專利名稱：全光纖型超小探針的制作裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域，尤其是全光纖型超小探針制作過程中所需要的高精度光纖長(zhǎng)度切割與焊接裝置及其方法。
背景技術(shù)：
探針是檢測(cè)生物組織特性的光學(xué)相干層析技術(shù)(Optical Coherence Tomography, OCT)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，主要用于光源信號(hào)的輸出以及檢測(cè)光信號(hào)的輸入。探針尺寸的大小、傳輸光信號(hào)質(zhì)量的高低對(duì)OCT系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、探測(cè)性能有決定性的影響。在探針設(shè)計(jì)中，由不同種類光纖構(gòu)成的全光纖型超小探針的制作是一個(gè)重大難題，其中0. 1毫米量級(jí)光纖長(zhǎng)度的高精度切割與焊接是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。目前，具有較高精度的光纖長(zhǎng)度切割裝置缺少對(duì)光纖焊點(diǎn)的精確定位，雖然理論上能達(dá)到光纖長(zhǎng)度切割精度的要求，但實(shí)際操作中因觀察不到微米量級(jí)大小的焊點(diǎn)而無法完成超小探針的制作工作。另外，已有的顯微系統(tǒng)雖然能監(jiān)測(cè)焊點(diǎn)的位置，但缺少高精度光纖位移調(diào)整機(jī)構(gòu)及配套工作的光纖超聲切割機(jī)，也不能完成全光纖型超小探針的制作任務(wù)。一個(gè)典型的全光纖型超小探針的制作裝置，應(yīng)包括光纖熔接機(jī)、光纖超聲切割機(jī)、 光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)、顯微鏡、CCD攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)等組成部分，而目前的光纖切割裝置以及顯微系統(tǒng)尚無在切割精度與焊點(diǎn)定位上做到有機(jī)的統(tǒng)一，本發(fā)明正是針對(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行展開的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前的光纖切割裝置以及顯微系統(tǒng)在全光纖型超小探針制作方面的不足，提供一種全光纖型超小探針的制作裝置與制作方法，該裝置與方法能克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，能實(shí)現(xiàn)光纖長(zhǎng)度10微米量級(jí)的切割精度以及由三種不同光纖焊接構(gòu)成的、總長(zhǎng)不超過1.0毫米量級(jí)的超小探針的制作。一種解決其技術(shù)問題所采用的方案是提供一種全光纖型超小探針的制作裝置， 包括光纖熔接機(jī)、光纖超聲切割機(jī)、高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)、顯微鏡、CCD攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)，其特征在與，光纖熔接機(jī)置于顯微鏡所在的光學(xué)平臺(tái)上；光纖超聲切割機(jī)通過螺栓固定在顯微鏡的底座上；高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)通過螺栓固定在顯微鏡底座上光纖超聲切割機(jī)的一側(cè)；CCD攝像機(jī)與顯微鏡上的CCD適配器連接，并通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接。根據(jù)本發(fā)明所提供的全光纖型超小探針的制作裝置，其特征是顯微鏡可采用中國(guó)上海宙山精密光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為XTL-M00的體視顯微鏡，帶有C⑶適配器、顯微鏡物鏡、物鏡放大倍數(shù)調(diào)整旋鈕、物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕。根據(jù)本發(fā)明所提供的全光纖型超小探針的制作裝置，其特征是光纖熔接機(jī)可采用日本古河電器工業(yè)株式會(huì)社制造商生產(chǎn)的型號(hào)為S117A的Fusion Splicer熔接機(jī)；光纖超聲切割機(jī)可采用美國(guó)I3K TECHNOLOGY制造商生產(chǎn)的型號(hào)為II -4的Fiber Cleaver切割機(jī)，通過螺栓固定在顯微鏡的底座上，光纖超聲切割機(jī)上帶有刀口以及左右兩個(gè)放置光纖孔。