[发明专利]一种高非线性复合结构微纳光波导线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及LB镀膜和微纳光学技术领域，具体涉及一种基于LB镀膜的复合结构亚波长直径微纳光波导线。

背景技术

Langmuir-Blogeet膜，简称LB膜，它是将具有亲水头和疏水尾的两亲分子分散在水面(亚相)上，沿水平方向对水面施加压力，使分子在水面上紧密排列，形成一层排列有序的不溶性单分子膜。LB膜技术就是将上述的气/液界面上的单分子膜转移到固体表面并实现连续转移组装的技术。LB膜具有膜厚可准确控制，制膜过程不需要很高的条件，简单易操作，膜中分子排列高度有序等特点，因此可实现在分子水平上的组装，在材料学、光学、电化学和生物仿生学等领域都具有广泛的应用前景。近年来已开展了众多研究，涉及生物膜仿生模拟、超薄膜制备、光学以及传感器等方面。嗜盐菌紫膜则是一种优良的非线性光学(NLO)材料，作为一种典型的光敏细胞膜，其中起非线性作用的是一种蛋白质——细菌视紫红质分子(bacteriorhodopsin，BR)。BR在功能和结构上与动物视网膜上的感光元——视紫红质分子十分相似，对光照十分敏感，当BR吸收光子之后会驱动质子作跨膜运动，自身经历一系列中间态返回原始态而完成一个光循环，因此在光信息处理和光计算技术中有着十分重要的应用前景。通过高温拉伸法从普通单模光纤拉制出的亚波长直径微纳光波导线，表面粗糙度可以低至原子量级，直径非常均匀，光传输损耗远远小于其他类型的亚波长尺度光波导，可表现出强光场约束、大比例倏逝波、高非线性等特性，在微纳光子器件、光子传感、非线性光学和原子波导等方面具有潜在的应用价值。

由于现有报道中，LB镀膜工艺都是在玻璃基片上完成，因此在基片尺寸、形状和与光学系统的融合上都存在局限性。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种高非线性复合结构维纳光波导线及其制备方法，这种维纳光波导线在脉冲压缩、波长变换、生物光开关、光存储、光子传感以及各种微纳光子器件和生物光子器件的研究中有着巨大的应用潜力。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种高非线性复合结构微纳光波导线，其特征在于，包括二氧化硅微光纤，其长度等于或大于30毫米，直径为0.4～8微米，表面通过LB镀膜技术沉积有1～100层嗜盐菌紫膜，每层嗜盐菌紫膜厚度为5～20纳米；所述二氧化硅微光纤的两端通过锥形过渡区连接标准光纤，用于连接各种光学仪器。

一种高非线性复合结构微纳光波导线的制备方法，其特征在于，包括一下步骤：

①利用直径为0.4～8微米、长度等于或者大于30毫米的二氧化硅微光纤作为基底，放置于亚相中；

②使亚相表面的嗜盐菌紫膜分子构成紧密排列的单分子膜，将二氧化硅微光纤从亚相液面沿垂直方向提出，在膜压的作用下，气/液界面表面连续转移到二氧化硅微光纤的表面，构成一层单分子嗜盐菌紫膜LB膜，控制二氧化硅微光纤的提出速度使嗜盐菌紫膜LB厚度为5～20纳米；

③重复步骤②(N-1)次得到N层嗜盐菌紫膜，其中1≤N≤100；

④将步骤③所得到的二氧化硅微光纤通过锥形过渡区连接标准光纤，用于连接各种光学仪器。

本发明的有益效果：本发明利用直径为1微米的二氧化硅微光纤作为基底，通过LB镀膜技术在微纳光波导线表面上沉积一层嗜盐菌紫膜的薄膜，厚度为5个纳米。光在微纳光波导线中以大比列的倏逝波形式传输，在其表面传输的倏逝波与嗜盐菌紫膜分子相互作用，可以产生极高的光学非线性效应。与普通石英光纤以及普通的微光纤相比，此种高非线性复合结构光纳米线具有更高的光学非线性效应，在脉冲压缩、波长变换、生物光开关、光存储、光子传感以及各种微纳光子器件和生物光子器件的研究中有着较大的应用潜力。

本发明首次提出将LB镀膜技术与亚波长直径的微纳光波导线相结合，嗜盐菌紫膜优良的光学非线性效应与微光纤同样优良的光学非线性特性通过LB镀膜方式相结合，获得一种高非线性复合结构的微纳光波导线，该波导线的非线性的光学特性将得到很大的提升。这种高非线性的复合结构微纳光波导线在脉冲压缩、波长变换、生物光开关、光存储、光子传感以及各种微纳光子器件和微纳光电子器件的研究中有着巨大的应用潜力。

附图说明

图1是高非线性复合结构微纳光波导线的结构简图；

图2是高非线性复合结构微纳光波导线的LB成膜原理简图；

图3是微纳光波导线LB镀膜过程示意图

图4是高非线性复合结构微纳光波导线的镀膜装置简图；

图5是复合结构微纳光波导线的光学非线性效应简图；