【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光纖傳感和濾波領域，特別涉及一種制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法。
技術介紹
1、隨著光通信和物聯網技術的不斷發展，基于光子晶體光纖的高靈敏度傳感器和高性能帶寬可調節的偏振濾波器受到了廣泛關注。這對于生物醫學、工業安全和環境保護等領域的發展具有重要意義。
2、通過改變光子晶體光纖結構或在光纖的表面引入金屬等離子體材料，利用表面等離子體共振(spr)技術來提高傳感器和濾波器的性能。當待測液體吸附于金屬表面時，待測液體折射率的變化會改變表面等離子體共振的共振波長，通過測量共振波長的變化從而可以檢測出待測液體的變化，實現高靈敏度的傳感功能。此外，通過調節光在光子晶體光纖中的傳播特性，在近紅外波長范圍內將某一偏振方向上的光濾除，由此達到光的單偏振方向輸出，從而實現濾波效果。
3、光子晶體光纖傳感器和濾波器在光學應用中各自發揮著重要的作用。陳楠等人專利技術了一種基于表面等離子體共振的d型光子晶體光纖傳感器，折射率范圍為1.26-1.29，可以得到的靈敏度為9000nm/riu。馬季等人專利技術了一種光子晶體光纖濾波器，帶寬超過了800nm，最大的消光比有250db。以上公開專利技術的光學器件只具備單一的傳感或濾波功能，應用場景局限，這會導致光學系統的復雜性增加和資源的浪費。因此，目前在光纖器件的集成化和小型化方面仍存在一定的挑戰。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的問題，本專利技術提供一種制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，以第一層氣
2、本專利技術提供了一種制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，具體實施步驟為：
3、s1、布置第一層氣孔：在石英的圓心處設置一個直徑為0.5μm-0.7μm的第一類氣孔，從而增加y偏振模式的限制損耗，這將引起x偏振模式和y偏振模式的損耗差值增大，提高光子晶體光纖的消光比，從而更容易將y偏振光從混合的光信號中分離出來，獲得光子晶體光纖的偏振濾波特性，所述光子晶體光纖的限制損耗的表達式為：
4、
5、式中，loss為光子晶體光纖的限制損耗，單位為db/m，im[neff]為光子晶體光纖有效折射率的虛部，λ為波長；
6、s2、布置第二層氣孔：以第一層氣孔為中心，在第一層氣孔的外圍沿著正六邊形的排布布置兩個直徑為1.6μm-2μm的第二類氣孔和三個直徑為1.4μm-1.8μm的第三類氣孔，在六邊形環的基礎上消去一個氣孔，從而增大了光纖的有效模式面積，得到光子晶體光纖的纖芯，使得光子晶體光纖能夠容納更多的光信號，所述光子晶體光纖的有效模式面積的表達式為：
7、
8、式中，aeff為光子晶體光纖的有效模式面積，e(x,y)為電場模；
9、s21、將兩個第二類氣孔以預設間距對稱布置在第一層氣孔兩側的上端，控制光子晶體光纖中光的泄露路徑，從而增加y偏振模式的限制損耗，同時引入了額外的折射率差，增大x偏振模式和y偏振模式的折射率差值，從而提高光子晶體光纖的雙折射效應；
10、s22、將兩個第三類氣孔以預設間距對稱布置在第一層氣孔兩側的下端，同時將最后一個第三類氣孔以預設間距布置在第一層氣孔的底部；
11、s3、布置第三層氣孔：以第一層氣孔為中心，在第一層氣孔的外圍沿著正六邊形的排布布置兩個直徑為0.5μm-0.7μm的第一類氣孔和九個直徑為1.4μm-1.8μm的第三類氣孔；
12、s31、將兩個第一類氣孔以預設間距的兩倍值對稱布置在第一層氣孔頂部的兩側，兩個第一類氣孔的位置和所述第一層氣孔的位置呈等邊三角形，降低了x偏振模式的限制損耗，以保持纖芯中光信號的強度，提高傳感器的測量精度，當倏逝波與金表面自由電子相位匹配時，纖芯模式就會與spp模式發生耦合共振，同時光譜中會出現明顯的共振峰，共振峰的位置對金屬表面液體折射率變化異常敏感。所述模式耦合方程的表達式為：
13、
14、其中，e1和e2分別是纖芯模式和spp模式的電場，β1和β2分別是纖芯模式和spp模式的傳播常數，k為耦合強度，z為傳輸距離；
15、s32、將第一個和第二個第三類氣孔以預設間距的兩倍值對稱布置在第一層氣孔底部的兩側，同時將第三個第三類氣孔以預設間距的兩倍值布置在第一層氣孔的底部；
16、s33、將剩下的六個第三類氣孔以預設間距的兩倍值對稱布置在第一層氣孔的兩側；
17、s4、布置第四層氣孔：以第一層氣孔為中心，在第一層氣孔的外圍沿著正六邊形的排布布置十三個直徑為1.4μm-1.8μm的第三類氣孔；
