[發明專利]一種測量納米光纖中光偏振的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810081754.2
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108332857B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 張鵬飛;李剛;張天才
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明一種測量納米光纖中光偏振的裝置及方法，屬于納米光纖偏振測量控制技術領域；所要解決的技術問題是提供了一種成本低廉、測量和控制精度高的測量納米光纖中光偏振的裝置及方法；解決該技術問題采用的技術方案為：測量納米光纖中光偏振的裝置包括測試激光器、半波片、光纖偏振控制器、光纖探針和光電探測器，測試激光器輸出的激光依次經過半波片、普通光纖、光纖偏振控制器和第一錐形光纖進入納米光纖，光纖探針通過普通光纖與光電探測器相連，光纖探針的尖端與納米光纖的表面接觸；本發明還提供了采用上述裝置測量納米光纖中光偏振的方法；本發明可廣泛應用于納米光纖中光偏振測量領域。

技術領域

本發明一種測量納米光纖中光偏振的裝置及方法，屬于納米光纖偏振測量控制技術領域。

背景技術

光纖波導不僅在網絡通信、醫學治療、光纖傳感和眾多關乎國計民生重要領域諸如半導體工業、航天、國防都有著廣闊的應用，而且在半導體研究、表面科學、量子物理，光與物質相互作用等基礎學科也有著重要的作用。

階躍型光纖波導一般情況是由高折射率的纖芯和低折射率的包層構成。激光被束縛在纖芯中傳輸，光纖包層對激光傳輸起到了很好的保護作用，激光無法受到外界影響。而相反當將光纖波導的直徑通過微加工過程制做成光纖直徑在微米以下的光纖，原有的光纖包層成為光傳輸通道，外部自由空間成為包層，這種光纖被稱為納米光纖。由于納米光纖直徑接近或者小于光波長，其內部傳輸光在光纖表面形成倏逝場的能量不可忽略甚至所占比重更大，與此同時倏逝場在光纖外部空間傳輸，與外界接觸，因此此類結構可以作為與外部物質相互作用的基本器件，其在光學傳感、光學開關、光學濾波器、非線性光學、量子光學、精密測量等領域均發揮著巨大作用。

納米光纖由于其直徑接近或者小于波長，其基模模式不再是圓周對稱，而是軸對稱，因此納米光纖中光的線偏振就存在兩個正交的偏振，而光的偏振在納米光纖許多應用中扮演重要的角色，因此測量和控制納米光纖中光的偏振方向是一個非常重要的研究方向和技術。傳統的測量和控制納米光纖中偏振的方法是利用高靈敏攝像機配合光學檢偏器件。原理是由于光纖表面在加工過程中存在細小缺陷引起倏逝場散射，而散射光沿任意方向傳播。通過高靈敏攝像機配合光學檢偏器件收集散射光的強弱配合偏振控制器件對納米光纖中光偏振進行測量和控制。此種方法的缺點有三個：第一個是在改變光偏振的時候收集散射光得到的對比度低，約為80-90%，測量和控制精度差；第二個是此方法是利用納米光纖表面的不完美進行測量的，在納米光纖加工工藝不斷提高的情況下，表面質量提高導致此方法得到的測量和控制精度降低；第三個是使用高靈敏攝像機成本較高，不利用大規模使用。

在部分以納米光纖為基本器件的光學傳感器的研發設計中和光與物質相互作用的等技術開發和實驗研究中需要精確測量和控制納米光纖中光的偏振，因此亟需一種成本低廉、測量和控制精度高的偏振檢測裝置。

發明內容

本發明的目的是解決現有納米光纖中偏振測量和控制過程中控制精度低信噪比差的技術問題，提供一種測量納米光纖中光偏振的裝置及方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種測量納米光纖中光偏振的裝置，包括測試激光器、半波片、光纖偏振控制器、光纖探針和光電探測器，測試激光器輸出的激光依次經過半波片、第一普通光纖、光纖偏振控制器和第一錐形光纖后進入納米光纖，所述光纖探針通過第二普通光纖與光電探測器相連，光纖探針的尖端與納米光纖的表面接觸，納米光纖表面傳輸的倏逝場激光耦合進入光纖探針，第一普通光纖、第一錐形光纖和納米光纖為一體成型。

進一步，所述光纖探針的尖端為半球形，尖端的后端連接有一段圓柱形光纖，圓柱形光纖的后端連接有第二錐形光纖，第二錐形光纖的直徑逐步變粗為第二普通光纖的直徑。

進一步，所述光纖探針的尖端的半球直徑為52微米。

進一步，所述光纖探針的制作方法包括以下步驟：

將裸光纖的兩端分別固定在兩個平移臺上，裸光纖的中心位置放置在CO₂激光光束聚焦的焦點處；