[发明专利]一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法

说明书

本发明提供的是一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，其特征是：采用纤芯内部嵌有两根金属纳米丝的等离子波混合波导的光纤，高温下热熔扭转，在纤芯内部制备螺旋金属纳米丝结构，实现单模光波到等离子波的耦合；然后拉锥，得到第一锥体，让两根金纳米丝的等离子波导相互靠近，实现等离子波的分束；一段距离后再次拉锥，得到第二锥体，等离子波导再次靠近，实现等离子波的合束和干涉。本发明可完成光波到等离子波的分布式激发，实现光波和等离子波的共传，同时实现等离子波的分束、合束与干涉，可构建基于等离子波的光学器件。

技术领域

本发明涉及的是一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法，属于光纤集成器件技术领域。

背景技术

表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是光和金属表面电子共振所引发的一种电磁混合激发态。由于SPP模式在垂直光传播方向上场强会发生指数性衰减，光场通常被限制在金属表面亚波长尺度内，从而突破了衍射极限。这一极具吸引力的性质为集成光学发展打开了一扇新的大门。近年来，作为纳米光学器件研究的一个分支，表面等离子激元波导成为人们的研究热点，现已有研究者提出诸如金属膜、金纳米线等离子激元波导，且都能实现亚波长尺度的光场传输。

普通光纤类型，比如多种高折射率光纤，并不能突破衍射极限。但光纤具有的柔性结构以及多重优良性质，使得光纤传感有着独特的优势。而SPP的研究和应用越来越广泛，但在光纤中的应用很少。利用SPP模式电磁场能量束缚能力强、可保持稳定偏振态、对介质折射率变化敏感，纳米金属结构可同时通电传光等优点，若能够制备成SPP等离子波和传统光纤混合集成的特种光纤，则除了兼具SPP和普通光纤优良特性的同时，还可与普通光纤互联，易形成新型光电器件，应用于多个领域。

由于光学元器件受到衍射极限的限制，而SPP却能突破光学衍射极限，实现亚波长尺度的分辨率的传输和探测，所以基于表面等离子体的纳米光子器件被认为是最有希望实现纳米全光集成回路的基础。而随着高精度加工技术和集成光学的不断发展，各种各样的SPP波导器件被制造出来。早在2006年Sergey等人就设计制备了工作在通讯波段的沟槽型亚波长SPP波导结构器件，包括Y型分束器、M-Z干涉仪、和波导-环形结构谐振腔(Nature,2006,440(7083):508-511.)。他们证明了沟槽内SPP波导能够实现大角度的弯曲和分束，这为超紧凑型SPP波导集成光路奠定了基础。

申请号为CN201610201519.5的专利提出了一种基于金纳米管的SPP光纤及其制备方法。提出在光纤的纤芯内部集成金属纳米管，形成光波与SPP波共传的混合波导结构。尽管该光纤内部集成了金纳米管，能够实现光波和SPP波的共传，但是由于光纤在轴向上的一致性，使得光波和SPP波的波矢之间不匹配，二者之间难以转换。因此如何实现光纤内部光波和SPP波的高效转换，并且在光纤内部构建SPP波的分波、合波器以及干涉仪是该光纤得到应用的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种在光纤芯中构造等离子波干涉仪的新方法：采用纤芯内部嵌有两根金属纳米丝的等离子波混合波导的光纤，高温下热熔扭转，在纤芯内部制备螺旋金属纳米丝结构，实现单模光波到等离子波的耦合；然后拉锥，得到第一锥体，让两根金纳米丝的等离子波导相互靠近，实现等离子波的分束；一段距离后再次拉锥，得到第二锥体，等离子波导再次靠近，实现等离子波的合束和干涉。

所述的等离子波混合波导的光纤具有单模纤芯和包层，纤芯中嵌有两根金属纳米丝，其中至少有一根偏心分布。

所述的等离子干涉仪可以是等离子波混合波导的光纤在扭转的同时拉锥，制备具有螺旋金属纳米线结构的锥体，在光波到等离子波耦合激发的同时，实现等离子波的分束、合束和干涉。

所述的金属纳米丝可以是金属纳米管。

本发明的有益效果在于：