專利名稱：光纖、其制備方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種光纖、其制備方法及裝置。
背景技術(shù)：
光纖的解理端(cleaved end)的成形先前已以微機(jī)械加工聚焦元件(M. Msaki 等人，Direct photolithography on optical fiber end, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 4350-4355(2002) ；P. N. Minh φ A, Batch fabrication of microlens at the end of optical fiber using self-photolithography end etching technique, Opt. Rev. 10， 150-154(2003) ；F. Schiappelli 等人，Efficient fiber-to-waveguide coupling by a lens on the end of the optical fiber fabricated by focused ion beam milling, Microelectronic Eng. 73-74,397-404(2004) ；R. S. Taylor and C.Hnatovsky, Particle trapping in 3-D using a single fiber probe with an annular light distribution, Optics Express 11, 2775-2782 (2003) ；C. Liberale 等人，Miniaturized all-fiber probe for three-dimensional optical trapping and manipulation, Nature Photonics 1， 723-727(2007))、光學(xué)天線(Ε. J. Smithe, Ε. Cubucku 禾口 F. Capasso, Optical properties of surface Plasmon resonances of coupled metallic nanorods, Optical Express 15,7439-7447(2007))或可移動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)(fiber-top technology, D, lannuzzi 等人， Monolithic fiber-top sensor for critical environment and standard applications, Appl. Phys. Lett. 88，053501 (2006))的形式描述過。使光纖解理端成形的可能性為開發(fā)用于廣泛的應(yīng)用的新裝置提供了絕好機(jī)會(huì)，所述應(yīng)用包括光子學(xué)、光學(xué)俘獲、生化傳感 (D. lannuzzi 等人，A fiber-top hydrogen sensor, Sensors & Act. B121, 706-709 (2007)) 禾口原子力顯微鏡(D. lannuzzi 等人，F(xiàn)iber-top atomic force microscope, Rev. Sci. hstr. 77，106105(2006))。不幸的是，這些儀器所具有的優(yōu)勢(shì)可能因其高昂的制造成本而受限，高昂的生產(chǎn)成本可能歸因于目前沒有已知的通用制造程序用于在光纖小面上系列地制造任意微機(jī)械加工部件的事實(shí)。光學(xué)光刻是基于硅的技術(shù)如集成電路和微電子機(jī)械系統(tǒng)中最普遍的微機(jī)械加工方法之一(見例如G. T. A. Kovacs，Micromachined transducers sourcebook(McGraw-Hill， New York，1998))。采用這種方法在光纖頂部制造圖案需要將光刻掩模精確對(duì)準(zhǔn)纖維的中心，如果需要使用標(biāo)準(zhǔn)光刻掩模對(duì)準(zhǔn)器，則操作過于繁瑣。另一方面，在過去的數(shù)十年，由電信行業(yè)快速成長引發(fā)的對(duì)快速可靠光纖熔接機(jī)的需求已大大推動(dòng)了對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)相對(duì)的光纖的解理端的光學(xué)機(jī)械工具的進(jìn)展。大多數(shù)市售的光纖熔接機(jī)采用簡單的基于圖像的有源纖維對(duì)準(zhǔn)技術(shù)來使纖維的兩端在數(shù)秒內(nèi)自動(dòng)接觸(A.D.Yablon，Optical fiber fusion splicing (Spring er, Berlin,2005))。

發(fā)明內(nèi)容
