CN108802897A - 空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微流控光纤器件技术领域，具体为一种空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理方法。本发明方法包括：将空芯光子晶体光纤的空气孔进行选择性密封：密封后可以完全阻止气体或液体进入密封的空气孔内；对空芯光子晶体光纤空气孔进行选择性的疏水处理，使气孔内表面达到疏水要求，本发明可以一次性对长距离的空芯光子晶体光纤的空气孔进行选择性的疏水处理，通过切割，每段光纤均可直接使用，节省了大量时间和成本；而且，通过这种方法处理的空芯光子晶体光纤端面没有结构破坏带来的额外光学损耗，既可实现高效的自由空间光耦合，也可以实现光纤的低损耗连接，是光纤功能型器件制备和传感应用的一项重要技术。

Description

空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理方法
技术领域
本发明属于微流控光纤器件技术领域，具体涉及一种对空芯光子晶体光纤的气孔有选择性地进行疏水或亲水处理的方法。
背景技术
微流控技术是光子学、光电子学与微流控科学相结合产生的一门新兴交叉技术。微流控技术涉及微纳制造、化学分析、生物医学、自适应光学、新型激光、光电子器件和新能源等不同学科。微流控光学技术不仅继承了微流体技术在微量化学和生物样品操控与分析等方面的优势，同时也为传统光学器件与系统的微型化、集成化、可调化和低成本化提供了新的解决方案。微流控技术的一个重要研究平台是芯片实验室，即在芯片上通过对微纳米尺度流体精密操控，来实现样品的快速检测与诊断，或制备能集成微流体的多功能光电子器件与系统。在细胞生物学和生物医学等领域，芯片实验室已经发展为重要的工具性平台。然而芯片形式也有其局限性，随着光纤技术的创新发展，特别是微结构光纤与微纳光纤技术的深入发展，光纤实验室，即微流控光纤器件为基础的光纤传感研究得到了广泛关注，它提供了另一种研究微流体的思路和技术，有其独特优势。
近十年来，芯片实验室虽然取得了很大的进展，但由于芯片形式的局限性，不可避免地会面临一些挑战，主要表现为：在保证实验可靠性的前提下怎样提高操控的简便性，如何提高芯片与外界连接的耦合效率和稳定性，如何提高光与微纳流体作用距离来提高灵敏度，如何实现光在亚波长级微流体中的有效传导，和如何缩小检测系统的体积等。而将微流控芯片平台与光纤结合可改进芯片技术的部分局限性。例如把光纤植入到芯片中将方便检测，可利用光纤传输激发光，用光纤收集信号光。这也将减小激发光斑的直径，可取代光学会聚透镜装置，缩小检测系统的体积，提高系统稳定性。可见将光纤技术与微流体结合有很多优势。
空芯光子晶体光纤由于其多气孔的结构，中心空芯可作为微流体通道，可以在微流控传感领域发挥较大的价值。由于空芯光子晶体光纤的导光机理与一般光纤不同，即使在尺寸很小的情况下，也有较强的光场束缚能力。通过在空芯光子晶体光纤的空芯中注入微流体，测量空芯光子晶体光纤的光学特性改变，可以测量液体的一系列光学性质，也可以测量液体中可溶性气体的含量等一系列参数。
通常的毛细管光纤由于其包层一般为二氧化硅，在可见光以及近红外区的折射率为1.45左右。而一般的液体、气体折射率都低于1.45，所以在毛细管的纤芯中填充被测水溶剂，纤芯的折射率低于包层的折射率，无法满足全反射条件，光场很难束缚在纤芯中传播。而在空芯光子晶体光纤中，光场束缚能力较强，待测微流体在进入空芯中，可以显著改变光纤的光学特性，形成新的全反射型液芯光纤，提高测量灵敏度。液芯光子晶体光纤传输损耗，在一定的波长范围内损耗能够小于0.5dB/m。
本发明中阐述的空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水技术处理技术成本较低，可以一次性处理长距离的空芯光子晶体光纤，并切割成1000段以上，每一段空芯光子晶体光纤都具有相同的疏水和亲水性质，易于操作应用，成本较低。由于毛细管作用，可以在未处理的的空气孔内吸入被测液体，疏水性的空气孔则不会有流体流入。相比其它的选择性填充空芯光子晶体光纤空气孔的技术，比如熔融塌陷空芯光子晶体光纤包层空气孔技术，这都会在一定程度上破坏空芯光子晶体光纤的端面，使光纤变形，降低了耦合效率，并且一次性只能处理一段光纤，成本高，不易于规模化的使用。空芯光子晶体光纤由于空气孔很多，内表面的表面积很大，可能附着大量水分，稳定性较差，在潮湿的条件下，较短的时间内光学性质就会发生明显的改变。这给空芯光子晶体光纤的长期运用造成了很大的困难。通过本发明中阐述的空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水技术处理后的空芯光子晶体光纤，由于气孔内表面的疏水性质，受到水汽影响较小，可以在长时间内保持光学稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理方法，以解决空芯光子晶体光纤气孔的选择性填充问题，使得空芯光子晶体光纤在光学性质不受很大影响的前提下，可以较为容易地选择性填充光纤的空芯孔。
