專利名稱：球透鏡的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球透鏡的制備方法，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為光通信的耦合器件的球透鏡由于其具有高的耦合效率一直備受國內(nèi)外研究人員的關(guān)注，并且美國沉積科學(xué)公司實(shí)現(xiàn)了球透鏡鍍膜工藝的突破，使得球透鏡的應(yīng)用在不斷的提高。但是球透鏡的價(jià)格較高，例如德國肖特公司的直徑為0.3mm的球透鏡價(jià)格為12$/個(gè)。
申請(qǐng)?zhí)枮?8104237.4的專利申請(qǐng)公開了一種球透鏡的制備方法由助燃?xì)怏w作為載體，將玻璃粉末吹入燃燒室，由可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生高溫將玻璃粉末融化為液滴，在表面張力作用下，成為球形，收集冷卻后即為球透鏡，可制造直徑為0.8mm以下的球透鏡。該項(xiàng)技術(shù)存在某些缺點(diǎn)，如火焰的氣氛直接影響制品的質(zhì)量，當(dāng)為還原性氣氛時(shí)，容易使玻璃中的金屬離子還原為金屬原子，使玻璃表面受到污染；當(dāng)為氧化性氣氛時(shí)，火焰氣流短而急，液態(tài)微珠在高速氣流拉力作用下容易變成橢球形。另外，申請(qǐng)?zhí)枮?0102868.5，發(fā)明名稱為玻璃微珠粉末漂浮電熱成珠方法及其設(shè)備的專利申請(qǐng)，公開的成珠方法為玻璃粉末乃至玻璃液珠在成珠設(shè)備中經(jīng)過的時(shí)間較短，為1～3分鐘；而且熔融溫度較低，為900～1200℃，適合制備直徑為0.5mm以下的玻璃微珠。但是該方法存在的問題是，由于在設(shè)備底部吹入空氣，使得玻璃粉末在熔化室有足夠時(shí)間的成珠，但是導(dǎo)致了大量的玻璃液滴粘在室壁上，從而導(dǎo)致產(chǎn)量很低，大概只有20％。而且該設(shè)備只適合制備0.5mm以下的玻璃微珠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種球透鏡的制備方法，該方法比較簡便、制備成本較低、成球率較高。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種球透鏡的制備方法，將光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體粉碎后拉絲、切割得到微粒，將微粒放入預(yù)鋪好隔離物的容器中加熱至熔融，待熔融的微粒在表面張力作用下收縮成球后，冷卻、烘干、鍍膜即得球透鏡。
上述隔離物為炭粉或輕質(zhì)氧化鎂粉末。
在鍍膜前，將冷卻后的球透鏡的表面拋光，以除去球透鏡表面吸附的隔離物。
上述拉絲直徑為0.3～5.0mm，切割得到的微粒呈等圓柱狀。
上述微粒加熱至熔融的溫度和成球溫度控制在800～1800℃范圍內(nèi)。
上述微粒的成球時(shí)間為10～60秒。
上述微粒放在含有金剛砂的研磨機(jī)中研磨至去除棱角。
本發(fā)明由于采用上述方法，大大地降低了球透鏡的成本，而且成球率高，可以達(dá)到90％以上，該產(chǎn)品基本性能為光潔度為20-80，直徑公差為±0.002mm，球形為0.0005mm；該產(chǎn)品的光學(xué)性能為光譜透過率≥85％(可見近紅外區(qū))，耦合效率≥60％(未鍍膜)，耦合效率≥85％(鍍膜)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
本發(fā)明主要通過以下步驟實(shí)現(xiàn)1.玻璃或晶體絲拉制將制備的球透鏡的所需要的材料進(jìn)行拉絲。
2.玻璃或晶體絲切割將拉制好的玻璃或晶體絲在切割機(jī)下進(jìn)行切割得到微粒。
3.玻璃或晶體微粒研磨將切割好的微粒放在含有金剛砂的研磨機(jī)中進(jìn)行研磨，其主要目的是將微粒的棱角磨去。
4.成球?qū)⒀心ズ玫那蛲哥R放入已經(jīng)預(yù)鋪隔離物的容器中，然后放在電爐內(nèi)加熱到足夠高的溫度使微粒熔融，給其以足夠長的時(shí)間讓熔融的微粒通過表面張力的作用收縮成球，取出后降溫即可制得微球。
5.球透鏡拋光根據(jù)選用隔離物的不同，球透鏡的表面可以拋光也可以不用拋光。如果選用炭粉作為隔離物，由于在槽沉法成球時(shí)候，球透鏡表面吸附一些炭粉，因此需要進(jìn)行拋光。
6.球透鏡鍍膜將制備好的球透鏡表面鍍膜。
通過以上的六個(gè)步驟，可以實(shí)現(xiàn)球透鏡的制備。由于制備過程中使用的都是比較簡單的設(shè)備，而且制造工藝比較簡單，因此成本較低，大約是國外同類產(chǎn)品的五分之一。
實(shí)施例一制備光學(xué)玻璃牌號(hào)為F2，直徑為0.3mm的球透鏡將光學(xué)玻璃粉碎后放入光纖拉絲機(jī)中，拉制直徑為0.4mm的玻璃絲。將直徑為0.4mm的玻璃絲切割成高度為0.4mm的玻璃微粒。將玻璃微粒與隔離物炭粉混合均勻后放在陶瓷坩鍋內(nèi)，然后將陶瓷坩鍋放在電爐內(nèi)加熱到800℃使玻璃微粒熔融，保持10秒以使熔融的玻璃微粒通過表面張力的作用收縮成球，取出后迅速倒入冷水中冷卻，取出后在烘干箱中烘干，將所制備的球透鏡在含有氧化鈰的拋光液中進(jìn)行拋光，其目的是為了取出球透鏡表面吸附的炭粉，最后在鍍膜機(jī)中鍍上厚度為10-100nm的氟化鎂薄膜即可。該產(chǎn)品的性能為光潔度為40-80，直徑公差為±0.001mm，球形為0.0001mm；該產(chǎn)品的光學(xué)性能為光譜透過率為90％，耦合效率為70％(未鍍膜)，耦合效率為90％(鍍膜)。
