隨著各式精微加工技術的快速發展，各種位於微米級到介觀尺寸的零組件與產品不斷開發、生產。而為了量測此類尺寸等級產品的外形輪廓或表面特性，目前常見採用SPM(Scanning Probe Microscopy)作為平台搭配各式微探針或是利用CMM(Coordinate Measuring Machine)搭配紅寶石探針進行量測，以檢測與分析生產出來的產品是否滿足要求。但CMM常因探針尺寸過大而無法得到精準的量測結果；用SPM進行量測則會花費大量時間。而使用微米級CMM系統搭配微球型探針適合用於量測介觀尺寸(Meso-scale)的產品。
本研究投入開發量測介觀尺寸所需之探針，且同時考量探針的製作簡易度與價格合理性，選用玻璃光纖作為次微米量測所需之探針材料，利用加熱拉伸法搭配熔燒法作為本研究之製程。市售加熱拉伸法製作光纖探針的設備主要用於製作移液管或是近場光學顯微術(Near-field Scanning Optical Microscopy, NSOM)用探針，但大多數此類設備所費不貲。故本研究嘗試改以火焰噴槍做為加熱源，自行開發光纖熱熔拉機構。此外，在尋找適當實驗參數時利用田口法減少實驗次數。
本研究所開發光纖熱拉伸機構可在移動端得到直式錐狀的探針，而固定端因持續加熱而呈一彎曲角度，同時製作彎曲式光纖探針與一般直式光纖探針，且尖端尺寸可達R0.5μm以下。並可利用此熔拉機將光纖拉細至小於φ50μm作為探針本體，再搭配自製熔燒機熔燒裁切後的端面，製作出半球狀頭端直徑介於φ20~125μm或是球狀頭端直徑介於φ50~300μm等各式不同外型的光纖微探針，以應用於不同的用途需求。

Due to the explosive improvement of micro machining technology, many kinds of meso-scale products and parts are developed. There are two techniques, CMM (Coordinate Measuring Machine) and SPM (Scanning Probe Microscopy), commonly used to measure the profile of meso-scale products. However, both of these methods have their own strengths and weaknesses in that scale. The CMM can’t be precise and accurate; while the SPM measurement system will be a time-consuming process. The micro scale CMM measurement system with micro spherical probes would be suitable for measuring meso-scale objects.
In this study, equipments are built to fabricate the micro spherical probes. The glass optical fiber is selected as the material to fabricate the probes. The heating-pulling method and arc fusion method are selected as the fabrication process. The commercial equipments are available for fabricating micropipette and NSOM (Near-field Scanning Optical Microscopy) probes. However, most of these commercial equipments are expensive, and the heating area is too small to fit our study. In this study, the gas heater is used to replace the laser power as a heat source. A vertical pulling mechanism is developed to pull the optical fiber. Moreover, this study uses Taguchi method to reduce the number of experimental runs and find the suitable parameters for fabrication.
The straight-circular-cone-type probe and the bent-circular-cone-type probe can be fabricated at the same time. The radius of the probe tip can be smaller than 0.5μm for NSOM. In addition, the heating-pulling mechanism can reduce the diameter of optical fiber from φ125μm to less than φ50μm for different purposes. An arc discharge machine is also developed to melt the cleaved end-face of the prob. The heating-pulling mechanism and arc discharge machine developed in this study are successfully applied in fabricating different types of probe ends, φ20~125μm hemispherical end-face and φ50~300μm spherical end-face for example, for different applications.

謝誌 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 4
1.3 研究目的 5
1.4 論文架構 11
第二章 文獻回顧 13
2.1 光纖加工方法選擇 13
2.1.1 化學蝕刻法 13
2.1.2 熱熔拉抽絲法 16
2.2 熱熔拉光纖探針理論 20
2.2.1 光纖熱熔拉參數之影響 20
2.2.2 光纖熱熔拉理論 22
2.3 熔燒球狀光纖探頭 27
第三章 熔拉機設計與自製熔燒機 31
3.1 熔拉機之設計 31
3.1.1 設計需求與限制 32
3.1.2 加熱元件 35
3.1.3 拉伸運動元件 39
3.1.4 夾持元件 42
3.1.5 熔拉機成品 44
3.2 自製熔燒機 46
3.2.1 熔燒機設計需求與限制 46
3.2.2 熔燒機成品 48
第四章 實驗方法與參數設計 51
4.1 錐形探針熔拉實驗 51
4.1.1 實驗計畫法 51
4.1.2 直交表、因子與水準選擇 53
4.1.3 品質特性 56
4.2 探針本體熔拉與探頭熔燒實驗 72
4.2.1 熔融區界定 72
4.2.2 拉伸距離因子設定 76
4.2.3 目標外徑熔拉實驗 78
4.2.4 探球熔燒實驗 80
第五章 結論與建議 87
5.1 成果與結論 87
5.2 未來展望 89
參考文獻 91
附錄 96

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