一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法
【專利摘要】本發明涉及一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法，操作步驟如下：1)毛細管的準備過程和固定過程；2）熔融拉錐過程；3）熔錐毛細管卸載過程；本發明與現在技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：1．利用懸掛物微重力拉伸毛細管操作簡單快速不容易折斷，設備成本低。2．利用懸掛物重力拉伸技術可制作出錐腰直徑更小長度更長的拉細毛細管。3.利用懸掛物重力拉伸技術制作出的熔錐毛細管均勻性和重復性更好。4.懸掛物重力拉伸技術所需初始樣品更短更節省毛細管材料，而且不受樣品粗細限制。
【專利說明】
一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法。
【背景技術】
[0002]二氧化碳(C02)激光加工技術己經成功地應用在許多基于光纖加工的微光學器件制備過程中。例如制作長周期光纖光柵、近場掃描探針和熔錐光纖等。石英毛細管雖然內部是空芯但無論從外觀和尺寸上還是材質上與光纖很相似，二氧化碳(C02)激光加工技術同樣適用于石英毛細管的微加工領域。近年來空心的石英毛細管可廣泛用于各種光微流光學器件制備上，例如使其加工成回音壁模式圓形光學微腔和微氣泡微腔，與其它光纖器件再進行全光器件組合而構成各種更高靈敏度光電傳感器等。
[0003]因受到工藝限制目前市面上提供的大量石英毛細管外徑尺寸一般較大(100-500微米)，而對于光微流器件來說需要更細(30微米以下)石英毛細管。為此需要把粗毛細管拉錐成細毛細管。實現更細外徑尺寸(30微米以下)的熔錐毛細管是當前工藝上一個難點。Yong Yang等人2016年I月在《OPTICS EXPRESS》第I期第24卷上發表了篇名為High-Q，ultrathin-walled microbubble resonator for aerostatic pressure sensing的文章，提出利用二氧化碳激光熔拉錐的裝置并且制作出了外徑為30微米的熔錐石英毛細管。該裝置采用雙光束加熱方法使2束相向激光束同時聚焦在水平放置裸纖毛細管上，在持續加熱毛細管的同時由步進電機帶動固定毛細管的夾具，使其向兩側拉伸，最終在加熱區形成雙錐體形式的特殊波導結構。但通過查閱文獻可以發現:1.此種C02激光作為熱源熔融拉錐方法中，設備顯得比較復雜;所制作出的熔錐毛細管最細錐腰直徑才達到30微米，要制作更小尺寸外徑需要更高精度裝置，這導致制作成本很高；2.由于水平拉直過程中由步進電機來控制，工藝參數很難設置容易造成毛細管折斷;3.由于毛細管兩端都由夾具固定，卸載過程中容易折斷熔錐毛細管。4.因步進電機固定拉伸故毛細管兩端預留部分比較長，浪費毛細管材料嚴重。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
本發明所述的一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法，操作步驟如下:
I)毛細管的準備過程和固定過程:取一段長度、外徑和內壁厚度分別大于3cm、50微米和10微米左右的石英毛細管，并在所述石英毛細管的兩端套上長度相同的2個套管，再將其中一個套管安裝在一個三維調整架下端，另一個套管下端懸掛一個重物，使石英毛細管處于自然繃直狀態，在三維調整架左側位置安裝一個作為熱源的高頻脈沖二氧化碳激光器，在所述連續脈沖二氧化碳激光器正下端安裝第一反光鏡，在所述石英毛細管的右下端安裝有第二反光鏡，在所述第一反光鏡和第二反光鏡之間安裝一個分束比為50/50的分束鏡，且將所述第一反光鏡、第二反光鏡和分束鏡放置在同一水平線上，在所述分束鏡正上方安裝第三反光鏡，將所述第一反光鏡逆時針方向上旋轉45^，將所述第二反光鏡、第三反光鏡和分束鏡均順時針方向上旋轉45%使入射角和反射角都為45%在所述石英毛細管一側安裝一個顯微鏡，并對準到光束聚焦加熱位置；
2)熔融拉錐過程:打開高頻脈沖二氧化碳激光器慢慢加大其功率，同時用顯微鏡實時觀察石英毛細管上的光束聚焦部分物理變化情況，當聚焦部分開始出現熔融狀態時停止加大高頻脈沖二氧化碳激光器的功率，在繼續維持加熱情況下石英毛細管在懸掛物重力的作用下慢慢往下拉伸，自然形成熔錐狀拉細毛細管；
3)熔錐毛細管卸載過程:在石英毛細管停止繼續被拉伸后關閉高頻脈沖二氧化碳激光器，待自然冷卻后輕輕取下重物，然后輕輕地把石英毛細管和套管從三位調整架取下來，若無其它工藝要求時熔錐毛細管兩端上2個套管保留待用即可。
[0006]采用上述結構后，本發明與現在技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.利用懸掛物微重力拉伸毛細管操作簡單快速不容易折斷，設備成本低。
[0007]2.利用懸掛物重力拉伸技術可制作出錐腰直徑更小長度更長的拉細毛細管。
[0008]3.利用懸掛物重力拉伸技術制作出的熔錐毛細管均勻性和重復性更好。
[0009]4.懸掛物重力拉伸技術所需初始樣品更短更節省毛細管材料，而且不受樣品粗細限制。
