[發明專利]一種基于金納米線的SPP光纖及其制備方法

在審

• 申請號: 201610201526.5
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105759346A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 苑立波;趙浩宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光纖及其制備方法，擇優可應用于使用光纖生成的特殊光場、光纖傳感、光捕獲應用等。

背景技術

表面等離子激元(Surfaceplasmonpolaritons,SPPs)是一種局限在金屬/介質表面的自由電子與光子相互作用形成的混合激發態。JunichiTakahara等(Opt.lett.,1997,22(7):475～477)首先理論上研究了圓形金納米線、金納米管等在電介質中的SPP傳輸，并提出此類波導突破衍射極限將電磁場能量束縛在亞波長尺度范圍內并傳輸。此后，研究者提出各種類型的SPP波導以期能在穩定偏振態下獲得小模場寬度和長傳輸距離的傳輸模。比如金屬溝道型SPP波導(Appl.Phys.Lett.B,2002,66(3):035403和Phys.Rev.Lett.,2005,95(4):046802)，脊型SPP波導(Appl.Phys.Lett,2005,87(6):061106和OptExpress.2008,16(8):5252～5260)，間隙性SPP波導(Appl.Phys.Lett,2003,82(8):1158～1160和Appl.Phys.Lett,2005,86(21):211101)等。Berini等人發現將金膜嵌入單電介質當中，當金膜厚度在十幾納米時，某些特殊傳輸模式，即類線偏振長程SPP模，其傳輸長度可以達到10mm以上(Opt.Lett.,1999,24(15):1011～1013)。JesperJung等在此基礎上提出了基于正方形金納米線SPP波導(Phys.Rev.B.,2007,76(3):035434)，期望未來用于集成光學器件的互聯通信。Tyagi等(OptLett.,2010,35(15):2573～2575)還利用光纖融拉直接在單模光纖纖芯旁制備出圓形金納米線，實驗考察了等離子共振效應，期望用于納米電極、近場掃描探針等應用領域。一般情況下，SPP波導多利用徑向偏振短程SPP模或類線偏振長程SPP模。

普通光纖類型，比如多種高折射率光纖，并不能突破衍射極限。但光纖具有的柔性結構以及多重優良性質，使得光纖傳感有著獨特的優勢。而SPP的研究和應用越來越廣泛，但在光纖中的應用又涉及甚少。利用SPP模式電磁場能量束縛能力強、可保持穩定偏振態、對介質折射率變化敏感，金屬可同時通電傳光等優點，若制備SPP光纖，則具備一些SPP優良特性和普通光纖優良特性的同時，還可與普通光纖互聯易形成新型光電器件，應用于多個領域。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于金納米線的SPP光纖。本發明的目的還在于提供一種基于金納米線的SPP光纖制備方法

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于金納米線的SPP光纖，由涂層、包層、纖芯以及纖芯中一組或多組金納米線構成，當從光纖一平端面輸入一束光，輸入光與金納米線進行光耦合，纖芯與金納米線界面發生等離激元效應，形成多種SPP模式進行傳輸；通過改變模場匹配的相關程度激發出對應大小的SPP模場分量，通過改變SPP光纖的長度使其他SPP模場分量衰減，只剩余輸出光場強度和相位都滿足于所需SPP模場的光束。

所述金納米線橫截面整體形狀特征為：圓形、三角形、矩形、五邊形和多邊形的一種。

所述金納米線橫截面幾何尺寸特征為：其半徑、邊長幾何尺寸大小為1納米至900納米。

所述的一組金納米線幾何分布特征為：纖芯中的金納米線與涂層、包層、纖芯同軸分布。

所述的多組金納米線幾何分布特征為：纖芯中的兩組或多組金納米線呈一維等距陣列分布或二維等距陣列分布。

所述光纖的傳輸模式的特征為在金納米線表面傳輸的徑向短程SPP模、類線偏振長程SPP模和其他SPP模。

所述光纖激發的傳輸模式分量特征為：任意一種在光纖平端面所激發的傳輸模式，其分量大小取決于模場匹配的相關程度。

一種基于金納米線的SPP光纖制備方法，SPP光纖的制備步驟為：

1)選擇合適的薄皮光纖預制棒，腐蝕掉表面包層后，根據金絲的形狀進行打孔，插入合適大小的金絲，加熱縮棒，拉制成合適的含有金絲預制構件；

2)多次重復步驟1)，將重復制備的預制構件插入腐蝕掉表面包層并打孔后的光纖預制棒，加熱縮棒，拉制成所需的內含微米金絲纖芯預制棒；

3)選擇包層石英棒進行打孔，將步驟2)中的纖芯預制棒插入孔中，加熱縮棒，直至最終拉制出指定折射率分布大小的SPP光纖，該光纖中光波導為單模光纖芯，內含納米金絲。

本發明的有益效果在于：