[发明专利]一种基于光纤的光束整形衍射透镜

说明书

本发明提供的是一种基于光纤的光束整形衍射透镜。其特征是：它由激光器1、多芯光纤连接器2、七芯光纤3、无芯光纤4、二元环形达曼光栅5组成。所述的组成中，二元环形达曼光栅5是在无芯光纤4纤端用飞秒加工系统直接加工而成。本发明可用于制备基于光纤的光束整形衍射透镜，可广泛用于光计算、精密测量、成像系统及光通讯等领域。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于光纤的光束整形衍射透镜，可用于制备基于光纤的衍射透镜，可用于光计算、精密测量、成像系统及光通讯等领域，属于纤维集成光学技术领域。

(二)背景技术

激光的产生、传输变换和控制，以及激光和物质的相互作用，构成了激光技术领域的主要研究内容。激光束的变换是当今世界激光领域研究前沿之一，二元光学是实现激光束变换的重要手段。

透镜是传统光学上重要的组成部分之一，也朝着更加微型化方向发展，例如王进报道了MOEMS器件的硅微透镜阵列制造工艺(王进.MOEMS器件的硅微透镜阵列制造工艺[J].仪表技术与传感器，2019(10):5-7.)。微透镜尺寸小，易集成，广泛的用在光操纵(YuanL,Liu Z,Yang J,et al.Twin-core fiber optical tweezers[J].Optics Express,2008,16(7):4559-66.)以及光学成像(刘嘉楠.微透镜阵列积分视场成像光谱仪的研究与设计[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)，2019.)等领域。

随着集成光学的不断发展，一些波分复用器、光开关以及激光器都可以集成在一个微小芯片上，将各个功能集成到一起，减小了系统结构。光纤作为一种低损耗、可远距离传光的元件，在光纤器件和光纤传感方面得到了广泛的应用。因此在光纤端面上直接加工微透镜即“光纤微透镜”，来实现激光束的变换，可以进一步减小器件的尺寸。

2017年，周常河等人公开了可产生暗环的圆环达曼光栅(公开号CN107272100A)，以熔石英为基底材料，通过光刻和干法刻蚀工艺在熔石英基底上直接刻蚀出二值面浮雕型同心环区微结构。用于粒子和细胞光学操控等场合。

2018年，赵复生等人公开了一种端面带有菲涅尔透镜的光纤及其应用的传感器(申请号201821263256.1)。首先刚性基底上刻透镜结构的反模型，然后用硅烷处理透镜结构模型及基底，方便结构脱离。再将液态聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂布于基底表面的防粘图层上，充分除去气体，加热PDMS使其固化，最后使用氧气等离子活化PDMS结构及光纤体端面，将光纤体对准菲涅尔透镜中心插在PDMS结构上直至两者形成永久的粘合，再使用刀片将多余的PDMS结构去除掉，完成端面带有菲涅尔透镜的光纤的制备。

2019年，蒋金宏等人报道了采用楔形截顶光纤微透镜代替分立式透镜的直接耦合的方法，得到斜面倾角0.6rad、耦合距离60μm、半宽度15μm的楔形截顶光纤端面模型。(蒋金宏,李勇奇,吕欢祝,金琪,张克非.基于DFB激光器的楔形截顶光纤微透镜耦合结构[J].激光技术,2019,43(05):65-69.)

此外，光纤微透镜的制备方法还有很多，例如，拉锥法、化学腐蚀等。

光刻和干法刻蚀过程繁琐，且成本高；利用PDMS在光纤端面制作透镜，需要制作掩膜版，还要经过浇铸、固化、光纤对准等一系列繁琐的步骤；化学腐蚀法制作的光纤锥形微透镜表面较为粗糙、机械强度较差、也会使得光强受到较大的损失；热熔拉锥法不易控制其尺寸。