微納光纖制作-筱曉光子實(shí)驗(yàn)小分享④

2021-07-21 09:26:08

一、微納光纖介紹及其光學(xué)特性和應(yīng)用

微納光纖是光纖光學(xué)與納米技術(shù)的完美結(jié)合，與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相比，微納光纖的直徑通常接近或小于光的真空波長。

微納光纖具有以下良好的光學(xué)傳輸特性：

1）強(qiáng)光場約束。微納光纖的強(qiáng)光場約束能力較好，同時(shí)光束在微納光纖中傳輸時(shí)的等效模場截面的尺寸與波長除以光纖折射率為同一個(gè)量級。這樣的特性使得微納光纖的低損耗彎曲半徑通常只有微米量級，因此在小型化器件以及高密度、短距光互聯(lián)等應(yīng)用方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。除此之外，在亞波長范圍內(nèi)對光場的強(qiáng)力限制會極大地改變微納米纖維表面上光子態(tài)的密度，并調(diào)節(jié)自發(fā)發(fā)射或量子態(tài)的概率。

2）強(qiáng)倏逝場。微納米纖維的極低表面粗糙度可以支持倏逝場的大多數(shù)低損耗傳輸。這有助于改善微納米纖維與其他結(jié)構(gòu)之間的近場光學(xué)耦合，并有助于提高微納米纖維傳感器的靈敏度。并且高度受限的強(qiáng)倏逝場在微納米纖維的表面上創(chuàng)建了具有大梯度的空間光場，從而產(chǎn)生了用于操縱冷原子或納米粒子的大光學(xué)梯度力。

3）小質(zhì)量。極低質(zhì)量的微納米纖維可用于靈敏地檢測透射光子脈沖的變化，并實(shí)現(xiàn)光子和聲子的有效耦合或轉(zhuǎn)換。

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二、IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統(tǒng)介紹

IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統(tǒng)示意圖

IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統(tǒng)是種集成了光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)等多項(xiàng)技術(shù)及制作、檢測、控制等多項(xiàng)功能于一體的高度自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。此款設(shè)備我們專門針對微納光纖研究使用的客戶研發(fā)。大拉伸距離更均勻的火焰掃描使得此設(shè)備能夠生產(chǎn)出目前高精度的微納光纖。

拉錐機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)拉絲處理外殼，具有好的工業(yè)質(zhì)感；

(2)比普通機(jī)器長1/3，距離工作機(jī)臺，確保機(jī)二次升級的方便性；

(3)內(nèi)配精密的滾珠絲桿(螺距2mm) ，保證機(jī)臺軸向拉伸精度和穩(wěn)定的運(yùn)動速度。

真空泵為微納光纖拉錐機(jī)光纖固定臺提供負(fù)壓，光纖便于吸附到固定臺，拉制過程中光纖與固定臺不發(fā)生相對位移，并且容易手動調(diào)節(jié)光纖位置。

H2發(fā)生裝置電解產(chǎn)生H2，使用安全，氣流純度和穩(wěn)定性很好, 在微納光纖拉錐機(jī)的火頭釋放H2，產(chǎn)生高溫火焰，對光纖加熱熔融，適合玻璃微納光纖的加熱拉伸應(yīng)用。拉錐機(jī)控制軟件可以對H2的流量精確控制，火頭三維位置精確可控，并可以左右掃動，制作滿足條件的微納光纖。

光源為微納光纖制作過程中提供穩(wěn)定的光功率，拉錐機(jī)功率計(jì)通過顯示器監(jiān)控微納光纖拉制過程中的功率衰減與模式耦合。

IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統(tǒng)實(shí)物圖

（圖中序號依次是：①H2發(fā)生裝置、②微納光纖拉錐機(jī)、③真空泵、④光源、⑤顯示器、⑥光纖真空吸附臺、⑦火頭、⑧涂覆臺）

三、IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統(tǒng)制作成品介紹

φ5μm微納光纖環(huán)形反射器錐區(qū)圖

φ3μm微納光纖圈型微環(huán)（2mm）諧振腔

φ3μm微納光纖結(jié)型微環(huán)（1mm）諧振腔

環(huán)形反射器的干涉譜

測試光路圖示

微納光纖環(huán)形發(fā)射器涂覆特種材料后其干涉譜峰對外界環(huán)境極為敏感，可用于檢測某種氣體及其濃度等。