一种旋转式的光纤端面腐蚀方法和装置及光纤端头与流程

本发明涉及一种旋转式的光纤端面腐蚀方法，同时也涉及旋转式的光纤端面腐蚀装置，还涉及由旋转式的光纤端面腐蚀方法制备的光纤端头，属于光纤激光器。

背景技术：

1、美国食品药物管理局(fda)批准激光在软组织外科手术中应用以后，有多种口腔疾病的治疗应用了激光进行软组织切除，例如牙周病手术。激光在口腔病变组织上提供快速修复所需的能量，同时产生相应的生物效应：止血、杀菌、抑菌、麻醉止痛、促进愈合等。该类激光仪器使用的光纤刀头是一次性使用的耗材。

2、由于对光纤直接切割后的端面存在毛刺、豁口、斜角、凸起和裂痕等瑕疵，为了获得激光出射的平滑界面，需要对切割后的光纤端面进行研磨加工，以形成平滑的光纤端面。现有技术的光纤端面研磨角度包括物理端面(pc)、超物理端面(upc)和斜物理端面(apc)，激光医疗领域常采用类似超物理端面(upc)这种具有较大弧度凸起的光纤端面，作为末端光纤的出光面，以使激光平滑出射进行光学辐照或组织切割。

3、在申请号为201910673089.0的中国专利申请中，公开了一种光纤透镜的飞秒激光加工方法。该技术方案利用聚焦的飞秒激光在光纤上依照待制备透镜轮廓进行扫描，激光焦点辐照区域发生材料改性或者刻蚀去除；将处理后的光纤端面部分浸入氢氟酸溶液，通过对改性区域材料的选择腐蚀去除，使透镜轮廓外的光纤脱离形成光纤透镜原型；控制腐蚀时间，使获得的光纤透镜原型的表面趋向光滑，形成光纤透镜。该技术方案在加工中不存在热效应，可在光纤端面制备凸面和凹面光纤透镜。类似地，现有技术的设备庞大、操作复杂，不适合在医疗场所布置应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的首要技术问题在于提供一种旋转式的光纤端面腐蚀方法。

2、本发明要解决的另一技术问题在于提供一种旋转式的光纤端面腐蚀装置。

3、本发明要解决的又一技术问题在于提供一种利用光纤端面腐蚀方法的光纤端头。

4、为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

5、根据本发明实施例的第一方面，提供一种旋转式的光纤端面腐蚀方法，包括以下步骤：

6、获得用于加工的腐蚀液的腐蚀常数p；

7、基于预先获得的腐蚀常数p-纤芯半径r-腐蚀速率s-角速度ω关系，根据待加工的光纤端头的纤芯半径r以及所述腐蚀常数p，得到与作为加工目标的腐蚀速率s对应的角速度ω；

8、将短光纤的端头的裸纤芯，插入腐蚀液，并且插入深度大于等于腐蚀深度h，然后以步骤s2中得到的角速度ω旋转光纤端头，以得到预期的光滑曲面；

9、将短光纤的端头冲洗及烘干。

10、其中较优地，获得所述腐蚀常数p，包括以下步骤：

11、s11：以具有标准半径r0的纤芯，插入用于加工的腐蚀液，以角速度ωx和单位时间t分别旋转所述纤芯；其中，x为正整数，所述腐蚀液的腐蚀常数p0，

12、s12：将步骤s11中加工的光纤端头取出清洗并检测其外周的腐蚀深度，作为腐蚀速率sx；

13、s13：将腐蚀速率sx、角速度ωx和半径r0代入下式，

14、sx＝p0×(ωx×r0)^n0

15、其中ω表示旋转速度，r表示光纤的半径，n0为大于1的常数；

16、s14：更换为半径不同于r0的纤芯，多次重复步骤s11至s13,并通过数值计算得到上式中的p0和n0的值；

17、s15：基于p0和n0，形成腐蚀常数p0-纤芯半径r-腐蚀速率s-角速度ω对应关系；

18、所述腐蚀常数p0为与所述步骤s11中的用于加工的腐蚀液对应的腐蚀常数。

19、其中较优地，所述光纤端面腐蚀方法还包括以下步骤：

20、s16：改变用于加工的腐蚀液的成分或配比，以得到新的腐蚀液，然后重复所述步骤s11至s14，得到与所述新的腐蚀液对应的腐蚀常数p1-纤芯半径r-腐蚀速率s-角速度ω对应关系；p 1表示所述新的腐蚀液的腐蚀常数；

