CN117289399A - 一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，包括激光部件、光纤部件、光纤偏振控制器和观测部件，光纤部件包括光纤主体、纳米颗粒和透明腔体，光纤主体包括至少一部分微纳光纤，微纳光纤和纳米颗粒设置在透明腔体内，纳米颗粒能够使微纳光纤发生弯曲偏转，不仅能够打破传统光纤偏折的非对称结构要求、光纤末端偏折的位置限制，还能够在光纤结构固定时，通过改变激光部件的功率产生弯曲位置可调的微纳光纤偏转，提高了微纳光纤弯曲偏转的灵活性，有利于产生灵活度更高、维度更多、位置可调的微纳光纤弯曲偏转，拓宽了微纳光纤在实际中的应用场景。

Description

一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置
技术领域
本发明涉及微纳光纤技术领域，特别涉及一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置。
背景技术
电磁波携带着能量、线动量以及角动量。光与物质发生相互作用时，他们之间的能量和动量亦相互交换，进而产生光力。近年来，关于光力的科学研究逐渐增多，使得光力的应用场景越来越广泛，例如，利用光梯度力对微粒实现捕获和操纵，利用光子自身携带的角动量使得微马达发生旋转，利用光力制造光学频率梳光源等。有实验观察到，连续波光源通过一段纳米光纤会引起光纤的形变。基于该实验现象，人们利用光耦合进光纤进行传输的状态调控，实现了微纳光纤的偏转。但现有的光纤偏转方法只能实现非对称微纳光纤末端的偏转，这使得微纳光纤在实际应用中受到限制。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种能够实现对称微纳光纤偏转、拓展微纳光纤偏转应用领域的调节微纳光纤弯曲偏转的装置。
根据本发明的第一方面实施例的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，包括激光部件；
光纤部件，所述光纤部件与所述激光部件相连，所述光纤部件包括光纤主体、纳米颗粒和透明腔体，所述光纤主体包括至少一部分微纳光纤，所述微纳光纤和所述纳米颗粒设置在所述透明腔体内，所述纳米颗粒设置在所述微纳光纤上方；
光纤偏振控制器，所述光纤部件设置在所述光纤偏振控制器上，所述光纤偏振控制器用于对光纤的偏振进行调整；
观测部件，所述观测部件朝向所述透明腔体设置，所述观测部件用于对所述微纳光纤的弯曲偏转进行观测。
根据本发明第一方面实施例的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，至少具有如下有益效果：本发明的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，包括激光部件、光纤部件、光纤偏振控制器和观测部件，光纤部件包括光纤主体、纳米颗粒和透明腔体，光纤主体包括至少一部分微纳光纤，微纳光纤和纳米颗粒设置在透明腔体内，纳米颗粒能够使微纳光纤发生弯曲偏转，不仅能够打破传统光纤偏折的非对称结构要求、光纤末端偏折的位置限制，还能够在光纤结构固定时，通过改变激光部件的功率产生弯曲位置可调的微纳光纤偏转，提高了微纳光纤弯曲偏转的灵活性，有利于产生灵活度更高、维度更多、位置可调的微纳光纤弯曲偏转，拓宽了微纳光纤在实际中的应用场景。
根据本发明的一些实施例，所述激光部件包括激光器、偏振片和耦合透镜，所述偏振片和所述耦合透镜依次设置在所述激光器前。
根据本发明的一些实施例，所述光纤偏振控制器包括用于对所述光纤主体进行固定的光纤固定部件和用于对所述光纤主体进行调整的光纤调整部件。
根据本发明的一些实施例，所述光纤固定部件包括底座、偏振固定器和光纤固定螺母，所述偏振固定器用于对所述底座进行固定，所述光纤固定螺母用于对所述光纤进行固定。
