具槽光纖及采用其的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了具有至少一個(gè)狹槽的光纖。所述光纖可用在例如各種傳感應(yīng)用中。在一些實(shí)施方式中，所述光纖的垂直于縱軸的橫截面的最大尺寸小于或等于約4μm，所述狹槽的寬度為約5nm～約500nm且深度為至少約10nm。本文還公開(kāi)了使用所述光纖的方法和包括所述光纖的裝置。
【專利說(shuō)明】具槽光纖及采用其的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]光纖可用于傳感環(huán)境介質(zhì)的變化。光學(xué)傳感器一直用于測(cè)定或檢測(cè)諸如溫度、壓力、聲音和折射率等各種參數(shù)的變化。光學(xué)傳感器也可用于檢測(cè)介質(zhì)中分析物的存在與否。 在許多情況中，光沿著布置在環(huán)境中的光學(xué)波導(dǎo)體傳播時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)其透射(或反射)光譜來(lái)檢測(cè)上述特性。一些光纖用作倏逝傳感器，其基于由于倏逝地滲透到周?chē)沫h(huán)境介質(zhì)中的光學(xué)模式所致而通過(guò)光學(xué)波導(dǎo)體傳播的光的變化的檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]前文的概述僅是說(shuō)明性的，并非意在進(jìn)行任何限制。除了上述的說(shuō)明性的方面、實(shí)施方式和特征之外，其他的方面、實(shí)施方式和特征將通過(guò)參考附圖和下面的詳細(xì)說(shuō)明而變
得清楚。
[0003]本文公開(kāi)的一些實(shí)施方式包括一種光纖，所述光纖包括第一部分、第二部分和設(shè)置在第一部分和第二部分之間的至少一個(gè)狹槽，所述狹槽沿著光纖的縱軸延伸。在一些實(shí)施方式中，所述光纖的與縱軸垂直的橫截面的最大尺寸為小于或等于約4 ym。在一些實(shí)施方式中，所述狹槽的寬度為約5nm~約500nm,且深度為至少約10nm。
[0004]在一些實(shí)施方式中，所述光纖包括沿著光纖的縱軸延伸并且與光纖的第一部分相鄰的第一表面。在一些實(shí)施方式中，所述光纖包括沿著光纖的縱軸延伸并且與光纖的第二部分相鄰的第二表面。在一些實(shí)施方式中，所述第一表面大體上為平面。在一些實(shí)施方式中，所述第二表面大體上為平面。
[0005]在一些實(shí)施方式中，所述第一表面沿著與所述縱軸垂直的軸由光纖的外表面延伸至光纖的內(nèi)部區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，所述第二表面沿著與所述縱軸垂直的軸由光纖的外表面延伸至光纖的內(nèi)部區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，所述第一表面和所述第二表面大體上是平行的。
[0006]在一些實(shí)施方式中，所述狹槽包括在所述第一表面和所述第二表面之間延伸的第三表面。在一些實(shí)施方式中，所述第三表面大體上為平面。
[0007]在一些實(shí)施方式中，所述第一表面和所述第三表面形成約30°~約150°的第一角度。在一些實(shí)施方式中，所述第一角度為約90°。在一些實(shí)施方式中，所述第二表面和第三表面形成約30°~約150°的第二角度。在一些實(shí)施方式中，所述第二角度為約90°。
[0008]在一些實(shí)施方式中，所述第一表面和所述第二表面相交形成頂點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，所述第一表面和所述第二表面形成約15°~約120°的角。在一些實(shí)施方式中，所述頂點(diǎn)沿著將光纖一分為二的平面設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，所述頂點(diǎn)位于光纖的中心軸附近。
[0009]在一些實(shí)施方式中，光維的中心軸至少部分地設(shè)置在所述狹槽內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，所述光纖具有沿著光纖的縱軸的近似鏡像的平面。
[0010]在一些實(shí)施方式中,所述狹槽的長(zhǎng)度為至少約50 Ii m。在一些實(shí)施方式中,所述光纖的長(zhǎng)度大于所述狹槽的長(zhǎng)度。在一些實(shí)施方式中，所述光纖的長(zhǎng)度為至少約50iim。[0011]在一些實(shí)施方式中，所述光纖包括第三部分和設(shè)置在第二部分和第三部分之間的第二狹槽。在一些實(shí)施方式,所述第二狹槽的寬度為約5nm~約500nm,深度為至少約10nm。 在一些實(shí)施方式中，所述狹槽的寬度與所述第二狹槽的寬度大致相同。
[0012]在一些實(shí)施方式中，所述狹槽的寬度與所述第二狹槽的寬度不同。在一些實(shí)施方式中，所述狹槽的深度與所述第二狹槽的深度大致相同。在一些實(shí)施方式中，所述狹槽的深度與所述第二狹槽的深度不同。[0013]在一些實(shí)施方式中，所述光纖包括三個(gè)或多于三個(gè)狹槽。
[0014]在一些實(shí)施方式中，所述光纖包含聚合物、硅、二氧化硅或其組合。
[0015]在一些實(shí)施方式中，所述光纖在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的衰減系數(shù)為約2dB/km以下。
[0016]在一些實(shí)施方式中,所述光纖包括多個(gè)設(shè)置在所述光纖外表面上的光柵。在一些實(shí)施方式中，所述光柵沿著光纖的縱軸以重復(fù)的間隔而被間隔開(kāi)。
[0017]本文公開(kāi)的一些實(shí)施方式包括一種用于傳感介質(zhì)特性的方法，所述方法包括:提供設(shè)置來(lái)與介質(zhì)相鄰的光纖；使光通過(guò)光纖由光纖的第一末端向光纖的第二末端傳輸；和測(cè)定來(lái)自光纖的光的至少一種特性。在一些實(shí)施方式中，所述光纖包括:第一部分、第二部分和設(shè)置在第一部分和第二部分之間的至少一個(gè)狹槽。在一些實(shí)施方式中，所述狹槽沿著光纖的縱軸延伸。在一些實(shí)施方式中，光纖的垂直于縱軸的橫截面的最大尺寸為小于或等于約4iim。在一些實(shí)施方式中,所述狹槽的寬度為約5nm~約500nm。在一些實(shí)施方式中， 所述狹槽的深度為至少約10nm。
[0018]在一些實(shí)施方式中，來(lái)自光纖的光的至少一種特性是強(qiáng)度、相位或偏振。在一些實(shí)施方式中，所述方法包括使來(lái)自光纖的光的至少一種特性與介質(zhì)的至少一種特性相關(guān)聯(lián)。 在一些實(shí)施方式中，所述方法包括使來(lái)自光纖的光的至少一種特性的變化與所述介質(zhì)的至少一種特性的變化相關(guān)聯(lián)。
[0019]在一些實(shí)施方式中，所述介質(zhì)的至少一種特性是溫度、壓力、張力、折射率或介質(zhì)中的至少一種成分的濃度。
[0020]本文公開(kāi)的一些實(shí)施方式包括傳感裝置。在某些實(shí)施方式中，所述裝置包括:光源；光纖，所述光纖被構(gòu)造為在第一末端接收來(lái)自光源的至少一部分光并將所述光傳輸至第二末端；和光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器被構(gòu)造為接收來(lái)自光纖的第二末端的至少一部分光并測(cè)定來(lái)自光纖的所述光的至少一種特性。在一些實(shí)施方式中，所述光纖包括:第一部分、 第二部分和設(shè)置在第一部分和第二部分之間的至少一個(gè)狹槽。在一些實(shí)施方式中，所述狹槽沿著光纖的縱軸延伸。在一些實(shí)施方式中，所述光纖的垂直于縱軸的橫截面的最大尺寸為小于或等于約4iim。在一些實(shí)施方式中，所述狹槽的寬度為約5nm~約500nm。在一些實(shí)施方式中，所述狹槽的深度為至少約10nm。
[0021]在一些實(shí)施方式中，來(lái)自光纖的光的至少一種特性是強(qiáng)度、相位或偏振。
[0022]在一些實(shí)施方式中，所述傳感裝置包括被構(gòu)造為使光在通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸之前偏振的偏振器。
[0023]在一些實(shí)施方式中，所述傳感裝置包括被構(gòu)造為將來(lái)自光源的光分成兩束或多于兩束的分路器，其中，至少一束被構(gòu)造為不通過(guò)光纖傳輸。
[0024]在一些實(shí)施方式中，所述傳感裝置包括與所述光檢測(cè)器耦合的處理器，所述處理器被構(gòu)造為接收對(duì)應(yīng)于來(lái)自光纖的光的至少一種特性的信號(hào)。在一些實(shí)施方式中，所述處理器被構(gòu)造為使來(lái)自光纖的光的至少一種特性與鄰接于所述光纖的所述介質(zhì)的至少一種特性相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施方式中，所述處理器與所述光源耦合，并且被構(gòu)造為發(fā)送和/或接收對(duì)應(yīng)于來(lái)自光纖的光的至少一種特性的信號(hào)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述和所附權(quán)利要求，本公開(kāi)的上述以及其它的特征將變得更加清楚。理解到這些附圖僅描述了根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施方式，并不被認(rèn)為是限制其范圍，將通過(guò)使用附圖用更多特征和細(xì)節(jié)來(lái)描述本公開(kāi)。
