[发明专利]一种塑料光纤微透镜的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种塑料光纤微透镜的制作方法。具体的，用数控机床精车、超精研抛及手动二次抛光制作而成。

背景技术

近年来，由于塑料光纤（POF）具有成本低、机械强度高、弹性良好、热稳定性高和抗潮湿能力强等优点，它逐渐被应用在短距离的光学网络中。整个POF系统的性能很强地依赖于光源与POF的耦合效率。为了有效地改进耦合效率，经常使用的办法是引入光纤微透镜，因为它简单、紧凑且一步同轴校准。目前，许多研究机构和公司加工制作各种各样的POF微透镜用来有效地耦合不同种类的光源，如半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）。

制作POF微透镜通常有三个方法，即化学蚀刻法、加热模压法和聚合物浸沾法。近来，Chandrappan课题组同时采用加热模压法和聚合物浸沾法加工制作了球面POF微透镜，并得到了27%的耦合效率增益。作者论述，聚合物浸沾法要优于加热模压法因为它不产生加热模压法引起的变形的“耳朵”（IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS AND PACKAGING TECHNOLOGIES,2009,32(3):593-599）。尽管上述三种制作方法都有各自独特的优点，但是它们都是基于化学或者物理原理，不方便对微透镜参数进行精确优化和加工，加工精度也无法保证。

本发明专利基于POF优良的机械加工性能，即低硬度、不易碎裂和易研磨，提出了采用数控机床加工制作POF微透镜的方法。数控机床加工技术是一种成熟的机械加工技术，广泛地用于各种机械加工。但到目前为止，还没有文献和专利报道将其应用于POF微透镜的加工制作。

发明内容

一种塑料光纤微透镜的制作方法，所述塑料光纤微透镜使用数控机床精车、超精研抛及手动二次抛光制作而成。用夹具将塑料光纤装夹在数控机床的加工台上；根据所要加工的塑料光纤微透镜的形状和尺寸参数，确定刀具的加工路线，即刀具相对零件塑料光纤的运动轨迹和方向；用1级精加工用刀具对塑料光纤的端面进行精车，形成塑料光纤微透镜，精车过程保证换刀和刀具移位时的重复定位精度和刀尖位置精度（即刀尖的X、Y、Z坐标精度），使精车后，塑料光纤微透镜的表面粗糙度≤Ra0.01；在精密研抛机上用超精研抛法抛光塑料光纤微透镜，使其表面接近镜面效果，表面粗糙度≤Ra0.008；抛光过程采用的研磨液用直径为5nm-30nm的SiO₂微粉末与纯净水的混合液，浓度为5%-30%；研磨盘材料采用软质金属，如铅、锡等，转速为15rpm-150rpm；用牙膏做为研磨剂，眼镜布等细布作为磨具对塑料光纤微透镜进行手动二次抛光，使其表面透明，完全达到镜面效果，表面粗糙度≤Ra0.005。

本发明的技术方案是：

一种塑料光纤微透镜的制作方法，其特征在于：所述塑料光纤微透镜使用数控机床精车、超精研抛及手动二次抛光制作而成，具体过程如下：

1）用夹具将塑料光纤装夹在数控机床的加工台上；

2）根据所要加工的塑料光纤微透镜的形状和尺寸参数，确定刀具的加工路线，即刀具相对零件塑料光纤的运动轨迹和方向；

3）用1级精加工用刀具对塑料光纤的端面进行精车，形成塑料光纤微透镜，精车过程保证换刀和刀具移位时的重复定位精度和刀尖位置精度（即刀尖的X、Y、Z坐标精度），使精车后，塑料光纤微透镜的表面粗糙度≤Ra0.01；

4）在精密研抛机上用超精研抛法抛光塑料光纤微透镜，使其表面接近镜面效果，表面粗糙度≤Ra0.008；抛光过程采用的研磨液用直径为5nm-30nm的SiO₂微粉末与纯净水的混合液，浓度为5%-30%；研磨盘材料采用软质金属，如铅、锡等，转速为15rpm-150rpm；

5）用牙膏做为研磨剂，眼镜布等细布作为磨具对塑料光纤微透镜进行手动二次抛光，使其表面透明，完全达到镜面效果，表面粗糙度≤Ra0.005。

所述塑料光纤的纤芯材料为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）或聚碳酸酯（PC）等高透明聚合物材料。

所述塑料光纤的芯径d一般为0.25mm至5mm。

所述塑料光纤微透镜的形状为柱面、球面、锥面或双曲面等中的一种或二种以上的组合。

所述塑料光纤微透镜的形状对应的尺寸参数为：柱和球的直径为d-0.1+2.5×d²，d为塑料光纤的芯径；锥角为10°-170°等。

所述数控机床为有车削功能的程序控制系统的自动化机床，包括普通数控机床、加工中心等。