21、s17：重复步骤s16，得到腐蚀常数p-纤芯半径r-腐蚀速率s-角速度ω对应关系。

22、根据本发明实施例的第二方面，提供一种旋转式的光纤端面腐蚀装置，包括支撑机构、旋转机构和升降机构；其中，

23、所述支撑机构包括底座、立柱和滑轨；所述立柱竖直设置，下端与所述底座接触并连接，上端向上延伸；所述立柱的侧面设置所述滑轨，所述滑轨的滑动方向沿竖直方向设置；

24、所述旋转机构包括滑块、旋转机和钻夹头；所述滑块可移动的设置于所述滑轨上，能够沿所述滑轨上下滑动；所述旋转机的外壁与所述滑块接触并连接，所述旋转机的旋转轴线沿竖直方向设置；所述旋转机的下端连接所述钻夹头，能够驱动所述钻夹头绕所述旋转机的轴线旋转；

25、所述升降机构包括杠杆支架和杠杆；所述杠杆支架的下端与所述底座接触并连接；所述杠杆支架的上端向上延伸，并与所述杠杆的中部可旋转的连接。

26、其中较优地，所述光纤端面腐蚀装置还包括光纤夹具；其中，

27、所述光纤夹具在垂直于轴线方向的截面形状为圆形；所述光纤夹具用于夹紧光纤端头，并通过所述钻夹头连接所述旋转机，使所述光纤端头与所述旋转机同轴旋转。

28、其中较优地，所述光纤夹具包括夹具体；其中，

29、所述夹具体的横截面包括第一左棱边、第二左棱边、第一接触边、左嵌料边、底嵌料边、右嵌料边、第二接触边、第一右棱边、第二右棱边和弧边，依次连接并成一定角度；所述弧边为圆弧形，所述弧边的一端连接所述第一左棱边，另一端连接所述第二右棱边；

30、所述第一接触边和所述第二接触边共面，并与所述弧边的中分面重合；所述第一左棱边和所述第二右棱边平行且等长度，所述第一左棱边低于所述第一接触边，所述第二右棱边高于所述第二接触边；所述第二左棱边和所述第一右棱边平行；

31、所述第一左棱边沿所述夹具体的轴线方向延伸，形成左止口面；所述左止口面上设置豁口槽，所述豁口槽的延伸方向垂直于所述左止口面和所述夹具体的轴线。

32、其中较优地，所述光纤夹具还包括嵌料；其中，

33、所述左嵌料边、所述底嵌料边和所述右嵌料边沿所述夹具体的轴线方向延伸，形成嵌料槽；所述嵌料槽中设置所述嵌料，所述嵌料的上表面和所述第一接触边、所述第二接触边平齐；所述嵌料采用软性材料。

34、根据本发明实施例的第三方面，提供一种光纤端头，其利用如前述的旋转式的光纤端面腐蚀方法制成。

35、其中较优地，所述光纤端头的曲面满足s＝p×(ω×r)^n，其中，s为腐蚀速率，p为与特定腐蚀液对应的常数，ω表示旋转速度，r表示所述端头的纤芯的半径，n为大于1的预设常数。

36、其中较优地，所述光纤端头的长度为20～50mm。

37、与现有技术相比较，本发明利用腐蚀速率与纤芯半径和旋转角速度的对应关系，以旋转式的光纤端面腐蚀方法制得光纤端头，其端面具有圆滑曲面，能够避免光斑突变，以获得均匀变化的光斑，从而使医生能够准确操作。