[发明专利]一种超细单晶光纤包层加工方法及系统

权利要求书

1.一种超细单晶光纤包层加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、进行仿真实验，得到加工目标光纤包层微结构所要求的微结构的直径以及微结构的深度；

步骤2、确定光学系统理论聚焦光斑直径D；

光学系统包括激光器及依次设置在激光器出射光路中的变倍扩束镜、可变环形光阑、空间光调制器、反射镜及聚焦显微物镜，还包括激光测距\自动对焦装置；

调整变倍扩束镜的扩束倍率N，使得光学系统的理论聚焦光斑直径D与步骤1得到的加工目标光纤包层微结构所要求的微结构的直径相等；

D＝1.22λf/D′，D′＝ND₀

其中D为光学系统的理论聚焦光斑直径，λ为激光波长，f为显微物镜焦距，D′为经变倍扩束镜扩束后的激光光束直径；D₀为激光器出光光束直径；

步骤3、激光器出光，激光光束扩束准直后依次经过可变环形光阑及空间光调制器，将激光光束整形为贝塞尔光束；

步骤4、调整可变环形光阑的口径D，对贝塞尔光束进行空间裁剪，获得理论焦深h'，其中理论焦深h'大于等于步骤1得到的加工目标光纤包层微结构所要求的微结构的深度；

步骤5、利用所述光学系统，进行工艺试验，确定在理论焦深h'下的微结构制造焦深h，所述制造焦深就是激光聚焦位置在h的范围内变化时，所加工的微结构的直径保持一致，所加工的微结构的深度保持一致；

步骤6、采用激光测距\自动对焦装置沿光纤长度方向进行扫描，获得光纤表面与激光测距\自动对焦装置之间的距离l1，l2，……ln；

按照ln-l1＝(n-1)h，将光纤分段；使得相邻两段光纤与激光测距\自动对焦装置的距离相差h；

步骤7、确定在每一段光纤表面加工微结构所需要的菲涅尔透镜全息图焦距值；定义：第一段光纤对应的焦距值为f1，第二段光纤对应的焦距值为f2，第n段光纤对应的焦距值为fn；

步骤8、在第一段光纤表面加工微结构；

将焦距值为f1的菲涅尔透镜全息图加载至空间光调制器，在第一段光纤表面加工微结构；

步骤9、在第二段光纤表面加工微结构；

当激光加工完第一段光纤时，通过激光测距\自动对焦装置测量发现光纤表面与激光测距\自动对焦装置之间的距离改变量为h时，反馈信号至空间光调制器，更换焦距值为f2菲涅尔透镜全息图，将激光的焦面调整至第二段光纤表面，激光在此过程持续出光加工；

步骤10、在第三段至第n段光纤表面加工微结构；

重复步骤9的过程，当加工完前一段光纤时，反馈信号至空间光调制器，更换当前段光纤对应焦距值的菲涅尔透镜全息图，将激光的焦面调整至当前段光纤表面，激光在此过程持续出光加工，加工完成。

2.根据权利要求1所述的超细单晶光纤包层加工方法，其特征在于，步骤5具体包括以下过程：

步骤5.1、首先在焦深为h'时，在试片上打一个微结构；

步骤5.2、然后调整聚焦显微物镜以固定步长沿Z方向移动，沿XY平面移动试片至另一位置，再打一个微结构；

步骤5.3、采用显微镜进行测量及观察：

如若不同位置处的微结构制造直径、深度一致，则按照设定步长依次调整聚焦显微物镜沿Z方向移动n次，当第n次移动后，不同位置处的微结构制造直径、深度不一致，则将第n-1次对应的聚焦显微物镜沿Z方向移动距离作为微结构制造可调整范围h；

如若不同位置处的微结构制造直径、深度不一致，则执行步骤5.4；

步骤5.4、减小聚焦显微物镜沿Z方向移动步长，重复步骤5.2至5.3，获得最终的微结构制造可调整范围h。

3.根据权利要求2所述的超细单晶光纤包层加工方法，其特征在于，步骤7具体为：依次测量每一段待加工光纤表面与空间光调制器后表面的距离，获得每一段光纤表面加工微结构所需要的菲涅尔透镜全息图焦距值。