[0026]圖1A~C分別顯示了本申請(qǐng)范圍內(nèi)的光纖的說(shuō)明性實(shí)施方式的頂視圖、透視圖和截面圖(不按照比例)。
[0027]圖2是具有包括兩個(gè)表面的狹槽的光纖的說(shuō)明性實(shí)施方式的截面圖(不按照比例)。
[0028]圖3是具有包括曲面的狹槽的光纖的說(shuō)明性實(shí)施方式的截面圖(不按照比例)。
[0029]圖4是具有兩個(gè)狹槽的光纖的說(shuō)明性實(shí)施方式的截面圖(不按照比例)。
[0030]圖5是在相對(duì)側(cè)具有兩個(gè)狹槽的光纖的說(shuō)明性實(shí)施方式的截面圖(不按照比例)。
[0031]圖6是具有四個(gè)狹槽且四重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的光纖的說(shuō)明性實(shí)施方式的截面圖(不按照比例)。
[0032]圖7是顯示各種具槽光纖的雙折射對(duì)光纖的半徑的圖示。所述光纖內(nèi)的狹槽固定為50nm或lOOnm，且狹槽的深度等于光纖的半徑或者為光纖半徑的一半。
[0033]圖8是顯示光纖的靈敏度相對(duì)于光纖的半徑的圖示。各光纖內(nèi)的狹槽的深度大致等于光纖的直徑。
[0034]圖9是顯示在X偏振模式和y偏振模式下在不同半徑處的具槽光纖(SOF)的靈敏度與非具槽光纖(NSOF)的靈敏度的比例的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在如下的詳細(xì)描述中參照了附圖，附圖構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。在附圖中，類似的附圖標(biāo)記通常表示類似部件，除非上下文有相反的說(shuō)明。在詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)、附圖和權(quán)利要求中描述的例示性實(shí)施方式并非是限制性的。在不背離本文提出的主題的主旨或者范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施方式，并且可以進(jìn)行其它改變。容易理解的是如這里總體描述并且在附圖中例示的，本公開(kāi)的多個(gè)方面可以按各種不同構(gòu)成形式進(jìn)行排列、替換、組合和設(shè)計(jì)， 所有這些不同構(gòu)成形式在這里是明確想得到的并且構(gòu)成了本公開(kāi)的一部分。
[0036]本文公開(kāi)了一種光纖，所述光纖包括沿著光纖的縱軸延伸的至少一個(gè)狹槽。所述光纖例如可具有小于或等于約2 u m的半徑。所述狹槽例如可具有約5nm~約500nm的寬度和至少約IOnm的深度。在一些實(shí)施方式中，所述光纖可產(chǎn)生倏逝場(chǎng)(evanescent field) 以用于改進(jìn)對(duì)介質(zhì)的一種或多種特性的傳感。在一些實(shí)施方式中，所述光纖可產(chǎn)生較大的雙折射以改進(jìn)對(duì)介質(zhì)的一種或多種特性的傳感。
[0037]具槽微纖維
[0038]此處公開(kāi)的一些實(shí)施方式包括具有一個(gè)或多個(gè)狹槽的光纖。圖1A顯示了本申請(qǐng)范圍內(nèi)的光纖的一個(gè)實(shí)例的頂視圖。光纖100包括沿著光纖100的縱軸(例如，如圖1A中所示，沿著X軸)延伸的狹槽110。光纖100沿縱軸的長(zhǎng)度可為U。狹槽110可具有沿縱軸延伸的長(zhǎng)度L2。狹槽110還可具有垂直于縱軸(例如，如圖1A中所示沿y軸)延伸的寬度W。沿光纖100的縱軸的具槽部分(slotted portion) 112包括狹槽110，而光纖100的第一非具槽部分114a和第二非具槽部分114b不包括狹槽110。圖1B顯示了具有狹槽110 的光纖100的透視圖。
[0039]圖1C顯不了在光纖100的中點(diǎn)附近且垂直于光纖100的縱軸的截面圖。光纖100 可具有圓形截面，半徑為R。狹槽110可具有同時(shí)垂直于縱軸和寬度W(例如，沿圖1C中所示的z軸)延伸的深度d。在光纖100的第一部分120和第二部分130之間布置狹槽110。 狹槽110可包括第一表面140、第二表面150和第三表面160,各表面沿光纖100的縱向延伸。第一表面140和第三表面160可在第一頂點(diǎn)170相交以形成角Q1,第二表面150和第三表面160可在第二頂點(diǎn)180相交以形成角Q 2。第一表面140由光纖100的外表面190 延伸至第一頂點(diǎn)170，而第二表面150由光纖100的外表面190延伸第二頂點(diǎn)180。
[0040]光纖(例如，圖1A~C中所示的光纖100)的形狀和尺寸不做具體限定，例如可基于所需的傳感器構(gòu)造選擇。例如，光纖的長(zhǎng)度(例如，圖1A~C中所示的光纖100的長(zhǎng)度 L1)可隨著傳感器的所需靈敏度等各種因素的不同而改變。光纖的長(zhǎng)度一般為任意長(zhǎng)度，例如，至少約50 ii m ;至少約75 ii m ;至少約100 u m ;至少約250 u m ;或至少約500 u m。光纖的長(zhǎng)度也可以例如為小于或等于約Im ;小于或等于約IOcm ;小于或等于約Icm ;小于或等于約5mm;小于或等于約Imm ;或小于或等于約500 ii m。在一些實(shí)施方式中,光纖可具有至少約50 ii m的長(zhǎng)度。在一些實(shí)施方式中，光纖可具有約50 ii m~約Im的長(zhǎng)度。
[0041]如本文使用的“非具槽截面”指的是光纖的與縱軸垂直的且不包括狹槽的截面 (如圖1A~B中的第一非具槽部分114a和第二非具槽部分114b所示)。非具槽截面可具有各種形狀，對(duì)其不做具體限定。例如，非具槽截面可以為圓形、橢圓形、多邊形等。在一些實(shí)施方式中，截面為圓形。在一些實(shí)施方式中，非具槽截面為橢圓形。在一些實(shí)施方式中， 非具槽截面為具有三條邊以上(例如，3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、 20或更多條邊)的多邊形。在一些實(shí)施方式中，非具槽截面可以包括兩重、三重、四重、五重、六重以上的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
[0042]非具槽截面的最大尺寸與非具槽截面的最小尺寸之比可以為例如至少約1:1 ;至少約1.2:1 ;至少約1.3:1 ;至少約1.5:1 ;或至少約2:1。截面的最大尺寸與截面的最小尺寸之比也可以例如為小于或等于約5:1 ;小于或等于約3:1 ;小于或等于約2:1 ;小于或等于約1.5:1 ;小于或等于約1.3:1 ;或小于或等于約1.1:1。在一些實(shí)施方式中，截面的最大尺寸與截面的最小尺寸之比為約1:1~約5:1。在一些實(shí)施方式中,截面的最大尺寸與截面的最小尺寸之比為約1:1。
[0043]也可以改變光纖的非具槽截面的最大尺寸。光纖的非具槽截面的最大尺寸例如可以為小于或等于約4 u m ;小于或等于約3.5 ii m ;小于或等于約3 u m ;小于或等于約 2.5um ;小于或等于約2 ii m ;小于或等于約1.5 y m ;或小于或等于約I U m。光纖的非具槽截面的最大尺寸例如可以為至少約50nm ;至少約IOOnm ;至少約250nm ;至少約500nm ;至少約800nm;至少約Iym;至少約1.5 y m ;或至少約2 y m。在一些實(shí)施方式中，光纖的非具槽截面的最大尺寸為小于或等于約4 Pm。在一些實(shí)施方式中，光纖的非具槽截面的最大尺寸為約50nm~約4 u m。[0044]在一些實(shí)施方式中，非具槽截面在不具有狹槽的部分中沿縱軸可以大致相同。例如，非狹槽截面可為圓形，其沿著光纖的長(zhǎng)度具有恒定的半徑(例如，約Ium的半徑)。在一些實(shí)施方式中，非具槽截面的最大尺寸(或直徑)沿光纖可具有比非具槽截面的最大尺寸的平均值小于約25%的偏差(或小于約10%的偏差)。在一些實(shí)施方式中，非具槽截面的面積沿光纖的非狹槽截面可以為大致相同。例如，非具槽截面的面積沿光纖可具有比非狹槽截面的面積的平均值小于約25%的偏差(或小于約10%的偏差)。
[0045]此處使用的“具槽截面”指的是光纖的與縱軸垂直的且包括狹槽的截面(如圖1A~B中的具槽部分112所示)。對(duì)具槽截面的形狀也不做具體限定。在一些實(shí)施方式中， 具槽截面的形狀對(duì)應(yīng)于非具槽截面的形狀。也就是說(shuō)，具槽截面與非具槽截面的形狀差異是由于狹槽導(dǎo)致。作為一個(gè)實(shí)例，非具槽截面可具有圓形截面，直徑為約2 ym，具槽截面可以為具有2pm直徑的圓，并在圓內(nèi)形成狹槽。在一些實(shí)施方式中，具槽截面可在圓、橢圓、 多邊形等中形成狹槽。在一些實(shí)施方式中，具槽截面具有形成為圓形的狹槽。在一些實(shí)施方式中，截面具有形成為橢圓的狹槽。在一些實(shí)施方式中，截面具有形成為具有三條邊以上 (例如，3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20 或更多條邊)的多邊形的狹槽。在一些實(shí)施方式中，具槽截面可以包括兩重、三重、四重、五重、六重以上的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
