CN102354016A - 微光纤布拉格光栅及其制备方法 - Google Patents

微光纤布拉格光栅及其制备方法 Download PDF

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童利民
刘艳鑫
孟超
肖尧
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Abstract

本发明公开了一种微光纤布拉格光栅及其制备方法，主要通过聚焦离子束纳米加工与制备系统在二氧化硅微光纤表面加工了周期性光栅阵列结构，该微光纤布拉格光栅结构具有反射率高、结构紧凑、散射损耗低的特点，应用该结构的液体折射率传感器具有很高的测量空间分辨率和折射率灵敏度，本发明制备的新型微光纤布拉格光栅结构具有很高的可重复性和可调节性，具体可以通过调节微光纤直径、加工光栅的刻蚀深度、周期长度、周期数得到特定反射波长、反射率、反射带宽的微光纤布拉格光栅。

Description

微光纤布拉格光栅及其制备方法
技术领域
本发明属于微光纤技术领域，尤其涉及一种直径为微米级的微光纤布拉格光栅结构及其制备方法。
背景技术
光纤的出现和光纤通信的发展，使得光纤作为一种传输介质，以光为载体，在通信、传感等方面实现了较好的应用。随着光纤技术的不断发展，光学器件开始向着微型化和集成化的趋势发展。微光纤能够将光限制在亚波长尺度内实现低损耗的传输，同时，它具有强倏逝场和高光功率密度等特点，能够实现高灵敏度的光传感和低阈值的非线性光学效应。另外，微光纤还具有很好的机械强度和弯曲性能，非常适用于组装微光子学器件。
微光纤光栅由于结构紧凑、对环境灵敏度高，已经引起广泛关注。目前制备的微光纤布拉格光栅结构通常基于大于波长量级微光纤（2-10微米），并且依赖于光纤材料本身的光敏特性，所以具有尺寸较大等局限性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微光纤布拉格光栅及其制备方法，该结构的光栅长度可以小于1毫米，而且可以达到大于90%的反射效率和很高的折射率传感灵敏度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种微光纤布拉格光栅，其特征在于，它为在二氧化硅微光纤表面加工的周期性光栅阵列结构，其中，所述二氧化硅微光纤的直径约为1-2微米，布拉格光栅的周期为572nm-660nm范围，槽深为50-200nm，周期数为800-1000左右。
一种权利要求1所述微光纤布拉格光栅的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将普通单模光纤通过火焰加热固定区域拉伸的方法制备1-2微米直径的微光纤，制备好的微光纤通过三维微调架操作放置在硅片上，微光纤两端与普通单模光纤相连，两端的普通单模光纤固定在样品台上；
（2）制备过程中，将放有微光纤的样品台固定在聚焦离子束加工系统的样品座上进入腔室；通过聚焦离子束加工系统对微光纤表面加工布拉格光栅结构，布拉格光栅的周期设计在572nm-660nm范围，槽深在50-200nm，周期数在800-1000即可达到较高的反射率和较好地实现布拉格光栅波长选择效应；
（3）加工制备完成微光纤布拉格光栅结构后，将基底硅片卸下，并且将微光纤布拉格光栅结构悬空，进行测量和表征，封装后即得微光纤布拉格光栅。
本发明的有益效果是：本发明新型微光纤布拉格光栅结构，利用了二氧化硅微光纤优异的光学特性，通过调节加工过程中离子束加工时间和加工路径，制备不同周期数、不同刻蚀深度、长度为几百微米的微光纤布拉格光栅。
附图说明
图1是本发明微光纤布拉格光栅结构的结构原理示意图；
图中，传统单模光纤1、微光纤2、聚焦离子束加工制备的微光纤布拉格光栅结构3。 
具体实施方式
本发明公开了一种新型的微光纤布拉格光栅，主要通过聚焦离子束加工系统在二氧化硅微光纤表面加工了周期性光栅阵列结构。
将普通单模光纤通过火焰加热固定区域拉伸的方法制备1-2微米直径的微光纤，制备好的微光纤通过三维微调架操作放置在硅片上，微光纤两端与普通单模光纤相连，两端的普通单模光纤固定在样品台上。
制备过程中，将放有微光纤的样品台固定在聚焦离子束加工系统的样品座上进入腔室。通过聚焦离子束加工系统对微光纤表面加工布拉格光栅结构。聚焦离子束加工系统可以实时监控和控制布拉格光栅的槽深、槽间距以及槽的周期个数，如图1所示。用聚焦离子束加工系统对微光纤表面进行加工得到的布拉格光栅结构紧凑，尺寸小，可以达到仅约500微米的尺度。为实现对通信波段1550nm的波长选择，对于1-2微米直径的微光纤，布拉格光栅的周期设计在572nm-660nm范围，槽深在50-200nm，周期数在800-1000即可达到较高的反射率和较好地实现布拉格光栅波长选择效应。
加工制备完成微光纤布拉格光栅结构后，将基底硅片卸下，并且将微光纤布拉格光栅结构悬空，进行测量和表征。使用较低折射率的聚合物等材料封装该光栅结构可以实现器件化封装和持久使用。
实施例
在制备微光纤布拉格光栅结构的过程中，聚焦离子束加工系统使用束流为70 pA的30 keV的镓离子源，在直径为1.8微米的微光纤表面加工周期为576纳米、深度为100微米、周期个数为900个、总长约为518微米的布拉格光栅结构，通过测量得到该微光纤布拉格光栅结构在1538纳米波长处具有高达80%的反射效率。布拉格光栅的周期数不同，反射率也不同。通过对不同周期数的比较，发现周期个数越多，布拉格光栅的反射率越高，波长选择效应越明显。
下表是对于实施例中1.8微米的微光纤不同周期数下的布拉格光栅所实现的反射率比较。 
周期个数 58 150 277 357 710 900
反射率 0.11 0.32 0.47 0.66 0.78 0.84
本发明为制备微小型微光纤布拉格光栅提供了一种重复性高、准确性好、操作灵活的聚焦离子束加工方法和结构，利用这种结构，能够制备直径在亚波长量级的微光纤布拉格光栅结构，为光纤布拉格光栅的制备、研究和应用做出了拓展。
这就促成了一种新型的微光纤布拉格光栅的制备方法，实现在亚波长普通微光纤上制备微光纤布拉格光栅结构，该结构具有很强的通用性。

Claims (2)

1.一种微光纤布拉格光栅，其特征在于，它为在二氧化硅微光纤（2）表面加工的周期性光栅阵列结构（3），其中，所述二氧化硅微光纤（2）的直径约为1-2微米，布拉格光栅（3）的周期长度为572nm-660nm范围，槽深为50-200nm，周期数为800-1000左右。
2.一种权利要求1所述微光纤布拉格光栅的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将普通单模光纤通过火焰加热固定区域拉伸的方法制备1-2微米直径的微光纤，制备好的微光纤通过三维微调架操作放置在硅片上，微光纤两端与普通单模光纤相连，两端的普通单模光纤固定在样品台上；
（2）制备过程中，将放有微光纤的样品台固定在聚焦离子束加工系统的样品座上进入腔室；通过聚焦离子束加工系统对微光纤表面加工布拉格光栅结构，布拉格光栅的周期长度设计在572nm-660nm范围，槽深在50-200nm，周期数在800-1000即可达到较高的反射率和较好地实现布拉格光栅波长选择效应；
（3）加工制备完成微光纤布拉格光栅结构后，将基底硅片卸下，并且将微光纤布拉格光栅结构悬空，进行测量和表征，封装后即得微光纤布拉格光栅。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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