[0010]5.因在一定功率條件下C02激光對石英毛細管加熱會有自約束效應，如果不持續加大激光器功率時當熔錐毛細管拉細到一定程度之后聚焦部分光吸收功率迅速下降而自動停止拉錐，因此不用擔心毛細管因迅速變細而拉斷。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0013]如圖1所示，本發明所述的一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法，操作步驟如下:
I)毛細管的準備過程和固定過程:取一段長度、外徑和內壁厚度分別大于3cm、50微米和10微米左右的石英毛細管9，并在所述石英毛細管9的兩端套上長度相同的2個套管10，再將其中一個套管10安裝在一個三維調整架7下端，另一個套管10下端懸掛一個重物8，使石英毛細管9處于自然繃直狀態，在三維調整架7左側位置安裝一個作為熱源的高頻脈沖二氧化碳激光器I，在所述連續脈沖二氧化碳激光器I正下端安裝第一反光鏡3，在所述石英毛細管9的右下端安裝有第二反光鏡5，在所述第一反光鏡3和第二反光鏡5之間安裝一個分束比為50/50的分束鏡4，且將所述第一反光鏡3、第二反光鏡5和分束鏡4放置在同一水平線上，在所述分束鏡4正上方安裝第三反光鏡2，將所述第一反光鏡3逆時針方向上旋轉45%將所述第二反光鏡5、第三反光鏡2和分束鏡4均順時針方向上旋轉45%使入射角和反射角都為45°，在所述石英毛細管9 一側安裝一個顯微鏡6，并對準到光束聚焦加熱位置；
2)熔融拉錐過程:打開高頻脈沖二氧化碳激光器I慢慢加大其功率，同時用顯微鏡6實時觀察石英毛細管9上的光束聚焦部分物理變化情況，當聚焦部分開始出現熔融狀態時停止加大高頻脈沖二氧化碳激光器I的功率，在繼續維持加熱情況下石英毛細管9在懸掛物8重力的作用下慢慢往下拉伸，自然形成熔錐狀拉細毛細管；
3)熔錐毛細管卸載過程:在石英毛細管9停止繼續被拉伸后關閉高頻脈沖二氧化碳激光器I，待自然冷卻后輕輕取下重物8，然后輕輕地把石英毛細管9和套管10從三位調整架7取下來，若無其它工藝要求時熔錐毛細管兩端上2個套管10保留待用即可。
[0014]本發明的有益效果是:
1.利用懸掛物微重力拉伸毛細管操作簡單快速不容易折斷，設備成本低。
[0015]2.利用懸掛物重力拉伸技術可制作出錐腰直徑更小長度更長的拉細毛細管。
[0016]3.利用懸掛物重力拉伸技術制作出的熔錐毛細管均勻性和重復性更好。
[0017]4.懸掛物重力拉伸技術所需初始樣品更短更節省毛細管材料，而且不受樣品粗細限制。
[0018]5.因在一定功率條件下C02激光對石英毛細管加熱會有自約束效應，如果不持續加大激光器功率時當熔錐毛細管拉細到一定程度之后聚焦部分光吸收功率迅速下降而自動停止拉錐，因此不用擔心毛細管因迅速變細而拉斷。
[0019]以上所述僅是本發明的較佳實施方式，故凡依本發明專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發明專利申請范圍內。
【主權項】
1.一種以二氧化碳激光作為熱源的石英毛細管熔融拉錐方法，其特征在于:操作步驟如下: I)毛細管的準備過程和固定過程:取一段長度、外徑和內壁厚度分別大于3cm、50微米和10微米左右的石英毛細管(9)，并在所述石英毛細管(9)的兩端套上長度相同的2個套管(10)，再將其中一個套管(10)安裝在一個三維調整架(7)下端，另一個套管(10)下端懸掛一個重物(8)，使石英毛細管(9)處于自然繃直狀態，在三維調整架(7)左側位置安裝一個作為熱源的高頻脈沖二氧化碳激光器(1)，在所述連續脈沖二氧化碳激光器(I)正下端安裝第一反光鏡(3)，在所述石英毛細管(9)的右下端安裝有第二反光鏡(5)，在所述第一反光鏡(3)和第二反光鏡(5)之間安裝一個分束比為50/50的分束鏡(4)，且將所述第一反光鏡(3)、第二反光鏡(5)和分束鏡(4)放置在同一水平線上，在所述分束鏡(4)正上方安裝第三反光鏡(2)，將所述第一反光鏡(3)逆時針方向上旋轉45'將所述第二反光鏡(5)、第三反光鏡(2)和分束鏡(4)均順時針方向上旋轉45%使入射角和反射角都為45%在所述石英毛細管(9) 一側安裝一個顯微鏡(6)，并對準到光束聚焦加熱位置； 2)熔融拉錐過程:打開高頻脈沖二氧化碳激光器(I)慢慢加大其功率，同時用顯微鏡(6)實時觀察石英毛細管(9)上的光束聚焦部分物理變化情況，當聚焦部分開始出現熔融狀態時停止加大高頻脈沖二氧化碳激光器(I)的功率，在繼續維持加熱情況下石英毛細管(9)在懸掛物(8)重力的作用下慢慢往下拉伸，自然形成熔錐狀拉細毛細管； 3)熔錐毛細管卸載過程:在石英毛細管(9)停止繼續被拉伸后關閉高頻脈沖二氧化碳激光器(I)，待自然冷卻后輕輕取下重物(8)，然后輕輕地把石英毛細管(9)和套管(10)從三位調整架(7)取下來，若無其它工藝要求時熔錐毛細管兩端上2個套管(10)保留待用即可。
【文檔編號】G02B6/255GK105891954SQ201610440538
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年7月18日
【發明人】吳根柱, 劉斌彬, 徐洪, 林祝亮
【申請人】浙江師范大學