光波波长、纳米线间夹角以及纳米线直径相关的倏逝波耦合效率实验研究

• 作 者: 何文
• 机 构: 中山大学
• 出 处: 中山大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 光波传播 光波波长 纳米线夹角 纳米线直径 倏逝波 耦合效率实验

随着纳米科学与纳米技术的快速发展，纳米线的各种特性不断受到研究者的青睐。将光波耦合进入纳米线是研究纳米线光学性能必须解决的一个问题。利用倏逝波耦合，可高效地将光波耦合到纳米线中。因此，对纳米线倏逝波耦合进行系统性的研究是非常有价值的。目前，两条平行纳米线倏逝波耦合模拟研究工作已经有过报道，但还没有关于纳米线倏逝波耦合系统性详细实验工作的相关报道。本论文通过实验，系统性地研究了纳米线倏逝波耦合效率。主要工作如下：
1.给出了一种测量两根不同夹角纳米线之间的倏逝波耦合效率的实验方法：以光学显微镜的可旋转样品台作为倏逝波耦合的测量平台；通过两个微台将耦合输入端纳米线固定在旋转台上；利用微调节架固定耦合输出端纳米线，通过显微镜和微调节架，使得输出端纳米线逐渐靠近并垂直接触到输入端纳米线；通过缓慢地旋转测试平台来旋转固定在平台上的耦合输入端纳米线，从而改变输出端纳米线与输入端纳米线之间的夹角。在旋转过程中，通入波长和光强已知的光波，通过测量倏逝波耦合后输出的光能量的大小，从而可得到两根纳米线在该波长，不同夹角的情况下的倏逝波耦合效率。
2.利用上述1中的实验方法，通过系统的倏逝波耦合实验，得到了两根纳米线间的倏逝波耦合效率与耦合光波的波长，两根纳米线间的夹角，以及纳米线的直径之间的对应关系。实验中，采用拉锥制作的一根直径为800纳米的二氧化硅光纤作为耦合输出端，依次采用熔融拉锥制作的三根直径分别为640纳米，790纳米，950纳米的聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纳米线作为耦合输入端，耦合光波依次采用5种波长（可见光：473纳米，532纳米，650纳米；近红外光：1310纳米，1550纳米）。纳米线之间的夹角从90度到0度，每5度一个变化步长，进行倏逝波耦合实验。对于确定的夹角和确定的纳米线直径，采用波长较长的光波进行耦合，可得到较高的耦合效率；对于确定的耦合波长和确定的夹角，采用直径较小的拉锥光纤进行耦合，可得到较高的耦合效率；对于确定的耦合波长和确定的纳米线直径，采用较小的夹角进行耦合，可得到较高的耦合效率。实验中，当拉锥二氧化硅纳米光纤直径为800纳米，PTT纳米线直径为640纳米，耦合波长为1550纳米，两根纳米线间夹角为零度时，得到了本实验中最大的耦合效率为78％。