根據(jù)本發(fā)明所提供的全光纖型超小探針的制作裝置，其特征是高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)通過螺栓固定在顯微鏡的底座上，帶有光纖推進(jìn)臺(tái)、精密千分尺和磁吸夾鎖，其中，磁吸夾鎖與光纖超聲切割機(jī)的兩個(gè)放置光纖孔在同一水平軸線上，光纖推進(jìn)臺(tái)與精密千分尺連接，在千分尺旋鈕作用下能帶動(dòng)光纖精確移動(dòng)，精密千分尺的測(cè)量范圍為0 至50毫米。一種全光纖型超小探針的制作方法，采用上述裝置進(jìn)行制作，其特征在于，包括如下步驟
(1)把CXD攝像機(jī)安置在顯微鏡的CXD適配器上，并通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接，打開CXD 攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)的電源開關(guān)，使顯微鏡物鏡的場(chǎng)景信息顯示在計(jì)算機(jī)的顯示屏中；
(2)把光纖超聲切割機(jī)和高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)安置在顯微鏡的底座上，使光纖超聲切割機(jī)的兩個(gè)放置光纖孔與高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)的磁吸夾鎖在同一水平軸線上，調(diào)整光纖超聲切割機(jī)、高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)以及由物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕控制的顯微鏡物鏡的相對(duì)位置，使光纖超聲切割機(jī)刀口出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的顯示屏中，然后用螺栓固定光纖超聲切割機(jī)和高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)；
(3)將制作探針需要焊接在一起的兩根不同種類的光纖，使待焊接的部分通過去涂覆層并用酒精棉球擦拭干凈后，放置在光纖熔接機(jī)上進(jìn)行焊接并留下沿光纖軸線方向長(zhǎng)不足 5微米的焊點(diǎn)；
(4)將焊接后的光纖放置在光纖超聲切割機(jī)的放置光纖孔內(nèi)，拉直后由磁吸夾鎖固定在高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)的光纖推進(jìn)臺(tái)上，通過千分尺旋鈕調(diào)整光纖位移，并通過顯微鏡物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕和顯微鏡物鏡放大倍數(shù)調(diào)整旋鈕分別調(diào)整顯微鏡物鏡縱向位移及其放大倍數(shù)，使光纖超聲切割機(jī)刀口正對(duì)焊點(diǎn)位置并顯示在計(jì)算機(jī)的顯示屏中；
(5)通過千分尺旋鈕推進(jìn)光纖位移，并由精密千分尺精確記錄，使光纖移動(dòng)至欲留下光纖長(zhǎng)度0. 1毫米的切割位置處；
(6)鎖定光纖超聲切割機(jī)的放置光纖孔以固定光纖，然后啟動(dòng)光纖超聲切割機(jī)刀口進(jìn)行光纖長(zhǎng)度0. 1毫米切割；
(7)切割后剩下的由兩種光纖焊接在一起的單根光纖，如需與之焊接并切割另外一種光纖，重復(fù)(1)- (6)的步驟。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)將光纖熔接機(jī)、光纖超聲切割機(jī)、高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)與顯微鏡有機(jī)結(jié)合，并在 CCD和計(jì)算機(jī)的配合下協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超小光纖切割長(zhǎng)度的精確監(jiān)測(cè)和記錄，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)尺寸不超過5微米的焊點(diǎn)及其相對(duì)光纖超聲切割機(jī)刀口推進(jìn)0. 1毫米量級(jí)位移的實(shí)時(shí)監(jiān)視，而且操作容易、便捷。


圖1是典型的光纖熔接機(jī)焊接兩種不同種類光纖的示意圖； 圖2是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于顯微鏡技術(shù)的高精度光纖長(zhǎng)度切割裝置立體示意圖； 圖3是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖論述如下
