在光纤上制造微球探针的实验报告.doc

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1、在光纤上制造微球探针的实验报告摘要许多微孔和沟槽的侧壁通过半前光学或非接触式测量仪器不易衡量，因此微触探测器在市场上有越来越多的要求。一个好的球形探针是非接触测量结构的基础。本文提岀了…种低成本和在餌丝尖端制造微球的在线系统，这种系统主要是使光纤融化器的。基于电弧放电能量吸收的原则和表而张X力现象，形微球在光纤尖端形成。实验结果表明，选择适当的工艺参数，如电弧,清洁电弧功率补偿，和清洗时间,直径为300微米，圆度误差为6微米的球体nJ以在直径为125微米的的单模光纤上形成。在球体形成的过程屮，旋转鹄丝。可以抑制球屮心和光纤维屮心的偏心距，使其不到3微米。通过在尖端光学纤维

2、尖端直接形成球形探头,这种方法演示了一个简单的进程内尺寸控制方法缩短牛产期，使英成为为3d微探针。探针可用于微尺度/纳米坐标测量机(机)来提高测量分辨率和扩展微型物体能力。关键词:微球探针、光学纤维，纤维融合，进程内测量1•介绍尽管许多一维纳米测量系统己经成功地开发和商业化，在过去的十年超高精密三维表面测量技术一直在重视研究。有相当多的光学分析器3d的能力作者任何信件都应该向谁解决。非接触式测量的分辨率纳米，如众所周知的白光干涉仪和全息数字显微镜［1］。这些设备无法应对高纵横比的侧壁儿何测量微孔、沟槽、边缘。接触的系统设计和集成式微型/纳米尺度的三维坐标测量机(3dCMM

3、)己成为越来越重要,和发展因此成为一个新的研究领域，由于需要测量微小部分。这种三处标需要比传统大规模3d机更高的测量精度和分辨率。微触发探测器的设计和制造成为实现测量能力的关键因素。虽然MEMS过程可以制造不同的微观结构，他们永远不能用当前的技术制造一个完整的微球。一个可行的方法是使用一层一层地micro-electro放电加工(EDM)方法制造复杂的3d部分和微探针(3、4),但这是非常耗吋的，由于放电坑表面光洁度粗糙。基于表面张力原理，制造微型球体探针、探测微电火花的新方法近期己经提出了。但几何精度还不能满足测量耍求。在光纤尖端上直接制造，使其形成单一的组织作为一个特

4、定的传感器是另一个可能的方法［7］。这种光纤探针可以被制造的一非常小的尺寸，使用其偏转效应检测到CCD(8、9)或光纤布喇格光栅(fbg)［10］,允许测量微孔。一个好的光纤探针的制造过程还不清楚。通常这是公司机密信息。本文新方法利用商业光纤熔接器的清洁特性制作微型球，提示直接在光纤和直接监测球的形成几何对纤维杆将详细描述。最优处理策略也被确认，涉及到电弧功率的选择，清洁电弧功率补偿，清洗吋间控制球的直径和圆度。的补偿抵消球形顶部屮心的距离从纤维屮央行也通过旋转放电周期之间的纤维。提出了相关的试验装置。2.实验2.Io实验方法本研究采用由美国康宁有限公司SMF-28e模型

5、制造的单模玻璃纤维制造球型尖端。玻璃纤维芯的材料是一个含有99.999%的SiO2的玻璃材料。核心被包层包围，然后包层被PVC涂层覆盖着。尺寸如图1所示。熔覆层和核心在光纤的成型过程屮紧密的连在一起，这样他们不分离。因此,裸露的纤维杆直径为125微米。大多数纤维融合连接工具提供了清洁特性在融合入加工操作之前来清洁纤维面，同吋还具有一个弧检查功能优化拼接条件［11］。在这项研究屮商业光纤熔接器的清洁特性是用来制造微探针。探针的儿何轮廓和尺寸测量使用一个图像视觉坐标测量CladdingCoreCuatinj*Corediameter:8J&umCladdingdiameter

6、:125.0±0.7gmCoatingdiameter:245±5pm核心直径:8・2微米包层直径:125.0±0.7微米点涂层直径:245±5微米图1所示：单模光纤的成分和尺寸。2.2实验设置和程序在这项研究屮使用的光纤熔接器是由日*Furukawa电气有限公司制造的FITELS199S模型单光纤熔接器。融合过程的参数是：⑴放电电压，电流，频率；⑵电极参数，如材料、形状和长度的差距；⑶外部条件,如气体，压力，温度，湿度，气体流动［12］。此外,纤维尖端相对于电极的位置对光纤吸收能量也是很关键的［13］。因为这个连接工具已经成立的方式拼接结果优化,只有有限的参数如放电时间

7、、放电强度,纤维和放电电极之间的距离可以在实验屮改变。所使用的电极是由直径为2毫米的钩丝制成，成30°角顶角和4毫米的电极间距。放电环境温度是正常的室温。最优结果可以通过调整上述参数得到。在这项研究屮使用的是单模光纤。为了有效地进行实验，如图2所示(一个)，原来的系统配置，修改了添加一个XY定位阶段和旋转阶段实验系统配置，如图2所示(b)。在光纤上进行球形尖端成型的标准操作由三个步骤组成。首先,在纤维制备过程屮,使用纤维脱模脱去部分纤维涂层;用浸泡了变性酒精的棉花擦纤维,从而去除附着在纤维上的涂层芯片;然后用纤维刀粘住纤维。第