[发明专利]一种基于金纳米线的SPP光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤及其制备方法，择优可应用于使用光纤生成的特殊光场、光纤传感、光捕获应用等。

背景技术

表面等离子激元(Surfaceplasmonpolaritons,SPPs)是一种局限在金属/介质表面的自由电子与光子相互作用形成的混合激发态。JunichiTakahara等(Opt.lett.,1997,22(7):475～477)首先理论上研究了圆形金纳米线、金纳米管等在电介质中的SPP传输，并提出此类波导突破衍射极限将电磁场能量束缚在亚波长尺度范围内并传输。此后，研究者提出各种类型的SPP波导以期能在稳定偏振态下获得小模场宽度和长传输距离的传输模。比如金属沟道型SPP波导(Appl.Phys.Lett.B,2002,66(3):035403和Phys.Rev.Lett.,2005,95(4):046802)，脊型SPP波导(Appl.Phys.Lett,2005,87(6):061106和OptExpress.2008,16(8):5252～5260)，间隙性SPP波导(Appl.Phys.Lett,2003,82(8):1158～1160和Appl.Phys.Lett,2005,86(21):211101)等。Berini等人发现将金膜嵌入单电介质当中，当金膜厚度在十几纳米时，某些特殊传输模式，即类线偏振长程SPP模，其传输长度可以达到10mm以上(Opt.Lett.,1999,24(15):1011～1013)。JesperJung等在此基础上提出了基于正方形金纳米线SPP波导(Phys.Rev.B.,2007,76(3):035434)，期望未来用于集成光学器件的互联通信。Tyagi等(OptLett.,2010,35(15):2573～2575)还利用光纤融拉直接在单模光纤纤芯旁制备出圆形金纳米线，实验考察了等离子共振效应，期望用于纳米电极、近场扫描探针等应用领域。一般情况下，SPP波导多利用径向偏振短程SPP模或类线偏振长程SPP模。

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，但在光纤中的应用又涉及甚少。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，金属可同时通电传光等优点，若制备SPP光纤，则具备一些SPP优良特性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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金纳米线的SPP光纤。本发明的目的还在于提供一种基于金纳米线的SPP光纤制备方法

本发明的目的是这样实现的：

一种基于金纳米线的SPP光纤，由涂层、包层、纤芯以及纤芯中一组或多组金纳米线构成，当从光纤一平端面输入一束光，输入光与金纳米线进行光耦合，纤芯与金纳米线界面发生等离激元效应，形成多种SPP模式进行传输；通过改变模场匹配的相关程度激发出对应大小的SPP模场分量，通过改变SPP光纤的长度使其他SPP模场分量衰减，只剩余输出光场强度和相位都满足于所需SPP模场的光束。

所述金纳米线横截面整体形状特征为：圆形、三角形、矩形、五边形和多边形的一种。

所述金纳米线横截面几何尺寸特征为：其半径、边长几何尺寸大小为1纳米至900纳米。

所述的一组金纳米线几何分布特征为：纤芯中的金纳米线与涂层、包层、纤芯同轴分布。

所述的多组金纳米线几何分布特征为：纤芯中的两组或多组金纳米线呈一维等距阵列分布或二维等距阵列分布。

所述光纤的传输模式的特征为在金纳米线表面传输的径向短程SPP模、类线偏振长程SPP模和其他SPP模。

所述光纤激发的传输模式分量特征为：任意一种在光纤平端面所激发的传输模式，其分量大小取决于模场匹配的相关程度。

一种基于金纳米线的SPP光纤制备方法，SPP光纤的制备步骤为：

1)选择合适的薄皮光纤预制棒，腐蚀掉表面包层后，根据金丝的形状进行打孔，插入合适大小的金丝，加热缩棒，拉制成合适的含有金丝预制构件；

2)多次重复步骤1)，将重复制备的预制构件插入腐蚀掉表面包层并打孔后的光纤预制棒，加热缩棒，拉制成所需的内含微米金丝纤芯预制棒；

3)选择包层石英棒进行打孔，将步骤2)中的纤芯预制棒插入孔中，加热缩棒，直至最终拉制出指定折射率分布大小的SPP光纤，该光纤中光波导为单模光纤芯，内含纳米金丝。

本发明的有益效果在于：