作為解決該問題的第一個(gè)示例性程序，可提供可便于在光纖的解理端或其他表面上沉積的光刻膠層上系列地制造任意圖案的方法和系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案。這種示例性系統(tǒng)和方法可采用根據(jù)本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)-輻照(align-and-shine)光刻程序。對(duì)準(zhǔn)-輻照光刻技術(shù)基于將標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)光刻與開發(fā)用于光纖熔接或類似自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法的光學(xué)機(jī)械法結(jié)合起來的思想。本發(fā)明提供了一種光纖，其中所述光纖的末端(distal end)提供有適于通過由所述光纖的末端傳輸?shù)妮椛湓谀繕?biāo)表面上投射預(yù)定圖案的光學(xué)掩模。可使用這種具有特定圖案的被掩蔽的光纖來選擇性地輻照目標(biāo)表面特別是目標(biāo)光纖的末端上沉積的光刻膠材料。 根據(jù)本發(fā)明的光纖可以快速且便利的方式構(gòu)建圖案或結(jié)構(gòu)。特別地，可向目標(biāo)纖維的表面施加功能圖案或結(jié)構(gòu)，例如光學(xué)功能元件或圖案，從而增加功能性如準(zhǔn)直器、衍射體、擴(kuò)散體、濾光器或其他能影響可傳輸通過目標(biāo)纖維的輻射如可見光的圖案。根據(jù)本發(fā)明的光纖還可向其他表面例如光學(xué)元件如鏡和濾光器表面施加功能性圖案或結(jié)構(gòu)。優(yōu)選所述預(yù)定圖案的分辨率小于lOOnm，從而可向相當(dāng)小的表面施加精細(xì)圖案，這對(duì)于獲得某些光學(xué)效應(yīng)來說是必要的。光刻膠材料可以是正性光刻膠材料或負(fù)性光刻膠材料。正性光刻膠材料的特征在于，暴露于輻射(通常是UV-光)的光刻膠部分變得可溶于溶劑，故暴露部分可在后來洗去。未暴露于輻射的光刻膠部分保持對(duì)溶劑不可溶并且保留在目標(biāo)表面上。負(fù)性光刻膠是這類光刻膠，其中暴露于輻射的光刻膠部分變得不可溶于溶劑(例如通過固化或交聯(lián)聚合物)，而未暴露的部分可被洗去。一些熟知的光刻膠材料有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、 PMGI (聚甲基戊二酰亞胺)、DNQ/Novolac ( 一種酚醛樹脂)和SU_8 ( 一種基于環(huán)氧樹脂的負(fù)性光刻膠)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述預(yù)定圖案適于投射至少部分納米天線結(jié)構(gòu)。納米天線結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)自表面突出的納米天線元件或優(yōu)選納米天線元件的陣列，其可適于例如用作化學(xué)傳感器，特別是當(dāng)表面根據(jù)已知技術(shù)化學(xué)改性時(shí)。這種納米天線可用在分析技術(shù)中，特別是實(shí)施表面增強(qiáng)拉曼光譜。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述預(yù)定圖案適于投射菲涅耳(Fresnel)透鏡圖案。 這種透鏡可用來聚焦或塑造圖案化表面出口處的光。在又一優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述預(yù)定圖案適于投射波長柵格圖案。波長柵格圖案將弓I起適合波長的電磁輻射的衍射。在再一優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述預(yù)定圖案適于投射三維結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)層或適于投射三維層構(gòu)造的保護(hù)層。這種預(yù)定圖案適于在三維結(jié)構(gòu)的逐層構(gòu)造中在目標(biāo)表面處施加選擇性保護(hù)層。通過逐層構(gòu)造，根據(jù)本發(fā)明的光纖可允許由各種材料容易且快速地構(gòu)造所述三維結(jié)構(gòu)。由光刻膠材料制得的保護(hù)層可允許結(jié)構(gòu)材料的選擇性沉積和/或選擇性地保護(hù)下部材料免受磨損技術(shù)如等離子蝕刻或反應(yīng)離子蝕刻的影響。根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于在目標(biāo)纖維上快速地施加選擇性保護(hù)層，其后可通過常規(guī)技術(shù)如氣相沉積技術(shù)施加實(shí)際的結(jié)構(gòu)材料層如硅。保護(hù)層可例如通過適合的化學(xué)劑移除。例如，某些聚合物材料如 PMMA可通過有機(jī)溶劑如丙酮移除。如果光學(xué)掩模適于在目標(biāo)表面上投射預(yù)定圖案，則優(yōu)選所述目標(biāo)表面為目標(biāo)光纖的末端。這種掩蔽的光纖使得能夠使用光刻膠材料在目標(biāo)光纖的末端上容易地施加預(yù)定的圖案，例如通過經(jīng)光學(xué)掩模選擇性地輻照到正性或負(fù)性光刻膠材料上，并隨后移除可溶材料而在目標(biāo)表面上留下預(yù)定圖案。光纖末端的直徑通常在數(shù)mm到小至ym范圍的范圍內(nèi)，
