文獻回顧

在 1989 年，John H. Mitch [11]提出以步進馬達週期性地伸縮光纖 改變光纖對於研磨盤之正向壓力，進而改變材料的移除速率而能研製 出非軸對稱型光纖端面，其機構及預計成型之光纖端面如圖 1.2 所 示。若此研磨方式，其步進馬達須可精準地控制達到微米級的解析 度，因而不易實際製作。

在 1990 年 Shah 等人[12]提出外徑漸擴的楔型光纖透鏡。此種結 構的製作方式是先讓光纖在電弧放電加熱下熔融軟化，之後沿著光纖 端面方向擠壓光纖而形成外徑漸擴光纖，最後再研磨楔型於外徑漸擴 光纖端面上，如圖 1.3 所示。此種光纖透鏡對發光區寬度 30µm 的 980nm 高功率雷射，有 47%的最大耦光效率。

在 1993 年 Presby 等人[13]提出以二氧化碳雷射加工製作出非軸 對稱的雙曲線形光纖透鏡，如圖 1.5 所示。此種光纖透鏡對 980nm 高 功率雷射的最高耦光效率可達 78.4%。由於雷射直接加工製作光纖透 鏡的移動精度要求需小於微米等級，所以此種製程難以達到高良率。

在 1995 年 Modavis 等人[8]提出雙楔型光纖透鏡，如圖 1.6 所示，

此種光纖透鏡的最高耦光效率可達 80%。由於雙楔型光纖透鏡的研磨 程序複雜，且耦光效率對雙楔型光纖透鏡的偏軸量(Offset)相當敏感，

只要存在 0.8µm 的垂直偏軸量就會增加 7dB 的耦光損失，所以此種

光纖透鏡製程的重複性相當地低。

在 2001 年 Yoda 等人[14]提出接合式光纖透鏡的架構，如圖 1.4 所示。製程是先將單模光纖與一段折射率漸變光纖(Graded-Index Fiber, GIF)熔接在一起，以光纖切割刀取適當長度切割 GIF，之後在 GIF 端面上研磨出一個圓柱狀的微透鏡。圓柱狀微透鏡結構是為要將 雷射的波前由曲面改變成為平面。一小段固定長度的 GIF 在此是當作 聚焦透鏡使用，用來將大尺寸的光束聚焦成為與單模光纖模場相近的 小尺寸光束。此種光纖透鏡對發光區寬度 25µm 的 980nm 高功率雷射 有 30%的最佳耦光效率。

在 2004 年中山大學光電所葉斯銘與呂昱寬等人提出四角錐型光 纖透鏡(Quadrangular-Pyramid-Shaped Fiber Endface, QPSFE)[15]，如 圖 1.7 所示。以及葉斯銘等人於 2005 提出，錐式楔型光纖透鏡 (Conical-Wedge-Shaped Fiber Endface, CWSFE)[16]，如圖 1.8 所示。

此兩種光纖透鏡的製造方式皆是先將光纖端面研磨成非軸對稱的結 構，再利用電弧放電熔燒形成非軸對稱形式的光纖透鏡，四角錐形光 纖透鏡經實驗證實，其與 980nm 高功率單模幫浦雷射之最高耦光效 率達 83%，錐式楔型光纖透鏡經實驗證實，其與 980nm 高功率單模 幫浦雷射之最高耦光效率達 84%。然而四角錐形光纖透鏡需要經過五 次的研磨程序，錐式楔型光纖透鏡需要經過三次的研磨程序，越多次

的研磨程序便需要越多的時間，且良率也會越低。本研究承襲了此兩 種光纖透鏡之設計概念，而能經過僅一次之研磨程序就將光纖端面研 磨成非軸對稱之形式。

(a)

(b)

圖 1.2 (a)以 步 進 馬 達 精 密 定 位 光 纖 之 研 磨 機 台 (b)預 計 成 型 之 光 纖 端 面 各 視 圖 [11]

圖 1.3 外 徑 漸 擴 的 楔 型 光 纖 透 鏡 [12]

圖 1.4 非 軸 對 稱 雙 曲 線 形 光 纖 透 鏡 [13]

圖 1.5 雙 楔 型 光 纖 透 鏡 [8]

圖 1.6 半 圓 柱 型 GIF 光 纖 透 鏡 接 於 單 模 光 纖 [14]

圖 1.7 四 角 錐 型 (QPSFE)光 纖 端 面 及 其 透 鏡 (a)示 意 圖 (b)實 體 圖 [15]

圖 1.8 錐 式 楔 型 (CWSFE)光 纖 端 面 及 其 透 鏡 (a)示 意 圖 (b) 實 體 圖 [16]

(a) (a)

(b) (b)

(a)

(b) (b)

(a)