根据本发明的一些实施例，所述光纤调整部件包括光纤旋转台和光纤挤压螺母，所述光纤挤压螺母设置在所述光纤旋转台上，所述光纤挤压螺母用于对所述光纤进行挤压，所述光纤旋转台用于带动所述光纤转动。
根据本发明的一些实施例，所述光纤主体设置为单模光纤，所述光纤主体的材料为二氧化硅。
根据本发明的一些实施例，所述微纳光纤的长度大于10μm，所述微纳光纤的直径小于1μm。
根据本发明的一些实施例，所述纳米颗粒设置为球状的二氧化硅，所述纳米颗粒的直径为300nm。
根据本发明的一些实施例，所述透明腔体设置为亚克力材料，所述透明腔体包括入口、出口和连通所述入口和所述出口的安放腔，所述微纳光纤和所述纳米颗粒设置在所述安放腔内，所述入口和所述出口通过胶水密封。
根据本发明的一些实施例，所述观测部件包括显微物镜和记录器，所述显微物镜用于放大所述微纳光纤的弯曲偏转，所述记录器用于记录所述微纳光纤的弯曲偏转量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置的结构示意图；
图2是图1所示出的光纤偏振控制器的俯视图；
图3是图1所示出的光纤偏振控制器的侧视图；
图4是图1所示出的光纤偏振控制器的左视图；
图5是图1所示出的透明腔体的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右、内、外等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、装配、配合等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面参照图1至图5描述本发明实施例的一种调节微纳光纤310弯曲偏转的装置。本发明实施例的一种调节微纳光纤310弯曲偏转的装置，如图1至图5所示，包括激光部件、光纤部件、光纤偏振控制器200和观测部件400，光纤部件与激光部件相连，光纤部件包括光纤主体300、纳米颗粒320和透明腔体330，光纤主体300包括至少一部分微纳光纤310，微纳光纤310和纳米颗粒320设置在透明腔体330内，能够避免空气流动等环境因素对实验产生干扰。纳米颗粒320设置在微纳光纤310上方，微纳光纤310在捕获纳米颗粒320的同时，微纳光纤310自身在线偏振光激励条件下能够向纳米颗粒320所在的横向方向发生弯曲偏转，能够打破传统光纤偏折的非对称结构要求、光纤末端偏折的位置限制，提供了一种新的微纳光纤310弯曲方式；此外，在圆偏振光激励条件下，微纳光纤310可往横向的两个方向均产生弯曲，提供了一种多维度的光纤弯曲偏转方式；再者，通过输入不同波长与功率的激光，可实现不同程度的光纤弯曲；同时，本发明可以通过调节激励激光的功率，使纳米颗粒320的散射力得以克服摩檫力从而沿着微纳光纤310移动，待移动到目标位置再降低激光功率，实现特定位置的微纳光纤310弯曲，拓宽了微纳光纤310的应用场景。
光纤部件设置在光纤偏振控制器200上，光纤偏振控制器200用于对光纤的偏振进行调整，具体地，通过光纤偏振控制器200能够对输入微纳光纤310的偏振光方向进行调整，使微纳光纤310向不同的方向产生弯曲，对微纳光纤310的应用进行拓展。
观测部件400朝向透明腔体330设置，具体地，观测部件400设置在透明腔体330下方，观测部件400能够透过透明腔体330对微纳光纤310的弯曲偏转进行观测，通过放大实验现象以便更明显地观察微纳光纤310的弯曲偏转情况，并对微纳光纤310的弯曲偏移量进行记录。
本发明的一种调节微纳光纤310弯曲偏转的装置，不仅能够打破传统光纤偏折的非对称结构要求、光纤末端偏折的位置限制，还能够在光纤结构固定时，通过改变激光部件的功率产生弯曲位置可调的微纳光纤310偏转，提高了微纳光纤310弯曲偏转的灵活性，有利于产生灵活度更高、维度更多、位置可调的微纳光纤310弯曲偏转，拓宽了微纳光纤310在实际中的应用场景。
具体地，下面对微纳光纤310的几种弯曲偏转情况进行说明。
