[发明专利]一种太赫兹微流体方形光子晶体光纤

说明书

本发明提供了一种太赫兹微流体方形光子晶体光纤，该器件由纤芯空气孔、出水口、入水口、四层光敏树脂层、第一气隙层及其他两层气隙层组成。光子晶体光纤纤芯、光敏树脂层及气隙层均为方形结构，纤芯相较于其他气隙层尺寸略大，以纤芯为中心且由纤芯向外发散的光敏树脂层及气隙层厚度均相同，出水口位于光纤上侧，方向向上，入水口位于出水口对侧，方向向下，再转折方向使其向上。本发明使用材料为光敏树脂，这种材料在140GHz处折射率为1.679。将光子晶体光纤应用于太赫兹波段可以综合两者的优点，提升光子晶体光纤器件的传输性能，在生物、化学、医药等方面有很广阔的发展前景。

技术领域

本发明涉及光纤传感和测量领域，具体为一种太赫兹微流体方形光子晶体光纤。

技术背景

光子晶体光纤又称为微结构光纤或多孔光纤，它的实质是带有缺陷的光子晶体光纤。1992 年P.Russell等人根据光子晶体的传光理论首次提出了光子晶体光纤的概念。1996年，J.C. Knight拉制出了第一根光子晶体光纤，这根光纤为折射率引导的光子晶体光纤。1998年，J. C.Knight提出了带隙型光子晶体光纤的理论。光子晶体光纤应用范围日益广泛，研究者们对光子晶体光纤的研究也不断深入，主要包括对光纤材料的改进、光纤结构的创新以及使用范围的拓宽。

随着太赫兹技术的不断发展，因其具有穿透性、安全性、光谱分辨本领等特有的优越电磁性质，太赫兹逐渐应用于各种领域。目前，太赫兹在生物检测、移动宽带通信、国家安全等方面已取得重大的进步。例如，太赫兹技术可以应用于临床人体肝癌组织检测、颅脑创伤成像特征提取与识别、临床细菌检测等，除此以外，太赫兹通信的传输速度可以达到10GB/s 以上。相比于可见光和红外线，太赫兹波具有极高的方向性和极强的云雾穿透能力，在战场中可以进行定向、高保密甚至明码军事通信，并且能够准确高效地排查爆炸物、武器和毒品等危险物，从而避免发生恐怖袭击，因此太赫兹技术也可以广泛应用于维护国家安全方面。

光子晶体光纤和太赫兹技术的迅速发展，使得光子晶体光纤领域的研究人员将目光逐渐转移到太赫兹波段。光子晶体光纤应用于太赫兹波段可以综合两者的优点，提升光子晶体光纤器件的传输性能，在对于传感和测量有高精度要求的生物、化学及医学等领域有非常广阔的发展前景。

发明内容

本发明采用3D打印技术制备一种等差分层结构的微流体方形光子晶体光纤。采用3D打印技术，因其设备主要利用直角坐标系，机械部件沿着三个正交方向移动，所以相比于常见的具有圆形截面的光子晶体光纤而言，制备方形光子晶体光纤质量可以大大提升。除此以外，光纤上添加出水口与入水口，可以通过将不同液体分析物置于第一空气隙中来使包层具有不同的折射率，结构简单，易于操作。

本发明采用的技术方案如下：

主要包括方形光子晶体光纤、出水口及入水口。从横截面来看，光纤的纤芯为位于中心的方形空气孔，包层以等差间距由纤芯方形空气孔向外扩散，光敏树脂层与气隙层依次交叉分布。在光纤的上侧有出水口，在相对的一侧添加有入水口。

纤芯空气孔为内层空气孔，尺寸相对于其他气隙层而言略大，主要用于通过太赫兹波。

包层为多层气隙层与光敏树脂层依次交叉分布，且除内层空气孔外，其他每层气隙层与其相邻光敏树脂层尺寸均相同。把从中心的方形空气孔向外的第一个气隙层密封，将液体分析物放入第一气隙层中，防止注入的液体泄漏。

出入水口均为连通到第一气隙层的导管，出水口方向向上，入水口位于出水口对侧，第一气隙层被注入的分析物完全而缓慢地从一个空气孔开始填充，为了使液体可以充满整个气隙，本发明将方向向下的入水口转折方向为向上，使得从入水口注入的液体分析物可以更加充分地占满整个间隙空间。

采用3D打印技术所使用的耗材可选择适用于对应打印机的各种光敏树脂。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：