CN113671629A - 一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，其特征是：采用纤芯内部嵌有两根金属纳米丝的等离子波混合波导的光纤，高温下热熔扭转，在纤芯内部制备螺旋金属纳米丝结构，实现单模光波到等离子波的耦合；然后拉锥，得到第一锥体，让两根金纳米丝的等离子波导相互靠近，实现等离子波的分束；一段距离后再次拉锥，得到第二锥体，等离子波导再次靠近，实现等离子波的合束和干涉。本发明可完成光波到等离子波的分布式激发，实现光波和等离子波的共传，同时实现等离子波的分束、合束与干涉，可构建基于等离子波的光学器件。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，属于光 纤集成器件技术领域。
背景技术
表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是光和金属表面电子共振所引发的一种电磁混合激发态。由于SPP模式在垂直光传播方向上场强会发生 指数性衰减，光场通常被限制在金属表面亚波长尺度内，从而突破了衍射极限。 这一极具吸引力的性质为集成光学发展打开了一扇新的大门。近年来，作为纳米 光学器件研究的一个分支，表面等离子激元波导成为人们的研究热点，现已有研 究者提出诸如金属膜、金纳米线等离子激元波导，且都能实现亚波长尺度的光场 传输。
普通光纤类型，比如多种高折射率光纤，并不能突破衍射极限。但光纤 具有的柔性结构以及多重优良性质，使得光纤传感有着独特的优势。而SPP的研 究和应用越来越广泛，但在光纤中的应用很少。利用SPP模式电磁场能量束缚能 力强、可保持稳定偏振态、对介质折射率变化敏感，纳米金属结构可同时通电传 光等优点，若能够制备成SPP等离子波和传统光纤混合集成的特种光纤，则除了 兼具SPP和普通光纤优良特性的同时，还可与普通光纤互联，易形成新型光电器 件，应用于多个领域。
由于光学元器件受到衍射极限的限制，而SPP却能突破光学衍射极限， 实现亚波长尺度的分辨率的传输和探测，所以基于表面等离子体的纳米光子器 件被认为是最有希望实现纳米全光集成回路的基础。而随着高精度加工技术和 集成光学的不断发展，各种各样的SPP波导器件被制造出来。早在2006年Sergey 等人就设计制备了工作在通讯波段的沟槽型亚波长SPP波导结构器件，包括Y 型分束器、M-Z干涉仪、和波导-环形结构谐振腔(Nature,2006, 440(7083):508-511.)。他们证明了沟槽内SPP波导能够实现大角度的弯曲和分 束，这为超紧凑型SPP波导集成光路奠定了基础。
申请号为CN201610201519.5的专利提出了一种基于金纳米管的SPP光纤 及其制备方法。提出在光纤的纤芯内部集成金属纳米管，形成光波与SPP波共传 的混合波导结构。尽管该光纤内部集成了金纳米管，能够实现光波和SPP波的共 传，但是由于光纤在轴向上的一致性，使得光波和SPP波的波矢之间不匹配，二 者之间难以转换。因此如何实现光纤内部光波和SPP波的高效转换，并且在光纤 内部构建SPP波的分波、合波器以及干涉仪是该光纤得到应用的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法：采用纤芯内部嵌有两根 金属纳米丝的等离子波混合波导的光纤，高温下热熔扭转，在纤芯内部制备螺旋 金属纳米丝结构，实现单模光波到等离子波的耦合；然后拉锥，得到第一锥体， 让两根金纳米丝的等离子波导相互靠近，实现等离子波的分束；一段距离后再次 拉锥，得到第二锥体，等离子波导再次靠近，实现等离子波的合束和干涉。
所述的等离子波混合波导的光纤具有单模纤芯和包层，纤芯中嵌有两根 金属纳米丝，其中至少有一根偏心分布。
所述的等离子干涉仪可以是等离子波混合波导的光纤在扭转的同时拉 锥，制备具有螺旋金属纳米线结构的锥体，在光波到等离子波耦合激发的同时， 实现等离子波的分束、合束和干涉。
所述的金属纳米丝可以是金属纳米管。
本发明的有益效果在于：
(1)通过对光纤进行热融扭转拉锥等方法，在光纤内部制备出SPP波分 波器和合波器。
(2)通过对等离子波分波器和合波器的进一步组合，形成M-Z干涉仪， 通过对入射光波偏振态的控制，实现不同周期位置分布传输的SPP波。而这些不 同分布的SPP波在通过干涉仪时会产生干涉，将会对输出光波和SPP波的强度分 布和相位实现调控。
附图说明
图1是两种典型的等离子波混合波导的光纤的结构。
图2是螺旋纳米金属丝区域的结构图，光波在螺旋金纳米丝的不同位置 实现表面等离子波的激发。
图3是螺旋的金属纳米线在xoz面的投影与光波矢的相交，并分布式激 发转换为SPP波的示意图。
图4是第一种基于光纤的等离子波干涉仪的结构图。
图5是第二种基于光纤的等离子波干涉仪的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来进一步阐述本发明。
如图1，两种典型的等离子波混合波导的光纤的结构，其包括包层1、单 模纤芯2和嵌入纤芯中的两个金纳米管3。二者的区别在于金属纳米管3在纤芯2 中的分布不同，其中，图1(a)的两个金属纳米管3均偏心对称分布，图1(b) 的两个金属纳米管3一个同轴分布，一个偏心分布。
以图1(a)中的光纤为例，构造等离子波干涉仪的方法为：
步骤1：如图2，在单模光纤的纤芯2内部嵌有两根金属纳米管3的等离 子波混合波导，高温下热熔扭转，在纤芯2内部制备螺旋金属纳米管3结构，实 现单模光波4到等离子波5的耦合转换。以z轴方向传播，x轴方向偏振的光束 输入为例，光波4在输入光纤的纤芯2中后，会在螺旋分布的金属纳米管3上分 布式激发出表面等离子波5，其光波和表面等离子波耦合激发原理可简单描述如 下：
如图3所示，螺旋的金属纳米管在xoz面的投影为正弦曲线型，其与光 波的波矢相交于多个点，并且波矢方向与正弦曲线的切线方向的夹角为θ。当光 波波矢沿着z轴方向传输时，其沿金属纳米线切线方向的波矢可以表示为：
εcore为纤芯的介电常数，ω为光波的角频率，c为光波在真空中的传播速度。对于金属纳米线表面产生的表面等离子波的波矢有：
εm为金属纳米线的介电常数。
那么光波与表面等离子波发生耦合的条件是：
因此，只有当金属纳米管的切线方向与光束传输方向在满足一定的夹角 关系的时候，光波和表面等离子体波才能发生耦合，故在混合集成光纤内部，偏 振光对金属纳米丝的激发是分布式的。
步骤2：如图4，紧接着螺旋纳米金属丝区域6后拉锥，得到第一锥体7， 让两根金纳米丝的等离子波导相互靠近，实现等离子波的分束；
步骤3：分束的表面等离子波传一段距离8后再次拉锥，得到第二锥体9， 等离子波导再次靠近，实现等离子波的合束和干涉，制得基于光纤的第一种等离 子波干涉仪。
可以在热熔扭转等离子波混合波导光纤的同时拉锥，将螺旋纳米金属丝 区域和表面等离子波耦合分束区7、合束区9同时制备，得到如图5所示的基于 光纤的第二种等离子波干涉仪。
