一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置製造方法
2024-03-22 17:41:05 1
一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置。目前製備光纖探針的方法操作複雜、光收集效率不高。本實用新型包括直角支架、光纖、塑料套筒和塑料燒杯；塑料套筒整體為J型，固定在直角支架上；塑料燒杯內由下至上依次裝有溴代奈浸液、氫氟酸液體和封閉液；塑料套筒的短直管部分和彎管部分設置在溴代奈浸液內，光纖的一端伸出短直管部分的埠，且位於氫氟酸液體內，光纖的另一端伸出長直管部分的埠。本實用新型的裝置簡單、操作方便，保持了管腐蝕法對環境、腐蝕液的穩定性要求低，且探針表面光滑，光傳輸損耗小，製備可重複性好等多個優點，且獲得了較傳統直立放置管腐蝕法更大錐角的光纖探針。
【專利說明】一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置。
技術背景
[0002]掃描近場光學顯微鏡(SNOM)在物理學、化學、材料科學、生命科學、光學微加工以及光譜測量等諸多領域裡的應用日益廣泛。其中利用SNOM對納米尺度的低維介觀體系進行光譜研究，是SNOM最具應用前景的發展方向之一。在納米尺度的光譜探測中，如何有效地提高所採集光譜信息的強度和光學解析度，成為SNOM改進工作中的首要問題。研究表明，其解決的根本途徑就是儘量提高被測樣品表面近場光學信息的收集效率。完善探針的製備工藝，可重複地大量製備出尖端尺度小、形狀確定、光收集效率高的微探針有著重要的意義。理論計算和實驗均證實，針尖短、錐角大的探針比針尖長、錐角小的探針具有更好的近場信息收集能力。
[0003]目前製備光纖探針的方法有熔拉法、Turner化學腐蝕法、管腐蝕法、拉伸-腐蝕的複合方法和雷射消融法等方法。熔拉法製備探針，快捷，探針表面光滑，光傳輸損耗小，缺點在於拉錐設備價格昂貴、需精密控制、操作複雜，製備的針尖細而長，錐角較小，光收集效率不高。Turner化學腐蝕法裝置簡單易操作，缺點在於探針表面質量容易受環境的影響，尤其是液面的微小震蕩對其針尖的形貌影響明顯，通常製備的針尖表面粗糙，光傳輸損耗大。拉伸-腐蝕的複合方法可製備較大錐角的光纖探針，但克服不了熔拉法和化學腐蝕法的固有缺點。雷射消融法通過調節光纖與油層-空氣界面的距離即照射時間，可製備不同錐角的探針，但要求雷射器的功率較高，設備昂貴，難以推廣。
[0004]R.Stockle等人提出一種管腐蝕的新方法，直接將帶有管狀聚合物外套的光纖垂直插入HF酸腐蝕液，腐蝕過程在圓柱形的管裡進行。由於毛細管效應，再加上HF酸腐蝕液的對流和濃度梯度的作用，HF酸腐蝕液在管腔中形成微流逐級向上反應，使得管邊緣腐蝕較快。因為光纖的各向同性，經過一定時間的腐蝕，在一個合適的溫度下，即可獲得小孔徑大錐角的探針。該方法實驗裝置簡單、操作方便，對環境、腐蝕液的穩定性要求低，且探針表面光滑，光傳輸損耗小，具有較好的製備重複性，可同時製備多個樣品。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置。
[0006]本實用新型包括一個直角支架、一根光纖、塑料套筒和一個塑料燒杯。
