一種光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛秒激光微加工領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種飛秒激光誘導(dǎo)水擊穿在光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)逐漸從光纖通信技術(shù)中衍生出來(lái)，成為傳感技術(shù)領(lǐng)域的一條重要分支。光纖傳感技術(shù)以光纖作為信號(hào)傳播介質(zhì)，以光纖中的光波作為傳感信號(hào)的載體，通過(guò)光纖傳感器件感知和探測(cè)生活生產(chǎn)環(huán)境中的各種信息。與傳統(tǒng)的電子傳感器件相比，光纖傳感器件靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕，在傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]光纖中光信號(hào)能量絕大部分都在纖芯以及包層內(nèi)貼近纖芯的位置中傳輸，滲透到包層中的能量極少，因此如何提高外界環(huán)境參數(shù)變化對(duì)光纖纖芯內(nèi)光信號(hào)的影響是提高光纖傳感結(jié)構(gòu)靈敏度的關(guān)鍵。光纖微流體通道與微腔位于光纖內(nèi)部纖芯位置，外界環(huán)境參數(shù)變化能夠通過(guò)微流體通道與微腔直接對(duì)光纖纖芯內(nèi)的光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，因此，基于光纖內(nèi)微流通道與微腔的傳感器件具有更高的傳感靈敏度，在傳感領(lǐng)域具有巨大優(yōu)勢(shì)。
[0004]目前，在光纖內(nèi)制備微流通道與微腔主要有飛秒激光直接刻蝕與離子束注入刻蝕兩種方法。但是利用這兩種方法只能在光纖內(nèi)由外側(cè)向內(nèi)側(cè)制備形狀簡(jiǎn)單的二維微流通道與微腔，無(wú)法在光纖內(nèi)部直接制備具有三維形狀的微流通道與微腔，限制了光纖內(nèi)微流通道與微腔在光纖傳感領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備方法簡(jiǎn)單、效率高、重復(fù)性好，能有效地排出光纖中激光燒蝕產(chǎn)生的粉末，三維微流通道與微腔的尺寸、位置和形狀能夠得到有效控制的光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:一種光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其特征在于:其包括如下步驟:
(1)將光纖固定在微型水浴裝置中；
(2)將載有光纖的微型水浴裝置放置在由計(jì)算機(jī)控制的三維精密移動(dòng)平臺(tái)上；
(3)飛秒激光通過(guò)光學(xué)聚焦系統(tǒng)聚焦到光纖正下方的水中，飛秒激光脈沖與水相互作用誘導(dǎo)產(chǎn)生空化空蝕現(xiàn)象對(duì)光纖材料產(chǎn)生空腔刻蝕，并將水引入光纖內(nèi)部；
(4)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制三維精密移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得飛秒激光脈沖焦點(diǎn)在光纖內(nèi)進(jìn)行掃描刻蝕，刻蝕掉的光纖材料隨水流排出，在光纖纖芯或包層中制備得到三維微流通道與微腔。
[0007]本發(fā)明所述步驟(I)中首先將待加工的光纖固定在微型水浴裝置的兩條支架之間，所述支架與載玻片等長(zhǎng)、高度為120微米，兩條支架平行固定于載玻片的兩側(cè)；而后在兩條支架之間滴上水滴將光纖浸沒(méi)，然后將蓋玻片蓋在水滴正上方。
[0008]本發(fā)明所述的光纖為單模光纖或多模光纖。
[0009]本發(fā)明所述的三維微流通道與微腔位于光纖的纖芯或包層中。
[0010]本發(fā)明所述的飛秒激光脈沖寬度為飛秒量級(jí)，重復(fù)頻率10Hz以上。
[0011]本發(fā)明利用飛秒激光誘導(dǎo)水擊穿在光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔，通過(guò)控制飛秒激光脈沖能量與掃描軌跡來(lái)控制光纖內(nèi)三維微流通道與微腔的尺寸、位置和形狀，能夠在光纖內(nèi)制備出各種復(fù)雜三維形狀的微流通道與微腔。對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、效率高、重復(fù)性好，能有效地排出光纖中激光燒蝕產(chǎn)生的粉末，三維微流通道與微腔的尺寸、位置和形狀能夠得到有效控制。是一種理想的光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，在光纖微流體器件與光纖傳感領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0013]一種光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其包括如下步驟:
(I)將光纖固定在微型水浴裝置中；具體是將兩條與載玻片等長(zhǎng)、高度為120微米的支架分別平行固定于載玻片的兩側(cè)，將光纖待加工位置的涂覆層去掉，并將光纖固定在兩條支架之間，在兩條支架之間滴上水滴，將待加工光纖浸沒(méi)，然后將蓋玻片蓋在水滴正上方，用來(lái)避免水滴表面形狀對(duì)激光聚焦產(chǎn)生影響，提供飛秒激光誘導(dǎo)水擊穿加工環(huán)境。
[0014](2)將載有光纖的微型水浴裝置放置在由計(jì)算機(jī)控制的三維精密移動(dòng)平臺(tái)上。所述的三維精密移動(dòng)平臺(tái)在X、Y、Z三個(gè)方向各有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，三個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別與計(jì)算機(jī)連接。