[0046]也可以改變光纖的具槽截面的最大尺寸。光纖的具槽截面的最大尺寸例如可以為小于或等于約4 ii m ;小于或等于約3.5 ii m ;小于或等于約3 u m ;小于或等于約2.5 y m ;小于或等于約2 ii m ;小于或等于約1.5 ii m ;或小于或等于約I U m。光纖的具槽截面的最大尺寸例如可以為至少約50nm ;至少約IOOnm ;至少約250nm ;至少約500nm ;至少約800nm ;至少約Iiim;至少約1.5iim ;或至少約2iim。在一些實(shí)施方式中，光纖的具槽截面的最大尺寸為小于或等于約4pm。在一些實(shí)施方式中，光纖的具槽截面的最大尺寸為約50nm~約 4um0在一些實(shí)施方式中，具槽截面的最大尺寸與非具槽截面的最大尺寸大致相同。
[0047]除非另有明確限定，此處使用的光纖的“半徑”是光纖截面的最大尺寸的一半。作為一個(gè)實(shí)例，截面可以為最大尺寸為約3 iim的圓，因此具有約1.5iim的半徑.[0048]設(shè)置在光纖內(nèi)的狹槽的形狀不做具體限定，可以依據(jù)光纖所需性質(zhì)的不同而變化。在一些實(shí)施方式中，形狀和尺寸對(duì)于充當(dāng)用于光的波導(dǎo)體(waveguide)的狹槽是有效的。狹槽的形狀例如可以由一個(gè)或多個(gè)表面(例如，一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)或更多個(gè)表面)所限定，所述表面均沿光纖的縱軸延伸。
[0049]所述一個(gè)或多個(gè)表面可以為平面、曲面或其組合。在一些實(shí)施方式中，狹槽由兩個(gè)以上的平面界定。在一些實(shí)施方式中，狹槽包括由光纖的外表面延伸至光纖的內(nèi)部區(qū)域的第一表面。在一些實(shí)施方式中，狹槽包括由光纖的外表面延伸至光纖的內(nèi)部區(qū)域的第二表面。
[0050]在一些實(shí)施方式中，狹槽包括至少兩個(gè)表面。在一些實(shí)施方式中，第一表面和第二表面在頂點(diǎn)相交。在一些實(shí)施方式中，第一表面和第二表面形成約12°~約120°的角。 第一表面與第二表面之間的角度的非限制性實(shí)例包括約12°、約30°、約60°、約90°、約 120°，或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。
[0051]圖2是具有包括兩個(gè)表面的狹槽的光纖的一個(gè)實(shí)例。光纖200具有狹槽210，其包括在頂點(diǎn)240相交以形成角0的第一表面220和第二表面230。第一表面220和第二表面230均沿著光纖200的縱軸(例如，沿如圖2所示的X軸)延伸。第一表面220由光纖200的外表面235延伸至頂點(diǎn)240，而第二表面230則沿光纖200的外表面235延伸至頂點(diǎn) 240。狹槽210也布置在第一部分250和第二部分260之間。狹槽210可具有同時(shí)垂直于縱軸和寬度W(例如，沿圖2中所示z軸)延伸的深度d。在一些實(shí)施方式中，角θ可以為 12°~約120°。角θ的非限制性實(shí)例包括約12°、約30°、約60°、約90°、約120°， 或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。
[0052]在一些實(shí)施方式中，狹槽包括與第一表面形成頂點(diǎn)的第三表面。第一表面和第三表面例如可以形成約30°~約150°的角。第一表面與第三表面之間形成的角的其他非限制性實(shí)例包括約30°、約60°、約90°、約120°、約150°或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。在一些實(shí)施方式中，第三表面與第二表面形成頂點(diǎn)。第二表面和第三表面例如可以形成約30°~約150°的角。第二表面與第三表面之間形成的角的其他非限制性實(shí)例包括約 30°、約60°、約90°、約120°、約150°或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。在一些實(shí)施方式中，第一表面和第三表面之間的角與第二表面和第三表面之間的角大致相同。在一些實(shí)施方式中，第一表面和第二表面一般是平行的。
[0053]參考圖1A~C，光纖100是具有三個(gè)表面的光纖的一個(gè)實(shí)例。狹槽110包括三個(gè)表面:第一表面140、第二表面150和第三表面160。第一表面140和第三表面160在第一頂點(diǎn)170相交以形成角θ1，第二表面150和第三表面160可在第二頂點(diǎn)180相交以形成角θ1。在一些實(shí)施方式中，角θ1可以為約30°~約150°。角θ1的非限制性實(shí)例包括約30°、約60°、約90°、約120°、約150°或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。在一些實(shí)施方式中，角θ1可以為約30°~約150°。角θ1的非限制性實(shí)例包括約30°、約60°、約 90°、約120°、約150°或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。在一些實(shí)施方式中，θ1和θ2為大致相同或相同。例如，θ1和θ2可以同時(shí)為約90°。
[0054]在一些實(shí)施方式中，狹槽由一個(gè)或多個(gè)曲面界定。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)曲面可由光纖的外表面延伸至光纖的內(nèi)部區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，狹槽包括一個(gè)曲面，該曲面由光纖的外表面上的第一位點(diǎn)延伸至光纖的外表面上的第二位點(diǎn)以形成狹槽。
[0055]圖3是具有包括曲面的狹槽的光纖的一個(gè)實(shí)例。光纖300具有狹槽310，所述狹槽包括界定狹槽310并沿光纖300的縱軸延伸(例如，沿圖3中所示X軸)的“U”形表面 320。狹槽310也布置在第一部分330和第二部分340之間?！癠”形表面320也在光纖300 的外表面350上的兩個(gè)位點(diǎn)之間延伸。狹槽310可具有同時(shí)垂直于縱軸和寬度“W”(例如， 沿圖3中所示z軸)延伸的深度“d”。盡管圖3顯示了具有曲面的狹槽的一個(gè)實(shí)例，不過(guò)許多其他曲面也是可能的，并且也在本申請(qǐng)的范圍之內(nèi)。
[0056]可以改變狹槽的深度(例如，圖1C中所示的深度d)以改變光纖的性質(zhì)。不受任何具體理論的約束，據(jù)認(rèn)為，增大深度能夠增強(qiáng)光學(xué)雙折射和倏逝場(chǎng)。例如，所述深度可以為至少約1Onm ;至少約50nm ;至少約1OOnm ;至少約250nm ;至少約500nm ;至少約750nm ;至少約1 μ m ;至少約1.5 μ m ;至少約2 μ m ;至少約2.5 μ m ;至少約3 μ m ;或至少約3 μ m。所述深度例如小于或等于約4 μ m ;小于或等于約3.5 μ m ;小于或等于約3 u m ;小于或等于約
2.5 u m ;小于或等于約2 μ m ;小于或等于約1.5 μ m ;或小于或等于約1 μ m。在一些實(shí)施方式中，所述深度為約1Onm~約4nm。
[0057]所述深度也可以相對(duì)于光纖截面的最大尺寸(或直徑)來(lái)構(gòu)造。作為一個(gè)實(shí)例， 光纖可具有2 的直徑和深度為I 的狹槽。因此，深度為光纖截面的最大尺寸的50%。例如，所述深度可以為最大尺寸的至少約1% ;最大尺寸的至少約10% ;最大尺寸的至少約 20% ;最大尺寸的至少約30% ;最大尺寸的至少約40% ;最大尺寸的至少約50% ;最大尺寸的至少約60% ;最大尺寸的至少約70%。深度也可以例如為小于或等于最大尺寸的約99% ;小于或等于最大尺寸的約90% ;小于或等于最大尺寸的約80% ;小于或等于最大尺寸的約70% ； 小于或等于最大尺寸的約60% ;小于或等于最大尺寸的約50%。在一些實(shí)施方式中，深度為光纖截面最大尺寸的約1%~約99%。在一些實(shí)施方式中,深度小于光纖截面的最大尺寸。