4因此，光學(xué)掩模所提供的圖案可以是相似比例的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光學(xué)掩模由金屬材料制成。金屬材料提供具有良好耐久性的耐久的不透明掩模。適合的金屬材料包括銀、金、鉻、鈦及其合金，其可通過沉積法施加，包括濺射以及熱和電子束蒸發(fā)技術(shù)。如果光纖適于傳輸適于處理光刻膠材料的輻射，則優(yōu)選適于傳輸紫外輻射。多模光纖尤其適合。這種輻射選擇性地處理目標(biāo)表面上通過根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)掩模被輻照的光刻膠材料部分。已知的處理光刻膠材料的典型波長在電磁波譜的藍(lán)區(qū)和紫外區(qū)，波長通常短于500nm。本發(fā)明還提供了一種制備根據(jù)本發(fā)明的光纖的方法，包括提供纖維的末端并在纖維的末端上施加預(yù)定圖案的掩模材料以形成光學(xué)掩模的工藝步驟。末端的提供可包括切割或以其他方式處理末端以提供規(guī)則的、優(yōu)選平整的垂直表面。掩模的施加可包括向纖維的末端施加掩模材料并隨后根據(jù)預(yù)定圖案選擇性地移除部分所施加的掩模材料，例如通過激光燒蝕和/或聚焦離子束銑削。本發(fā)明還提供了一種向目標(biāo)表面、優(yōu)選目標(biāo)光纖的末端施加預(yù)定圖案的方法，包括以下步驟-提供被掩蔽的光纖，其中所述被掩蔽的光纖的末端提供有具有預(yù)定圖案的光學(xué)掩模，向至少部分目標(biāo)表面施加光刻膠材料層，相對(duì)于提供有光刻膠材料的部分目標(biāo)表面定位光纖的末端，通過被掩蔽的光纖施加適合的輻射以在目標(biāo)表面上的至少部分光刻膠材料中獲得預(yù)定圖案，和移除多余的光刻膠材料。這種方法可實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)表面上快速、容易地復(fù)制預(yù)定圖案。優(yōu)選所述目標(biāo)表面為目標(biāo)光纖的末端。優(yōu)選的圖案具有光學(xué)功能性。本發(fā)明還提供了一種通過上述方法可獲得的光纖，其中所述光纖的末端提供有由被選擇性地輻照的光刻膠材料制成的預(yù)定圖案。根據(jù)本發(fā)明的方法適合向表面施加基本上兩維的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通?？蓛H使用一個(gè)被掩蔽的光纖制得。然而，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步適應(yīng)還提供在目標(biāo)表面上逐層構(gòu)造三維結(jié)構(gòu)的方法，其中當(dāng)所述層被堆疊時(shí)使用相同或多個(gè)不同的具有適于形成預(yù)定的三維結(jié)構(gòu)的預(yù)定圖案的被掩蔽的光纖重復(fù)根據(jù)權(quán)利要求10的步驟。任選地，可將保護(hù)層和結(jié)構(gòu)層與犧牲材料層組合來實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。犧牲層為在構(gòu)造過程中臨時(shí)施加以支撐結(jié)構(gòu)層的層，其后易于用適合的化學(xué)劑移除。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法包括在目標(biāo)纖維上生長和圖案化犧牲材料和結(jié)構(gòu)材料的交替層的步驟。在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，犧牲層(例如磷硅酸鹽玻璃、二氧化硅等)和結(jié)構(gòu)層(例如硅、二氧化硅、氮化硅)交替地沉積在目標(biāo)纖維的頂部。在一次沉積和下一次沉積之間，如果需要，可例如根據(jù)如下程序移除至少一部分犧牲層或結(jié)構(gòu)層提供第一被掩蔽的光纖，其中光纖的末端提供有具有第一預(yù)定圖案的第一光學(xué)掩模，相對(duì)于目標(biāo)表面部分定位目標(biāo)光纖的末端，其中目標(biāo)表面至少部分地涂布有至少犧牲材料層或結(jié)構(gòu)材料層，所述犧牲材料層或結(jié)構(gòu)材料層被光刻膠材料所覆蓋，通過被掩蔽的光纖施加適合的輻射以在目標(biāo)表面上光刻膠材料中產(chǎn)生預(yù)定圖案，移除多余的光刻膠材料以產(chǎn)生第一選擇性保護(hù)光刻膠層；隨后通過例如等離子蝕刻或反應(yīng)離子蝕刻選擇性地移除未被圖案化的光刻膠層所保護(hù)的犧牲材料或結(jié)構(gòu)材料，和從目標(biāo)表面移除保護(hù)層以能夠進(jìn)行進(jìn)一步的層構(gòu)造步驟?？