[发明专利]一种纳米光纤的可控制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种纳米光纤的可控制备装置，能够实现待加工微米光纤待拉位置纳米光纤的制备，包括：提供激光的脉冲激光器；支撑台，所述待加工微米光纤悬空定位在该支撑台上；将待加工微米光纤一端与所述脉冲激光器输出端连接的裸光纤适配器；置于所述微米光纤待拉位置、能够与其形成近场效应的微米片。通过调整并固定微米片与微米光纤的相对位置，可制备不同梯度分布的纳米光纤，控制出射激光的脉冲个数与单脉冲能量，可实现对纳米光纤直径的精确调控，操作简单，容易操作，在纳米尺度下可对拉制过程实时监控。

技术领域

本发明涉及纳米光纤制备领域，特别涉及一种纳米光纤的可控制备与方法，可实现纳米光纤直径、梯度的精确调控，在微纳光子学器件、微纳光学传感等领域有着重要的应用前景。

背景技术

光与物质的相互作用是近年来被广泛研究的课题，特别是单光子与单原子作用的研究。因为单原子的共振吸收截面积在～λ²量级，λ是被吸收光的波长，这种相互作用通常比较微弱。许多方法已经被用来增强光与原子的相互作用，其一是提高原子密度，其二是增强光场，以实现更有效、更强的相互作用。

微纳光纤是指直径在微米至纳米量级的光导纤维，它具有较小的尺寸以及对光场较强的束缚能力，从而实现较高的功率密度，在很多方面都具有广泛的应用，如精密光谱，光学耦合器件，量子存储以及光学操控等。

而可以高效的制备可重复性的纳米光纤是其实用化的关键。目前，通常采用熔拉法制备纳米光纤，熔拉法是指利用加热设备对光纤进行局部加热，当光纤处于熔融状态时在光纤的两端施加拉力，光纤将沿轴向变细，最后在一端范围内形成纳米光纤。该制备方法具有方向性好、制备过程简单以及制作成本低等优点，但存在以下问题：一、熔拉法利用半手工拉制纳米光纤，需要操作人员反复尝试才能制备出理想的纳米光纤，如未拉制光纤固定的松紧度不一致性、未拉制光纤位于加热源的温度位置不一致都会影响纳米光纤的质量，可重复性不高；二、在拉制过程中，加热温度、拉制速度、环境温度和环境气流等不可控的因素都会影响拉制效果；三、由标准光纤制备成纳米光纤，通常需要拉长至少四十厘米，此时长距离具有微纳米直径的光纤受轻微的环境气流波动，加热区域的气流冲击容易发生断裂。对纳米光纤直径和表面形貌的稍许偏差将会导致其传感器件灵敏度的波动，使得对传感器件的验收和校准造成一定的影响，制约了基于微纳光纤的光学器件进一步发展。

因此，研究一种可控的纳米光纤制备装置与方法，对于提高纳米光纤在微纳光子器件领域的发展具有一定的价值意义。

发明内容

本发明针对现有技术种纳米光纤在制备过程中重复性差、精度难以控制等问题，提出一种纳米光纤的可控制备装置与方法，可以改善现有技术纳米光纤制备过程中可重复性不高、受外界环境影响容易断裂等问题，最终拉制出直径、梯度可精确控制的纳米光纤。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种纳米光纤的可控制备装置，能够实现待加工微米光纤待拉位置纳米光纤的制备，包括：

提供激光的脉冲激光器；

支撑台，所述待加工微米光纤悬空定位在该支撑台上；

将待加工微米光纤一端与所述脉冲激光器输出端连接的裸光纤适配器；

置于所述微米光纤待拉位置、能够与其形成近场效应的微米片。

本发明的纳米光纤的可控制备装置主要包括微米片和脉冲激光器，微米片置于待加工微米光纤上，所述的脉冲激光器出射的激光耦合到微米光纤上，待拉位置即是微米片与微米光纤接触的位置，通过控制脉冲激光以及微米光纤的参数，可实现不同直径与锥度的纳米光纤可控制备。

本发明中，所述的脉冲激光器脉冲个数可主动调控，通过控制出射激光的脉冲个数，制备得到具有不同直径的纳米光纤。控制微米光纤的直径，可实现对纳米光纤锥度的调控，调控精度可达0.7°。