[发明专利]一种制备近场光学探针的研磨装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤探针的制备，特别涉及一种制备近场光学探针的研磨装置与方法，属于纳米光学、近场光学、扫描探针显微技术等领域。

背景技术

近场光学显微术(缩写为：SNOM或NSOM)是二十世纪八十年代以来光学领域中出现的一种新的显微成像技术。SNOM不仅继承了传统光学显微术的优势，而且突破了衍射效应的制约，使分辨率拓展到100纳米以下。利用SNOM人们既可以获得物质表面的微观形貌，又可以获取光学信息。如今，SNOM已经渗透到物理、化学、材料及生物等各个领域。

SNOM技术的核心之一就是光学探针的制备技术。目前，大多数SNOM中使用的光学探针都是圆锥形的光纤探针。传统的圆锥形光纤探针制作方法有：热拉伸法、化学腐蚀法或这两者结合起来使用的方法。光纤热拉伸方法通常使用商用的微管拉伸机，使用大功率二氧化碳激光器或微小电弧作为热源，将光纤熔融后拉制成型。制造出来的针尖具有很光滑表面，非常有利于镀金属膜，但是锥的长度大、锥角小，另外纤芯形状被改变，通光效率低，损耗大，不利于隐失波的收集与传播。相反，化学腐蚀法可以制作出短小、锥角稍大的探针，可是探针的表面粗糙并且会形成很多微小的突起。一方面不利于镀金属膜，另一方面这些突起形成了很多散射中心，引起了光的损耗。管腐蚀法的出现改善了现有的化学腐蚀方法，制作出的光纤探针表面光滑。但由于还是化学方法，仍有很多实验参数无法精确的控制，比如腐蚀液的浓度，腐蚀温度和时间等等，有报道称仅改变覆盖层溶液的参数就会使探针的锥角改变30度之多。动态腐蚀法可以进一步修改探针的形状，以形成大锥角(达到了50度左右)或多重锥角的光纤探针，但实际操作中的重复性不容易保证。此外作为腐蚀液的主要成分氟化氢是一种易挥发的剧毒物质，若防护措施不当会对实验人员的身体造成极大伤害。

现有技术“虹吸提升法腐蚀制备光纤探针的装置及方法”(申请号：03131830.4)、“近场光纤探针及其制备方法”(申请号：200610058714.3)、“光纤探针的制造方法”(申请号：200610061853.1)、“可控的制备光纤探针的装置和方法”(申请号：200610028626.9)均是由化学腐蚀方法改进而来。虽然光纤探针的品质得到进一步改良，但不可避免地都存在上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种使用简便、操作安全、环保的近场光学探针的研磨制备装置及方法。本发明具有光纤探针制作快速便捷、探针锥角可控且调节范围大等特点，可制备重复性好，尖端曲率半径小，表面光滑以及多种锥形的近场光学光纤探针。

本发明所述的一种制备近场光学探针的装置主要包括：减振橡胶、支撑底板、三相无刷电机、调节架和光学显微镜。

所述的支撑底板水平设置的减震橡胶上，支撑底板上固定三相无刷电机，三相无刷电机的主轴固定一旋转盘，在旋转盘上粘接一个研磨用橡胶垫，橡胶垫上设置研磨片，所述的研磨片用少量水铺在橡胶垫上。

所述的调节架上固定有光纤，并且该调节架可以调节光纤与研磨片和光学显微镜之间的距离。所述的调节架结构主要包括：光纤夹具、带刻度转轮、转轮架、可调节支架、支架底座、步进电机和二维移动台，所述的二维移动台固定在支撑底板上，可以在垂直于支撑底板的平面内沿竖直或水平方向运动。石英光纤竖直固定在光纤夹具的中心，光纤夹具固定在带刻度转轮的中心，带刻度转轮固定在转轮架中。带刻度转轮的旋转，可带动光纤夹具及石英光纤沿着自身的轴向转动。转轮架固定在可调节支架上，可调节支架通过支架底座固定在二维移动平台上。在转轮架上还固定有步进电机，步进电机可以通过皮带带动转轮转动，进而带动光纤夹具及光纤沿自身轴向转动。

所述的可调节支架在支架底座中可沿自身轴向转动，用以调节石英光纤与研磨片的夹角，进而控制光纤探针锥角的大小。所述的带刻度转轮上标有刻度值，刻度值的作用是确定研磨时各研磨面之间的夹角。

所述的光学显微镜作为光学辅助观察装置，包括光学显微镜主体、USB接口的CCD相机和光学显微镜支架。光学显微镜主体与USB接口的CCD相机相连，并一起通过一个光学显微镜支架固定在支撑底板的上方。

利用所述的近场光学探针研磨装置制作光学探针的方法如下：

1、研磨装置准备过程：截取一段光纤，除其两端的涂覆层；然后将光纤的两个端面切齐，将光纤固定在夹具上。