[0015](3)飛秒激光通過(guò)光學(xué)聚焦系統(tǒng)聚焦到光纖正下方的水中，具體是飛秒激光經(jīng)衰減片、程序快門(mén)、反射鏡和高倍顯微物鏡(50x 0.8NA，Nikon)后聚焦在光纖下表面正下方的水中，CCD與監(jiān)視器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)飛秒激光脈沖焦點(diǎn)在光纖內(nèi)的位置。飛秒激光脈沖與水相互作用誘導(dǎo)產(chǎn)生水擊穿，在水中產(chǎn)生空化空蝕現(xiàn)象，水中產(chǎn)生的高壓沖擊波和高速運(yùn)動(dòng)的激光空泡將對(duì)光纖材料產(chǎn)生空腔性刻蝕，刻蝕掉的光纖材料隨水流排出光纖，并將水引入光纖內(nèi)部。
[0016](4)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制三維精密移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得飛秒激光脈沖焦點(diǎn)在光纖內(nèi)進(jìn)行掃描刻蝕，刻蝕掉的光纖材料隨水流排出，在光纖纖芯或包層中制備得到三維微流通道與微腔。通過(guò)改變飛秒激光脈沖焦點(diǎn)在光纖內(nèi)的掃描路徑，在光纖內(nèi)不同位置處制備出不同形狀的三維微流通道與微腔。
[0017]本發(fā)明所述的飛秒激光誘導(dǎo)水擊穿是當(dāng)飛秒激光聚焦到水中誘導(dǎo)水擊穿時(shí)，在水中產(chǎn)生空化空蝕現(xiàn)象，在水中產(chǎn)生的高壓沖擊波和高速運(yùn)動(dòng)的激光空泡對(duì)光纖材料進(jìn)行刻蝕。
[0018]本發(fā)明所述的光纖為單模光纖或多模光纖。
[0019]本發(fā)明所述的三維微流通道與微腔位于光纖的纖芯或包層中。
[0020]本發(fā)明所述的飛秒激光脈沖寬度為飛秒量級(jí)，重復(fù)頻率10Hz以上。
[0021]本發(fā)明能夠在光纖內(nèi)制備出具有各種復(fù)雜三維形狀的微流通道與微腔，并且通過(guò)控制飛秒激光脈沖能量與激光焦點(diǎn)掃描軌跡控制微流通道與微腔的尺寸、位置和形狀。
[0022]本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、效率高、重復(fù)性好，能有效地排出光纖中激光燒蝕產(chǎn)生的粉末，三維微流通道與微腔的尺寸、位置和形狀能夠得到有效控制。是一種理想的光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，在光纖微流體器件與光纖傳感領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其特征在于:其包括如下步驟: (1)將光纖固定在微型水浴裝置中； (2)將載有光纖的微型水浴裝置放置在由計(jì)算機(jī)控制的三維精密移動(dòng)平臺(tái)上； (3)飛秒激光通過(guò)光學(xué)聚焦系統(tǒng)聚焦到光纖正下方的水中，飛秒激光脈沖與水相互作用誘導(dǎo)產(chǎn)生空化空蝕現(xiàn)象對(duì)光纖材料產(chǎn)生空腔刻蝕，并將水引入光纖內(nèi)部； (4)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制三維精密移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得飛秒激光脈沖焦點(diǎn)在光纖內(nèi)進(jìn)行掃描刻蝕，刻蝕掉的光纖材料隨水流排出，在光纖纖芯或包層中制備得到三維微流通道與微腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其特征在于:所述步驟(I)中首先將待加工的光纖固定在微型水浴裝置的兩條支架之間，所述支架與載玻片等長(zhǎng)、高度為120微米，兩條支架平行固定于載玻片的兩側(cè)；而后在兩條支架之間滴上水滴將光纖浸沒(méi)，然后將蓋玻片蓋在水滴正上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其特征在于:所述的光纖為單模光纖或多模光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其特征在于:所述的三維微流通道與微腔位于光纖的纖芯或包層中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其特征在于:所述的飛秒激光脈沖寬度為飛秒量級(jí)，重復(fù)頻率10Hz以上。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖內(nèi)制備三維微流通道與微腔的方法，其首先將光纖固定在微型水浴裝置中；而后將載有光纖的微型水浴裝置放置在由計(jì)算機(jī)控制的三維精密移動(dòng)平臺(tái)上；飛秒激光通過(guò)光學(xué)聚焦系統(tǒng)聚焦到光纖正下方的水中，飛秒激光脈沖與水相互作用誘導(dǎo)產(chǎn)生空化空蝕現(xiàn)象對(duì)光纖材料產(chǎn)生空腔刻蝕，并將水引入光纖內(nèi)部；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制三維精密移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得飛秒激光脈沖焦點(diǎn)在光纖內(nèi)進(jìn)行掃描刻蝕，刻蝕掉的光纖材料隨水流排出，在光纖纖芯或包層中制備得到三維微流通道與微腔。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、效率高、重復(fù)性好，能有效地排出光纖中激光燒蝕產(chǎn)生的粉末，三維微流通道與微腔的尺寸、位置和形狀能夠得到有效控制。在光纖微流體器件與光纖傳感領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類(lèi)】B23K26-362
【公開(kāi)號(hào)】CN104722924
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510162501
【發(fā)明人】曲士良, 劉一, 李敏, 李巖
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日