專利名稱：微光纖布拉格光柵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微光纖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直徑為微米級(jí)的微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
光纖的出現(xiàn)和光纖通信的發(fā)展，使得光纖作為一種傳輸介質(zhì)，以光為載體，在通信、傳感等方面實(shí)現(xiàn)了較好的應(yīng)用。隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)器件開(kāi)始向著微型化和集成化的趨勢(shì)發(fā)展。微光纖能夠?qū)⒐庀拗圃趤啿ㄩL(zhǎng)尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)低損耗的傳輸，同時(shí)，它具有強(qiáng)倏逝場(chǎng)和高光功率密度等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度的光傳感和低閾值的非線性光學(xué)效應(yīng)。另外，微光纖還具有很好的機(jī)械強(qiáng)度和彎曲性能，非常適用于組裝微光子學(xué)器件。微光纖光柵由于結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)環(huán)境靈敏度高，已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。目前制備的微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)通?；诖笥诓ㄩL(zhǎng)量級(jí)微光纖(2-10微米)，并且依賴于光纖材料本身的光敏特性，所以具有尺寸較大等局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微光纖布拉格光柵及其制備方法，該結(jié)構(gòu)的光柵長(zhǎng)度可以小于1毫米，而且可以達(dá)到大于90%的反射效率和很高的折射率傳感靈敏度。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種微光纖布拉格光柵，其特征在于，它為在二氧化硅微光纖表面加工的周期性光柵陣列結(jié)構(gòu)，其中，所述二氧化硅微光纖的直徑約為1-2微米，布拉格光柵的周期為572nm-660nm范圍，槽深為50-200nm，周期數(shù)為 800-1000 左右。一種權(quán)利要求1所述微光纖布拉格光柵的制備方法，該方法包括以下步驟
(1)將普通單模光纖通過(guò)火焰加熱固定區(qū)域拉伸的方法制備1-2微米直徑的微光纖， 制備好的微光纖通過(guò)三維微調(diào)架操作放置在硅片上，微光纖兩端與普通單模光纖相連，兩端的普通單模光纖固定在樣品臺(tái)上；
(2)制備過(guò)程中，將放有微光纖的樣品臺(tái)固定在聚焦離子束加工系統(tǒng)的樣品座上進(jìn)入腔室；通過(guò)聚焦離子束加工系統(tǒng)對(duì)微光纖表面加工布拉格光柵結(jié)構(gòu)，布拉格光柵的周期設(shè)計(jì)在572nm-660nm范圍，槽深在50_200nm，周期數(shù)在800-1000即可達(dá)到較高的反射率和較好地實(shí)現(xiàn)布拉格光柵波長(zhǎng)選擇效應(yīng)；
(3)加工制備完成微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)后，將基底硅片卸下，并且將微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)懸空，進(jìn)行測(cè)量和表征，封裝后即得微光纖布拉格光柵。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明新型微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)，利用了二氧化硅微光纖優(yōu)異的光學(xué)特性，通過(guò)調(diào)節(jié)加工過(guò)程中離子束加工時(shí)間和加工路徑，制備不同周期數(shù)、不同刻蝕深度、長(zhǎng)度為幾百微米的微光纖布拉格光柵。


圖1是本發(fā)明微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理示意圖中，傳統(tǒng)單模光纖1、微光纖2、聚焦離子束加工制備的微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)3。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了一種新型的微光纖布拉格光柵，主要通過(guò)聚焦離子束加工系統(tǒng)在二氧化硅微光纖表面加工了周期性光柵陣列結(jié)構(gòu)。將普通單模光纖通過(guò)火焰加熱固定區(qū)域拉伸的方法制備1-2微米直徑的微光纖， 制備好的微光纖通過(guò)三維微調(diào)架操作放置在硅片上，微光纖兩端與普通單模光纖相連，兩端的普通單模光纖固定在樣品臺(tái)上。制備過(guò)程中，將放有微光纖的樣品臺(tái)固定在聚焦離子束加工系統(tǒng)的樣品座上進(jìn)入腔室。通過(guò)聚焦離子束加工系統(tǒng)對(duì)微光纖表面加工布拉格光柵結(jié)構(gòu)。聚焦離子束加工系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制布拉格光柵的槽深、槽間距以及槽的周期個(gè)數(shù)，如圖1所示。