以图1中x、y、z轴的方向为下文中x轴方向偏振或y轴方向偏振的方向。当在微纳光纤310的一端输入x轴方向偏振或y轴方向偏振激光，纳米颗粒320所在的微纳光纤310部分会发生相应的弯曲偏转，将输入激光调节为左旋或右旋圆偏振，此时微纳光纤310的弯曲偏转方向会发生改变。具体地，若在微纳光纤310的一端输入x轴方向偏振或y轴方向偏振激光，纳米颗粒320所在的微纳光纤310部分会朝x轴所在的方向弯曲偏转；而若把输入的激光偏振调节为左旋或右旋圆偏振，微纳光纤310的偏转方向转变为x轴和y轴之间的某一方向。
另外，对输入微纳光纤310的激光的波长和功率进行改变，纳米颗粒320所在的微纳光纤310部分会发生弯曲偏转，且弯曲程度会随波长和功率发生改变。具体地，减小输入微纳光纤310的激光功率，微纳光纤310部分的弯曲偏转量会减小。具体地，将输入微纳光纤310的激光波长从633nm改变为532nm，微纳光纤310部分的弯曲偏转量会减小。另外，将输入微纳光纤310的激光波长从633nm改变为1310nm，微纳光纤310部分的弯曲偏转量也会减小。
另外，对输入微纳光纤310的激光的功率进行调节，微纳光纤310部分会发生不同位置处的弯曲偏转。具体地，增大输入微纳光纤310的激光功率，纳米颗粒320会克服摩檫力并在散射力的牵引下沿微纳光纤310的z轴方向移动，待纳米颗粒320移动到目标位置再降低激光功率，纳米颗粒320在微纳光纤310上的位置将改变，且微纳光纤310发生弯曲偏转的位置一并发生改变。
根据本发明的一些实施例，激光部件包括激光器110、偏振片120和耦合透镜130，偏振片120和耦合透镜130依次设置在激光器110前。激光器110作为光源采用单波长(350nm-2000nm)的连续光，偏振片120和耦合透镜130依次设置在激光器110前，由激光器110产生的激光经过偏振片120和耦合透镜130后，输入到光纤主体300中进行传输。
根据本发明的一些实施例，光纤偏振控制器200包括用于对光纤主体300进行固定的光纤固定部件和用于对光纤主体300进行调整的光纤调整部件。光纤偏振控制器200可以对输入光的偏振态进行转换，将输入光的任意偏振态转换为所需的任意偏振态，具体地，光纤固定部件对光纤主体300进行固定，光纤调整部件对光纤主体300进行调整，利用应力使光纤主体300产生连续可调的双折射效应。
根据本发明的一些实施例，光纤固定部件包括底座210、偏振固定器220和光纤固定螺母230，偏振固定器220用于对底座210进行固定，光纤固定螺母230用于对光纤主体300进行固定。光纤固定螺母230设置在底座210上，偏振固定器220设置在底座210两侧对底座210进行固定，偏振固定器220对光纤主体300进行固定，便于后续光纤调整部件对光纤主体300进行调整时光纤主体300的稳定。
根据本发明的一些实施例，光纤调整部件包括光纤旋转台240和光纤挤压螺母250，光纤挤压螺母250设置在光纤旋转台240上，光纤挤压螺母250用于对光纤主体300进行挤压，光纤旋转台240用于带动光纤主体300转动。具体地，光纤挤压螺母250对光纤主体300进行挤压，光纤旋转台240用于带动光纤主体300转动，通过挤压和转动两种机制的应力能够使光纤产生连续可调的双折射效应，将输入光的任意偏振态转换为所需的任意偏振态。
根据本发明的一些实施例，光纤主体300设置为单模光纤，光纤主体300的材料为二氧化硅。光纤主体300采用单模光纤，光纤主体300的材料为二氧化硅，折射率在633nm下约为1.45。在其他的一些实施例中，光纤主体300的材料还可以设置为氮化硅、硫系玻璃等。
在一些实施例中，微纳光纤310的长度大于10μm，微纳光纤310的直径小于1μm。具体地，光纤主体300的中部约15μm的一段采用热拉伸法将其拉制为微纳光纤310，直径约为600nm。可以理解的是，在其他的一些实施例中，光纤主体300的直径还可以拉制为800nm、500nm等。