[0058]也可以改變狹槽的寬度(例如，圖1C中所示的寬度W)以改變光纖的性質(zhì)。不受任何具體理論的約束，據(jù)認(rèn)為，調(diào)節(jié)寬度能夠增強(qiáng)光學(xué)雙折射和倏逝場(chǎng)。例如，所述可以為至少約5nm ;至少約IOnm ;至少約25nm ;至少約50nm ;至少約IOOnm ;至少約200nm ;至少約 250nm ;至少約300nm ;或至少約400nm。寬度例如可以為小于或等于約500nm ;小于或等于約450nm ;小于或等于約400nm ;小于或等于約300nm ;小于或等于約250nm ;小于或等于約 200nm或小于或等于約lOOnm。在一些實(shí)施方式中，寬度為約5nm~約500nm。 [0059]所述寬度也可以相對(duì)于光纖截面的最大尺寸(或直徑)來(lái)構(gòu)造。作為一個(gè)實(shí)例， 光纖可具有2iim的直徑和寬度為500nm的狹槽。寬度為光纖截面的最大尺寸的25%。所述寬度例如可以為最大尺寸的至少約0.1% ;最大尺寸的至少約0.5% ;最大尺寸的至少約1% ； 最大尺寸的至少約5% ;最大尺寸的至少約10% ;最大尺寸的至少約15% ;最大尺寸的至少約 20% ;或最大尺寸的至少約25%。寬度例如為小于或等于最大尺寸的約99% ;小于或等于最大尺寸的約90% ;小于或等于最大尺寸的約70% ;小于或等于最大尺寸的約50% ;小于或等于最大尺寸的約40% ;或小于或等于最大尺寸的約30%。在一些實(shí)施方式中，寬度為光纖截面的最大尺寸的約1%~99%。在一些實(shí)施方式中，寬度小于光纖截面的最大尺寸。
[0060]寬度也可以相對(duì)于狹槽的深度來(lái)構(gòu)造。作為一個(gè)實(shí)例，狹槽具有IOOnm的寬度和 500nm的深度；因此，寬度是深度的20%。寬度例如可以為深度的至少約1% ;深度的至少約 10% ;深度的至少約20% ;深度的至少約30% ;深度的至少約40% ;深度的至少約50% ;深度的至少約60% ;深度的至少約70%。寬度也可以例如為小于或等于深度的約99% ;小于或等于深度的約90% ;小于或等于深度的約80% ;小于或等于深度的約70% ;小于或等于深度的約 60% ;或小于或等于深度的約50%。在一些實(shí)施方式中，寬度為狹槽深度的約1%~約99%。 在一些實(shí)施方式中，寬度小于狹槽的深度。
[0061]對(duì)狹槽的長(zhǎng)度不做具體限定，可以為不超過(guò)光纖長(zhǎng)度的任何值。狹槽的長(zhǎng)度例如可以為至少約50 ii m ;至少約100 u m ;至少約150 u m ;至少約200 u m ;至少約250 u m ;至少約300iim ;或至少約1_。狹槽的長(zhǎng)度例如可以為小于或等于約Im ;小于或等于約50cm ； 小于或等于約IOcm ;小于或等于約Icm ;小于或等于約5mm ;小于或等于約Imm ;或500 u m。 在一些實(shí)施方式中，狹槽的長(zhǎng)度為約50 u m~約lm。在一些實(shí)施方式中,狹槽的長(zhǎng)度小于光纖的長(zhǎng)度。
[0062]在一些實(shí)施方式中，狹槽的形狀和尺寸沿狹槽的長(zhǎng)度可以大致相同。例如，狹槽可以如圖1A~C中所示構(gòu)造，其中寬度、深度、01和02沿狹槽的長(zhǎng)度(例如，圖1A~B中所示沿光纖100的長(zhǎng)度L2)均為恒定。在一些實(shí)施方式中，狹槽的垂直于光纖縱軸的截面積沿狹槽的長(zhǎng)度可以為大致相同。例如，狹槽的垂直于光纖縱軸的截面積沿其長(zhǎng)度可具有比狹槽的截面面積的平均值小于約25%的偏差(或小于約10%的偏差)。在一些實(shí)施方式中，光纖的具槽截面的面積沿狹槽的長(zhǎng)度可以為大致相同。例如，具槽截面的面積沿狹槽的長(zhǎng)度可具有比具槽截面的平均面積小于約25%的偏差(或小于約10%的偏差)。
[0063]對(duì)光纖中狹槽的相對(duì)位置不做具體限定。在一些實(shí)施方式中，狹槽的部分位于沿光纖長(zhǎng)度的中點(diǎn)附近(例如，狹槽110的部分位于沿狹槽110長(zhǎng)度的中點(diǎn)，如圖1A~B所示)。在一些實(shí)施方式中，狹槽可居于光纖截面的中心。因此，具槽截面例如可以構(gòu)造為使得至少一個(gè)沿縱軸延伸并穿過(guò)具槽截面中心的平面將狹槽分成等分。在一些實(shí)施方式中， 具槽截面包括至少一個(gè)沿光纖縱軸延伸的鏡像平面。在一些實(shí)施方式中，狹槽包括具槽截面的中心。例如，深度d和寬度W均大于圖1C中所示的半徑R，從而光纖截面的中心位于狹槽內(nèi)。
[0064]光纖的一些實(shí)施方式可在微纖維內(nèi)包括兩個(gè)或更多個(gè)狹槽(例如,兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)狹槽)。兩個(gè)或更多個(gè)狹槽可具有大致相同的形狀、相同的形狀或不同的形狀。 在一些實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)狹槽可具有大致相同的尺寸。在一些實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)狹槽具有不同的尺寸。圖4是具有兩個(gè)狹槽的光纖的一個(gè)實(shí)例的截面。光纖400包括深度為Cl1和寬度為W1的第一狹槽410。光纖400也包括深度為d2和寬度為W2的第二狹槽420。第一狹槽410布置在光纖的第一部分430和第二部分440之間。第二狹槽420布置在光纖的第二部分440和第三部分450之間。第一狹槽410和第二狹槽420可以以距離 6間隔開(kāi)。距離S例如可以為至少約IOnm ;至少約25nm ;至少約50nm ;至少約IOOnm ;至少約250nm ;至少約500nm ;或至少約I u m。
[0065]在一些實(shí)施方式中,光纖可在光纖的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上包括兩個(gè)狹槽。圖5是在相對(duì)側(cè)上具有兩個(gè)狹槽的光纖的一個(gè)實(shí)例的截面。光纖500包括深度為Cl1和寬度為W1的第一狹槽510。光纖500也包括深度為d2和寬度為W2的第二狹槽520。第一狹槽510布置在光纖的第一部分530和第二部分540之間。第二狹槽520布置在光纖的第三部分550和第四部分560之間。第一狹槽410和第二狹槽420可以以距離5間隔開(kāi)。距離5例如可以為至少約IOnm ;至少約25nm ;至少約50nm ;至少約IOOnm ;至少約250nm ;至少約500nm ;或至少約I U m。在一些實(shí)施方式中，第一狹槽510和第二狹槽520可以被構(gòu)造為使得具槽截面具有兩重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
[0066]可以使用各種其他的具有兩重、三重、四重、五重、六重以上的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的配置。圖 6是具有四個(gè)狹槽和四重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的光纖的一個(gè)實(shí)例的截面。光纖600包括第一狹槽610、 第二狹槽620、第三狹槽630和第四狹槽640。第一狹槽610布置在光纖的第一部分650和第二部分660之間。第二狹槽620布置在光纖的第二部分660和第三部分670之間。第三狹槽630布置在光纖的第三部分670和第四部分680之間。第四狹槽640布置在光纖的第四部分670和第一部分650之間?？梢允褂镁哂行D(zhuǎn)對(duì)稱的眾多的其他配置，這對(duì)于由本申請(qǐng)的教導(dǎo)所指導(dǎo)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
[0067]在一些實(shí)施方式中，光纖的具槽截面具有兩重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，或者不包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。在一些實(shí)施方式，光纖的具槽截面不包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。通過(guò)提供不具有三重以上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的具槽截面，具槽光纖可展示出增強(qiáng)的雙折射性質(zhì)。如上所述，雙折射能夠用于各種傳感應(yīng)用， 以檢測(cè)介質(zhì)的一種或多種特性的變化。
[0068]光纖可以由通常用于光纖、特別是用于傳感應(yīng)用中的光纖的常規(guī)材料來(lái)制備。所述材料可以為透明材料。在一些實(shí)施方式中，可以選擇并處理透明材料，以使光纖對(duì)光是透明的。所述透明材料可包括例如玻璃(如二氧化硅)、硅、聚合物等。在一些實(shí)施方式中，光纖在波長(zhǎng)為約1550nm時(shí)的衰減系數(shù)為約2dB/km以下。在一些實(shí)施方式中，光纖在波長(zhǎng)為約1550nm時(shí)的衰減系數(shù)為約ldB/km以下。在一些實(shí)施方式中，光纖在波長(zhǎng)為約1550nm時(shí)的衰減系數(shù)為約0.5dB/km以下。
