[发明专利]一种利用外部光栅谐振腔测量锥形纳米光纤直径的方法

摘要

本发明涉及精确测量具有亚波长数量级的纳米光纤的腰部区域直径,具体为一种利用外部光栅谐振腔测量锥形纳米光纤直径的方法，解决了现有方法如利用回音壁模或二次谐波产生测量纳米光纤直径时需要对数据进行复杂后续处理得出纳米光纤的直径以及问题。利用外部光栅谐振腔测量纳米光纤直径的方法具体为如下步骤:在硅基材料的平面上构建外部光栅及谐振腔参数；搭建外部光栅谐振腔测量纳米光纤直径系统；在高分辨率光谱仪中观察共振峰并调节线偏振器实施精确测量。本发明所述的方法装置结构简单、对样品无污染及损伤、综合成本较低、操作容易并能够将测量直径精度提高至1nm。可广泛用于亚波长波导及光纤径向尺寸的精密测量领域。

主权项

1.一种利用外部光栅谐振腔测量锥形纳米光纤直径的方法，其特征在于：包括如下步骤：（一）在硅基材料的平面上构建外部光栅及谐振腔：在硅基材料的平面上制作形状为矩形的谐振腔（1）和光栅（2），谐振腔（1）位于硅基材料的平面中心，宽度为480nm、深度为2μm，光栅（2）周期为320nm、板条深度为2μm、光栅板条数目为200个、占空比为10%，分布在谐振腔（1）的两边，形成外部光栅谐振腔（11）；（二）搭建外部光栅谐振腔测量纳米光纤直径系统：将测量所需激光源（3）与线偏振器（4）相连后再经过环行器（5）的输入端，环行器的一个输出端与高分辨率光谱仪（6）连接，另一输出端连接输入光纤，输入光纤在载物台（7）上用第一压脚（8）和第二压脚（9）固定，纳米光纤（10）一端与输入光纤用光纤连接头连接，另一端与输出光纤用光纤连接头连接，纳米光纤（10）居于两光纤之间，在纳米光纤（10）中心位置正下方放置外部光栅谐振腔（11），纳米光纤（10）的轴向与光栅槽方向相互垂直，外部光栅谐振腔（11）位于三维高精度平移台（12）上，三维高精度平移台（12）将外部光栅谐振腔（11）固定，输出光纤的另一端用第三压脚（14）和第四压脚（15）固定，位于载物台（16）上并与低分辨率光谱仪（17）连接；（三）在高分辨率光谱仪中观察共振峰并调节线偏振器实施精确测量：测量过程中调节激光源（3）使其发出的光经过线偏振器（4）、环行器（5）、待测纳米光纤（10）、部分光直接进入低分辨率光谱仪（17），部分反射光再次进入纳米光纤（10）经过环行器（5）进入到高分辨率光谱仪（6）中，调节线偏振器（4），分别观察低分辨率光谱仪（17）和高分辨率光谱仪（6），当高分辨光谱仪（6）中观察到光反射谱时精细调节线偏振器（4），调节幅度在±1 nm范围内，使高分辨率光谱仪（6）中的光反射谱的半高宽度对应的波长之差最小，光谱形状最清晰时保存测量的数据，将得到的高分辨率光谱仪（6）光谱数据用高斯拟合，可以得到共振光谱两峰之间半高宽度处两横坐标之和的一半即为上述纳米光纤（10）对应的共振波长，之后将所测的共振波长带入到通过理论计算得到的共振波长与光纤直径的关系满足的线性方程中即可计算出待测纳米光纤（10）的直径。