一种胶体晶体修饰的光纤微结构器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种由胶体晶体修饰的光纤－毛细管微结构器件。主要制作步骤为：将普通标准单模光纤除去涂覆层，插入毛细管中，并用胶水将光纤固定，然后将毛细管－光纤端面磨平；配置不同材料的（如：ＰＳ，ＰＭＭＡ和Ｓｉｌｉｃａ）胶体微球溶液；用垂直沉积法在毛细管－光纤端面生长胶体晶体，用烧结炉烧结固化形成胶体晶体毛细管－光纤微结构；用热塑套管、塑料盒封装固定。本发明专利技术形成的胶体晶体修饰的毛细管－光纤微结构可以形成多孔结构，进一步发展可成为光纤滤波器和生物、环境传感器；由于利用的是普通光纤制备，因此制作简便、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微结构器件，特别是涉及光纤微结构的器件及其制备方法。
技术介绍
将光子晶体的带隙结构应用于光纤，形成了光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)，又称微结构光纤。采用紫外侧写技术或(X)2热激技术，可以在PCF中写制光子晶体光 纤光栅。微结构光纤光栅具有丰富的结构和光学特性。改变光纤中的微孔排列、大小以及 占空比，或者将介质载入微孔，均可改变光子晶体光纤及其光栅的光学性质，极大地改变了 光纤微结构的性能。但其制作成本高，与普通光纤的对接使用也存在很多问题。制造光学波段的光子晶体，化学方法显示出更大的优越性，其中利用胶体颗粒自 组装是一种非常简便的方法合成单分散的胶体微球(如二氧化硅或聚苯乙烯微球)；对 微球进行组装，在不同的基体上形成三维有序堆积；烧结以增加样品的机械强度，同时可以 控制颗粒间的孔隙。颗粒自组装方法简便易行，材料选择范围宽，球形颗粒易合成，且尺寸 可控，制作成本低。
技术实现思路
本专利技术即是基于以上所述现状进行的，目的在于制作一种方便、廉价，能和现在的 通讯光纤直接匹配的光纤微结构器件，利用胶体晶体光子带隙波段近乎完全反射，提供一 种具有仅增强光子带隙波段，其他波段散射出去迅速减弱的光纤器件。为了实现上述专利技术目的，本专利技术光纤微结构器件采用如下技术方案一种胶体晶体修饰的光纤微结构器件，包括去除一段涂覆层后的单模光纤、毛细管、 胶体晶体和塑料盒，毛细管的一端是平面的，另一端开有喇叭口，单模光纤去除涂覆层后的 一端穿过所述毛细管，并与毛细管的平面端面对齐，毛细管的喇叭口卡住所述光纤另一端 的涂覆层，所述毛细管的平面端面上沉积有胶体晶体，微结构采用热塑套管固定，并用塑 料盒封装。本专利技术光纤微结构器件的制备方法采用如下工艺步骤a)截取一段普通单模光纤，在光纤一端用钳子剥除一段涂覆层后，在裸纤上涂一层光 纤胶水，并插入一端开有喇叭口的毛细管中，喇叭口卡住光纤另一端的涂覆层，再用胶水填 满喇叭口，以此固定光纤，形成了一端有光纤尾纤的光纤-毛细管结构，然后将光纤和毛细 管的平面端面在垂直于光纤径向90度的同一平面上磨平至光滑；b)将上一步磨好的光纤-毛细管结构分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗5分钟，然 后用氮气吹干；c)将干燥后的光纤-毛细管结构用夹具水平夹稳；d)配置不同材料的胶体微球溶液，微球直径偏差/平均直径X% <0.2%，质量百分比 浓度为29Γ8%，溶剂水/乙醇的体积比为7:3 ；e)将步骤c)中光纤-毛细管结构的平面端垂直插入盛有配好的胶体微球溶液的玻璃 瓶中，保持光纤-毛细管结构垂直液面；f)将步骤e)中的整个装置置于水浴内，在一定的温度、湿度的条件下，采用垂直沉积法 在光纤-毛细管结构的平面端涂覆胶体晶体，恒温条件下静置48小时左右；g)将步骤f)中制备的平面端涂覆有胶体晶体的光纤-毛细管结构在一定温度下进行 烧结，使涂覆的胶体晶体固化，然后用热塑套管固定，塑料盒封装即形成胶体晶体修饰的光 纤微结构器件。本专利技术采用垂直沉积微球自组装的方法，在光纤端面制备有序的胶体晶体，采用 热塑套管、塑料盒封装技术形成微结构器件，具有光子带隙部分增强效应，且端面胶体晶体 可以利用其中心带隙波长进行选频，其频带窄，精度高，而且随所处介质变化，可以形成气 体探测和波分复用器件；通过在光纤端面涂覆不同(粒径)的胶体微球，或者在胶体晶体的 空隙部分填充不同折射率的材料形成多孔反结构，可以改变增强的光子带隙的中心波长， 达到任意选频的目的，同时进一步发展可以形成廉价的生物和环境传感器件、滤波器等。