TWI416187B - 中心孔洞之一端具有一元件之結構體及其製造方法 - Google Patents

Description

中心孔洞之一端具有一元件之結構體及其製造方法

本發明係關於一種具有孔洞之結構體及其加工方法，特別是一種中心孔洞之一端具有一元件之結構體及其製造方法。

目前習知在微結構光纖之端部形成一透鏡之方法，主要有氫氟酸蝕刻法、雷射加工法及光纖研磨法等，如下所述。

美國專利第U.S.4,265,699號揭示該氫氟酸蝕刻法，其係利用氫氟酸將光纖之端部蝕刻成一錐型結構後，再於該光纖之端面上形成一光纖透鏡。美國專利第U.S.4,710,605號揭示該雷射加工法，其係利用電腦計算控制脈衝式二氧化碳(CO₂ )雷射，加工光纖端面而形成一光纖透鏡。美國專利第U.S.7,295,729號揭示該光纖研磨法，其係利用光纖研磨機將光纖之端部研磨成一錐式楔型結構後，再加熱熔燒形成一橢圓光纖透鏡。

上述三種方法皆只能適用於實心纖核之光纖，而不能適用於空心纖核之微結構光纖(即光纖之纖核係為一中心孔洞)。以該氫氟酸蝕刻法為例，因為氫氟酸蝕刻會導致微結構光纖的結構崩潰，所以無法在空心纖核之微結構光纖上製作出光纖透鏡。以該雷射加工法為例，由於空心纖核之微結構光纖內部由孔洞和二氧化矽組成，並非是均勻材質，所以在CO₂ 雷射加工會造成不可預測的結構變形。以 該光纖研磨法為例，由於空心纖核之微結構光纖的纖核為空氣，而非二氧化矽，所以無法在空心纖核之微結構光纖上熔燒出光纖透鏡。

因此，有必要提供一創新且富進步性的中心孔洞之一端具有一元件之結構體及其製造方法，以解決上述問題。

本發明係提供一種中心孔洞之一端具有一元件之結構體之製造方法，包括以下步驟：(a)提供一結構體，該結構體具有一端部、一中心孔洞及複數個外圍孔洞，該等外圍孔洞係圍繞該中心孔洞，該端部具有一端面，該中心孔洞及該等外圍孔洞係分別於該端面上具有一中心開口及複數個外圍開口；(b)形成一封閉材料以封閉該中心開口及該等外圍開口；(c)移除部分該結構體之端部及部分該封閉材料而形成至少一斜面，以顯露部分該等外圍孔洞，且遺留部分封閉材料於該中心孔洞之一端；及(d)使該遺留在中心孔洞之一端之部分封閉材料形成一元件。

本發明之優點為可以在該結構體之中心孔洞之一端形成一元件。本發明較佳地可以應用於微結構光纖上，而可以在空心纖核微結構光纖上製作出一光纖透鏡，以改變該微結構光纖的模場直徑，促進該微結構光纖對雷射或該微結構光纖對另一光纖的模態匹配效果，進而提高耦光效率。而且，本發明之製作程序簡單，重複性高且成本低廉。

本發明另提供一種中心孔洞之一端具有一元件之結構體，其包括一中心孔洞、複數個外圍孔洞及一元件。該中 心孔洞具有一端。該等外圍孔洞係圍繞該中心孔洞。該元件係位於該中心孔洞之該端上。

參考圖1a至1e，顯示本發明之中心孔洞之一端具有一元件之結構體之製造方法之示意圖。首先，參考圖1a及圖2，提供一結構體1，該結構體1包含但不限於一微結構光纖。該結構體1具有一端部11、一中心孔洞12及複數個外圍孔洞13。該中心孔洞12及該等外圍孔洞13係分佈於該結構體1內且彼此平行且互不連通。該等外圍孔洞13係圍繞該中心孔洞12。該端部11具有一端面111，該中心孔洞12及該等外圍孔洞13係分別於該端面111上具有一中心開口121及複數個外圍開口131，該中心孔洞12之直徑係大於該等外圍孔洞13之直徑。如果該結構體1係為一微結構光纖，該等外圍孔洞13係為纖殼孔洞，其尺寸約為1 μm左右；該中心孔洞12係為纖核孔洞，其尺寸約為5~20 μm。在本實施例中，該端面111係為圓形，且該等外圍開口131係排列成複數圈同心圓。然而，在其他應用中，該端面111可以是矩形、六邊形，而該等外圍開口131可以是陣列排列或是排列成六邊形。

較佳地，該端面111係事先以切割或研磨方式切齊該結構體1之端部11而形成該端面111。

較佳地，該結構體1更具有一實心部份14，該實心部份14係圍繞該等外圍孔洞13。

較佳地，參考圖1b，移除部分該結構體1之端部11之實 心部份14以形成一斜面15。在本實施例中，係研磨該結構體1之端部11之實心部份14而形成一錐狀外型。

接著，參考圖1c，形成一封閉材料16以封閉該中心開口121及該等外圍開口131。在本實施例中，係熔燒該端部11，以形成該封閉材料16以封閉該中心開口121及該等外圍開口131。在過程中，可控制熔燒的火力來決定該封閉材料16的範圍。