在一些实施例中，纳米颗粒320设置为球状的二氧化硅，纳米颗粒320的直径为300nm。纳米颗粒320设置为球状的二氧化硅，纳米颗粒320的折射率在633nm下约为1.45，直径约为300nm。纳米颗粒320通过光纤锥放置在微纳光纤310上，纳米颗粒320放置在x轴方向上。可以理解的是，在一些其他实施例中，纳米颗粒320的材料还可以设置为有机玻璃、聚苯乙烯等。在一些其他实施例中，纳米颗粒320的直径还可以设置为400nm、500nm等。
根据本发明的一些实施例，透明腔体330设置为亚克力材料，透明腔体330包括入口、出口331和连通入口和出口331的安放腔，微纳光纤310和纳米颗粒320设置在安放腔内，入口和出口331通过胶水密封。微纳光纤310和纳米颗粒320被密封在透明腔体330内，具体地，透明腔体330包括入口、出口331和安放腔，安放腔连通入口和出口331，微纳光纤310和纳米颗粒320设置在安放腔内，入口和出口331通过胶水密封，避免空气等外界因素对微纳光纤310和纳米颗粒320造成干扰，保证结果的准确性。
根据本发明的一些实施例，观测部件400包括显微物镜和记录器，显微物镜用于放大微纳光纤310的弯曲偏转，记录器用于记录微纳光纤310的弯曲偏转量。显微物镜和记录器组成观测部件400，显微物镜用于对微纳光纤310的弯曲偏转现象进行放大，便于对微纳光纤310额弯曲偏转进行观察，记录器用于记录微纳光纤310的弯曲偏移量，具体地，在一些实施例中，记录器设置为CCD相机、摄像设备或图像传感器等。
下面通过一个具体实施例来对本发明作更进一步地说明。
本发明实施例的一种调节微纳光纤310弯曲偏转的装置，如图1至图5所示，包括激光部件、光纤部件、光纤偏振控制器200和观测部件400，激光部件包括激光器110、偏振片120和耦合透镜130，偏振片120和耦合透镜130依次设置在激光器110前，由激光器110产生的激光经过偏振片120和耦合透镜130后，输入到光纤主体300中进行传输。光纤主体300的中间一段拉制为微纳光纤310，用光纤锥将纳米颗粒320放置在微纳光纤310上，纳米颗粒320与微纳光纤310设置于透明腔体330内并进行密封，具体地，激光器110的光源采用633nm的连续光，光纤采用单模光纤，材料为二氧化硅，折射率在633nm下约为1.45；光纤中部约15μm的一段采用热拉伸法将其拉制为微纳光纤310，直径约为600nm；纳米颗粒320采用二氧化硅小球，折射率在633nm下约为1.45，直径约为300nm。透明腔体330采用亚克力材料，大小为10cm*8cm*8cm的长方体，透明腔体330包括入口、出口331和安放腔，安放腔连通入口和出口331，微纳光纤310和纳米颗粒320设置在安放腔内，入口和出口331通过胶水密封，避免空气等外界因素对微纳光纤310和纳米颗粒320造成干扰，保证结果的准确性。
光纤偏振控制器200包括光纤固定部件和光纤调整部件，光纤固定部件包括底座210、偏振固定器220和光纤固定螺母230，偏振固定器220用于对底座210进行固定，光纤固定螺母230用于对光纤主体300进行固定，光纤固定螺母230设置在底座210上，偏振固定器220设置在底座210两侧对底座210进行固定，偏振固定器220对光纤主体300进行固定，便于后续光纤调整部件对光纤主体300进行调整时光纤主体300的稳定。光纤调整部件包括光纤旋转台240和光纤挤压螺母250，光纤挤压螺母250设置在光纤旋转台240上，光纤挤压螺母250用于对光纤主体300进行挤压，光纤旋转台240用于带动光纤主体300转动。光纤挤压螺母250对光纤主体300进行挤压，光纤旋转台240用于带动光纤主体300转动，通过挤压和转动两种机制的应力能够使光纤产生连续可调的双折射效应，将输入光的任意偏振态转换为所需的任意偏振态。
具体地，向微纳光纤310输入圆偏振光之后，可以观察到微纳光纤310发生弯曲偏转，且偏折方向位于x轴和y轴之间。旋转光纤挤压螺母250对光纤主体300施加压力、转动光纤旋转台240使光纤主体300发生扭转，这两种机制共同使光纤主体300产生连续可调的双折射效应，通过调节这两种机制的组合，光纤中传输的激光偏振态转换为所需的左旋或右旋圆偏振态。
