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微納光纖制作-筱曉光子實驗小分享④ 2021-07-21


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一、微納光纖介紹及其光學特性和應用


微納光纖是光纖光學與納米技術的完美結合,與傳統的標準單模光纖相比,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傳輸特性:


1)強光場約束。微納光纖的強光場約束能力較好,同時光束在微納光纖中傳輸時的等效模場截面的尺寸與波長除以光纖折射率為同一個量級。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、短距光互聯等應用方面有獨特的優勢。除此之外,在亞波長范圍內對光場的強力限制會極大地改變微納米纖維表面上光子態的密度,并調節自發發射或量子態的概率。


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


3)小質量。極低質量的微納米纖維可用于靈敏地檢測透射光子脈沖的變化,并實現光子和聲子的有效耦合或轉換。



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二、IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統介紹


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IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統示意圖



IPCS-5000-ST型全功能光纖拉錐系統是種集成了光學、電子學、精密機械、計算機等多項技術及制作、檢測、控制等多項功能于一體的高度自動化生產系統。此款設備我們專門針對微納光纖研究使用的客戶研發。大拉伸距離更均勻的火焰掃描使得此設備能夠生產出目前高精度的微納光纖。


拉錐機優點在于:


(1)拉絲處理外殼,具有極好的工業質感;


(2)比普通機器長1/3,距離工作機臺,確保機二次升級的方便性;


(3)內配精密的滾珠絲桿(螺距2mm) ,保證機臺軸向拉伸精度和穩定的運動速度。




真空泵為微納光纖拉錐機光纖固定臺提供負壓,光纖便于吸附到固定臺,拉制過程中光纖與固定臺不發生相對位移,并且容易手動調節光纖位置。


H2發生裝置電解產生H2,使用安全,氣流純度和穩定性很好, 在微納光纖拉錐機的火頭釋放H2,產生高溫火焰,對光纖加熱熔融,適合玻璃微納光纖的加熱拉伸應用。拉錐機控制軟件可以對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定的光功率,拉錐機功率計通過顯示器監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實物圖


(圖中序號依次是:①H2發生裝置、②微納光纖拉錐機、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制作成品介紹



φ5μm微納光纖環形反射器錐區圖





φ3μm微納光纖圈型微環(2mm)諧振腔







φ3μm微納光纖結型微環(1mm)諧振腔






環形反射器的干涉譜







測試光路圖示


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










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