實(shí)施例二制備光學(xué)玻璃牌號(hào)為BK7，直徑為0.8mm的球透鏡將光學(xué)玻璃粉碎后放入光纖拉絲機(jī)中，拉制直徑為1.0mm的玻璃絲。將直徑為1.0mm的玻璃絲切割成高度為1.0mm的玻璃微粒。將玻璃微粒與隔離物氧化鎂粉末混合均勻后放在坩鍋內(nèi)，然后將坩鍋放在電爐內(nèi)加熱到1250℃使玻璃微粒熔融，保持10秒以使熔融的玻璃微粒通過表面張力的作用收縮成球，取出后迅速倒入冷水中冷卻，取出后在烘干箱中烘干，最后在鍍膜機(jī)中鍍上厚度為10-100nm的氟化鎂薄膜即可。由于采用氧化鎂粉末作為隔離物，所以球透鏡表面沒有吸附氧化鎂粉末，因此不需要進(jìn)行拋光。該產(chǎn)品的性能為光潔度為40-80，直徑公差為±0.001mm，球形為0.0001mm；該產(chǎn)品的光學(xué)性能為光譜透過率為93％，耦合效率為75％(未鍍膜)，耦合效率為95％(鍍膜)。
實(shí)施例三制備材料為氟化鈣晶體，直徑為3.0mm的球透鏡將氟化鈣晶體粉碎后放入光纖拉絲機(jī)中，拉制直徑為3.1mm絲。將直徑為3.1mm的絲切割成高度為3.1mm的微粒。將微粒與隔離物氧化鎂粉末混合均勻后放入鉑金坩鍋內(nèi)，然后將鉑金坩鍋放在電爐內(nèi)加熱到1360℃使微粒熔融，保持30秒以使熔融的微粒通過表面張力的作用收縮成球，取出后迅速倒入冷水中冷卻，取出后在烘干箱中烘干，最后在鍍膜機(jī)中鍍上厚度為10-100nm的氟化鎂薄膜即可。由于采用氧化鎂粉末作為隔離物，所以球透鏡表面沒有吸附氧化鎂粉末，因此不需要進(jìn)行拋光。該產(chǎn)品的性能為光潔度為40-60，直徑公差為±0.0015mm，球形為0.0003mm；該產(chǎn)品的光學(xué)性能為光譜透過率為91％，耦合效率為72％(未鍍膜)，耦合效率為91％(鍍膜)。
實(shí)施例四制備材料為三氧化二鋁晶體，直徑為5.0mm的球透鏡將三氧化二鋁晶體粉碎熔融后拉制直徑為5.1mm的絲。將直徑為5.1mm的絲切割成高度為5.1mm的微粒。將切割的微粒放在含有金剛砂的研磨機(jī)中研磨至去除棱角，其目的是為了讓微粒在高溫下容易收縮。將玻璃微粒放在預(yù)鋪炭粉的鉑金坩鍋內(nèi)，然后將鉑金坩鍋放在電爐內(nèi)加熱到1800℃使微粒熔融，保持上述溫度60秒以使熔融的微粒通過表面張力的作用收縮成球，取出后迅速倒入冷水中冷卻、取出后在烘干箱中烘干，將所制備的球透鏡在含有氧化鈰的拋光液中進(jìn)行拋光，最后在鍍膜機(jī)中鍍上厚度為10-100nm的氟化鎂薄膜即可。該產(chǎn)品的性能為光潔度為20-40，直徑公差為±0.002mm，球形為0.0005mm；該產(chǎn)品的光學(xué)性能為光譜透過率為85％，耦合效率為60％(未鍍膜)，耦合效率為85％(鍍膜)。
權(quán)利要求
1.一種球透鏡的制備方法，其特征在于將光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體粉碎后拉絲、切割得到微粒，將微粒放入預(yù)鋪好隔離物的容器中加熱至熔融，待熔融的微粒在表面張力作用下收縮成球后，冷卻、烘干、鍍膜即得球透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于隔離物為炭粉或輕質(zhì)氧化鎂粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于在鍍膜前，將冷卻后的球透鏡的表面拋光至除去球透鏡表面吸附的隔離物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于拉絲直徑為0.3～5.0mm，切割得到的微粒呈等圓柱狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于微粒加熱至熔融的溫度和成球溫度控制在800～1800℃范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的制備方法，其特征在于微粒的成球時(shí)間為10～60秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的制備方法，其特征在于將切割得到的微粒放在含有金剛砂的研磨機(jī)中研磨至去除棱角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種球透鏡的制備方法，將光學(xué)玻璃粉碎后拉絲、切割得到玻璃微粒，將玻璃微粒放入預(yù)鋪好隔離物的容器中加熱至熔融，待熔融的玻璃微粒在表面張力作用下收縮成球后，冷卻、鍍膜即得球透鏡。本發(fā)明由于采用上述方法，大大地降低了球透鏡的成本，而且成球率高，性能可以達(dá)到國外同類產(chǎn)品的要求。
文檔編號(hào)C03B11/08GK1815267SQ200610018469
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者呂昊, 劉愛梅, 王新民 申請(qǐng)人:孝感學(xué)院