在说明书和附图中，已经公开了本发明的典型实施方式。本发明不限于 这些示例性实施方式。具体术语仅仅用作通用性和说明性意义，并不是为了限制 本发明的受保护的范围。
Claims (4)
1.一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，其特征是：采用纤芯内部嵌有两根金属纳米丝的等离子波混合波导的光纤，高温下热熔扭转，在纤芯内部制备螺旋金属纳米丝结构，实现单模光波到等离子波的耦合；然后拉锥，得到第一锥体，让两根金纳米丝的等离子波导相互靠近，实现等离子波的分束；一段距离后再次拉锥，得到第二锥体，等离子波导再次靠近，实现等离子波的合束和干涉。
2.根据权利要求1所述的一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，其特征是：所述的等离子波混合波导的光纤具有单模纤芯和包层，纤芯中嵌有两根金属纳米丝，其中至少有一根偏心分布。
3.根据权利要求1所述的一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，其特征是：所述的等离子干涉仪可以是等离子波混合波导的光纤在扭转的同时拉锥，制备具有螺旋金属纳米线结构的锥体，在光波到等离子波耦合激发的同时，实现等离子波的分束、合束和干涉。
4.根据权利要求1～4任一项所述的一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，其特征是：所述的金属纳米丝可以是金属纳米管。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104377417A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-25 | 南京航空航天大学 | 一种螺旋形人工表面等离子场强增强器 |
| CN105651738A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-06-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种螺旋芯光纤spr传感器 |
| CN105759345A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于金纳米管的spp光纤及其制备方法 |
| CN105954236A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-09-21 | 哈尔滨工程大学 | 一种纤维集成多螺旋芯光纤spr传感阵列芯片 |
| CN109655431A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-19 | 桂林电子科技大学 | 环形芯光纤spr传感器 |
| CN109761485A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-17 | 东北大学 | 一种制备拉锥和/或螺旋芯软玻璃光纤的装置和方法 |
| CN112747778A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | 桂林电子科技大学 | 基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪 |
-
2021
- 2021-08-26 CN CN202110987917.5A patent/CN113671629B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104377417A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-25 | 南京航空航天大学 | 一种螺旋形人工表面等离子场强增强器 |
| CN105651738A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-06-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种螺旋芯光纤spr传感器 |
| CN105954236A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-09-21 | 哈尔滨工程大学 | 一种纤维集成多螺旋芯光纤spr传感阵列芯片 |
| CN105759345A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于金纳米管的spp光纤及其制备方法 |
| CN109655431A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-19 | 桂林电子科技大学 | 环形芯光纤spr传感器 |
| CN109761485A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-17 | 东北大学 | 一种制备拉锥和/或螺旋芯软玻璃光纤的装置和方法 |
| CN112747778A (zh) * | 2019-10-29 | 2021-05-04 | 桂林电子科技大学 | 基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| GUO-PING GUO 等: "Coupling of higher-mode-light into a single sliver nanowire", 《EPRINT ARXIV [PHYSICS OPTICS]》, 2 June 2009 (2009-06-02), pages 1 - 4 * |
| PAN DENG 等: "Metallic nanowires for subwavelength waveguiding and nanophotonic devices", 《CHIN.PHYS.B》, vol. 22, no. 9, 15 September 2013 (2013-09-15), pages 097305 - 1, XP020250409, DOI: 10.1088/1674-1056/22/9/097305 * |
| YIN LIU 等: "Multi-parameter sensing based on surface plasma resonance with tungsten disulfide sheets coated", 《OPTICS EXPRESS》, vol. 28, no. 5, 18 February 2020 (2020-02-18), pages 6084 - 6094 * |
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