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微纳光纤 MNF Micro- and nano-fiber 微纳光纤简介 微纳光纤的特性及优点 微纳光纤的制造 微纳光纤的应用 微纳光纤是指 光纤直径达到微米、纳米级的普通光纤。 1、微纳光纤简介 2、微纳光纤的特性及优点 （1）倏逝场强。 ------用来感知光纤周围介质或通过外界参量对光纤传输特性进行调控 （2）波导色散大。------通过调控微纳光纤色散．可以降低激发光的功率阈 值、减小非线性相互作用长度等。 （3）非线性高。------可在较低的输入光功率下产生较强的非线性效应。 （4）倔强系数小。------便于拉伸制作。 易制备、结构简单、折射率均匀、传输损耗低、物化性能稳定和机械强度高，以其卓越的性能成为未来光器件微型化集成化的一种可供选择的基本单元。 在微纳光纤中，根据直径的不同，会有不同百分比的光场在光纤之外以倏逝波的形式传播，这部分倏逝场将可以感知外界环境某些参量的变化，就可以做成高灵敏度的传感器。（倏逝场强） 在光线直径为200nm时，光纤外部倐逝场占80%， 在光纤直径为400nm时，光纤外部倐逝场占30%。 微纳光纤的敏感特性 2、微纳光纤的特性及优点 微纳光纤的损耗特性 MNF有极低的传输损耗、弯曲损耗、耦合损耗。 （1）由二步拉制法制作出来的MNF有非常好的均匀性，近乎完美的表质量（达到原子量级），传输损耗最低达到0.001db/mm。 （2）由于光纤与包层空气的折射率差很大，MNF的弯曲损耗能达到0.3db/mm。 （3）微纳光纤因制作工艺特点，天然的就和单模光纤连接在一起，因此具有极低的器件到光纤的耦合损耗，通常小于1db。 2、微纳光纤的特性及优点 （3）微纳光纤的制作 1.对于SMF（单模光纤）的二步拉伸法 二步法的改进： 2.掺杂微纳光纤的制作 1）使用火焰加热一根蓝宝石光纤(直径为数百微米)的一端至足够高的温度。将一块玻璃(或玻璃碎片)原料接近蓝宝石光纤的高温端。 2）由于局部熔化，光纤顶部融入玻璃中。 3）将玻璃移开光纤顶部，留下一部分熔融的玻璃； 4）将另外一根蓝宝石光纤顶部浸入附着在第一根蓝宝石光纤顶部的熔融玻璃中； 5）减小加热功率使熔融玻璃的粘滞度增大至适合拉丝的程度， 6）以一定速度拉开两根蓝宝石光纤，直至两根光纤之间形成的玻璃丝平稳拉断。在拉断的两端就形成了微纳光纤。 （3）微纳光纤的制作 微纳光纤作为光波导具有以下独特的优点：具有极低的光纤到器件再到光纤的耦合损耗，粗糙度极低的波导表面，高折射率差的强限制光场，大百分比的倏逝场，极轻的质量及灵活的色散特性。 利用微纳光纤的独特优势，研究者们已研制了各种基于微纳光纤的无源光子器件，如耦合器、M-Z干涉仪、FP谐振器及微环谐振器等；并且基于这些器件，在激光器、传感器、光信号处理、原子操控等方面的应用也相继展开。 （4）微纳光纤的应用 （4）微纳光纤的应用 a）基于微纳光纤的MZI光学显微照片 b）不同的FSR的MZI传输谱 结型knot微环谐振器 圈形loop微环谐振器 （2）谐振器 （1）M-Z干涉仪 （3）耦合器 基于聚合物微纳光纤的各种耦合器的光学显微照片 a）2*2耦合器 b）4*4耦合器 c）6*6耦合器 d）8*8耦合器 （4）微纳光纤的应用 * 微结构的尺寸往往在几十、几百纳米量级，因此将包含微米、亚微米量级的精细结构的材料统称为微纳材料 。 * （1）倏逝场强。在微纳光纤中，一定比例的光场在光纤之外以倏逝场的形式传播，而且倏逝场能量比例随着微纳光纤直径减小而增大，可以用来感知光纤周围介质或通过外界参量对光纤传输特性进行调控。 （2）波导色散大。微纳光纤的波导色散可以远大于常规光纤的波导色散和材料色散。 （3）非线性高。微纳光纤将传导光的模场约束在波长甚至亚波长尺寸量级，大大地提高了光功率密度，在较低的输入光功率下就能够产生较强的非线性效应。 （4）倔强系数小。由于微纳光纤的直径非常小，当对光纤进行轴向拉伸时，产生同样的拉伸形变，微纳光纤需要的力比常规光纤小几个数量级。 * 圆柱光纤内部为被约束的传导电磁场，外部为被约束在光纤周围空气中的倏逝场 ，而光纤越细，倏逝波越强，敏感性越强。 * 传输损耗：由于微纳光纤从熔融状态的非晶材料中拉制而成，表面质量和均匀度均很高，与其他类型的微纳光波导相比，传输损耗低得多 弯曲损耗：由于微纳光纤的包层通常为空气或水等低折射率介质，纤芯和包层折射率相差很大，对光场的约束能力强，因此微纳光纤的弯曲损耗很低。 耦合损耗：将光信号进行分路或合路、插入、分配等过程中