實(shí)施例一參見圖1、圖2和圖3，本實(shí)施例所用的全光纖型超小探針的制作裝置，包括光纖熔接機(jī)(101)、光纖超聲切割機(jī)(208)、高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)、顯微鏡 (201)、CCD攝像機(jī)(206)和計(jì)算機(jī)(207)，其特征在于，光纖熔接機(jī)(101)置于顯微鏡(201) 所在的光學(xué)平臺(tái)上；光纖超聲切割機(jī)(208)通過螺栓固定在顯微鏡(201)的底座上；高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)通過螺栓固定在顯微鏡(201)底座上光纖超聲切割機(jī) (208 )的一側(cè)；CXD攝像機(jī)(206 )與顯微鏡(201)上的CXD適配器(202 )連接，并通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(207)連接。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下
(1)顯微鏡(201)可采用中國(guó)上海宙山精密光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為XTL-MOO 的體視顯微鏡，帶有CXD適配器(202)、顯微鏡物鏡(203)、物鏡放大倍數(shù)調(diào)整旋鈕(204)、物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕(205)；
(2)光纖熔接機(jī)(101)可采用日本古河電器工業(yè)株式會(huì)社制造商生產(chǎn)的型號(hào)為S117A 的 Fusion Splicer 熔接機(jī)；
(3)光纖超聲切割機(jī)(208)可采用美國(guó)1 TECHNOLOGY制造商生產(chǎn)的型號(hào)為II -4 的Fiber Cleaver切割機(jī)，通過螺栓固定在顯微鏡(201)的底座上，光纖超聲切割機(jī)(208) 上帶有刀口(209)以及左右兩個(gè)放置光纖孔(210、211)；
(4)高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)通過螺栓固定在顯微鏡(201)的底座上，帶有光纖推進(jìn)臺(tái)(301)、精密千分尺(302)和磁吸夾鎖(214)，其中，磁吸夾鎖(214)與光纖超聲切割機(jī)(208)的兩個(gè)放置光纖孔(210、211)在同一水平軸線上，光纖推進(jìn)臺(tái)(301)與精密千分尺(302)連接，在千分尺旋鈕(213)作用下能帶動(dòng)光纖精確移動(dòng)，精密千分尺的測(cè)量范圍為0至50毫米。實(shí)施例三基于實(shí)施例一與實(shí)施例二所述的裝置，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了全光纖型超小探針的制作方法，具體步驟是
(1)把高分辨率CXD (206)安置在顯微鏡(201)的CXD適配器(202)上，并連接與計(jì)算機(jī)(207)的數(shù)據(jù)線，打開高分辨率CXD (206)和計(jì)算機(jī)(207)的電源開關(guān)，使顯微鏡物鏡 (203)的場(chǎng)景信息顯示在計(jì)算機(jī)(207)的顯示屏中；
(2 )把光纖超聲切割機(jī)(208 )和光纖拉直機(jī)構(gòu)(212)安置在顯微鏡(201)的底座上，使光纖超聲切割機(jī)(208)的兩個(gè)放置光纖孔(210和211)與光纖拉直機(jī)構(gòu)(212)的磁吸夾鎖 (214)在同一水平軸線上，通過粗調(diào)光纖超聲切割機(jī)(208)、光纖拉直機(jī)構(gòu)(212)以及由物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕(205)控制的顯微鏡物鏡(203)的相對(duì)位置，使光纖超聲切割機(jī)刀口 (209)出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)(207)的顯示屏中，然后用螺栓固定光纖超聲切割機(jī)(208)和光纖拉直機(jī)構(gòu)(212)；
(3)將制作探針需要焊接在一起的兩根不同種類的光纖(102和103)，使待焊接的部分通過去涂覆層并用酒精棉球擦拭干凈后放置在光纖熔接機(jī)(101)上進(jìn)行焊接并留下焊點(diǎn) (106)；