[0069]在一些實(shí)施方式中，光纖可在其一個(gè)或兩個(gè)末端上包括錐形光耦合器，以通過(guò)光纖的末端來(lái)接受或傳輸光。[0070]在一些實(shí)施方式中,光纖也可在外表面上包括光纖布拉格光柵。光纖布拉格光柵例如可用于檢測(cè)溫度或應(yīng)變的變化。不受任何具體理論的約束，據(jù)認(rèn)為，溫度或應(yīng)變的變化會(huì)影響光柵的間距和光纖的雙折射，這反過(guò)來(lái)又會(huì)影響透過(guò)光纖傳輸或由光纖反射的光的性質(zhì)(例如，透射光的極性和波長(zhǎng))。布拉格光柵可包括以重復(fù)間隔(repeating interval) 布置的兩個(gè)以上的光柵(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10個(gè)以上的光柵)。所述重復(fù)間隔可具有與透過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾牟ㄩL(zhǎng)大致相同的長(zhǎng)度。例如，重復(fù)間隔可以為約400nm~約2000nm。 重復(fù)間隔的非限制性實(shí)例包括約400nm、約500nm、約600nm、約700nm、約800nm、約900nm、 約 lOOOnm、約 I lOOnm、約 1200nm、約 1300nm、約 1400nm、約 1500nm、約 1600nm、約 1700nm、約 1800nm、約1900nm、約2000nm，或這些值中的任何兩個(gè)之間的范圍?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)方法，例如，使用紫外光刻寫(xiě)光柵來(lái)制備光柵。
[0071]在一些實(shí)施方式中,光纖也可以在外表面包括光纖布拉格光柵。光纖布拉格光柵例如可用于檢測(cè)溫度或應(yīng)變的變化。不受任何具體理論的約束，據(jù)認(rèn)為，溫度或應(yīng)變的變化會(huì)影響光柵的間距和光纖的雙折射，這反過(guò)來(lái)又會(huì)影響透過(guò)光纖傳輸或由光纖反射的光的性質(zhì)(例如，透射光的極性和波長(zhǎng))。布拉格光柵可包括以重復(fù)間隔布置的兩個(gè)以上的光柵 (例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10個(gè)以上的光柵)。所述重復(fù)間隔可具有與透過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾牟ㄩL(zhǎng)大致相同的長(zhǎng)度。例如,重復(fù)間隔可以為約400nm~約2000nm。重復(fù)間隔的非限制性實(shí)例包括約 400nm、約 500nm、約 600nm、約 700nm、約 800nm、約 900nm、約 lOOOnm、約 I lOOnm、 約 1200nm、約 1300nm、約 1400nm、約 1500nm、約 1600nm、約 1700nm、約 1800nm、約 1900nm、約 2000nm，或這些值中的任何兩個(gè)之間的范圍?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)方法，例如，使用紫外光刻寫(xiě)光柵來(lái)制備光柵。
[0072]在一些實(shí)施方式中，光纖可以在其外表面上包括接收器或結(jié)合位點(diǎn)。接收器或結(jié)合位點(diǎn)可以與環(huán)境介質(zhì)中的分析物結(jié)合，而這又會(huì)改變光纖外表面處的光學(xué)性質(zhì)。透過(guò)光纖傳輸?shù)墓庾V可以通過(guò)這種變化(例如，透過(guò)的某種波長(zhǎng)的強(qiáng)度)來(lái)改變，并與環(huán)境中分析物的存在與否(或濃度)相關(guān)聯(lián)。作為一個(gè)實(shí)例，光纖可以包括對(duì)一種或多種蛋白質(zhì)具有親和性的抗體。透過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾墓庾V的變化可以與一種或多種蛋白質(zhì)的濃度相關(guān)聯(lián)。眾多的接收器或結(jié)合位點(diǎn)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，并且能夠容易地為本申請(qǐng)的光纖使用。
[0073]可以使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的常規(guī)技術(shù)來(lái)制備光纖。光纖可以通過(guò)以下方式獲得，例如，使用加熱拖曳技術(shù)使標(biāo)準(zhǔn)單模光纖逐漸變細(xì)。該技術(shù)的一個(gè)實(shí)例公開(kāi)于 Brambill, G.等，“Ultra-low-loss optical fiber nanotapes,，，Optics Express, 第12卷，第2258-2263頁(yè)(2004)。通過(guò)微機(jī)械加工技術(shù)，例如聚焦離子束銑削和深紫外線光刻技術(shù)隨后使光纖內(nèi)形成狹槽。Kou J.等,“Microfiber-probe-based ultrasmall interferometric sensor, ” Optics Letters,第 35 卷，第 2308-2310 頁(yè)(2010)和 Kou J.等，“Miniaturized fiber taper interferometer for high temperature measurement,，，0ptics Express,第 18 卷，第 14245-14250 頁(yè)(2010)是公開(kāi)可用于在微纖維內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)狹槽的工藝的出版物的一些實(shí)例。各種其他的方法可用來(lái)制備具槽光纖，本申請(qǐng)并不限于任何具體的方法。
[0074]具槽光纖的使用方法
[0075]此處公開(kāi)的一些實(shí)施方式包括具槽光纖的使用方法。所述方法可使用本申請(qǐng)中公開(kāi)的任一種具槽光纖。例如，可以使用圖1~6中所不的任一種具槽光纖。具槽光纖可以布置來(lái)與介質(zhì)相鄰或者與介質(zhì)接觸，以傳感所述介質(zhì)的一種或多種特性。例如，所述方法可用于檢測(cè)介質(zhì)的一種或多種特性，所述特性選自溫度、壓力、張力、折射率或介質(zhì)中至少一種成分的濃度。對(duì)所述介質(zhì)不做具體限定，例如可以是流體、氣體、液體、固體、水溶液、有機(jī)溶液和空氣等。
[0076]在一些實(shí)施方式中，所述介質(zhì)可以是諧振器，例如環(huán)形物或盤(pán)狀物。所述光纖例如可以繞諧振器盤(pán)卷兩圈以上。諧振器在與不同材料接觸時(shí)能夠顯示出折射率的變化。美國(guó)專利號(hào)2011/0075963公開(kāi)了可以與光纖一同使用的諧振器的一些實(shí)例。在一些實(shí)施方式中，諧振器包括一個(gè)或多個(gè)通道或貯存器以用于接收樣品介質(zhì)。通過(guò)通道或貯存器內(nèi)提供的液體介質(zhì)可測(cè)定或檢測(cè)透過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾囊环N或多種特性的變化。
[0077]在一些實(shí)施方式中，所述方法包括使光通過(guò)所述光纖由所述光纖的第一末端向所述光纖的第二末端傳輸，并測(cè)定光纖的光的至少一種特性。光的特性例如可以是強(qiáng)度、相位或偏振?？梢栽谝粋€(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處測(cè)定這些特性。例如，可以測(cè)定850nm處的強(qiáng)度，并使其與介質(zhì)的一種或多種特性的變化相關(guān)聯(lián)。作為另一個(gè)實(shí)例，可以在整個(gè)光譜上測(cè)定多個(gè)波長(zhǎng)(例如，至少兩個(gè)、至少五個(gè)、至少十二個(gè)、至少十五個(gè)或更多個(gè)波長(zhǎng))處的強(qiáng)度，并使多個(gè)波長(zhǎng)的強(qiáng)度(或相對(duì)強(qiáng)度)的變化與介質(zhì)的至少一種特性相關(guān)聯(lián)。測(cè)定可以在一個(gè)或多個(gè)不連續(xù)的波長(zhǎng)處進(jìn)行，或者在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行。例如，使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)傳感器分析儀 (OSA)測(cè)定光的一種或多種特性。
[0078]由光纖測(cè)定的光的波長(zhǎng)通?？梢允侨魏尾ㄩL(zhǎng)，例如，約400nm~約2000nm。測(cè)定波長(zhǎng)的非限制性實(shí)例包括約400nm、約500nm、約600nm、約700nm、約800nm、約900nm、約 lOOOnm、約 llOOnm、約 1200nm、約 1300nm、約 1400nm、約 1500nm、約 1600nm、約 1700nm、約 1800nm、約1900nm、約2000nm，或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。