接著，參考圖1d，移除部分該結構體1之端部11及部分該封閉材料16而形成至少一斜面17，以顯露部分該等外圍孔洞13，且遺留部分封閉材料16於該中心孔洞12之一端122。在本實施例中，係研磨部分該結構體1之端部11及部分該封閉材料16而形成一錐狀外型，以顯露部分該等外圍孔洞13，且遺留部分封閉材料16於該中心孔洞12之一端122。該錐狀外型可以是對稱或非對稱結構。在本實施例中，該錐狀外型係為圓錐形體(如圖3所示)。然而，在其他應用中，該錐狀外型係為錐式楔形體(如圖4之結構體1A所示)，其形成方式如下。

首先，研磨部分該結構體1之端部11及部分該封閉材料16而形成一圓錐形體。接著，研磨該圓錐形體之一側壁，以形成一平直之第一斜面21。最後，研磨該圓錐形體之一另側壁，以形成一平直之第三斜面23，該第一斜面21及該第三斜面23相交於一交線25，而形成該錐式楔形體，其中該第一斜面21及該第三斜面23之間更具有另外二個斜面(第二斜面22及第四斜面24)，該第二斜面22及該第四斜面 24係為曲面。因此，在圖1d之斜面17對應到圖4之結構體1A中可能是該第一斜面21、該第二斜面22、該第三斜面23或該第四斜面24。

參考圖1e，使該遺留在中心孔洞12之一端122之部分封閉材料16形成一元件18。在本實施例中，係熔燒該遺留在中心孔洞12之一端122之部分封閉材料16以形成一半球型之透鏡，而且在熔燒過程中可以控制熔燒的火力來決定該透鏡的曲率半徑。在本實施例中，由於該端部11之該錐狀外型係為圓錐形體(如圖3所示)，因此熔燒後之透鏡以前視觀之係為圓形(如圖5所示)。然而，在其他應用中，由於該錐狀外型係為錐式楔形體(如圖4所示)，因此熔燒後之透鏡以前視觀之係為橢圓形(如圖6所示)。

本發明之優點為可以在該結構體1中心孔洞12之一端122形成一元件18。本發明較佳地可以應用於微結構光纖上，而可以在空心纖核微結構光纖上製作出一光纖透鏡，以改變該微結構光纖的模場直徑，促進該微結構光纖對雷射或該微結構光纖對另一光纖的模態匹配效果，進而提高耦光效率。而且，本發明之製作程序簡單，重複性高且成本低廉。

本發明另外關於一種中心孔洞之一端具有一元件之結構體。參考圖1e及圖5，分別顯示本發明之中心孔洞之一端具有一元件之結構體之剖視及立體示意圖。該結構體1包含但不限於一微結構光纖。該結構體1包括一中心孔洞12、複數個外圍孔洞13及一元件18。該中心孔洞12及該等 外圍孔洞13係分佈於該結構體1內且彼此平行且互不連通，該中心孔洞12之直徑係大於該等外圍孔洞13之直徑。在本實施例中，該結構體1係為一微結構光纖，該等外圍孔洞13係為纖殼孔洞，其尺寸約為1 μm左右；該中心孔洞12係為纖核孔洞，其尺寸約為5~20 μm。該元件18係為一透鏡。

該中心孔洞12具有一端122。該等外圍孔洞13係圍繞該中心孔洞12。該元件18係位於該中心孔洞12之該端122上。較佳地，該結構體1更具有一實心部份14，該實心部份14係圍繞該等外圍孔洞13。

該結構體1具有一端部11，該端部11係為一錐狀外型，其具有至少一斜面17。部分該等外圍孔洞13係顯露於該斜面17。在本實施例中，該結構體1之該端部11係為圓錐形體。該元件18以前視觀之係為圓形。

在其他應用中，以圖6為例，該結構體1A之該端部11係為錐式楔形體。該錐式楔形體之側壁依序具有一第一斜面21、一第二斜面22、一第三斜面23及一第四斜面24，其中該第一斜面21及該第三斜面23皆為平直面，該第二斜面22及該第四斜面24皆為曲面。該元件18以前視觀之係為橢圓形。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1‧‧‧結構體

