A(43)申请公布日2019.11.05(21)申请号201910673089.0(22)申请日2019.07.24(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号申请人西安交通大学苏州研究院(72)发明人陈涛司金海沈天伦侯洵(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人范巍(51)Int.Cl.B23K26/362(2014.01)B23K26/53(2014.01)G02B6/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种光纤透镜的飞秒激光加工方法(57)摘要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。CN110405354ACN110405354A权利要求书1/2页1.一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，光纤采用石英玻璃光纤。4.根据权利要求1所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，氢氟酸质量浓度在3％～10％，所用的全部腐蚀时间≥5min。6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)将光纤端面切割平整，并将光纤固定于五维电动位移台上；2)利用聚焦透镜将飞秒激光聚焦至光纤内部或者表面，通过扫描振镜控制激光扫描或者通过五维电动位移台移动光纤，在光纤端面上形成由激光改性区域构成的透镜轮廓；3)将步骤2)处理后的光纤端放入氢氟酸溶液中进行超声腐蚀，腐蚀去除飞秒激光改性区，形成光纤透镜的胚体；4)在氢氟酸溶液中继续腐蚀，使步骤3)获得的胚体透镜表面进一步光滑形成光纤透镜。7.根据权利要求6所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，步骤2)中，扫描振镜或者五维电动位移台，用于控制飞秒激光在光纤上的聚焦和扫描位置，从而通过定点或者扫描加工形成光纤透镜的轮廓；步骤2)中，所述的飞秒激光在光纤内诱导的结构为光纤材料密度改变或者微腔结构。8.根据权利要求6所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，步骤3)中，所述飞秒激光在光纤内部扫描时，氢氟酸腐蚀后光纤以扫描轮廓部分为分界线分裂成两部分，其中一部分为光纤透镜胚体；飞秒激光在光纤表面扫描刻蚀时直接形成光纤透镜胚体。9.根据权利要求6所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，所述聚焦透镜为5倍，10倍，20倍50倍及100倍聚焦透镜和F-Theta扫描透镜中的一种；2CN110405354A权利要求书2/2页飞秒激光的重复频率为1kHz，飞秒激光的功率0.5mW～10mW，激光扫描速率为≤100μm/s。10.根据权利要求6所述的一种光纤透镜的飞秒激光加工方法，其特征在于，加工获得的光纤透镜为凸透镜或者凹透镜。3CN110405354A说明书1/7页一种光纤透镜的飞秒激光加工方法技术领域[0001]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