本發明專利技術公開了一種基于對稱金屬包覆波導的中紅外波段可調光延時器。采用兩個相同金屬包覆波導正對放置，兩個包覆層之間填充中紅外增益介質，紅外入射光從空氣中的紅外激光器入射到中紅外增益介質，然后在兩個對稱的波導中間經過一系列反射，由紅外出射光返回空氣。本發明專利技術將高階模的位移增強效應引入到中紅外波段，將位移量級增大到厘米量級，并且產生了在可見光和近紅外波段沒有的反向位移；利用Cr2+摻雜鋅硫屬材料作為中紅外增益介質，一個反射循環的損耗可以從3.1dB降低到2.7dB；波導層是硫系紅外玻璃，在2-10μm波段穿透率高，折射率等性質穩定；結構簡單，延遲可調范圍達到0~52.89ns，相對延遲量大。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及中紅外波段光延時器，尤其是涉及一種基于對稱金屬包覆波導的中紅外波段可控光延時器。
技術介紹
自1947年古斯漢欣位移被人們發現以來，如何增強古斯漢欣位移一直是科學工作者們的研究熱點。而21世紀以來，集成光學器件的發展十分迅速，各種新型的光學器件不斷被報道出來，因此基于增強的古斯漢欣位移的光學器件也應運而生。已有的研究表明金屬包覆波導激發的高階模能夠大大提高光的趨膚深度，從而在反射面產生較大的位移，可以將古斯漢欣位移由以往的幾十個波長提高幾百個波長。當入射光為可見光時，位移可以達到毫米量級，這種結構工藝簡單，并且能夠與電路系統相結合，形成多功能的光電混合模塊和系統，將在濾波、傳感、生物等眾多領域得到廣泛地應用，具有非常光明的前景。中紅外波段（2 μπι ~ 20 μπι)，是太陽光輻射光中一個重要的波段，其在各個科技領域有著十分重要的應用，包括傳感、環境監測、生物醫學應用、熱成像等等。目前，對金屬包覆波導高階模理論的研究都局限在可見光和近紅外波段，這受到紅外光對金屬損耗偏大，不可見性以及因此導致的實驗操作難度高等因素的影響。然而中紅外器件相較于近紅外器件尺寸更大，工藝相對更方便，并且將古斯漢欣位移增強效應應用于中紅外波段可以進一步將位移量級擴展到厘米量級，同時引入中紅外增益材料，補償由于模式耦合以及金屬本身的損耗。現有對可調光延時器的研究主要用以下幾個方案： I.自由空間的方法，改變光程差的方法來得到可調延時，這也是本專利技術主要采用的方法。2.光纖光柵的方法，和環形器配合，通過改變布拉格光柵的局部中心波長來實現光在不同位置的反射，達到延時可調目的。3.利用光纖的溫度特性，控制光纖的溫度來改變光纖的折射率，線性改變光程。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于對稱金屬包覆波導的中紅外波段可控光延時器，基于金屬包覆波導高階模式的古斯漢欣位移增強效應，得到可調的負向古斯漢欣位移，采用“8”字形的光線軌跡增加實際光束的行進光程，并通過改變金屬薄膜的厚度和入射角度的微調來控制光程差，實現光延遲功能和可控，同時引入了中紅外增益介質來彌補模式耦合損耗。本專利技術采用的技術方案如下： 本專利技術采用兩個相同金屬包覆波導正對放置，兩個包覆層之間填充中紅外增益介質，紅外入射光從空氣中的紅外激光器入射到中紅外增益介質，然后在兩個對稱的波導中間經過一系列反射，由紅外出射光返回空氣。所述兩個相同金屬包覆波導均由三層結構組成；包覆層為厚度10-50nm的銀薄膜，波導層為厚度3-5_的硫系紅外玻璃，襯底層為200nm的銀薄膜。所述中紅外增益介質為Cr2+摻雜鋅硫屬材料。本專利技術具有的有益效果是: 1、將高階模的位移增強效應引入到中紅外波段，將位移量級增大到厘米量級，并且產生了在可見光和近紅外波段沒有的反向位移，為實現光延遲提供了可能。2、利用Cr2+摻雜鋅硫屬材料作為中紅外增益介質，在2.5~4 μ m都有較好的增益效果，經過理論驗證，一個反射循環的損耗可以從3.1dB降低到2.7dB。3、本專利技術采用的波導層是硫系紅外玻璃，在2-10 μ m波段穿透率高，折射率等性質穩定，用電子束蒸發進行金屬薄膜蒸鍍工藝，精度較高。4、本專利技術較以往的延遲器，結構比較簡單，延遲可調范圍也可以達到0~52.89ns，相對延遲量大。【附圖說明】圖1是中紅外波段金屬包覆波導結構示意圖。圖2是中紅外波段可調光延時器結構及8字形光軌跡示意圖。圖3是反射點位移量和金屬薄膜厚度關系圖。圖中:圖中:1、襯底層，2、波導層，3、包覆層，4、中紅外增益介質，5、空氣，6、紅外激光器，7、紅外一次入射光，8、紅外出射光，9、紅外一次反射光，1、紅外二次入射光，11、紅外二次反射光，12、光橫向傳播方向。