[0079]在一些實(shí)施方式中，在測(cè)定光的一種或多種特性之前，可以使由光纖傳輸?shù)墓馀c一種或多種其他光源組合。例如，通過(guò)光纖傳輸?shù)墓饪梢耘c未通過(guò)光纖傳輸?shù)膮⒄展獐B加。 光的特性(例如，偏振)可以相對(duì)于參照光來(lái)測(cè)定(例如，偏振干涉)。
[0080]在一些實(shí)施方式中，在一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處通過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度的變化可以與介質(zhì)的一種或多種特性相關(guān)聯(lián)。不受任何具體理論的約束，介質(zhì)的特性例如可以與介質(zhì)中倏逝波的吸收相關(guān)聯(lián)。利用由光纖傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度的變化可以觀察出現(xiàn)吸收(或諧振)時(shí)的光的波長(zhǎng)。同時(shí)，由介質(zhì)吸收的光的強(qiáng)度或波長(zhǎng)的變化可以與介質(zhì)的各種特性(如溫度、 壓力、張力、折射率或介質(zhì)中至少一種成分的濃度)的變化相關(guān)聯(lián)。本申請(qǐng)認(rèn)識(shí)到，在光纖內(nèi)包括狹槽可使倏逝場(chǎng)增強(qiáng)，由此可增大對(duì)介質(zhì)變化的靈敏度。
[0081]在一些實(shí)施方式中，在一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處通過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾钠竦淖兓梢耘c介質(zhì)的一種或多種特性相關(guān)聯(lián)。不受任何具體理論的約束，介質(zhì)的特性例如可以與通過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾钠?例如，雙折射)的變化相關(guān)聯(lián) 。光的偏光性例如可因溫度、壓力或介質(zhì)中的應(yīng)變而發(fā)生變化，而這些會(huì)改變光纖的雙折射性質(zhì)。本申請(qǐng)認(rèn)識(shí)到，在光纖內(nèi)包括狹槽可增強(qiáng)光纖的雙折射性質(zhì)，由此可增大對(duì)介質(zhì)變化的靈敏度。
[0082]對(duì)通過(guò)光纖傳輸?shù)墓獠蛔鼍唧w限定，可以基于具體的應(yīng)用來(lái)選擇。所述光可包括至少一個(gè)峰值發(fā)射為約400nm~約2000nm的波長(zhǎng)。峰值發(fā)射的波長(zhǎng)的非限制性實(shí)例包括約 400nm、約 500nm、約 600nm、約 700nm、約 800nm、約 900nm、約 lOOOnm、約 I lOOnm、約 1200nm、 約 1300nm、約 1400nm、約 1500nm、約 1600nm、約 1700nm、約 1800nm、約 1900nm、約 2000nm,或
這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。例如，可以使用市售光源，如半導(dǎo)體光源或?qū)拵Ч庠磥?lái)產(chǎn)生光。光也可以選擇性地進(jìn)行偏振或過(guò)濾，然后再通過(guò)光纖傳輸。在一些實(shí)施方式中，所測(cè)定的至少一個(gè)波長(zhǎng)與對(duì)于通過(guò)光纖傳輸?shù)墓獾姆逯蛋l(fā)射的波長(zhǎng)之一大致相同。
[0083]包括具槽光纖的傳感裝置
[0084]本文公開(kāi)的一些實(shí)施方式包括具有一個(gè)或多個(gè)具槽光纖的傳感裝置。具槽光纖可以是本申請(qǐng)中公開(kāi)的任一種光纖。例如，可以使用圖1~6中所示的任一種具槽光纖。在一些實(shí)施方式中，傳感裝置包括光源、具槽光纖和光檢測(cè)器。所述光纖可構(gòu)造為在第一末端接收來(lái)自所述光源的至少一部分光并將所述光傳輸至光纖第二末端。所述光檢測(cè)器可構(gòu)造為接收來(lái)自所述光纖的第二末端的至少一部分光并測(cè)定來(lái)自光纖的光的至少一種特性。
[0085]眾多的光檢測(cè)器在本領(lǐng)域中是已知的，并且在本申請(qǐng)的范圍之內(nèi)。例如，所述光檢測(cè)器可以是標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)光譜分析儀(OSA)。在一些實(shí)施方式中，光檢測(cè)器被構(gòu)造為測(cè)定光的至少一種特性，所述特性選自強(qiáng)度、相位或偏振。光檢測(cè)器可被構(gòu)造為測(cè)定具有例如約 400nm~約2000nm的波長(zhǎng)的光的一種或多種特性。構(gòu)造光檢測(cè)器來(lái)測(cè)定的波長(zhǎng)的非限制性實(shí)例包括約 400nm、約 500nm、約 600nm、約 700nm、約 800nm、約 900nm、約 lOOOnm、約 llOOnm、 約 1200nm、約 1300nm、約 1400nm、約 1500nm、約 1600nm、約 1700nm、約 1800nm、約 1900nm、約 2000nm，或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。
[0086]對(duì)光源也不做具體限定，可以使用各種市售的光源。例如，光源可以是半導(dǎo)體光源或?qū)拵Ч庠?。光源可以被?gòu)造為發(fā)射具有至少一個(gè)峰值發(fā)射為約400nm~約2000nm的波長(zhǎng)的光。構(gòu)造光源以用于發(fā)射的峰值發(fā)射的波長(zhǎng)的非限制性實(shí)例包括約400nm、約500nm、約 600nm、約 700nm、約 800nm、約 900nm、約 lOOOnm、約 I lOOnm、約 1200nm、約 1300nm、約 1400nm、 約1500nm、約1600nm、約1700nm、約1800nm、約1900nm、約2000nm，或這些值的任何兩個(gè)之間的范圍。
[0087]也可以在所述裝置中包括各種其他的光學(xué)元件。例如，該裝置可包括一個(gè)或多個(gè)偏振器以用于在通過(guò)光纖傳輸光之前或之后使光發(fā)生偏振。所述偏振器可以與光源整合在一起。作為另一個(gè)實(shí)例，該裝置可包括分路器。所述分路器用于在傳輸至光纖之前將來(lái)自光源的光分路。來(lái)自分路器的至少一束光被設(shè)置來(lái)不通過(guò)光纖傳輸。在一些實(shí)施方式中， 來(lái)自分路器的分路光束的至少兩束被疊加，然后被光檢測(cè)器接收(例如，用于測(cè)定偏振干涉)。
[0088]在一些實(shí)施方式中，該裝置還包括與光檢測(cè)器偶聯(lián)的處理器，所述處理器被構(gòu)造為接收來(lái)自光檢測(cè)器的對(duì)應(yīng)于來(lái)自所述光纖的光的至少一種特性的信號(hào)。所述處理器也可以被構(gòu)造為使來(lái)自光纖的光的至少一種特性與鄰接于所述光纖或與所述光纖接觸的介質(zhì)的至少一種特性相關(guān)聯(lián)。作為一個(gè)實(shí)例，所述處理器可與包括表格等數(shù)據(jù)的機(jī)器可讀式存儲(chǔ)器(例如，閃速存儲(chǔ)器、光盤(pán)和磁盤(pán)等)偶聯(lián)，由此將某一波長(zhǎng)處的光的強(qiáng)度與介質(zhì)的溫度相關(guān)聯(lián)。處理器可使用該數(shù)據(jù)以及由光檢測(cè)器接收到的信號(hào)，來(lái)確定介質(zhì)的溫度。在一些實(shí)施方式中，所述處理器也可以與光源偶聯(lián)，并被構(gòu)造為發(fā)送和/或接收對(duì)應(yīng)于來(lái)自所述光源的光的至少一種特性的信號(hào)。作為一個(gè)實(shí)例，處理器可以被構(gòu)造為發(fā)送或接收對(duì)應(yīng)于光發(fā)射的時(shí)機(jī)、光的波長(zhǎng)或發(fā)射至光纖的光的強(qiáng)度的信號(hào)。所述處理器例如可以與光檢測(cè)器和/或光源一體化。
[0089]針對(duì)在本文中使用基本上任何復(fù)數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語(yǔ)，本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以從復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化為單數(shù)和/或從單數(shù)轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)以適合于上下文和/或應(yīng)用。為了清楚起見(jiàn)，可以在本文中明白地闡述各種單數(shù)/復(fù)數(shù)的置換。
