一种双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器制造技术

本发明专利技术涉及光子晶体光纤领域，尤其涉及一种双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器。该双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器包括光子晶体光纤，所述光子晶体光纤包括纤芯和设置在所述纤芯外围的周期性气孔，所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤或D形光子晶体光纤，金和CsPbBr3量子点作为双功能层依次覆于所述光子晶体光纤至少一个环绕纤芯的中心气孔的侧壁，或所述金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤的轴向侧抛面。本发明专利技术设计的CsPbBr3量子点/金双层涂覆光子晶体光纤折射率传感器能够更好地对填充至气孔中的液相分析物的折射率进行测定。相分析物的折射率进行测定。相分析物的折射率进行测定。

A refractive index sensor of photonic crystal fiber coated with bifunctional layer

【技术实现步骤摘要】
一种双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器


[0001]本专利技术涉及光子晶体光纤
，特别涉及一种双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器。

技术介绍

[0002]传统光纤存在损耗率偏大、导波模式单一等缺点；光子晶体光纤(PCF)通过设计不同的空气孔排布模式以改善导波性能，从而具有传统光纤无法比拟的优越性。而针对不同应用场景的结构优化设计仍是光子晶体光纤亟待解决的重、难点。
[0003]在光子晶体光纤的空气孔、槽或者抛光表面上涂覆贵金属，由于导波模式与金属表面上的电荷密度振荡的耦合，当传输电磁波能量转移到金属表面的等离子体激元共振模式(SPR)时，纤芯模式会发生剧烈的共振损耗。在某些波长下，只有当纤芯模式的传播常数与SPR模式匹配时，才会发生共振，SPR模式可由金属的介电常数，周围介电材料折射率(RI)和光子晶体光纤的配置进行调制。因此，随着介电材料RI值的变化，即用不同材料填充金属涂层的PCF的气孔，共振损耗发生在不同的波长区间。从这个角度来看，金属涂层可以作为光子晶体光纤RI传感的有效功能层进行深入研究。
[0004]然而，仅具有一种金属涂层的PCF对于特定溶液的折射率分辨率较低，难以实现更高程度的纤芯模式与金属层的共振耦合或共振波长偏移，从而需要从PCF结构设计、多功能层涂覆等角度提高光子晶体光纤RI传感器的探测灵敏度。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器。
[0006]具体的，本专利技术提供的一种双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器，包括：光子晶体光纤，所述光子晶体光纤包括纤芯和设置在所述纤芯外围的周期性气孔，所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤或D形光子晶体光纤，金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤至少一个环绕纤芯的中心气孔的侧壁，或所述金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤的轴向侧抛面。
[0007]本专利技术提供的双功能层涂覆光子晶体光纤优选为CsPbBr3量子点/金双层涂覆光子晶体光纤。
[0008]本专利技术设计的CsPbBr3量子点/金双功能层涂覆光子晶体光纤折射率传感器，通过结构优化提高了折射率传感器灵敏度，能够更准确地对分析物的折射率进行测定。
[0009]本专利技术中，金层具有良好的化学稳定性，在可见光区具有高的SPR强度，卤化铅钙钛矿量子点在整个可见光区具有高消光系数和与金的高效激元
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等离子体耦合能力，钙钛矿量子点和金的异质结构双涂层可以通过提高谐振波长下从纤芯模式到金层的能量传递，有效地提升基于PCF的RI传感器的探测灵敏度。在卤化铅族钙钛矿量子点材料中，CsPbBr3量子点表现出优异的耐湿热性能，能更好地适用于RI传感器对于液态介质的折射率探测。
本专利技术进一步优化调整CsPbBr3量子点层数、金层厚度和中心孔直径等几何参数，使得RI传感器具有更好的灵敏度和半高全宽值。
[0010]根据本专利技术，所述光子晶体光纤的纤芯是由位于规则网格中结点上的圆形空气孔围绕的高折射率芯区；所述光子晶体光纤的包层是由背景材料的规则网格结点上空气孔结构形成的低折射率区域。
[0011]作为优选，所述金的层厚为20～50nm。
[0012]进一步优选，所述CsPbBr3量子点的层数为1～3。本专利技术中，采用优化的金层厚度和量子点层数能提高纤芯导波模式损失谱峰值强度并降低半峰全宽值，从而使得折射率测量有更高的分辨率。
[0013]进一步优选，当所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤时，所述金和CsPbBr3量子点依次覆于所述包层内的至少一个空气孔的侧壁上，优选为最内层的6个中央气孔的侧壁上；当所述光子晶体光纤为D形光子晶体光纤时，金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤的轴向侧抛面。