用聚焦離子束加工系統(tǒng)對(duì)微光纖表面進(jìn)行加工得到的布拉格光柵結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，可以達(dá)到僅約 500微米的尺度。為實(shí)現(xiàn)對(duì)通信波段1550nm的波長(zhǎng)選擇，對(duì)于1-2微米直徑的微光纖，布拉格光柵的周期設(shè)計(jì)在572nm-660nm范圍，槽深在50-200nm，周期數(shù)在800-1000即可達(dá)到較高的反射率和較好地實(shí)現(xiàn)布拉格光柵波長(zhǎng)選擇效應(yīng)。加工制備完成微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)后，將基底硅片卸下，并且將微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)懸空，進(jìn)行測(cè)量和表征。使用較低折射率的聚合物等材料封裝該光柵結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)器件化封裝和持久使用。
實(shí)施例在制備微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，聚焦離子束加工系統(tǒng)使用束流為70 pA 的30 keV的鎵離子源，在直徑為1. 8微米的微光纖表面加工周期為576納米、深度為100 微米、周期個(gè)數(shù)為900個(gè)、總長(zhǎng)約為518微米的布拉格光柵結(jié)構(gòu)，通過(guò)測(cè)量得到該微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)在1538納米波長(zhǎng)處具有高達(dá)80%的反射效率。布拉格光柵的周期數(shù)不同，反射率也不同。通過(guò)對(duì)不同周期數(shù)的比較，發(fā)現(xiàn)周期個(gè)數(shù)越多，布拉格光柵的反射率越高，波長(zhǎng)選擇效應(yīng)越明顯。下表是對(duì)于實(shí)施例中1. 8微米的微光纖不同周期數(shù)下的布拉格光柵所實(shí)現(xiàn)的反射率比較。
權(quán)利要求
1.一種微光纖布拉格光柵，其特征在于，它為在二氧化硅微光纖(2)表面加工的周期性光柵陣列結(jié)構(gòu)(3)，其中，所述二氧化硅微光纖(2)的直徑約為1-2微米，布拉格光柵(3) 的周期長(zhǎng)度為572nm-660nm范圍，槽深為50_200nm，周期數(shù)為800-1000左右。
2.—種權(quán)利要求1所述微光纖布拉格光柵的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將普通單模光纖通過(guò)火焰加熱固定區(qū)域拉伸的方法制備1-2微米直徑的微光纖， 制備好的微光纖通過(guò)三維微調(diào)架操作放置在硅片上，微光纖兩端與普通單模光纖相連，兩端的普通單模光纖固定在樣品臺(tái)上；(2)制備過(guò)程中，將放有微光纖的樣品臺(tái)固定在聚焦離子束加工系統(tǒng)的樣品座上進(jìn)入腔室；通過(guò)聚焦離子束加工系統(tǒng)對(duì)微光纖表面加工布拉格光柵結(jié)構(gòu)，布拉格光柵的周期長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在572nm-660nm范圍，槽深在50_200nm，周期數(shù)在800-1000即可達(dá)到較高的反射率和較好地實(shí)現(xiàn)布拉格光柵波長(zhǎng)選擇效應(yīng)；(3)加工制備完成微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)后，將基底硅片卸下，并且將微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)懸空，進(jìn)行測(cè)量和表征，封裝后即得微光纖布拉格光柵。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微光纖布拉格光柵及其制備方法，主要通過(guò)聚焦離子束納米加工與制備系統(tǒng)在二氧化硅微光纖表面加工了周期性光柵陣列結(jié)構(gòu)，該微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)具有反射率高、結(jié)構(gòu)緊湊、散射損耗低的特點(diǎn)，應(yīng)用該結(jié)構(gòu)的液體折射率傳感器具有很高的測(cè)量空間分辨率和折射率靈敏度，本發(fā)明制備的新型微光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)具有很高的可重復(fù)性和可調(diào)節(jié)性，具體可以通過(guò)調(diào)節(jié)微光纖直徑、加工光柵的刻蝕深度、周期長(zhǎng)度、周期數(shù)得到特定反射波長(zhǎng)、反射率、反射帶寬的微光纖布拉格光柵。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102354016SQ20111027889
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者劉艷鑫, 孟超, 童利民, 肖堯 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)