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步說明。如圖2所示，本專利技術采用兩個相同金屬包覆波導(MCW)正對放置，兩個包覆層之間填充中紅外增益介質4，紅外入射光7從空氣5中的紅外激光器6入射到中紅外增益介質4，然后在兩個對稱的波導中間經過一系列反射，由紅外出射光8返回空氣5。如圖1所示，所述兩個相同金屬包覆波導均由三層結構組成；包覆層3為厚度10-50nm的銀薄膜，波導層2為厚度3_5_的硫系紅外玻璃，襯底層I為200nm的銀薄膜。波導層2厚度為毫米級時，包覆層3和襯底層I為金屬的結構使導模的模階數可以達到幾千。所述中紅外增益介質4為在中紅外波段具有增益的介質，Cr2+摻雜鋅硫屬材料。由于襯底層I和包覆層3折射率為復數的特性，紅外光可直接從中紅外增益介質4耦合到波導中，激發高階模，并在入射點上產生反向的位移，使光路沿“8”字形前進，大大增加了光程差。改變包覆層3銀薄膜的厚度或者調整入射角度，可以改變負向位移的大小，從而改變光程差，達到控制延時量的目的。本專利技術的工作原理如下: 如圖2所示，紅外一次入射光7經過中紅外增益介質4入射到下層MCW結構的上表面，發生反向位移，紅外一次反射光9從下層MCW結構的上表面反射到上層MCW結構的下表面。將紅外一次入射光7和紅外一次反射光9視為一次反射循環。同樣，在上層MCW結構的下表面發生反向位移，紅外二次入射光10從上層MCW結構的下表面入射到下層MCW結構的上表面同時發生方向位移，由紅外二次反射光11反射，將紅外二次入射光10和紅外二次反射光11視為二次反射循環。因為每個反射循環的橫向偏移大于反向位移，因此光沿著光橫向傳播方向12向右傳播，直至由紅外出射光8返回空氣5。波導層2采用3_的硫系紅外玻璃材料，最多可容納5000多個模式。包覆層3采用50nm以內的銀金屬膜。兩個相同結構的MCW結構正對放置，光從空氣5的紅外激光器6中出射，入射到Cr2+摻雜的中紅外增益介質4后，折射到下層MCW結構的上表面，穿透金屬膜，在波導層2滿足振蕩條件時，形成振蕩場也就是高階模，在入射點處會產生相位變化峰，這也解釋了入射點和反射點之間增大的位移，光到達下表面時由于襯底層I較厚無法穿透。在包覆層3上入射點附近由于高階模的影響，產生反向的位移，反射點在入射點傳播方向的反方向，因此光沿“8”字型光路徑向右沿箭頭方向傳播，最終在MCW結構最右端由紅外出射光8返回空氣。如圖3所示，將一次入射和一次反射視為一個反射循環，通過改變包覆層銀膜的厚度，來控制&與Zs之間的關系，光在反射過程所需的循環次數也隨之變化，因此延時時間就得到調節。圖3中，波長為3 μπι，0.86°和2.95°分別是最高階模和次高階模耦合角。本專利技術器件結構制作方法: 先通過玻璃切割機將玻璃原片切割成3mm厚的長方體片狀，并打磨兩邊光潔度，通過超聲波清洗片子后，通過電子束蒸發儀在玻璃兩個表面分別蒸鍍不同厚度的金屬膜。蒸鍍一個表面時對另一個表面貼上膠帶進行保護，以保證厚度精確性。完成兩個MCW結構后，在中間填充鋅硫材料，放置于自由空間中的光學分度平臺上，調整入射角度置滿足耦合條件。【主權項】1.一種基于對稱金屬包覆波導的中紅外波段可控光延時器，其特征在于:兩個相同金屬包覆波導正對放置，兩個包覆層之間填充中紅外增益介質(4)，紅外入射光(7)從空氣(5)中的紅外激光器(6)入射到中紅外增益介質(4)，然后在兩個對稱的波導中間經過一系列反射，由紅外出射光(8本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于對稱金屬包覆波導的中紅外波段可控光延時器，其特征在于：兩個相同金屬包覆波導正對放置，兩個包覆層之間填充中紅外增益介質（4），紅外入射光（7）從空氣（5）中的紅外激光器（6）入射到中紅外增益介質（4），然后在兩個對稱的波導中間經過一系列反射，由紅外出射光（8）返回空氣（5）。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：江曉清，葉喬波，秦晨，李燕，姜建飛，余輝，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33
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