[0090]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，一般而言，在本文中使用的術(shù)語(yǔ)，特別是在所附的權(quán)利要書(shū)(例如，所附權(quán)利要求的主體)中使用的術(shù)語(yǔ)通常旨在作為“開(kāi)放式”術(shù)語(yǔ)(例如，術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng)該解釋為“包括但不限于”，術(shù)語(yǔ)“具有”應(yīng)解釋為“至少具有”，術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng)解釋為“包括但不限于”等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步可以理解，如果引入的權(quán)利要求記述內(nèi)容的特定數(shù)量是有意圖的，則這樣的意圖將被明確記載在權(quán)利要求中，并且在不存在這樣的記載時(shí)，不存在這樣的意圖。例如，為幫助理解，下面所附的權(quán)利要求可以包含引入性短語(yǔ)“至少一個(gè)”和“一個(gè)或更多個(gè)”的使用，以引入權(quán)利要求記述內(nèi)容。然而，這樣的短語(yǔ)的使用不應(yīng)被解釋為通過(guò)不定冠詞“一個(gè)”暗示權(quán)利要求記載的引入，不定冠詞“一個(gè)”將把包含這樣引入的權(quán)利要求記述內(nèi)容的任何特定權(quán)利要求限制為只包含一個(gè)這樣的記述內(nèi)容的發(fā)明，即使當(dāng)同一權(quán)利要求包括引入性短語(yǔ)“一個(gè)或更多個(gè)”或“至少一個(gè)”以及諸如“一個(gè)”的不定冠詞(例如，“一個(gè)”通常應(yīng)該被解釋為意味“至少一個(gè)”或“一個(gè)或更多個(gè)”)時(shí)；相同原則對(duì)于用于引入權(quán)利要求記述內(nèi)容的定冠詞的使用同樣適用。此外，即使明確記載了所引入權(quán)利要求記述內(nèi)容的特定數(shù)量，本領(lǐng)域技術(shù)人員也將會(huì)認(rèn)識(shí)到這樣的記述內(nèi)容通常應(yīng)該被解釋為至少意味著所記載的數(shù)量(例如，沒(méi)有其它修飾的“兩個(gè)記述內(nèi)容”的無(wú)多余記載，在沒(méi)有其它修飾語(yǔ)情況下通常意味著至少兩個(gè)記述內(nèi)容，或者兩個(gè)或更多個(gè)記述內(nèi)容)。此外，在使用類似于“A、B和C等中的至少一個(gè)”的約定的那些句子中，一般這樣的構(gòu)造旨在表示本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的該約定(例如，“具有A、B和C中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將會(huì)包括但不限于單獨(dú)具有A、單獨(dú)具有B、單獨(dú)具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C、和/或一起具A、B和C等)。在使用類似于“A、B和C等中的至少一個(gè)”的約定的那些句子中，一般這樣的構(gòu)造旨在表示本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的該約定 (例如，“具有A、B和C中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將會(huì)包括但不限于單獨(dú)具有A、單獨(dú)具有B、單獨(dú)具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C、和/或一起具A、B和C等)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解的是，承接兩個(gè)或兩個(gè)以上替代術(shù)語(yǔ)的幾乎任何分離性單詞和/ 或短語(yǔ)，無(wú)論是在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)和還是附圖中，都應(yīng)被理解為考慮包括多個(gè)術(shù)語(yǔ)中的一個(gè)、術(shù)語(yǔ)中的任一個(gè)、或兩個(gè)術(shù)語(yǔ)的可能性。例如，短語(yǔ)“A或B”將被理解為包括“A”或 “B”或“A和B的可能性。
[0091]此外，當(dāng)本公開(kāi)的特征和方面以馬庫(kù)什組方式描述時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 本公開(kāi)也由此按照該馬庫(kù)什組中任意單獨(dú)要素或要素子集進(jìn)行了描述。
[0092]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，針對(duì)任何目的及全部目的，例如以提供撰寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)的形式，本文所公開(kāi)的全部范圍還包括任何及全部可能的子范圍及其子范圍的組合。所列出的任何范圍可以容易地被理解為充分地描述和實(shí)現(xiàn)了被劃分為至少相等的兩等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的相同范圍。作為非限制性示例，本文討論的每個(gè)范圍可容易地劃分為前三分之一、中間三分之一和后三分之一等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，例如 “達(dá)到”、“至少”、“大于”、“小于”等所有語(yǔ)言，包括所記載的數(shù)目，并指代如上所述隨后可劃分成子范圍的范圍。最后，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，范圍包括各個(gè)單獨(dú)要素。因此，例如，具有I至3個(gè)元素的組指代具有I個(gè)、2個(gè)或3個(gè)元素的組。類似地,具有I至5個(gè)元素的組指代具有I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)或5個(gè)元素的組，以此類推。
[0093]雖然已在本文中公開(kāi)了多個(gè)方面和實(shí)施方式，但是其它方面和實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是明顯的。本文中公開(kāi)的各個(gè)方面和實(shí)施方式是出于例示的目的而非旨在進(jìn)行限制，本發(fā)明真正的范圍和主旨由所附權(quán)利要求來(lái)指定。
[0094]實(shí)施例
[0095]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)于本文中公開(kāi)的所述過(guò)程和方法以及其他過(guò)程和方法，在所述過(guò)程和方法中執(zhí)行的功能可以按照不同的順序?qū)嵤?。此外，概述的步驟和操作僅作為實(shí)例提供，一部分步驟和操作是可選的，組合成更少的步驟和操作，或者擴(kuò)展到其他的步驟和操作中，而不會(huì)損害所公開(kāi)的實(shí)施方式的本質(zhì)。
[0096]實(shí)施例1:模擬程序
[0097]使用COMSOL Multiphysics3.4的全矢量有限元分析法來(lái)模擬具槽光纖的性質(zhì)。 光纖的折射率與二氧化硅的相同(1.444)，而光纖周?chē)慕橘|(zhì)的折射率則與空氣的相同 (1.000)。具槽微纖維如圖1C中所示構(gòu)造。
[0098]實(shí)施例2:使用具槽光纖的雙折射來(lái)傳感
[0099]確定具槽光纖的兩種不同片偏振的HE11模式，所述光纖的直徑為I U m,并具有寬度為150nm且深度為約Iiim的狹槽。通過(guò)光纖傳輸?shù)墓饩哂械牟ㄩL(zhǎng)為1550nm。HE11模式
的非簡(jiǎn)并性稱為具槽光纖的雙折射B。雙折射B可定義為# = TJlff -11Iff，其中%-和TJlff是
H￡的有效折射率。結(jié) 果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于模式的相應(yīng)的電場(chǎng)顯示出較大的不連
續(xù)性，在狹槽內(nèi)的幅度增大，這是由于空氣的折射率較低所致。由于空氣和二氧化硅的折射率的差異較大，因此大部分場(chǎng)能被局限在狹槽區(qū)域內(nèi)。同時(shí)，在y方向上的光波偏振得到滿足，因?yàn)楠M槽和光纖之間不存在通量。如此，光主要被局限在折射率更高的介質(zhì)內(nèi)。因此， 在X方向上偏振的大量光通過(guò)狹槽內(nèi)的空氣傳輸(例如，低折射率的材料)，而在y方向上偏振的極少的光通過(guò)狹槽傳輸?？赡艽蠹s10%~20%的光能通過(guò)狹槽傳輸。
[0100]圖7是顯示各種具槽光纖的雙折射對(duì)光纖的半徑的圖。所述光纖內(nèi)的狹槽固定為 50nm或lOOnm，狹槽的深度等于光纖的半徑或者為光纖半徑的一半。該數(shù)據(jù)表明，雙折射最初隨光纖半徑的增大而增大，直至達(dá)到最高，之后降低。另外，雙折射隨著狹槽的寬度和深度的增加而增大。這些結(jié)果表明，可以選擇光纖的尺寸以增大雙折射，由此增大對(duì)于各種應(yīng)用的靈敏度。
[0101]光纖的靈敏度可視為相對(duì)于折射率的變化的諧振波長(zhǎng)的變化:
S ==0圖8是顯示光纖的靈敏度相對(duì)于光纖的半徑的圖示。各纖維