赏ㄟ^這種方法以與微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)中已經(jīng)常用的方式相似的方式來獲得復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法允許在表面上快速系列地產(chǎn)生圖案或三維元件，其可以相當(dāng)高的圖案分辨率對(duì)結(jié)構(gòu)和犧牲層的厚度進(jìn)行優(yōu)異控制。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法被應(yīng)用于光纖的末端?？赏ㄟ^本發(fā)明的方法獲得的光纖具有提供有三維結(jié)構(gòu)的末端。所述三維結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)不尋常的功能，例如用于生物化學(xué)傳感器、化學(xué)傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和原子力顯微鏡的光學(xué)機(jī)械轉(zhuǎn)換器。 例如，所述三維結(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)，其可允許利用光纖的末端測(cè)定化學(xué)和/或物理參數(shù)(例如生物化學(xué)檢測(cè)或化學(xué)組成分析、加速測(cè)定、振動(dòng)測(cè)定、力測(cè)定、溫度測(cè)定、濕度測(cè)定、通過原子力顯微鏡納米成像等)。本發(fā)明還提供了一種用于向目標(biāo)表面施加預(yù)定圖案的裝置，所述裝置包含至少一個(gè)末端提供有具有預(yù)定圖案的光學(xué)掩模的光纖，至少一個(gè)與所述光纖相連以向所述光纖的末端傳輸輻射的輻射源，以及將所述光纖的末端相對(duì)于目標(biāo)表面、優(yōu)選相對(duì)于目標(biāo)光纖的末端對(duì)準(zhǔn)的的對(duì)準(zhǔn)設(shè)備，所述對(duì)準(zhǔn)設(shè)備優(yōu)選為基于圖像的對(duì)準(zhǔn)控制器。這種裝置能實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法而以成本有效且快速的方式提供具有有光學(xué)或其他功能性的預(yù)定圖案的光纖。根據(jù)本發(fā)明的裝置可部分地基于用于對(duì)準(zhǔn)光纖的已知的基于圖像的纖維對(duì)準(zhǔn)裝置，通過增加功能性和對(duì)裝置編程以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。用于對(duì)準(zhǔn)圖案的參數(shù)、向目標(biāo)纖維的末端施加光刻膠、使用適合的光/輻射輻照足夠時(shí)間以及洗去可溶材料而保留預(yù)定圖案均是已知的纖維對(duì)準(zhǔn)機(jī)中沒有引入的步驟。在一個(gè)更先進(jìn)的實(shí)施方案中，所述裝置包含多個(gè)末端提供有具有預(yù)定圖案的光學(xué)掩模的光纖，其中所述纖維具有不同的預(yù)定圖案。這種裝置可能夠根據(jù)本發(fā)明如上所述在目標(biāo)纖維表面上構(gòu)造三維結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，上文中描述了根據(jù)本發(fā)明的便于在光纖上系列地產(chǎn)生任意光刻圖案的系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施方案。使用本文中所述的示例性原理進(jìn)行光或熱塑納米壓印光刻(S. Y. Chou, P. R. Krauss 禾口 P. J. Renstrom, Imprint of sub_25nm vias and trenches in polymers, Appl. Phys. Lett. 67,3114-3116(1995) ；M. Colburn 等人，Step and flash imprint lithography -.a new approach to high-resolution patterning, Proc. SPIE 3676(I), 379-390(1999) ；X. Cheng 禾口 L. J. Guo, A combined-nanoimprint-and-photolitho graphy patterning technique, Microel. Eng. 71,277-282(2004))也在本發(fā)明的范圍內(nèi)， 其中可將模制纖維(即在其一個(gè)解理端上具有雕刻的圖案的纖維)擠壓貼靠先前已涂布有適當(dāng)?shù)膶拥哪繕?biāo)纖維?？刹捎脤?duì)準(zhǔn)-輻照光刻程序的示例性系統(tǒng)和方法可為基于適合地設(shè)計(jì)光纖解理面的可能性的科技工具的未來發(fā)展提供重要的機(jī)會(huì)。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)-輻照光刻程序的一個(gè)示例性實(shí)施方案的流程圖。圖2示出了用于驗(yàn)證所述對(duì)準(zhǔn)-輻照光刻法可行性的被掩蔽的光纖的示例性聚焦離子束圖像的透視圖。