[0007]所述的直角支架包括豎直設置的支杆和與支杆垂直的橫梁；塑料套筒包括平行的長直管部分和短直管部分，以及分別連接長直管部分和短直管部分的彎管部分，塑料套筒整體為J型；塑料套筒的長直管部分固定在支架的橫梁上，光纖穿過塑料套筒設置。
[0008]所述的塑料燒杯內由下至上依次裝有溴代奈浸液、氫氟酸液體和封閉液；塑料套筒的短直管部分和彎管部分設置在溴代奈浸液內，溴代奈浸液浸沒短直管部分的埠 ；光纖的一端伸出短直管部分的埠，且位於氫氟酸液體內，光纖的另一端伸出長直管部分的埠。
[0009]所述的封閉液為葵花籽油、異辛烷、二甲苯或間二甲苯。
[0010]所述的光纖為已去掉塑料套層或塗敷層，且帶有塑料包層的光纖；所述的塑料包層能被氫氟酸液體滲透，且不被氫氟酸液體腐蝕。
[0011]伸出塑料套筒的短直管部分埠的一段光纖垂直於溴代奈浸液和氫氟酸液體的交界面。
[0012]本實用新型中帶有塑料包層的光纖倒置於HF酸腐蝕液中，纖芯材料為SiO2，與HF酸發生化學反應:
[0013]SiO2 + 4HF — SiF4 +2H20
[0014]3SiF4 + 2H20 — SiO2 + 2H2SiF6
[0015]HF酸腐蝕光纖來源於兩方面，一方面是光纖斷面直接與HF接觸，發生上式反應；另一方面，光纖側面的HF酸滲透塑料包層腐蝕纖芯。因此，距離包層較近的纖芯部分腐蝕得快，距離包層較遠的纖芯部分腐蝕得慢。腐蝕速率在徑向上存在梯度，於是腐蝕形成錐形針尖。
[0016]SiO2與HF酸反應生成SiF4可以理解為SiO2溶解的過程，SiF4與H2O反應生成SiO2和H2SiF6可以理解為SiO2結晶的過程。傳統的直立放置管腐蝕，帶包層的光纖浸入HF酸，且端面朝下，則生成的SiF4在重力作用下向下沉降，離開光纖。反之，倒置光纖，讓其端面朝上，SiO2溶解的生成物SiF4在重力作用下沉積於光纖與包層間的空隙，為SiF4與水反應結晶生成SiO2創造了條件，同時H2SiF6也削弱了 HF酸對光纖纖芯的進一步腐蝕，兩者作用下導致生成的錐形探針較傳統直立放置管腐蝕法具有較大的錐角。同時，倒置管腐蝕，整個腐蝕部分都沉浸在HF酸液體中，因此與封閉層的種類以及光纖端面距離液層的距離均無關。纖芯的腐蝕限於塑料包層範圍內，此空間狹小，直徑一般為數百微米，因此外界的腐蝕液震蕩或光纖的微小震動對其影響極小，從而保證了探針表面的光滑，光傳輸損耗小的優點。
[0017]本實用新型將帶有塑料包層的光纖通過塑料套筒倒置於氫氟酸中，光纖的腐蝕局限於光纖塑料包層範圍內。光纖腐蝕速率在徑向上存在梯度差異，從而腐蝕形成錐形針尖。利用倒置光纖特殊設計，重力對腐蝕的影響，製備得到具有較傳統直立管腐蝕法更大錐角的光纖探針。
[0018]本實用新型的裝置簡單、操作方便，保持了管腐蝕法對環境、腐蝕液的穩定性要求低，且探針表面光滑，光傳輸損耗小，製備可重複性好等多個優點，且獲得了較傳統直立放置管腐蝕法更大錐角的光纖探針。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置，包括一個直角支架
1、一根光纖2、塑料套筒3和一個塑料燒杯4。
[0021]其中直角支架I包括豎直設置的支杆1-1和與支杆垂直的橫梁1-2 ;塑料套筒3包括平行的長直管部分3-1和短直管部分3-2，以及分別連接長直管部分3-1和短直管部分3-2的彎管部分3-3，塑料套筒3整體為J型；塑料套筒的長直管部分3-1固定在支架的橫梁1-2上，光纖2穿過塑料套筒3設置。