(4)將焊接后的光纖放置在光纖超聲切割機(jī)的放置光纖孔(210和211)內(nèi)，由磁吸夾鎖(214)固定在拉直機(jī)構(gòu)(212)上，通過精密千分尺(213)調(diào)整光纖位移，并通過顯微鏡物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕(205)和顯微鏡物鏡放大倍數(shù)調(diào)整旋鈕(204)分別調(diào)整顯微鏡物鏡縱向位移及其放大倍數(shù)，使光纖超聲切割機(jī)刀口(209)正對(duì)焊點(diǎn)(106)位置并顯示在計(jì)算機(jī) (207)的顯示屏中；
(5)通過精密千分尺(213)精確推進(jìn)光纖位移，使光纖移動(dòng)至欲留下光纖長(zhǎng)度的切割位置處，該過程顯示在計(jì)算機(jī)(207)的顯示屏中(215)，并記錄光纖位移推進(jìn)數(shù)值即欲光纖切割長(zhǎng)度；
(6)鎖定光纖超聲切割機(jī)(208)的放置光纖孔(210和211)以固定光纖，然后啟動(dòng)光纖超聲切割機(jī)刀口(209)進(jìn)行光纖長(zhǎng)度切割；
(7)切割后剩下的由兩種光纖焊接在一起的單根光纖，如需與之焊接并切割另外一種光纖，重復(fù)(1)- (6)的步驟。 本發(fā)明的具體實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)不超過10微米量級(jí)的光纖長(zhǎng)度切割精度，并能實(shí)現(xiàn)由三種以上不同光纖組成的、總長(zhǎng)1毫米量級(jí)的全光纖型超小探針的制作。
權(quán)利要求
1.一種全光纖型超小探針的制作裝置，包括光纖熔接機(jī)(101)、光纖超聲切割機(jī) (208)、高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)、顯微鏡(201)、CXD攝像機(jī)(206)和計(jì)算機(jī) (207)，其特征是光纖熔接機(jī)(101)置于顯微鏡(201)所在的光學(xué)平臺(tái)上；光纖超聲切割機(jī) (208 )通過螺栓固定在顯微鏡(201)的底座上；高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212 )通過螺栓固定在顯微鏡(201)底座上光纖超聲切割機(jī)(208)的一側(cè)；CXD攝像機(jī)(206)與顯微鏡 (201)上的CXD適配器(202)連接，并通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(207)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖型超小探針的制作裝置，其特征是顯微鏡(201)可采用中國(guó)上海宙山精密光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為XTL-MOO的體視顯微鏡，帶有CXD 適配器(202)、顯微鏡物鏡(203)、物鏡放大倍數(shù)調(diào)整旋鈕(204)、物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕 (205)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全光纖型超小探針的制作裝置，其特征是光纖熔接機(jī) (101)可采用日本古河電器工業(yè)株式會(huì)社制造商生產(chǎn)的型號(hào)為S117A的Fusion Splicer熔接機(jī)；光纖超聲切割機(jī)(208)可采用美國(guó)1 TECHNOLOGY制造商生產(chǎn)的型號(hào)為II -4的 Fiber Cleaver切割機(jī)，通過螺栓固定在顯微鏡(201)的底座上，光纖超聲切割機(jī)(208)上帶有刀口(209)以及左右兩個(gè)放置光纖孔(210、211)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的全光纖型超小探針的制作裝置，其特征是高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)通過螺栓固定在顯微鏡(201)的底座上，帶有光纖推進(jìn)臺(tái) (301)、精密千分尺(302)和磁吸夾鎖(214)，其中，磁吸夾鎖(214)與光纖超聲切割機(jī)(208) 的兩個(gè)放置光纖孔(210、211)在同一水平軸線上，光纖推進(jìn)臺(tái)(301)與精密千分尺(302)連接，在千分尺旋鈕(213)作用下能帶動(dòng)光纖精確移動(dòng)，精密千分尺的測(cè)量范圍為0至50毫米。