[發明專利]一種用于微帶探針的光纖端面耦合器

有效

• 申請號: 201810013912.0
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108132505B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 樂孜純;熱尼·莫洛佐夫;黃浩然;董文;阿納托利·拉普查克
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42
• 代理公司: 33241 杭州斯可睿專利事務所有限公司
• 代理人: 王利強<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種用于微帶探針的光纖端面耦合器，所述光纖端面耦合器包括金屬面屏和插槽，所述插槽的形狀為圓柱形，所述插槽的直徑與待插接光纖的外徑相同，所述光纖插入杯狀插槽使其嵌入插槽中；所述插槽的底部外面設置所述金屬面屏，所述金屬面屏的中心開一個供微帶探針裝配的安裝孔，所述安裝孔貫穿所述金屬面屏，所述光纖、金屬面屏、插槽、微帶探針處在同一光軸上。本發明提供了一種用于微帶探針的光纖端面耦合器，使得微帶探針能夠與傳輸光纖耦合連接，提高等離子體激元的激勵能效，并大幅度降低系統調整難度，推進微帶探針的實用化。

技術領域

本發明屬于基于微探針的光電檢測領域，尤其涉及一種與微帶探針進行光學耦合的新型光纖端面耦合器。

背景技術

微探針多指用于高精度光電檢測領域的光學微結構探頭，比如目前常用的光纖探針。光纖探針直接在光纖末端進行加工，直接與光纖相連，甚至是光纖的一部分，配合使用成熟的二極管激光系統和光纖激光器產生所需的高斯光束，組成系統十分方便，然而在光強、分辨率、探測微區尺寸等很多方面存在不足。基于金屬-絕緣體-金屬波導結構的微帶探針是最近提出的一種新型微探針，其本質為一種基于表面等離子體激元的納米結構，具有本地激勵能效高、尺寸小、損耗低等優點。微帶探針可以實現超越衍射極限分辨率的效果，因此在超分辨率成像、光通信、超高密度數據存儲等領域都有很好的應用前景。微帶探針一經提出，就引發了很多研究者的興趣，對其進行了理論和實驗方面的研究以驗證其優越性(S.Kawata,Y.Inouye,P.Verma,Plasmonics for near-field nano-imaging andsuperlensing,2009,Nat.Photonics 3,388–394)，其優點是金屬-絕緣體-金屬波導結構中金屬化部分短，因此損耗很低；另外等離子體激勵的能效高。最大的缺點是與光能的傳輸通道連接非常困難，無法達到實用化的目的。因此，發明一種能將微帶探針與傳輸光纖耦合連接，且光能量耦合效率高、結構簡單、易于實現的新型耦合器件是十分重要的，能有效推進微帶探針的實用化，在超分辨光學系統、生物檢測、光通信等領域發揮作用。

發明內容

為了克服已有技術使用激光直接照射來激發等離子體激元存在的光學系統調整非常復雜、通用性很差、且光能耦合效率很低、無法實際應用的不足，本發明提供了一種用于微帶探針的光纖端面耦合器，使得微帶探針能夠與傳輸光纖耦合連接，提高等離子體激元的激勵能效，并大幅度降低系統調整難度，推進微帶探針的實用化。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種用于微帶探針的光纖端面耦合器所述光纖端面耦合器包括金屬面屏和插槽，所述插槽的形狀為圓柱形，所述插槽的直徑與待插接光纖的外徑相同，所述光纖插入杯狀插槽使其嵌入插槽中；所述插槽的底部外面設置所述金屬面屏，所述金屬面屏的中心開一個供微帶探針裝配的安裝孔，所述安裝孔貫穿所述金屬面屏，所述光纖、金屬面屏、插槽、微帶探針處在同一光軸上。

進一步，所述插槽為杯狀插槽。這是一種可以選擇的結構形式。

再進一步，所述安裝孔為方形孔。這是常用的一種形狀，適配于微帶探針的形狀。

更進一步，所述杯狀插槽的杯底外面為光滑平面，所述光滑平面上生長一層金屬薄膜，形成所述金屬面屏。這是一種金屬面屏的生成方式。

優選的，所述杯狀插槽的材料為光塑性的環氧型SU-8光刻膠。

所述金屬薄膜的材料為鋁材料。

所述方形孔的尺寸由所述微帶探針的尺寸決定，同時，所述金屬面屏上的方形孔的尺寸使得只有TE₁₀模能夠在方形孔中傳播。

所述微帶探針的結構尺寸、金屬面屏的厚度、金屬面屏上方形孔的尺寸由下列公式計算得出：

其中：