[0022]塑料燒杯4內由下至上依次裝有溴代奈浸液5、氫氟酸液體6和封閉液7，塑料套筒的短直管部分3-2和彎管部分3-3設置在溴代奈浸液5內，溴代奈浸液5浸沒短直管部分3-2的埠 ；光纖2的一端伸出短直管部分3-2的埠，且位於氫氟酸液體6內，光纖2的另一端伸出長直管部分3-1的埠 ；伸出塑料套筒的短直管部分3-2埠的一段光纖垂直於溴代奈浸液5和氫氟酸液體6的交界面，以保證生成的錐型探針具有良好的對稱性。
[0023]具體安裝和加工步驟如下:
[0024]1、將光纖外面的塑料套層或塗敷層用光纖剝線鉗剝除，然後用酒精棉球擦拭乾淨;
[0025]2、光纖從硬質塑料套筒的長直管部分埠插入，從短直管部分埠伸出；用光纖切割器切除一小段光纖，保證輸出端光纖的斷面平整潔淨；拖拽塑料套筒內的光纖，調整光纖從短直管部分埠的露出長度為5-10mm ；
[0026]3、將插有光纖的塑料套筒置於塑料燒杯中，塑料套筒的長直管部分固定在支架的橫梁上，調整套筒的方向，使之伸出塑料套筒的短直管部分埠的一段光纖豎直放置；
[0027]4、向塑料燒杯中注入溴代奈浸液，其液面略高於塑料套筒的短直管部分的埠，且低於露出光纖的端面；
[0028]5、向塑料燒杯中緩慢注入氫氟酸液體,使得露出光纖完全浸入氫氟酸液體；
[0029]6、用滴管向塑料燒杯中緩慢注入封閉液，厚度約0.1-0.5mm ；
[0030]7、靜待光纖腐蝕約50分鐘(時間長短與氫氟酸液體的濃度和溫度有關)，浸於氫氟酸液體中的光纖前端即生成了錐形針尖，取出塑料套筒；
[0031]8、光纖從J型套筒的短臂端抽出，將錐形針尖端置於濃硫酸中浸泡20分鐘，取出後用酒精棉球小心擦拭表面，去除塑料包層；
[0032]9、將去除包層的光纖探針置於去離子水中漂洗，拿出晾乾即可。
【權利要求】
1.一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置，包括一個直角支架、一根光纖、塑料套筒和一個塑料燒杯，其特徵在於: 所述的直角支架包括豎直設置的支杆和與支杆垂直的橫梁；塑料套筒包括平行的長直管部分和短直管部分，以及分別連接長直管部分和短直管部分的彎管部分，塑料套筒整體為J型；塑料套筒的長直管部分固定在支架的橫梁上，光纖穿過塑料套筒設置； 所述的塑料燒杯內由下至上依次裝有溴代奈浸液、氫氟酸液體和封閉液；塑料套筒的短直管部分和彎管部分設置在溴代奈浸液內，溴代奈浸液浸沒短直管部分的埠 ；光纖的一端伸出短直管部分的埠，且位於氫氟酸液體內，光纖的另一端伸出長直管部分的埠 ；伸出塑料套筒的短直管部分埠的一段光纖垂直於溴代奈浸液和氫氟酸液體的交界面。
2.如權利要求1所述的一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置，其特徵在於:所述的光纖為已去掉塑料套層或塗敷層，且帶有塑料包層的光纖；所述的塑料包層能被氫氟酸液體滲透，且不被氫氟酸液體腐蝕。
3.如權利要求1所述的一種倒置管腐蝕法製備大錐角光纖探針的裝置，其特徵在於:所述的封閉液為葵花籽油、異辛烷、二甲苯或間二甲苯。
【文檔編號】G01Q60/22GK203732563SQ201420099866
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月6日 優先權日:2014年3月6日
【發明者】馮靜, 錢哲凱, 鄒菊梅 申請人:杭州師範大學