一种用于磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的装置

摘要

本发明公开了一种用于磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的装置，包括宽谱激光器、单模光纤、微量液体注射器、进液口、石英毛细管、左高压电磁线圈、右高压电磁线圈、高倍显微观测器、紫外光固化器、出液口、微量液体收集器、探测器。本发明利用微量生物注射器将含有磁性纳米粒子的UV胶液体注入石英毛细管，借助高频磁场使磁性纳米粒子完成周期性排列的光子晶体结构，使用高倍显微观测器实时监测纳米粒子自组装结构形貌，并通过宽谱激光器和探测器实时监测透射光谱变化，启动紫外光固化器得到自组装光子晶体光纤。相比于传统光子晶体光纤制作工艺，该方法成本低、制备速度快、所需设备简单、光纤参数可灵活控制，可以节省光子晶体光纤的制作成本。

说明书

技术领域

本发明涉及结合调控磁性氧化铁纳米粒子定向排列，涉及一种用于磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的装置。

背景技术

光子晶体光纤，又称微结构光纤，相关概念最早由Rusell于1992年提出，随后由Birks于1995年从理论上验证了其导光性能，并与1999年首次成功制备。它可通过亚波长周期微结构实现对光信号的空间调制，近年来在非线性光学、激光诱导传输、生物医学成像、光学传感、量子光学器件等领域受到广泛关注并获得迅速发展。未来该技术在其他科研和工程领域还会开辟更多的研究方向，也亟需在更多领域拓展其应用范围。

传统光子晶体光纤是由石英与空气组成的周期排列二维结构，其制作工艺是通过将特定几何尺寸的石英毛细管堆积来制作预制棒，再将预制棒放在光纤拉丝塔中，采用精确控制加热温度、惰性气体压强和拉制速度来制备符合尺寸要求的光子晶体光纤。受到以上三个条件及其稳定性的限制，采用预制棒拉制技术制备的光子晶体光纤的几何结构参数难以精确控制。正是由于光子晶体光纤的制备技术复杂，目前国际上仅NKTPhotonics公司能提供商用化的光子晶体光纤，处于垄断地位，因此光子晶体光纤价格居高不下，也在客观上限制了光子晶体光纤相关应用的发展。

发明内容

本发明提供了一种磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的制作装置，解决了目前光子晶体光纤制作工艺复杂、成本高，所需专用设备价格昂贵，对加工人员技术要求高的问题。

达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的装置，该装置包括宽谱激光器1、单模光纤2、微量液体注射器3、进液口4、石英毛细管5、左高压电磁线圈6、右高压电磁线圈7、高倍显微观测器8、紫外光固化器9、出液口10、微量液体收集器11、探测器12；其中宽谱激光器1、单模光纤2、石英毛细管5、左高压电磁线圈6、右高压电磁线圈7、探测器12，各部分依次连接；在位于左高压电磁线圈6之前的石英毛细管5上，设置进液口4；微量液体注射器3与进液口4连接，利用微量生物注射器3将含有磁性纳米粒子的UV胶液体注入石英毛细管5；在位于右高压电磁线圈7之后的石英毛细管5上，设置出液口10，微量液体收集器11与出液口10连接，用于收集UV胶微量液体；高倍显微观测器8和紫外光固化器9设置在左高压电磁线圈6和右高压电磁线圈7之间；借助左高压电磁线圈6和右高压电磁线圈7产生平行高频磁场，使磁性纳米粒子完成周期性排列以构建光子晶体结构，使用高倍显微观测器8实时监测纳米粒子自组装光子晶体结构的形成过程，并通过宽谱激光器1和探测器12实时监测透射光谱变化，启动紫外光固化器9得到自组装光子晶体光纤。

上述方案中，所述的宽谱激光器1的波长范围为1520-1560nm，所述的微量液体注射器3和微量液体收集器11的注射速率为0.002μl-26ml/hr，所述的紫外光固化器9的功率为125W，探测器12的波长探测范围为1200-2000nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是

1)本发明提出的一种磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的制作装置，可以通过调节UV胶中磁性纳米粒子的尺寸和浓度，来调节光子晶体光纤的结构参数；

2)本发明提出的一种磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的制作装置，相比于传统光子晶体光纤的制备工艺来说，该方法制备速度快、所需设备简单，可以节省制作成本。

3)本发明提出的一种磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的制作装置，该方法更加环保和高效，所制备的光子晶体光纤具备传统光子晶体光纤的光学特性，可广泛应用于光纤通信及生化传感。

附图说明

附图1为一种磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的制作装置示意图。

图中：1宽谱激光器；2单模光纤；3微量液体注射器；4进液口；5石英毛细管；6左高压电磁线圈；7右高压电磁线圈；8高倍显微观测器；9紫外光固化器；10出液口；11微量液体收集器；12探测器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式阐明本发明的实质特点和显著进步。

一种用于磁性纳米粒子自组装光子晶体光纤的装置，与传统光子晶体光纤制作工艺相比，采用磁性纳米粒子结构的电磁调制特点，实现光子晶体光纤的制备，具体实施方式是利用微量生物注射器3将含有磁性纳米粒子的UV胶液体注入石英毛细管5，借助左高压电磁线圈6和右高压电磁线圈7产生平行高频磁场，使磁性纳米粒子完成周期性排列以构建光子晶体结构，使用高倍显微观测器8实时监测纳米粒子自组装光子晶体结构的形成过程，并通过宽谱激光器1和探测器12实时监测透射光谱变化，待观测到光子晶体光纤的特征透射光谱时启动紫外光固化器9将UV胶固化，截取固化后的石英毛细管，就可得到自组装光子晶体光纤。其中，宽谱激光器1的波长范围为1520-1560nm，探测器12的波长探测范围为1200-2000nm，可用于光纤透射光谱的实时观测，以结合高倍显微观测器8来确定光子晶体结构的形成；紫外光固化器9的功率为125W，可使UV胶在5s内快速固化，将光子晶体结构固定。

本发明利用磁性纳米粒子在强电磁场作用下可形成周期排列的链状结构的特点来构建周期性排列的光子晶体结构，同时利用UV胶作为磁性纳米粒子的基液，因此可借助UV胶的紫外固化特性得到固化的光子晶体光纤。相比于传统光子晶体光纤制作工艺，该方法成本低、制备速度快、所需设备简单、光纤参数可灵活控制，可以大大节省光子晶体光纤的制作成本。同时，构建光子晶体光纤的磁性纳米粒子可以根据实际应用需要，选用特定材料和功能的磁性纳米粒子，来制备多种类型光子晶体光纤，丰富相关研究内容。