调节光纤偏振控制器200使得激光偏振转换为y轴方向的线偏振态，观察微纳光纤310的弯曲偏转变化。y轴方向的线偏振光在微纳光纤310中传输，可以观察到微纳光纤310向纳米颗粒320所在的x轴方向发生弯曲偏转。若在微纳光纤310中传输的激光偏振先调为圆偏振态，再转变为y轴方向偏振态，可以看到微纳光纤310的弯曲偏转方向发生改变。
调节激光器110使激光的功率改变，观察微纳光纤310的弯曲偏转变化。功率增大的激光在微纳光纤310中传输，可以观察到纳米颗粒320克服了与微纳光纤310之间的摩擦力并在散射力的牵引下沿着微纳光纤310移动。待纳米颗粒320移动到目标位置后，调节激光器110以减小激光功率，使纳米颗粒320无法克服摩擦力移动。功率减小的激光在微纳光纤310中传输，可以在纳米颗粒320所在的新区域观察到微纳光纤310发生弯曲偏转，且偏折方向位于x轴和y轴之间。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，包括：
激光部件；
光纤部件，所述光纤部件与所述激光部件相连，所述光纤部件包括光纤主体、纳米颗粒和透明腔体，所述光纤主体包括至少一部分微纳光纤，所述微纳光纤和所述纳米颗粒设置在所述透明腔体内，所述纳米颗粒设置在所述微纳光纤上方；
光纤偏振控制器，所述光纤部件设置在所述光纤偏振控制器上，所述光纤偏振控制器用于对光纤的偏振进行调整；
观测部件，所述观测部件朝向所述透明腔体设置，所述观测部件用于对所述微纳光纤的弯曲偏转进行观测。
2.根据权利要求1所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述激光部件包括激光器、偏振片和耦合透镜，所述偏振片和所述耦合透镜依次设置在所述激光器前。
3.根据权利要求1所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述光纤偏振控制器包括用于对所述光纤主体进行固定的光纤固定部件和用于对所述光纤主体进行调整的光纤调整部件。
4.根据权利要求3所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述光纤固定部件包括底座、偏振固定器和光纤固定螺母，所述偏振固定器用于对所述底座进行固定，所述光纤固定螺母用于对所述光纤进行固定。
5.根据权利要求3所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述光纤调整部件包括光纤旋转台和光纤挤压螺母，所述光纤挤压螺母设置在所述光纤旋转台上，所述光纤挤压螺母用于对所述光纤进行挤压，所述光纤旋转台用于带动所述光纤转动。
6.根据权利要求1所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述光纤主体设置为单模光纤，所述光纤主体的材料为二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述微纳光纤的长度大于10μm，所述微纳光纤的直径小于1μm。
8.根据权利要求1所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述纳米颗粒设置为球状的二氧化硅，所述纳米颗粒的直径为300nm。
9.根据权利要求1所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述透明腔体设置为亚克力材料，所述透明腔体包括入口、出口和连通所述入口和所述出口的安放腔，所述微纳光纤和所述纳米颗粒设置在所述安放腔内，所述入口和所述出口通过胶水密封。
10.根据权利要求1所述的一种调节微纳光纤弯曲偏转的装置，其特征在于，所述观测部件包括显微物镜和记录器，所述显微物镜用于放大所述微纳光纤的弯曲偏转，所述记录器用于记录所述微纳光纤的弯曲偏转量。
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