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微纳光纤制作-筱晓光子实验小分享④
2021-07-21


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一、微纳光纤介绍及其光学特性和应用


微纳光纤是光纤光学与纳米技术的完美结合,与传统的标准单模光纤相比,微纳光纤的直径通常接近或小于光的真空波长。


微纳光纤具有以下良好的光学传输特性:


1)强光场约束。微纳光纤的强光场约束能力较好,同时光束在微纳光纤中传输时的等效模场截面的尺寸与波长除以光纤折射率为同一个量级。这样的特性使得微纳光纤的低损耗弯曲半径通常只有微米量级,因此在小型化器件以及高密度、短距光互联等应用方面有独特的优势。除此之外,在亚波长范围内对光场的强力限制会极大地改变微纳米纤维表面上光子态的密度,并调节自发发射或量子态的概率。


2)强倏逝场。微纳米纤维的极低表面粗糙度可以支持倏逝场的大多数低损耗传输。这有助于改善微纳米纤维与其他结构之间的近场光学耦合,并有助于提高微纳米纤维传感器的灵敏度。并且高度受限的强倏逝场在微纳米纤维的表面上创建了具有大梯度的空间光场,从而产生了用于操纵冷原子或纳米粒子的大光学梯度力。


3)小质量。极低质量的微纳米纤维可用于灵敏地检测透射光子脉冲的变化,并实现光子和声子的有效耦合或转换。



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二、IPCS-5000-ST型全功能光纤拉锥系统介绍


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IPCS-5000-ST型全功能光纤拉锥系统示意图



IPCS-5000-ST型全功能光纤拉锥系统是种集成了光学、电子学、精密机械、计算机等多项技术及制作、检测、控制等多项功能于一体的高度自动化生产系统。此款设备我们专门针对微纳光纤研究使用的客户研发。大拉伸距离更均匀的火焰扫描使得此设备能够生产出目前最高精度的微纳光纤。


拉锥机优点在于:


(1)拉丝处理外壳,具有极好的工业质感;


(2)比普通机器长1/3,距离工作机台,确保机二次升级的方便性;


(3)内配精密的滚珠丝杆(螺距2mm) ,保证机台轴向拉伸精度和稳定的运动速度。




真空泵为微纳光纤拉锥机光纤固定台提供负压,光纤便于吸附到固定台,拉制过程中光纤与固定台不发生相对位移,并且容易手动调节光纤位置。


H2发生装置电解产生H2,使用安全,气流纯度和稳定性很好, 在微纳光纤拉锥机的火头释放H2,产生高温火焰,对光纤加热熔融,适合玻璃微纳光纤的加热拉伸应用。拉锥机控制软件可以对H2的流量精确控制,火头三维位置精确可控,并可以左右扫动,制作满足条件的微纳光纤。


光源为微纳光纤制作过程中提供稳定的光功率,拉锥机功率计通过显示器监控微纳光纤拉制过程中的功率衰减与模式耦合。

  



IPCS-5000-ST型全功能光纤拉锥系统实物图


(图中序号依次是:①H2发生装置、②微纳光纤拉锥机、③真空泵、④光源、⑤显示器、⑥光纤真空吸附台、⑦火头、⑧涂覆台)


三、IPCS-5000-ST型全功能光纤拉锥系统制作成品介绍



φ5μm微纳光纤环形反射器锥区图





φ3μm微纳光纤圈型微环(2mm)谐振腔







φ3μm微纳光纤结型微环(1mm)谐振腔






环形反射器的干涉谱







测试光路图示


微纳光纤环形发射器涂覆特种材料后其干涉谱峰对外界环境极为敏感,可用于检测某种气体及其浓度等。


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