[发明专利]一种可用于宽谱低损耗光学导波的冰微纳光纤

说明书

本发明公开了一种可用于宽谱低损耗光学导波的冰微纳光纤。包括光源、石英单模光纤、石英光纤拉锥过渡区、石英光纤拉锥的拉伸部分、冰微纳光纤；光源和石英单模光纤的一端连接，石英单模光纤另一端经石英光纤拉锥过渡区和石英光纤拉锥的拉伸部分连接，石英光纤拉锥的拉伸部分紧贴耦合布置在冰微纳光纤的输入端；所述的冰微纳光纤是在冰微纳光纤支撑物末端由水蒸气生长为冰形成。本发明的冰微纳光纤能够以小于0.03dB/cm的波导损耗高效传输可见光波段光波。

技术领域

本发明涉及了用于光子集成和器件领域的一种低损耗传输可见光的微纳光学光纤，尤其是涉及了一种可用于宽谱低损耗光学导波的冰微纳光纤。

背景技术

冰是地球上最为丰富，最为重要的固体物质之一，在物理化学、生命科学、地质天文、环境气候等领域有着广泛的研究及应用价值。由于冰与水在紫外至近红外区域具有极低的光学吸收率，在光学显微、紫外光刻等领域常被作为一种良好的光学介质使用。此外，利用拉曼光谱、近红外吸收光谱、和频振动光谱等光学手段对冰本身物理化学性质具有探测灵敏度高、背景噪声低以及无需侵入等优点，一直受到广泛的关注与应用。

然而，当前研究均局限于空间光与大尺寸块状冰的相互作用，存在光场约束能力弱、光与物质相互作用不强以及光学系统复杂等缺点，限制了冰在物理化学特性研究的发展与在光学器件方向的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于宽谱低损耗光学波导的冰微纳光纤，以简单的光学系统，提高光场的约束能力，增强光与物质相互作用。宽谱可达475nm-600nm。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明包括光源、石英单模光纤、石英光纤拉锥过渡区、石英光纤拉锥的拉伸部分、冰微纳光纤；光源和石英单模光纤的一端连接，石英单模光纤另一端经石英光纤拉锥过渡区和石英光纤拉锥的拉伸部分连接，石英光纤拉锥的拉伸部分紧贴耦合布置在冰微纳光纤的输入端；所述的冰微纳光纤是在冰微纳光纤支撑物末端由水蒸气生长为冰形成。

宽谱光由光源发出，依次经过石英单模光纤、石英光纤拉锥过渡区，石英光纤拉锥的拉伸部分后耦合进入冰微纳光纤中。

所述的石英光纤拉锥的拉伸部分的输出端和紧贴耦合的冰微纳光纤的输入端在同一直线布置。

所述冰微纳光纤支撑物为钨丝探针。

所述的石英光纤拉锥的拉伸部分直径小于石英单模光纤的直径，石英光纤拉锥过渡区将石英光纤拉锥的拉伸部分直径和石英单模光纤的直径之间过渡连接。

所述的石英单模光纤、石英光纤拉锥过渡区和石英光纤拉锥的拉伸部分均是由一根石英光纤按照以下方式制备而成：将石英光纤在氢氧焰下加热熔融后，从两端拉伸使得石英光纤的中部的直径变细，石英光纤的直径变细的中部部位两侧形成锥形过渡区，然后在石英光纤的中部剪断获得，以较细均匀的一段作为石英光纤拉锥的拉伸部分，和原始直径一致的一段作为石英单模光纤，其余位于中间直径变化过渡的一段作为石英光纤拉锥过渡区。

所述冰微纳光纤通过高压电诱导方法在-50℃左右以空气中水蒸气为原料在冰微纳光纤支撑物末端生长制备形成，结构为单晶。

所述石英光纤的拉伸部分直径为1μm。

所述冰微纳光纤结构直径为0.8-10μm，长度为10-1000μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的冰微纳光纤在整个可见光区域波导损耗小于0.03dB/cm；

(2)通过倏逝场耦合的方式，使用全光纤结构，简单、便捷地将光导入冰微纳光纤中；

(3)利用一维微纳波导对光场的强约束特性，极大提高了光场与冰的相互作用；