附图说明图1是本专利技术微结构器件的制备装置示意图，1-1:平板夹；1-2:胶体微球溶液； 1-3:光纤；1-4:水；1-5:毛细管；1-6:恒温水浴；1-7:玻璃瓶；1_8:平板夹持器；1_9 万 向可调支架。图2是本专利技术胶体晶体制备过程中的结晶过程示意图，1-7:玻璃瓶；1-2:胶体溶 液；2-3:胶体微球；2-4:溶液半月面；2-5 光纤-毛细管结构；2-6:微球重力；2_7:微球聚 合力；2-8:流体剪切力；2-9 平板玻璃夹。图3是本专利技术胶体晶体修饰的光纤微结构器件结构侧面示意图，1-5:毛细管， 1-3:光纤，3-1 喇叭口 ；3-2 胶体晶体。图4是图3中光纤微结构器件的反射光谱图。具体实施例方式下面结合附图和实施例做进一步详细说明。本实施例制备光纤微结构器件的步骤如下a)截取一段普通单模光纤1-3，纤芯9μ m,包层125 μ m,在光纤1-3 —端用钳子剥除 6mm长一段涂覆层后，在裸纤上涂一层光纤胶水，并插入一端开有喇叭口 3-1的毛细管1_5 中，毛细管1-5长9mm，内径0. U6mm，外径1.8mm，喇叭口 3-1卡住光纤1-3另一端的涂覆 层，再用胶水填满喇叭口 3-1，以此固定光纤1-3，形成了一端有光纤尾纤的光纤-毛细管结 构2-5，然后将光纤1-3和毛细管1-5的平面端面在垂直于光纤1-3径向90度的同一平面 上磨平至光滑；b)将上一步磨好的光纤-毛细管结构2-5分别用丙酮(纯度99.7%)、酒精(纯度 99. 7%)、去离子水(电阻率18. 2ΜΩ )超声清洗5分钟，然后用氮气吹干，氮气浓度99. 7% ；c)将干燥后的光纤-毛细管结构2-5用夹具水平夹稳，如图1中平板夹持器1-8和万 向可调支架1-9所示；d)配置聚苯乙烯(PS)胶体溶液l-210ml，胶体微球2_3的直径为690nm，微球直径偏差 0. 2%，质量百分比浓度为2%，溶剂水/乙醇的体积比为7:3 ；e)将步骤c)中的光纤-毛细管结构2-5的平面端垂直插入盛有配好的胶体微球溶液的玻璃瓶1-7中，保持光纤-毛细管结构2-5端面垂直液面；f)将步骤e)中的整个装置置于恒温水浴1-6中，在恒温50度，温度波动<0.1度，湿度 介于20%-50%之间，采用垂直沉积法在光纤-毛细管结构2-5的平面端涂覆胶体晶体3-2， 恒温条件下静置48小时左右；g)将步骤f)中制备的平面端涂覆有胶体晶体3-2的光纤-毛细管结构2-5在80度下 烧结2小时，使涂覆的胶体晶体3-2固化，然后用热塑套管固定，塑料盒封装形成胶体晶体 修饰的光纤微结构器件。权利要求1.一种胶体晶体修饰的光纤微结构器件，包括去除一段涂覆层后的单模光纤、毛细 管、胶体晶体和塑料盒，其特征在于，毛细管的一端是平面的，另一端开有喇叭口，单模光纤 去除涂覆层后的一端穿过所述毛细管，并与毛细管的平面端面对齐，毛细管的喇叭口卡住 所述光纤另一端的涂覆层，所述毛细管的平面端面上沉积有胶体晶体，微结构采用热塑套 管固定，并用塑料盒封装。2.根据权利要求1所述的一种胶体晶体修饰的光纤微结构器件，其特征在于所述毛 细管的尺寸为内径0. U6mm、外径Imm至3mm、长5mm至20mm。3.一种制备如权利要求1所述的光纤微结构器件的方法，其制备工艺步骤如下a)截取一段普通单模光纤，在光纤一端用钳子剥除一段涂覆层后，在裸纤上涂一层光 纤胶水，并插入一端开有喇叭口的毛细管中，喇叭口卡住光纤另一端的涂覆层，再用胶水填 满喇叭口，以此固定光纤，形成了一端有光纤尾纤的光纤-毛细管结构，然后将光纤和毛细 管的平面端面在垂直于光纤径向90本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胶体晶体修饰的光纤微结构器件，包括去除一段涂覆层后的单模光纤、毛细管、胶体晶体和塑料盒，其特征在于，毛细管的一端是平面的，另一端开有喇叭口，单模光纤去除涂覆层后的一端穿过所述毛细管，并与毛细管的平面端面对齐，毛细管的喇叭口卡住所述光纤另一端的涂覆层，所述毛细管的平面端面上沉积有胶体晶体，微结构采用热塑套管固定，并用塑料盒封装。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸣，倪海彬，郭文华，吴婧，崔恩营，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]