[0014]根据本专利技术提供的双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器，所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤；所述光子晶体光纤的气孔直径相同，相邻气孔的间距相等，每三个相邻气孔在光纤截面呈正三角形结构排列，所述中心气孔的侧壁依次涂覆金层和CsPbBr3量子点。
[0015]进一步优选，所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤；在所述光子晶体光纤的背景材料上按照规则网格结点布置有一组空气孔结构，其中六个中央气孔按照正六边形排列；其余相邻气孔在光纤截面呈三角结构排列，各层气孔总体按照正六边形排列。
[0016]进一步优选，所述三角晶格光子晶体光纤的气孔直径D为1.2～1.8微米，相邻气孔距离L为2～3微米；更优选的，所述三角晶格光子晶体光纤的气孔直径D为1.53微米，相邻气孔距离L为2.55微米。采用这样的结构设计使光纤具有更低的损耗谱。
[0017]根据本专利技术提供的双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器，所述光子晶体光纤为D形光子晶体光纤，光纤截面呈D形，在光子晶体光纤的背景材料上按照规则网格结点布置有一组空气孔结构，中央气孔数量为一个，相邻气孔在光纤截面按照三角形排列，金层和CsPbBr3量子点依次覆于光子晶体光纤的轴向侧抛面。
[0018]进一步优选，所述光子晶体光纤为D形光子晶体光纤，所述光纤的包层是由背景材料的规则网格结点上空气孔结构形成的低折射率区域，位于纤芯周围，所述包层由内包层和位于所述内包层外侧的外包层组成，内包层有一个中央气孔。
[0019]进一步优选，所述光子晶体光纤为D形光子晶体光纤，在光子晶体光纤的背景材料上按照规则网格结点布置有一组空气孔结构，中央气孔数量为一个，与所述中央气孔相邻的第一层周围气孔的数量为四个，相邻气孔在光纤截面按照三角形排列，所述D形光子晶体光纤的中央气孔直径小于周围气孔。
[0020]本专利技术为了进一步提高折射率传感器灵敏度，对三角晶格光子晶体光纤和D形光子晶体光纤的结构进行了优化，调整了中心气孔直径和中心气孔与相邻气孔之间的距离。
[0021]进一步优选，所述D形光子晶体光纤的中心气孔直径a为0.2～0.6微米，周围气孔直径b为1.2～2微米，相邻气孔距离m为0.2～0.6微米，更优选的，所述D形光子晶体光纤的中心气孔直径a为0.4微米，周围气孔直径b为1.6微米，相邻气孔距离m为0.4微米。
[0022]根据本专利技术提供的所述双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器，所述纤芯的材料与包层的背景材料相同；所述纤芯的材料和所述包层的背景材料选自熔融石英。
[0023]作为优选，采用原子层沉积的方式沉积金层薄膜，采用溶胶凝胶法形成CsPbBr3量子点薄膜。
[0024]本专利技术中，钙钛矿量子点(QDs)CsPbBr3/金之间的激子
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等离子体有效耦合，对量子点/金双功能层涂覆的三角晶格PCFs和D形晶格PCFs作为折射率传感器进行数值模拟。本专利技术进一步优化QDs和金层的厚度以及PCFs中心孔直径，在RI(等效折射率)为1.26到1.34区间，提供最佳结构设计，得到了最佳品质因数。另外结构优化使得损耗谱的半峰全宽(FWHM)变窄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器，其特征在于，包括光子晶体光纤，所述光子晶体光纤包括纤芯和设置在所述纤芯外围的周期性气孔，所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤或D形光子晶体光纤，金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤至少一个环绕纤芯的中心气孔的侧壁，或所述金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤的轴向侧抛面。2.根据权利要求1所述的双功能层涂覆光子晶体光纤，其特征在于，所述金的层厚为20～50nm。3.根据权利要求2所述的双功能层涂覆光子晶体光纤，其特征在于，所述CsPbBr3量子点的层数为1～3。4.根据权利要求1
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3任一项所述的双功能层涂覆光子晶体光纤，其特征在于，当所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤时，所述金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤至少一个空气孔的侧壁上，优选为最内层的6个中央气孔的侧壁上；当所述光子晶体光纤为D形光子晶体光纤时，金和CsPbBr3量子点依次覆于所述光子晶体光纤的轴向侧抛面。5.根据权利要求1
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4任一项所述的双功能层涂覆光子晶体光纤的折射率传感器，其特征在于，所述光子晶体光纤为三角晶格光子晶体光纤；所述光子晶体光纤的气孔直径相同，相邻气孔的间距相等，每三个相邻气孔在光纤截面呈正三角形结构排列，所述中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小龙，管宇哲，陶冶，丁勇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：