18、s41、將第一個第三類氣孔以預設間距的三倍值布置在第一層氣孔的底部，同時將第二個、第三個、第四個和第五個第三類氣孔以預設間距的三倍值兩兩對稱布置在第一層氣孔底部的兩側；
19、s42、將剩下的八個第三類氣孔以預設間距的三倍值對稱布置在第一層氣孔的兩側；
20、s5、將纖芯和上述步驟得到的包層結合，得到具有周期性排布氣孔的包層；
21、s6、利用步驟s5得到的包層制備初始預制棒，并將預制棒放到拉絲塔中，通過控制溫度和氣壓，進行熔融拉絲制得預制光纖；
22、s7、在步驟s6得到的預制光纖的拋光平面采用磁控濺射法沉積金膜并將其浸沒在折射率匹配液中，在近紅外波長范圍內，使入射光與金膜、折射率匹配液的相互作用達到最大化，從而調控光子晶體光纖的傳輸特性，通過分析傳輸特性并計算波長靈敏度和消光比，得到具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖。
23、可優選的是，所述石英的外形結構由圓弧曲面和拋光平面組成，所述石英的截面為d型截面，所述圓弧曲面的半徑r為7μm。
24、可優選的是，所述纖芯位于所述第一層氣孔的正上方，與所述石英的圓心在一條豎直線上，垂直于所述石英的拋光平面。
25、可優選的是，所述預設間距的范圍為1.8μm-2μm。
26、可優選本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，其包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述石英的外形結構包括圓弧曲面和拋光平面，所述石英的截面為D型截面，所述圓弧曲面的半徑R為7μm。
3.根據權利要求1或者2所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述纖芯位于所述第一層氣孔的正上方，與所述石英的圓心位于一條豎直線上并垂直于所述石英的拋光平面。
4.根據權利要求1所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述預設間距的范圍為1.8μm-2μm。
5.根據權利要求1所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述第一類氣孔的直徑小于所述第三類氣孔的直徑，所述第三類氣孔的直徑小于第二類氣孔的直徑。
6.根據權利要求1所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，在步驟S6中，氣壓控制范圍為1-3500Pa，溫度控制范圍為1750-2050℃。
7.根據權利要求1所
8.根據權利要求7所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，在步驟S7中，所述金膜的介電常數的表達式為：
9.根據權利要求7所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，在步驟S7中，所述消光比ER的具體表達式為：
10.根據權利要求7所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，在步驟S7中，所述波長靈敏度的具體表達式為：
...【技術特征摘要】
1.一種制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，其包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述石英的外形結構包括圓弧曲面和拋光平面，所述石英的截面為d型截面，所述圓弧曲面的半徑r為7μm。
3.根據權利要求1或者2所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述纖芯位于所述第一層氣孔的正上方，與所述石英的圓心位于一條豎直線上并垂直于所述石英的拋光平面。
4.根據權利要求1所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述預設間距的范圍為1.8μm-2μm。
5.根據權利要求1所述的制備具有傳感和濾波功能的光子晶體光纖的方法，其特征在于，所述第一類氣孔的直徑小于所述第三類氣孔的直徑，所述第三類氣孔的直徑小于第二類氣孔的直徑。
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉英超，任爽，張悅，趙子涵，張延明，
申請(專利權)人：華北理工大學，
類型：發明
國別省市：
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