一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件制造技术

本发明专利技术公开的一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件，属于光纤微纳光学应用技术领域。本发明专利技术公开的一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件，包括多通道光纤探头、半圆玻璃管、透射式功能超表面。其中，所述多通道光纤探头由陶瓷插芯中紧密排列的多根光纤制成，并用UV胶固定在半圆玻璃管中；透射式功能超表面能够对入射光进行特定功能的光场调控。采用光学微纳加工方法将透射式功能超表面加工在玻璃基底上；玻璃基底另一面与半圆玻璃管端面利用UV胶粘结。本发明专利技术能够针对光纤的出射光实现高透射率、集成式、多通道的光场调控，且无需在光纤端面加工超表面，降低加工难度和加工成本，具有制造简便、操作灵活、利用效率高的特点。效率高的特点。效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件


[0001]本专利技术涉及光纤微纳技术应用领域，特别是涉及一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件。

技术介绍

[0002]超表面一般指以亚波长周期二维阵列形成的“平面超材料”。超表面概念提出至今的十年时间里，出现了一系列能够对光场的相位、振幅、偏振进行调控的实例。超表面的独特优势在于，通过合理设计单元结构的阵列方式，可以实现对入射光的相位、振幅以及偏振态等多个光学参数的控制，相较于传统器件具有更高的光学设计自由度。此外，超表面结构可以加工集成在其他平滑的光学功能表面，如光纤端面。二者的结合能够最大限度提高光路的集成性与紧凑性，同时具有强大的光场调控功能。
[0003]对于工作在可见光和近红外波段的超表面，其特征尺寸往往为纳米量级，需要利用湿法刻蚀、干法刻蚀等技术进行微纳加工。而此类加工技术中往往首先需要在基底物上进行镀膜，并在后续刻蚀中向所镀的膜上甩胶。一般的加工设备支持的基底物为厘米量级见方的玻璃片。若直接以百微米量级的光纤端面为基底进行加工，则会对器件夹持固定、镀膜、甩胶等技术环节增加额外的加工难度和成本。
[0004]一种喜闻乐见的超表面与光纤的集成方式为，将加工有超表面阵列的玻璃基底片直接与光纤集成。这种方法集成难度低、操作稳定性高、加工成本低，为光纤复合器件的实现提供了更多可能性。相关文献有：
[0005]·
Vogel P,Genzel L.Transmission and reflection of metallic mesh in the far infrared[J].Infrared Physics,1964,4(4):257
‑
262.
[0006]·
Hu Y,Liu X,Jin M,et al.Dielectric metasurface zone plate for the generation of focusing vortex beams[J].PhotoniX,2021,2(1):1
‑
9.
[0007]·
廖琨,甘天奕,胡小永,等.基于介质超表面的片上集成纳米光子器件[J].光学学报,2021,41(8):0823001.
[0008]·
Yu N,Capasso F.Optical metasurfaces and prospect of their applications including fiber optics[J].Journal of Lightwave Technology,2015,33(12):2344
‑
2358.

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件。
[0010]第一方面，本专利技术提供一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件,包括多通道光纤探头、半圆玻璃管、玻璃基底和透射式功能超表面。
[0011]其中，所述多通道光纤探头由陶瓷插芯中紧密排列的多根光纤制成，并用UV胶固定在所述半圆玻璃管中；所述透射式功能超表面根据目标波段和功能进行材料和结构的优选；采用优选的微纳加工方法将超表面加工在所述玻璃基底上；所述玻璃基底另一面与所
述半圆玻璃管端面利用UV胶粘结。
[0012]第二方面，本专利技术实例提供了一种基于全介质超表面的高效圆偏振转换四通道光纤复合器件的设计与制作方法。所述全介质超表面代表了透射式功能超表面的一种实现可能，能够将设计带宽范围[λ1,λ2]内入射线偏振光高效地转换为四通道圆偏振光。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014]1.本专利技术公开的基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件制作方法大大降低了超表面阵列与光纤的集成难度与成本，具有操作灵活简便的特点；
[0015]2.本专利技术公开的基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件多通道的设计能实现更复杂的光场调控。一方面，通过设计透射式功能超表面的结构，可以实现诸如偏振转换、光束整形等功能；另一方面，由于多通道光纤探头能够在不同通道内传输不同性质的光，因此相比单通道光纤复合器件而言能提升超表面的利用效率、增加超表面入射光的多样性，使多通道光纤复合器件的输出光满足更多需求。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实例或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1示出了本专利技术实例所提供的光纤复合器件的一种结构和工作原理示意图；
[0018]图2示出了本专利技术实例所提供的四通道光纤探头的一种结构示意图；
[0019]图3示出了本专利技术实例所提供的全介质超表面基本结构单元的一种结构示意图；
[0020]图4示出了本专利技术实例所提供的全介质超表面的光学显微图和扫描电镜图；
[0021]图5示出了本专利技术实例所提供的全介质超表面在近红外波段的宽带高效偏振转换能力；
[0022]附图标记列示如下：1
‑
四通道光纤探头；2
‑
半圆玻璃管；3
‑
玻璃基底；4
‑
全介质超表面；5
‑
线偏振入射光；6
‑
圆偏振出射光；101
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陶瓷插芯，内径φ1＝330μm；102
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保偏光纤，包层直径φ2＝125μm、芯径φ3＝4.5μm；201
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BF33玻璃基底，厚度550μm；401
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介质超表面基本结构单元，其结构参数由全介质椭圆柱的长轴a、短轴b、厚度c和周期D确定。
具体实施方式
[0023]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0024]本实例提供了一种基于全介质超表面的四通道高效宽带圆偏振转换光纤复合器件，参看图1，包括：四通道光纤探头1，半圆玻璃管2，玻璃基底3，全介质超表面4。所述半圆玻璃管2位于所述基底3的第一侧面，所述全介质超表面位于所述基底3的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面平行。在本实例中，实现宽带圆偏振转换的全介质超表面是透射式功能超表面的一种实现可能，四通道光纤探头是多通道光纤探头的一种实现可能。
[0025]所述四通道光纤探头1由四根相同的保偏光纤102和陶瓷插芯101构成；将四根所述保偏光纤102的端面切割至熊猫眼清晰的平整状态，并将四根光纤两两分为一组；取每组
光纤，在显微镜下使两根光纤端面平齐，采用UV胶固定光纤后端；将上述两组光纤插入所述陶瓷插芯101中，并在显微镜下使两组光纤端面平齐，采用UV胶固定两组光纤后端，制成所述四通道光纤探头1；所述四通道光纤探头1通过改变在所述半圆玻璃管2中的位置来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于透射式功能超表面的多通道光纤复合器件，其特征在于，包括：半圆玻璃管，所述半圆玻璃管切面平整；玻璃基底，所述玻璃基底与半圆玻璃管端面用UV胶粘结；多通道光纤探头，所述光纤探头由陶瓷插芯中紧密排列、端面平齐的多根光纤制成，并用UV胶固定在所述半圆玻璃管中；透射式功能超表面，所述超表面通过微纳加工方法加工在所述玻璃基底上，位于所述多通道光纤探头端面对应的出光区域。根据超表面设计的不同，可以实现相应的光场调控功能。2.根据权利要求1所述的透...

【专利技术属性】
技术研发人员：余霞，栾汶林，宋清澄，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：