胶体晶体微结构光纤的制备和光学特性研究

本项目研究新型的胶体晶体微结构光纤的机理、制作方法和光学特性，提出在光纤的微小端面和高曲率侧面生长面心立方结构的胶体晶体，用纳米粒子修饰光纤，获得微小端面和高曲率侧面生长胶体晶体的自组装技术。进一步研究转移模板和溶胶-凝胶协同法制作完全带隙的、空心多孔结构三维光子晶体光纤器件。建立胶体晶体微结构光纤光学实验系统，分析胶体晶体修饰光纤的光学特性以及输出光束同时出现的带隙和定向发射现象。研究和分析空心多孔结构的三维光子晶体光纤的传感特性。这些性能可以用于微纳光学功能器件和高集成度光流控传感器。由于是在普通的单模光纤上制备，因此制作简便、成本低。胶体晶体微结构光纤可以作为新的特种光纤和微纳光学器件，对发展新型的微纳光学和传感器技术有重要意义。

本项目研究新型的胶体晶体微结构光纤的机理、制作方法和光学特性，由介质构成的三维周期性结构具有光子带隙特性，金属/介质构成的二维周期性结构能够被激发表面等离激元模式，这些特性可以用于生物、化学传感。提出在光纤的微小端面和高曲率侧面用自组装方法制备三维胶体晶体，用溶胶-凝胶协同法制作光子晶体光纤器件，形成微结构光纤传感器。进一步通过对单层微球阵列的形貌修改，在光纤端面和侧面能够加工成多种形貌的亚微米尺度的二维周期性金属/介质结构，这种方法简便，可靠，成本低，可规模化生产。胶体晶体微结构光纤可以作为光纤器件和光纤传感器，对发展新型的微纳光学和传感器技术有重要意义。.主要创新点有：.1、提出一种改进的纳米球印刷法，实现在片上集成制备多种形貌的纳米周期性图案，制备得到高质量的纳米环形狭缝阵列：纳米环形腔、纳米圆柱，纳米碗。用溶胶凝胶协同自组装法制备单层复合微球有序阵列，并采用反应离子刻蚀、镀膜等技术改变微球阵列的形貌，得到多种形貌的二维周期性结构。制备的二维周期性介质/金属环形腔结构具有良好的局域电场增强效应，可用于表面等离激元器件、SERS基底、太阳能电池和纳米激光器。.2、设计了两种光纤结构：光纤束和光纤-毛细管结构，用溶胶凝胶协同自组装法在光纤端面制备出高质量多种周期尺寸的光子晶体，得出复合光子晶体的相对湿度传感特性及液体折射率传感特性。.3、研究了在毛细管外壁、内壁制备高质量的光子晶体的方法，制备出高质量空心圆柱和实心圆柱形光子晶体。实验得到在光纤端面和侧面用溶胶凝胶法制备单层复合微球阵列的参数，在单模光纤端面得到多种形貌的金属/介质周期性阵列。