1A‧‧‧結構體

11‧‧‧端部

12‧‧‧中心孔洞

13‧‧‧外圍孔洞

14‧‧‧實心部份

15‧‧‧斜面

16‧‧‧封閉材料

17‧‧‧斜面

18‧‧‧元件

21‧‧‧第一斜面

22‧‧‧第二斜面

23‧‧‧第三斜面

24‧‧‧第四斜面

25‧‧‧交線

111‧‧‧端面

121‧‧‧中心開口

122‧‧‧該中心孔洞之一端

131‧‧‧外圍開口

圖1a至1e顯示本發明之中心孔洞之一端具有一元件之結構體之製造方法之示意圖；圖2顯示圖1a之仰視示意圖；圖3顯示圖1d之第一實施例之立體示意圖，其中該結構體之端部之該錐狀外型係為圓錐形體；圖4顯示圖1d之第二實施例之立體示意圖，其中該結構體之端部之該錐狀外型係為錐式楔形體；圖5顯示圖1e之第一實施例之立體示意圖，其中該結構體之端部之該錐狀外型係為圓錐形體；及圖6顯示圖1e之第二實施例之立體示意圖，其中該結構體之端部之該錐狀外型係為錐式楔形體。

1‧‧‧結構體

11‧‧‧端部

12‧‧‧中心孔洞

13‧‧‧外圍孔洞

14‧‧‧實心部份

18‧‧‧元件

122‧‧‧該中心孔洞之一端

Claims (22)

1. 一種中心孔洞之一端具有一元件之結構體之製造方法，包括以下步驟：(a)提供一結構體，該結構體具有一端部、一中心孔洞及複數個外圍孔洞，該等外圍孔洞係圍繞該中心孔洞，該端部具有一端面，該中心孔洞及該等外圍孔洞係分別於該端面上具有一中心開口及複數個外圍開口；(b)形成一封閉材料以封閉該中心開口及該等外圍開口；(c)移除部分該結構體之端部及部分該封閉材料而形成至少一斜面，以顯露部分該等外圍孔洞，且遺留部分封閉材料於該中心孔洞之一端；及(d)使該遺留在中心孔洞之一端之部分封閉材料形成一元件。
2. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(a)中該結構體係為一微結構光纖。
3. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(a)中該中心孔洞及該等外圍孔洞係彼此平行且互不連通。
4. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(a)中該等外圍開口係排列成複數圈。
5. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(a)中該中心孔洞之直徑係大於該等外圍孔洞之直徑。
6. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(a)中更包括一切齊 該結構體之端部之步驟，以形成該端面。
7. 如請求項6之製造方法，其中該切齊之步驟係利用切割或研磨方式。
8. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(a)中該結構體更具有一實心部份，該實心部份係圍繞該等外圍孔洞。
9. 如請求項8之製造方法，其中該步驟(a)之後更包括：(a1)移除部分該結構體之端部之實心部份以形成一斜面。
10. 如請求項9之製造方法，其中該步驟(a1)係研磨該結構體之端部之實心部份而形成一錐狀外型。
11. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(b)係熔燒該端部，以形成一封閉材料以封閉該中心開口及該等外圍開口。
12. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(c)係研磨部分該結構體之端部及部分該封閉材料而形成一錐狀外型，以顯露部分該等外圍孔洞，且遺留部分封閉材料於該中心孔洞之一端。
13. 如請求項12之製造方法，其中該步驟(c)係研磨部分該結構體之端部及部分該封閉材料而形成一圓錐形體。
14. 如請求項12之製造方法，其中該步驟(c)包括：(c1)研磨部分該結構體之端部及部分該封閉材料而形成一圓錐形體；(c2)研磨該圓錐形體之一側壁，以形成一平直之第一斜面；及(c3)研磨該圓錐形體之另一側壁，以形成一平直之第三 斜面，該第一斜面及該第三斜面相交於一交線。
15. 如請求項1之製造方法，其中該步驟(d)係熔燒該遺留在中心孔洞之一端之部分封閉材料以形成一透鏡。
16. 一種中心孔洞之一端具有一元件之結構體，包括：一中心孔洞，具有一端；複數個外圍孔洞，該等外圍孔洞係圍繞該中心孔洞；一元件，位於該中心孔洞之該端上；及一端部，係為一錐狀外型，其具有至少一斜面，部分該等外圍孔洞係顯露於該斜面。
17. 如請求項16之結構體，其中該結構體係為一微結構光纖，該元件係為一透鏡。
18. 如請求項16之結構體，其中該結構體之該端部係為圓錐形體。
19. 如請求項16之結構體，其中該結構體之該端部係為錐式楔形體，該錐式楔形體之側壁依序具有一第一斜面、一第二斜面、一第三斜面及一第四斜面，其中該第一斜面及該第三斜面皆為平直面，該第二斜面及該第四斜面皆為曲面。
20. 如請求項16之結構體，其中該中心孔洞及該等外圍孔洞係彼此平行且互不連通。
21. 如請求項16之結構體，其中該中心孔洞之直徑係大於該等外圍孔洞之直徑。
22. 如請求項16之結構體，其中該結構體更具有一實心部份，該實心部份係圍繞該等外圍孔洞。