[發明專利]空芯反諧振光纖可調諧反射器

有效

• 申請號: 202210960918.5
• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115327696B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 周愛;周麒麟;姚偉康;荊重錄;劉佳欣;徐明靖
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B1/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明公開一種空芯反諧振光纖可調諧反射器，包括反諧振負曲率空芯光纖、周期排列的超表面納米結構陣列和柔性基底；其中，周期排列的超表面納米結構陣列位于柔性基底上；柔性基底固定在反諧振負曲率空芯光纖的端面，使周期排列的超表面納米結構陣列位于反諧振負曲率空芯光纖的端面，形成可調諧光纖反射器；在反諧振負曲率空芯光纖纖芯傳播的光入射到超表面上時，超表面產生電偶極子共振，將目標波長反射；柔性基底受壓強影響產生形變，進而使超表面納米結構陣列的幾何參數發生改變，實現諧振波長的動態調控。本發明通過超表面和反諧振負曲率空芯光纖的結合，不僅解決了反諧振負曲率空芯光纖反射器器難以集成的問題，還實現了反射波長的動態調控。

技術領域

本發明屬于光學技術領域，具體涉及一種基于柔性基底超表面的集成式空芯反諧振光纖可調諧反射器。

背景技術

隨著信息容量的急劇增長，反諧振負曲率空芯光纖的應用越來越多。由于反諧振負曲率空芯光纖是在空氣而非介質材料中傳輸光，與傳統實心光纖相比，具有更寬的傳輸帶寬、更低的色散和光學非線性、更高的激光損傷閾值。因此，反諧振空芯光纖在紫外、中紅外乃至可見光等諸多波段，在大功率激光傳輸、光與氣體相互作用、脈沖壓縮、光纖傳感和光纖通信等眾多領域都具有重要的發展潛力。

但是反諧振空芯光纖在應用中存在一個關鍵問題，其空芯結構使其無法像實芯光纖一樣，直接對纖芯材料進行折射率調制來制備各種光纖內光調制器件。例如，光纖中應用廣泛的窄帶反射器——光纖布拉格光柵(FBG)，便無法在反諧振光纖中通過常規的折射率調制方法實現。因此，需要開發獨立的反諧振空芯光纖光學功能器件，來推動空芯反諧振光纖走向大規模應用，并推動空芯光纖光學系統的小型化、集成化。

發明內容

針對反諧振空芯光纖無法直接對其空氣芯進行折射率調制從而形成光纖內調制器件的問題，本發明提供一種基于柔性基底超表面的集成式空芯反諧振光纖可調諧反射器。其目的在于，利用置于空芯光纖端面的柔性基底形狀受氣壓調制的特點，通過對光纖端面施加氣壓，可以獲得超表面納米結構陣列幾何參數受氣壓動態調制的超表面，從而可以實現利用反諧振光纖波長選擇反射的動態調制。

本發明所采用的技術方案如下：

本發明提出了一種基于柔性基底超表面的集成式空芯反諧振光纖可調諧反射器，光纖反射器包括周期性排列的超表面介質納米結構陣列，柔性基底和反諧振負曲率空芯光纖三個部分；其中，反諧振空芯光纖作為超高傳輸能量、超大模場直徑、超寬傳輸帶寬的傳輸媒介，能實現紫外、中紅外乃至可見光等諸多波段的應用。

周期性排列的超表面介質納米結構陣列發生米氏散射，在反諧振負曲率空芯光纖中的光傳輸到超表面時，激發超表面內部電偶極子集體震蕩，在電磁共振耦合中會激發準BIC模式，能夠產生高Q值諧振峰，實現反射目標波長。柔性基底用于諧振峰的動態調控。通過選擇合適的結構單元材料可以實現近紅外到中紅外范圍內選擇反射濾波。

進一步，反諧振負曲率空芯光纖包括空芯纖芯、光纖包層和玻璃壁。通過紫外膠將反諧振負曲率空芯光纖包層與柔性基底連接在一起。

進一步，超表面基底層為PDMS、PMMA等柔性材料，具有柔性、高透明性、可彎曲變形和化學穩定性。

進一步，超表面介質結構陣列的材料為高折射率低損耗的介質材料Si、Ge、PbTe等。

進一步，周期性排列的超表面介質納米結構陣列，每個周期單元形狀為四個相同直徑的圓柱體，直徑為R；每個周期單元的四個圓柱體的高度為h；周期單元的晶格常數分別為Px＝Py＝P；四個圓柱在原來的中心位置時的間距g＝P/2-R。為了給結構引入一定的不對稱性，使P和R保持不變，改變圓柱體的位置，使g變為g′，這樣周期性排列的超表面介質納米結構陣列就會具有一定的不對稱性，但又具有四重旋轉對稱和鏡面對稱，在電磁共振耦合中會激發準BIC模式，能夠產生高Q值諧振峰，形成窄帶反射峰并且極化不敏感。