[发明专利]一种基于可调控胶体光子晶体的滤波光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种光纤制作研究领域，特别是涉及一种基于可调控胶体光子晶体的滤波光纤及其制备方法。

背景技术

胶体晶体是由一种或多种单分散的胶体颗粒(无机或有机，尺度在微米或亚微米级)组装形成的具有二维或三维有序结构的一类物质。由于胶体粒子的长程有序排列使胶体晶体产生了光子带隙，所以也称胶体晶体为胶体光子晶体。通常，胶体晶体的衍射波峰位置遵循布拉格衍射公式，即mλ＝2ndsinθ，其中m为衍射级数，λ为衍射波长，n为胶体晶体的平均折射率，d为胶体晶体的晶格间距，θ为入射光角度。由此可见，胶体晶体的衍射波长和构成其结构的胶体颗粒的尺寸及折射率相关，选用不同尺寸或材料的胶体颗粒组装成胶体晶体就可得到不同的光子禁带位置。

胶体晶体可被制备成非密堆积的结构。由于溶剂中粒子之间的相互排斥力和静电作用力，光子晶体粒子可在悬浊液中形成非密堆积结构。Asher等人最先报道了用水凝胶固定非密堆积的胶体粒子三维阵列的研究，并利用该方法成功获得了非密堆积的胶体光子晶体薄膜。通过外场调控水凝胶的扩展或者收缩，从而引起胶体粒子间距的改变，导致胶体晶体衍射峰的改变。基于上述原理，提出以可调控胶体光子晶体制备滤波光纤。与现有常规光纤相比，本发明涉及的滤波光纤具有体积小、成本低、滤波范围可调节、操作简单、可批量大规模生产等优势，适用于微细条件下的光谱检测，调制。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于可调控胶体光子晶体的滤波光纤，能解决现有技术中光纤及其系统存在的光谱调制复杂，制作工艺繁琐，难以微型化，滤波范围固定等缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于可调控胶体光子晶体的滤波光纤，包括光纤、动态光谱调节单元和光纤连接器，所述动态光谱调节单元包括基质、胶体光子晶体和封装套，所述光纤与光纤连接器连接，所述动态光谱调节单元位于光纤连接器内，由封装套封装。

在本发明一个较佳实施例中，所述光纤为单模光纤或多模光纤。

在本发明一个较佳实施例中，所述胶体光子晶体呈非密堆积的蛋白石结构或反蛋白石结构，厚度为100纳米至2×10⁶纳米。

在本发明一个较佳实施例中，所述的胶体光子晶体选自二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述胶体光子晶体粒子的粒径为10纳米至500纳米。

在本发明一个较佳实施例中，所述基质为溶液态或水凝胶态。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种制备基于可调控胶体光子晶体的滤波光纤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先、胶体光子晶体溶液的配制：

以单分散的胶体光子晶体配制胶体晶体溶液，后续需要制成水凝胶薄膜的胶体晶体溶液还需按一定的体积比与合适的水凝胶混合，并添加适量的光引发剂；

其次、动态光谱调节单元的安装：

将配制待用的胶体光子晶体悬浊液注入光纤连接器形成的模具内，并完成封装，水凝胶悬浊液还需要将模具置于高压汞灯通过紫外固化法或置于烘箱内通过热固化法进行固化形成水凝胶薄膜；

再次、滤波光纤滤波区间的控制：

根据所使用的胶体光子晶体的性质，选择合适的外场对胶体光子晶体的晶格距离进行调控，进而从全波段的光谱中筛选出和光子晶体水凝胶禁带一致的滤波范围。

在本发明一个较佳实施例中，所述胶体光子晶体选自二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金、银中的一种或多种。 

在本发明一个较佳实施例中，所述胶体光子晶体分散于水、氮氮二甲基甲酰胺、丙烯碳酸酯、硅油、硝基苯、二苯醚、二甲基亚砜中的一种或者多种混合溶剂形成的溶液中。

在本发明一个较佳实施例中，所述胶体光子晶体分散于甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种混合的水凝胶中。

本发明的有益效果是：本发明光纤制备方法工艺简单，体积小、滤波范围可调节、操作简单、可批量大规模生产，适用于微细条件下的光谱检测，调制。附图说明

图1是本发明基于可调控胶体光子晶体的滤波光纤的较佳实施例的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、光纤；2、光纤连接器；3、基质；4、胶体光子晶体；5、封装套。