本发明提供的空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理方法，具体步骤包括：
（1）将空芯光子晶体光纤的空气孔进行选择性密封，具体操作为：
将紫外线固化胶涂布于需要保持亲水性质的空气孔一端，通过紫外线照射，使紫外线固化胶固化并完全密封中心孔；或者使用放电或加热等方式处理空芯光子晶体光纤端面，使得一部分空气孔塌陷；密封后，可以完全阻止气体或液体进入密封的空气孔内；
（2）对空芯光子晶体光纤空气孔进行选择性的疏水处理，使气孔内表面达到疏水要求具体操作为：
将空芯光子晶体光纤经过选择性密封的一端连接到起泡系统，另一头连接到真空泵；往起泡系统的液体中通入氮气，使得液体快速进入空芯光子晶体光纤未密封的气孔内，并同时使用真空泵抽气，维持空芯光子晶体光纤的气孔内气体的流通。
本发明中，疏水处理的时间为1-48小时，优选15-30小时，更优选24小时左右，使气孔内表面达到疏水要求。
本发明中，起泡系统中的液体可以为六甲基二硅氮烷（(CH3)3SiNHSi(CH3)3，英文缩写HMDS），三甲基氯硅烷（(CH3)3ClSi，英文缩写TMCS）等，使得内表面疏水。
本发明可以一次性处理长距离的空芯光子晶体光纤。按照应用的需求，可以将长距离的光纤切割分段，然后可直接供多次使用，无需每次端面处理。分段处理后的光纤端面平整，没有光纤两端预处理选择性密封部分，可以保证较高的光耦合传输效率。
本发明方法实现了空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理，一次性处理长度长，可以切割后分段多次使用，大大节约了时间和物料成本。处理后的光纤端面完整，可以较为容易的集成到已有的光学系统中，并且损耗较低。可以较为容易地直接使用处理并分段后的光纤进行液体取样，测量液体本身性质或者液体中可溶性气体的性质，也便于进一步的集成化应用。
附图说明
图1是本发明中使用的空芯光子晶体光纤的立体结构和可能的一些端面结构示意图。
图2是空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理流程图。
图3是真空泵、空芯光子晶体光纤、起泡系统连接示意图。
图4是分子结构示意图。其中，a是六甲基二硅氮烷分子结构示意图，b是三甲基硅烷基的分子结构示意图。
图5是经亲水、疏水处理后的气孔内表面示意图。其中，a是亲水处理后的气孔内表面被羟基覆盖的示意图，b是疏水处理后的气孔内表面被三甲基硅烷基覆盖的示意图。
图6是使用紫外线固化胶选择性密封空气孔的示意图。
图7是通过毛细管作用在光纤内填充液体的示意图。
具体实施方式
为了将本发明的目的、技术路线和优势表述的更清晰，以下结合附图，对本发明进行进一步详细阐述。
如图1所示，空芯光子晶体光纤由周围周期性排列的较小的包层孔，中心较大的纤芯孔以及外围的包层结构组成。包层一般为二氧化硅，在1550nm处折射率约为1.45，包层孔和纤芯孔内为空气。空芯光子晶体光纤通过特殊的周期性排列结构来束缚光场，使得光在纤芯孔内传播。空气孔内介质的变化都会造成光场分布的改变。
如图2所示，本发明使用可固化液体的固化或空气孔热熔融选择性塌陷等方式选择性密封需要填充亲水性液体的空气孔。将密封的一端连入起泡系统，将另一端连上真空泵。
如图3所示，疏水处理时液体为疏水性液体。将较长的空芯光子晶体光纤连接上起泡系统和真空泵后，从右边的玻璃管内通入氮气或者其它对光纤性质无影响的气体，打开真空泵抽气，液体分子就会随着气体通入空芯光子晶体光纤的空气孔内，并把基团附着在空气孔的内壁上，从而改变空气孔的亲水或者疏水性质。
处理后的光纤通过光纤切割刀等去除预处理的端面，对于已处理的空气孔的疏水性质无影响。再将长距离的光纤切为应用所需的长度即可直接使用，无需再次对端面进行选择性密封处理，没有端面结构破坏造成的额外损耗。
如图7所示，例如将外围空气孔选择性疏水处理的空芯光子晶体光纤在插入液体中时，由于毛细管现象，液体会自动进入空芯孔中。而外围空气孔由于其疏水性质，液体无法进入。可以通过选择性疏水不同的空气孔来改变液体进入后的光纤光学特性，在液体传感等领域有着巨大的应用前景。