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的全光纖型超小探針的制作裝置的全光纖型超小探針的制作方法，其特征包括如下步驟(1)把CXD攝像機(jī)(206)安置在顯微鏡(201)的CXD適配器(202 )上，并通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(207 )連接，打開CXD攝像機(jī)(206 )和計(jì)算機(jī)(207 )的電源開關(guān)，使顯微鏡物鏡(203 ) 的場(chǎng)景信息顯示在計(jì)算機(jī)(207)的顯示屏中；(2)把光纖超聲切割機(jī)(208)和高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)安置在顯微鏡 (201)的底座上，使光纖超聲切割機(jī)(208)的兩個(gè)放置光纖孔(210、211)與高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)的磁吸夾鎖(214)在同一水平軸線上，調(diào)整光纖超聲切割機(jī)(208)、 高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)以及由物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕(205)控制的顯微鏡物鏡(203)的相對(duì)位置，使光纖超聲切割機(jī)刀口(209)出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)(207)的顯示屏中，然后用螺栓固定光纖超聲切割機(jī)(208)和高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)；(3)將制作探針需要焊接在一起的兩根不同種類的光纖(102、103)，使待焊接的部分通過去涂覆層并用酒精棉球擦拭干凈后，放置在光纖熔接機(jī)(101)上進(jìn)行焊接并留下沿光纖軸線方向長(zhǎng)不足5微米的焊點(diǎn)(106)；(4)將焊接后的光纖放置在光纖超聲切割機(jī)的放置光纖孔(210、211)內(nèi)，拉直后由磁吸夾鎖(214)固定在高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)(212)的光纖推進(jìn)臺(tái)(301)上，通過千分尺旋鈕(213)調(diào)整光纖位移，并通過顯微鏡物鏡縱向位移調(diào)整旋鈕(205)和顯微鏡物鏡放大倍數(shù)調(diào)整旋鈕(204)分別調(diào)整顯微鏡物鏡縱向位移及其放大倍數(shù)，使光纖超聲切割機(jī)刀口( 209)正對(duì)焊點(diǎn)(106)位置并顯示在計(jì)算機(jī)(207)的顯示屏中；(5)通過千分尺旋鈕(213)推進(jìn)光纖位移，并由精密千分尺(302)精確記錄，使光纖移動(dòng)至欲留下光纖長(zhǎng)度0. 1毫米的切割位置處；(6)鎖定光纖超聲切割機(jī)(208)的放置光纖孔(210、211)以固定光纖，然后啟動(dòng)光纖超聲切割機(jī)刀口(209)進(jìn)行光纖長(zhǎng)度0. 1毫米切割；(7)切割后剩下的由兩種光纖焊接在一起的單根光纖，如需與之焊接并切割另外一種光纖，重復(fù)(1)- (6)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生物醫(yī)學(xué)成像的全光纖型超小探針的制作裝置及方法，包括光纖熔接機(jī)、光纖超聲切割機(jī)、高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)、顯微鏡、CCD攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)。光纖熔接機(jī)熔焊構(gòu)成探針的不同種類的光纖并留下沿光纖軸線尺寸不超過5微米的焊點(diǎn)；光纖超聲切割機(jī)通過螺栓固定在顯微鏡底座上；高精度光纖拉直與位移推進(jìn)機(jī)構(gòu)固定在光纖超聲切割機(jī)一側(cè)拉直并可精確移動(dòng)光纖的軸向位置；CCD攝像機(jī)通過顯微鏡上的CCD適配器與顯微鏡連接并配合工作，把顯微鏡物鏡放大后的視場(chǎng)信息即包括焊點(diǎn)的不同光纖與光纖超聲切割機(jī)刀口的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里進(jìn)行位置監(jiān)測(cè)和顯示。該裝置及操作方法能實(shí)現(xiàn)不超過10微米量級(jí)的切割精度，并能實(shí)現(xiàn)由三種以上不同光纖組成的、總長(zhǎng)1毫米量級(jí)的生物醫(yī)學(xué)成像用全光纖型超小探針的制作。
文檔編號(hào)G01N21/45GK102162877SQ20111000771
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者于瀛潔, 唐智, 張之江, 方臣, 王馳, 齊博 申請(qǐng)人:上海大學(xué)