圖3示出了目標(biāo)纖維頂部上的光刻膠圖案的示例性橫截面光學(xué)顯微鏡圖像。圖4a4e示出了在目標(biāo)纖維上施加具有不同功能性的圖案的方法。圖示出了使用根據(jù)本發(fā)明的方法使用保護(hù)層、結(jié)構(gòu)層和犧牲層在光纖頂部上構(gòu)造復(fù)雜的三維元件。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)-輻照光刻程序的一個(gè)示例性實(shí)施方案的流程圖。 例如，如圖1左側(cè)上所示，被掩蔽的纖維可以是紫外多模纖維，其可首先利用金屬層涂布， 所述金屬層可然后僅沿必須在目標(biāo)纖維上復(fù)制的圖案選擇性地移除。目標(biāo)纖維(圖1右側(cè)上)可利用光刻膠涂布。因此，光刻陰影掩模可在紫外多模纖維(例如掩模纖維)的解理端上直接制造，所述纖維可與涂布有光刻膠的另一纖維(如目標(biāo)纖維)對(duì)準(zhǔn)?？蓪⑦@種兩個(gè)纖維安裝到光學(xué)拼接機(jī)上，在此處其可被對(duì)準(zhǔn)并接觸。圖案可通過從掩模纖維的相反側(cè)輻照例如紫外光而從掩模纖維轉(zhuǎn)印到目標(biāo)纖維。然后可將目標(biāo)纖維浸沒在顯影溶液中，在此處暴露于光的光刻膠部分可被洗去，如同標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)(G. T. A. Kovacs, Micromachined transducers sourcebook (McGraw-Hill, New York, 1998))中一樣。對(duì)準(zhǔn)和移動(dòng)以接觸可例如用市售光纖拼接機(jī)中使用的示例性的基于圖像的有源纖維對(duì)準(zhǔn)方法(A. D. Yablon, Optical fiber fusion splicing (Springer，Berlin，2005))或類似的光學(xué)機(jī)械自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行。這類示例性程序可因此便于掩模上提供的圖案在系列生產(chǎn)中可能采用的一系列步驟中向大量其他纖維的轉(zhuǎn)印。為驗(yàn)證所述對(duì)準(zhǔn)-輻照技術(shù)的可行性，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案，可首先制造掩模纖維。例如，可對(duì)230 μ m直徑的紫外多模纖維(例如Newport F-MBB)涂布 IOOnm的銀層并安裝在聚焦離子束(FIB)銑削機(jī)內(nèi)，所述銑削機(jī)可用來沿意在轉(zhuǎn)印到其他纖維的圖案(例如十字)來移除金屬層。掩模也可用其他方法制造，例如但不限于激光燒蝕。例如，圖2示出了用來驗(yàn)證所述對(duì)準(zhǔn)-輻照光刻法可行性的掩模光纖的示例性聚焦離子束圖像的透視圖。所示纖維的小面除中心十字外的各處可涂布銀層，中心十字處的金屬用聚焦離子束銑削移除。特別地，如圖2中所示，可獲得纖維的FIB圖像，因?yàn)槠淇沙霈F(xiàn)在示例性銑削程序結(jié)束時(shí)在從FIB機(jī)取下該纖維和安裝在光纖熔接機(jī)(例如Ericsson FSU 905)的兩個(gè)固定器之一上之前。在相對(duì)的固定器上，可安裝目標(biāo)纖維如直徑為125μπι的涂布有光刻膠(例如 Micro Resist Technology ma-P 1205)的單模纖維(例如 Corning SM 128) 所述涂層可通過將纖維浸漬在丙酮和光刻膠的溶液中沉積。然后將纖維置于室溫下空氣中約15分鐘以使丙酮緩慢蒸發(fā)，然后于60°C烘焙5分鐘并于100°C烘焙3分鐘以使光刻膠固化/硬化。然后可使用拼接機(jī)的機(jī)械控制裝置使兩個(gè)纖維對(duì)準(zhǔn)并接觸。接觸后，可從掩模纖維的相對(duì)側(cè)連接紫外燈(例如Norland Opticure 4)的光，持續(xù)約20秒。曝光后，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)光刻程序使光刻膠顯影。該示例性方法的結(jié)果在圖3中示出。特別地，圖3示出了在例如根據(jù)本發(fā)明的示例性對(duì)準(zhǔn)-輻照光刻過程結(jié)束時(shí)目標(biāo)纖維頂部上的光刻膠圖案的示例性橫截面光學(xué)顯微鏡圖像。例如，該所示纖維的直徑可為約125 μ m，而掩模纖維的直徑可為230μπι。特別地，掩模纖維的圖案已成功轉(zhuǎn)印到目標(biāo)纖維。因此，對(duì)準(zhǔn)-輻照系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施方案可便于掩模的圖案向目標(biāo)纖維的轉(zhuǎn)印。 當(dāng)用相同掩模纖維在其他目標(biāo)纖維上重復(fù)所述示例性過程時(shí)，可獲得類似的結(jié)果。相應(yīng)地，上文中描述了根據(jù)本發(fā)明的便于在光纖上系列地產(chǎn)生任意光刻圖案的系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施方案。使用本文中所述的示例性原理進(jìn)行光或熱塑納米壓印光
