[发明专利]一种基于金纳米管的SPP光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤制备领域，具体涉及一种可应用于使用光纤生成的特殊光场、光纤传感、光捕获应用的基于金纳米管的SPP光纤及其制备方法。

背景技术

表面等离子激元(Surfaceplasmonpolaritons,SPPs)是一种局限在金属/介质表面的自由电子与光子相互作用形成的混合激发态。JunichiTakahara等(Opt.lett.,1997,22(7):475～477)首先理论上研究了圆形金纳米线、金纳米管等在电介质中的SPP传输，并提出此类波导突破衍射极限将电磁场能量束缚在亚波长尺度范围内并传输。此后，研究者提出各种类型的SPP波导以期能在稳定偏振态下获得小模场宽度和长传输距离的传输模。比如金属沟道型SPP波导(Appl.Phys.Lett.B，2002,66(3):035403和Phys.Rev.Lett.,2005,95(4):046802)，脊型SPP波导(Appl.Phys.Lett,2005,87(6):061106和OptExpress.2008,16(8):5252～5260)，间隙性SPP波导(Appl.Phys.Lett,2003,82(8):1158～1160和Appl.Phys.Lett,2005,86(21):211101)等。Berini等人发现将金膜嵌入单电介质当中，当金膜厚度在十几纳米时，某些特殊传输模式，即类线偏振长程SPP模，其传输长度可以达到10mm以上(Opt.Lett.,1999,24(15):1011～1013)。JesperJung等在此基础上提出了基于正方形金纳米线SPP波导(Phys.Rev.B.,2007,76(3):035434)，期望未来用于集成光学器件的互联通信。金属纳米管(OptCommun.2009,282(16):3368～3370和Phys.Rev.B.,2011,84(23):235118)同样有着良好的利用前景，因为结构空心而表现出与实心金属不一样的性质。一般情况下，SPP波导多利用径向偏振短程SPP模或类线偏振长程SPP模。

普通光纤类型，比如多种高折射率光纤，并不能突破衍射极限。但光纤具有的柔性结构以及多重优良性质，使得光纤传感有着独特的优势。而SPP的研究和应用越来越广泛，但在光纤中的应用又涉及甚少。利用SPP模式电磁场能量束缚能力强、可保持稳定偏振态、对介质折射率变化敏感，金属可同时通电传光等优点，若制备SPP光纤，则具备一些SPP优良特性和普通光纤优良特性的同时，还可与普通光纤互联易形成新型光电器件，应用于多个领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金纳米管的SPP光纤。

本发明的目的还在于提供一种基于金纳米管的SPP光纤制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于金纳米管的SPP光纤，由涂层、包层、纤芯以及纤芯中一组或多组金纳米管构成，当从光纤一平端面输入一束光，输入光与金纳米管进行光耦合，纤芯与金纳米管界面发生等离激元效应，形成多种SPP模式进行传输；通过改变模场匹配的相关程度激发出对应大小的SPP模场分量，通过改变SPP光纤的长度使其他SPP模场分量衰减，最终剩余输出光场强度和相位都满足于所需SPP模场的光束。

所述金纳米管横截面整体形状特征为环形、三角形、矩形、五边形和多边形的一种。

所述金纳米管横截面外径，内径、边长几何尺寸大小为1纳米至900纳米。

所述纤芯中的金纳米管与涂层、包层、纤芯同轴分布。

纤芯中的两组或多组金纳米管呈一维等距阵列分布或二维等距阵列分布。

光纤的传输模式为在金纳米管表面传输的径向短程SPP模、类线偏振长程SPP模和其他SPP模。

一种基于金纳米管的SPP光纤制备方法，包括如下步骤：

1)选择薄皮光纤预制棒，腐蚀掉表面包层后，采用玻璃冷加工方法加工出所需金纳米管形状，并进行第1次缩棒，拉制成纤芯预制棒；

2)采用表面溅射镀膜在纤芯预制棒表面镀上金膜；

3)选择薄皮光纤预制棒，腐蚀掉表面包层，打孔，将步骤2)中镀有表面金膜的纤芯预制棒插入孔中并进行第2次缩棒，拉制成备用丝；

4)重复步骤3)，将重复制备的备用丝插入腐蚀掉表面包层并打孔后的光纤预制棒，加热缩棒，最终拉制成所需的纤芯备用丝；

5)选择合适的高纯包层石英棒进行打孔，将步骤4)中的纤芯备用丝插入孔中并进行缩棒，直至最终拉制出指定折射率分布大小的SPP光纤。

本发明的有益效果在于：