[发明专利]一种锥体环形等离子光源发生器及其制备方法

说明书

本发明提供的是一种锥体环形等离子光源发生器，其特征是：该器件由低折射率石英毛细管、镀有金属膜的单模光纤、光波到等离子波转换的锥体以及一段混合等离子波导尾纤组成。具体的连接关系为：镀有金属膜的单模光纤插入低折射率石英毛细管内，高温下一起拉锥，单模光纤的纤芯变细至不再能够束缚光波，光波转移到单模光纤的包层传输，单模光纤外部的金属膜也随之变薄至数十纳米；在锥体的局部区域，光波和等离子波满足相位匹配条件，能量由光波耦合到等离子波，等离子波沿着尾纤传输至输出端，输出环形等离子波。本发明可用于表面等离子激元的生成，可广泛用于基于表面等离子激元的光学集成器件。

技术领域

本发明涉及的是一种锥体环形等离子光源发生器，还涉及该锥体环形等离子光源的制备方法，属于微纳光学器件技术领域。

背景技术

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式,或者说是在局域金属表面的一种自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。在这种相互作用中,自由电子在与其共振频率相同的光波照射下发生集体振荡。它局限于金属与介质界面附近,沿表面传播,并能在特定纳米结构条件下形成光场增强，这种表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用就构成了具有独特性质的SPPs。通过改变金属表面结构,SPPs的特性就能不断得到体现,这为发展各种新型的光学设备提供了机遇。

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SPPs的研究和应用越来越广泛，但在光纤中的应用很少。利用SPPs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，纳米金属结构可同时通电传光等优点，若能在传统光纤上混合集成SPPs特性，就能在兼具SPPs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。典型的应用就是基于光纤的SPR传感器，这些传感器在生化传感上得到了广泛的使用。除此之外，很少有其他的光纤与SPPs相集成的器件。因此，基于光纤的SPPs器件，例如表面等离子体光源发生器、基于光纤的表面等离子体探测器等器件将会是SPPs技术在亚波长光学、数据存储、发光技术、显微技术和生物光子学领域得到新应用的关键。

由于在连续的电解质内部SPPs的波矢量大于光波的波矢量,或者说SPPs的动量与入射光子的动量不匹配,所以不可能直接用光波激发出表面等离子体波。为了激励表面等离子体波,需要引入一些特殊的结构达到波矢匹配。常用的结构有以下几种:(1)采用棱镜耦合,比较常用的有Otto方式和Kretschman方式；(2)采用波导结构，常见的应用是基于光纤的SPR传感器；(3)采用衍射光栅结构，将辐射以特定角度射向金属表面的光栅；(4)采用大的数值孔径的物镜，实现强聚焦光束；(5)采用金属表面缺陷对激发光散射来激发SPPs。但这些SPPs发生源的很难和光纤结合，尤其是单模光纤。因此如何结合单模光纤制备SPPs，形成SPPs的发生源十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锥体环形等离子光源发生器。

一种锥体环形等离子光源发生器，该器件由低折射率石英毛细管、镀有金属膜的单模光纤、光波到等离子波转换的锥体以及一段混合等离子波导尾纤组成；具体的连接关系为：镀有金属膜的单模光纤插入低折射率石英毛细管内，高温下一起拉锥，单模光纤的纤芯变细至不再能够束缚光波，光波转移到单模光纤的包层传输，单模光纤外部的金属膜也随之变薄至数十纳米；在锥体的局部区域，光波和等离子波满足相位匹配条件，能量由光波耦合到等离子波，等离子波沿着尾纤传输至输出端，输出环形等离子波。

所述的金属膜是金膜。

所述的低折射率石英毛细管是氟元素掺杂的石英毛细管或内壁含有掺氟低折射率层的石英毛细管。

一种锥体环形等离子光源发生器的制备方法：

步骤1：选取单模光纤，剥去一段涂覆层，擦净；