7刻(S.Y. Chou, P. R. Krauss 禾口 P. J. Renstrom, Imprint of sub_25nm vias and trenches in polymers, Appl. Phys. Lett. 67,3114-3116(1995) ；M. Colburn 等人，Step and flash imprint lithography -.a new approach to high-resolution patterning, Proc. SPIE 3676(I), 379-390(1999) ；X. Cheng and L. J. Guo, A combined-nanoimprint-and-photoli thography patterning technique, Microel. Eng. 71,277-282(2004))也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其中可將模型纖維(即在其一個(gè)解理端上具有雕刻的圖案的纖維)擠壓貼靠先前已涂布有適當(dāng)?shù)膶拥哪繕?biāo)纖維。圖4a4e示出了在具有光學(xué)功能性的目標(biāo)纖維上施加圖案的方法。圖如示出了光纖1的末端，其提供有掩模材料2，例如銀。使用如上所述的常規(guī)方法，通過選擇性地移除掩模材料2獲得圖案3。如圖4b中所示的圖案3具有孔口，其允許UV輻射從纖維1通過以處理目標(biāo)表面上沉積的正性或負(fù)性光刻膠材料。圖案3轉(zhuǎn)移到光刻膠材料，并可具有各種光學(xué)或其他功能性。例如，圖4c示出了光學(xué)柵格結(jié)構(gòu)4。圖4d 示出了微天線5的陣列，從上觀察時(shí)像點(diǎn)圖案。圖如示出了菲涅耳透鏡圖案6。圖5a)_51)示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的使用，其利用保護(hù)層、結(jié)構(gòu)層和犧牲層在光纖頂部上構(gòu)造復(fù)雜的三維元件。在該實(shí)施例中構(gòu)造了懸臂結(jié)構(gòu)，其可用于各種傳感器應(yīng)用中。附圖中的后續(xù)步驟僅示出了一種應(yīng)用，但使用本發(fā)明的技術(shù)原理可構(gòu)造許多其他三維元件。應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的方法可應(yīng)用于各種目標(biāo)表面，而不限于纖維末端上三維元件的構(gòu)造。圖fe示出了通過例如解理/拼接獲得的光纖10的末端。在圖恥中，在纖維端10 的表面頂部上沉積了犧牲材料如磷硅酸鹽玻璃。隨后施加第一層光刻膠保護(hù)材料(圖5c)， 使用根據(jù)本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)-輻照方法以圖案13選擇性地輻照所述光刻膠保護(hù)材料，圖案13 僅部分暴露下部的犧牲材料。在圖k中，犧牲材料11的暴露部分通過蝕刻14移除，從而在犧牲材料11上產(chǎn)生保護(hù)層12的預(yù)定圖案。因光刻膠保護(hù)層而免受蝕刻的部分犧牲材料 11保留。臨時(shí)保護(hù)層12通過例如溶劑移除，隨后通過例如氣相沉積技術(shù)根據(jù)纖維10和犧牲層11的裸露表面的形狀施加第一層的實(shí)際的結(jié)構(gòu)材料15 (例如氮化硅)(圖5g)。在該構(gòu)造步驟后，施加另一層光刻膠保護(hù)材料12(圖證)，其再次根據(jù)本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)-輻照方法選擇性地輻照，多余的光刻膠材料被移除以得到部分暴露結(jié)構(gòu)材料層15的第二圖案16 (圖 5i)。蝕刻14導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料15和任選的另外一部分的下部犧牲材料(取決于蝕刻強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間)的選擇性移除，在結(jié)構(gòu)材料中形成根據(jù)第二保護(hù)層12的圖案(圖5j)。移除保護(hù)層12以產(chǎn)生由犧牲材料11部分支撐的結(jié)構(gòu)材料15的成形層(圖證)。最后移除犧牲材料11以在纖維10的末端處產(chǎn)生三維結(jié)構(gòu)，在這種情況下為圖51中所示的懸臂結(jié)構(gòu)。前面僅示意了本發(fā)明的原理。鑒于本文中的教導(dǎo)，所描述的實(shí)施方案的各種變化和改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是明顯的。因此應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員能設(shè)計(jì)大量系統(tǒng)、裝置和方法，這些系統(tǒng)、裝置和方法雖然在本文中沒有明確示出或描述，但實(shí)施的是本發(fā)明的原理，故在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。此外，在上文中在現(xiàn)有技術(shù)未通過引用明確引入的意義上，通過引用將其全部明確引入本文中。上文中引用的所有出版物均通過引用將其全文并入本文。