Claims (3)

1.一种空芯光子晶体光纤空气孔选择性疏水处理方法，其特征在于，具体步骤包括：
（1）将空芯光子晶体光纤的空气孔进行选择性密封，具体操作为：
将紫外线固化胶涂布于需要保持亲水性质的空气孔一端，通过紫外线照射，使紫外线固化胶固化并完全密封中心孔；或者使用放电或加热方式处理空芯光子晶体光纤端面，使得空气孔选择性塌陷；密封后，可以完全阻止气体或液体进入密封的空气孔内；
（2）对空芯光子晶体光纤空气孔进行选择性的疏水处理，使气孔内表面达到疏水要求，具体操作为：
将空芯光子晶体光纤经过选择性密封的一端连接到起泡系统，另一头连接到真空泵；往起泡系统的液体中通入氮气，使得液体快速进入空芯光子晶体光纤未密封的气孔内，并同时使用真空泵抽气，维持空芯光子晶体光纤的气孔内气体的流通。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中疏水处理时间为1-48小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中起泡系统中的液体为六甲基二硅氮烷或三甲基氯硅烷。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114264275A (zh) * 2021-12-28 2022-04-01 中国建筑材料科学研究总院有限公司 微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法
CN116337803A (zh) * 2023-01-10 2023-06-27 中南民族大学 一种液体样本成分检测探头、加工方法及检测系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060188398A1 (en) * 2003-08-27 2006-08-24 Canon Kabushiki Kaisha Sensor for detecting a target substance in a fluid
US20070014528A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-18 Lynda Busse Optical fiber clad-protective terminations
CN103131665A (zh) * 2013-02-25 2013-06-05 东南大学 一种复合结构编码微载体及其制备方法和应用
CN106311367A (zh) * 2016-09-29 2017-01-11 东南大学 一种含固核的双重乳液制备微流控装置及制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060188398A1 (en) * 2003-08-27 2006-08-24 Canon Kabushiki Kaisha Sensor for detecting a target substance in a fluid
US20070014528A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-18 Lynda Busse Optical fiber clad-protective terminations
CN103131665A (zh) * 2013-02-25 2013-06-05 东南大学 一种复合结构编码微载体及其制备方法和应用
CN106311367A (zh) * 2016-09-29 2017-01-11 东南大学 一种含固核的双重乳液制备微流控装置及制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIMIN XIAO, 等: "Fabrication of selective injection microstructured optical fibers with a conventional fusion splicer", 《OPTICS EXPRESS》 *
LIMIN XIAO，等: "Hydrophobic photonic crystal fibers", 《OPTICS LETTERS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114264275A (zh) * 2021-12-28 2022-04-01 中国建筑材料科学研究总院有限公司 微纳光栅表面粗糙度的无损检测方法
CN116337803A (zh) * 2023-01-10 2023-06-27 中南民族大学 一种液体样本成分检测探头、加工方法及检测系统
CN116337803B (zh) * 2023-01-10 2024-01-02 中南民族大学 一种液体样本成分检测探头、加工方法及检测系统

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