權(quán)利要求
1.光纖，其中所述光纖的末端提供有光學(xué)掩模，所述光學(xué)掩模適于通過從所述光纖的所述末端傳輸?shù)妮椛湓谀繕?biāo)表面上投射預(yù)定圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中所述預(yù)定圖案適于投射納米天線結(jié)構(gòu)的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中所述預(yù)定圖案適于投射菲涅耳透鏡圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中所述預(yù)定圖案適于投射波長柵格圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光纖，其中所述預(yù)定圖案適于投射三維結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)層或適于投射三維層的構(gòu)造中的保護(hù)層。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的光纖，其中所述光學(xué)掩模適于在目標(biāo)表面上投射預(yù)定圖案，所述目標(biāo)表面為目標(biāo)光纖的末端。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的光纖，其中所述光學(xué)掩模由金屬材料制成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的光纖，其中所述光纖適于傳輸適于處理光刻膠材料的輻射，優(yōu)選適于傳輸紫外輻射。
9.制備根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的光纖的方法，包括以下工藝步驟 -提供纖維的末端，-和在所述纖維的末端上以預(yù)定圖案施加掩模材料以形成光學(xué)掩模。
10.向目標(biāo)表面，優(yōu)選目標(biāo)光纖的末端，施加預(yù)定圖案的方法，包括以下步驟-提供被掩蔽的光纖，其中所述被掩蔽的光纖的末端提供有具有預(yù)定圖案的光學(xué)掩模， -向至少部分所述目標(biāo)表面施加光刻膠材料層，-相對(duì)于所述目標(biāo)表面的提供有光刻膠材料的部分定位所述光纖的末端， -通過所述被掩蔽的光纖施加適合的輻射以在所述目標(biāo)表面上的至少部分光刻膠材料中施加預(yù)定圖案，和-移除可溶的光刻膠材料。
11.通過根據(jù)權(quán)利要求10的方法可獲得的光纖，其中所述光纖的末端提供有由光刻膠材料制成的預(yù)定圖案。
12.在目標(biāo)表面上逐層構(gòu)造三維結(jié)構(gòu)的方法，其中采用根據(jù)權(quán)利要求10的步驟來提供至少一個(gè)由光刻膠材料制成的用于層沉積和移除技術(shù)中的保護(hù)圖案。
13.通過根據(jù)權(quán)利要求12的方法可獲得的光纖，其中所述光纖的末端提供有三維結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的光纖，其中所述三維結(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)。
15.用于向目標(biāo)表面施加預(yù)定圖案的裝置，包含至少一個(gè)末端提供有具有預(yù)定圖案的光學(xué)掩模的光纖，至少一個(gè)與所述光纖相連以向所述光纖的末端傳輸輻射的輻射源，以及用于將所述光纖的末端相對(duì)于目標(biāo)表面、優(yōu)選相對(duì)于目標(biāo)光纖的末端對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)設(shè)備， 所述對(duì)準(zhǔn)設(shè)備優(yōu)選為基于圖像的對(duì)準(zhǔn)控制器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光纖、其制備方法及裝置。所述光纖可使得圖案和三維結(jié)構(gòu)快速施加在目標(biāo)表面上、特別是在光纖的端部上，其中所述光纖的末端提供有適于通過由所述光纖的末端傳輸?shù)妮椛湓谀繕?biāo)表面上投射預(yù)定圖案的光學(xué)掩模。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102292674SQ200980155250
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者安德留斯·彼得魯西斯, 揚(yáng)·亨德里克·雷克托, 達(dá)維德·揚(yáng)努齊 申請(qǐng)人:高等教育、科學(xué)研究及疾病護(hù)理協(xié)會(huì)