內(nèi)的狹槽的深度大致等于光纖的直徑。該數(shù)據(jù)表明，具槽光纖有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)于周?chē)橘|(zhì)中的折射率的變化非常高的靈敏度。
[0102]實(shí)施例3:使用具槽光纖的倏逝場(chǎng)傳感[0103]倏逝場(chǎng)可用于檢測(cè)周?chē)橘|(zhì)的有效折射率的變化。通過(guò)監(jiān)測(cè)介質(zhì)的共振頻率(例如，介質(zhì)吸收光時(shí)的頻率或波長(zhǎng))的偏移可獲得靈敏度:
【權(quán)利要求】
1.一種光纖，所述光纖包括第一部分、第二部分和設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間的至少一個(gè)狹槽，所述狹槽沿著所述光纖的縱軸延伸，其中，所述光纖的垂直于所述縱軸的橫截面的最大尺寸為小于或等于約4 i! m，所述狹槽的寬度為約5nm~約500nm且深度為至少約10nm。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其中，所述狹槽還包括:第一表面，所述第一表面沿著所述光纖的所述縱軸延伸并且與所述光纖的所述第一部分相鄰；和第二表面，所述第二表面沿著所述光纖的所述縱軸延伸并且與所述光纖的所述第二部分相鄰。
3.如權(quán)利要求2所述的光纖，其中，所述第一表面大致為平面。
4.如權(quán)利要求2~3中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述第二表面大致為平面。
5.如權(quán)利要求2~4中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述第一表面沿著與所述縱軸垂直的軸由所述光纖的外表面延伸至所述光纖的內(nèi)部區(qū)域。
6.如權(quán)利要求2~5中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述第二表面沿著與所述縱軸垂直的軸由所述光纖的外表面延伸至所述光纖的內(nèi)部區(qū)域。
7.如權(quán)利要求2~6中任一項(xiàng)所述的光纖,其中,所述第一表面和所述第二表面大體上是平行的。
8.如權(quán)利要求2~7中任 一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述狹槽還包括在所述第一表面和所述第二表面之間延伸的第三表面。
9.如權(quán)利要求8所述的光纖，其中，所述第三表面大體上為平面。
10.如權(quán)利要求8~9中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述第一表面和所述第三表面形成約30°~約150°的第一角度。
11.如權(quán)利要求10所述的光纖，其中，所述第一角度為約90°。
12.如權(quán)利要求8~11中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述第二表面和第三表面形成約 30°~約150°的第二角度。
13.如權(quán)利要求12所述的光纖，其中，所述第二角度為約90°。
14.如權(quán)利要求2~6中任一項(xiàng)所述的光纖,其中,所述第一表面和所述第二表面相交形成頂點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求14所述的光纖，其中，所述第一表面和所述第二表面形成約15°~約 120°的角。
16.如權(quán)利要求14~15中任一項(xiàng)所述的光纖,其中,所述頂點(diǎn)沿著將所述光纖一分為二的平面設(shè)置。
17.如權(quán)利要求14~16中任一項(xiàng)所述的光纖,其中,所述頂點(diǎn)位于所述光纖的中心軸附近。
18.如權(quán)利要求1~17中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，光學(xué)微纖維的中心軸至少部分地設(shè)置在所述狹槽內(nèi)。
19.如權(quán)利要求1~18中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述光纖具有沿著所述光纖的所述縱軸的近似鏡像的平面。
20.如權(quán)利要求1~19中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述狹槽的長(zhǎng)度為至少約50iim。
21.如權(quán)利要求1~20中任一項(xiàng)所述的光纖,其中,所述光纖的長(zhǎng)度大于所述狹槽的長(zhǎng)度。
22.如權(quán)利要求1~21中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述光纖的長(zhǎng)度為至少約50iim。
23.如權(quán)利要求1~22中任一項(xiàng)所述的光纖,其中,所述光纖還包括第三部分和設(shè)置在所述第二部分和所述第三部分之間的第二狹槽，其中，所述第二狹槽的寬度為約5nm~約 500nm且深度為至少約10nm。
24.如權(quán)利要求23所述的光纖，其中，所述狹槽的寬度與所述第二狹槽的寬度大致相同。
25.如權(quán)利要求23所述的光纖，其中，所述狹槽的寬度與所述第二狹槽的寬度不同。
26.如權(quán)利要求23~25中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述狹槽的深度與所述第二狹槽的深度大致相同。
27.如權(quán)利要求23~25中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述狹槽的深度與所述第二狹槽的深度不同。
28.如權(quán)利要求23~27中任一項(xiàng)所述的光纖,其中，所述光纖包括三個(gè)或多于三個(gè)狹 槽。
29.如權(quán)利要求1~28中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述光纖包含聚合物、硅、二氧化硅或其組合。
30.如權(quán)利要求1~29中任一項(xiàng)所述的光纖，其中，所述光纖在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的衰減系數(shù)為約2dB/km以下。
31.如權(quán)利要求1~30中任一項(xiàng)所述的光纖,其中,所述光纖還包括多個(gè)設(shè)置在所述光纖外表面上的光柵，其中，所述光柵沿著所述光纖的所述縱軸以重復(fù)的間隔而被間隔開(kāi)。
32.—種用于傳感介質(zhì)特性的方法，所述方法包括:提供設(shè)置為與介質(zhì)相鄰的光纖，其中，所述光纖包括:第一部分、第二部分和設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間的至少一個(gè)狹槽，所述狹槽沿著所述光纖的縱軸延伸，其中，所述光纖的垂直于所述縱軸的橫截面的最大尺寸為小于或等于約4pm，所述狹槽的寬度為約5nm~約500nm且深度為至少約IOnm ；使光通過(guò)所述光纖由所述光纖的第一末端向所述光纖的第二末端傳輸；和測(cè)定來(lái)自所述光纖的光的至少一種特性。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，來(lái)自所述光纖的光的所述至少一種特性是強(qiáng)度、 相位或偏振。
34.如權(quán)利要求32~33中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使來(lái)自所述光纖的光的至少一種特性與所述介質(zhì)的至少一種特性相關(guān)聯(lián)。
35.如權(quán)利要求32~34中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括使來(lái)自所述光纖的光的至少一種特性的變化與所述介質(zhì)的至少一種特性的變化相關(guān)聯(lián)。
36.如權(quán)利要求32~35中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述介質(zhì)的所述至少一種特性是溫度、壓力、張力、折射率或所述介質(zhì)中的至少一種成分的濃度。
37.一種傳感裝置，所述裝置包括:光源；光纖，所述光纖被構(gòu)造為在第一末端接收來(lái)自所述光源的至少一部分光并將所述光傳輸至第二末端，其中，所述光纖包括:第一部分、第二部分和設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間的至少一個(gè)狹槽，所述狹槽沿著所述光纖的縱軸延伸，其中，所述光纖的垂直于所述縱軸的橫截面的最大尺寸為小于或等于約4 ii m,所述狹槽的寬度為約5nm~約500nm 且深度為至少約1Onm ;和光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器被構(gòu)造來(lái)接收來(lái)自所述光纖的第二末端的至少一部分光并測(cè)定來(lái)自所述光纖的光的至少一種特性。
38.如權(quán)利要求37所述的傳感裝置，其中，來(lái)自所述光纖的光的所述至少一種特性是強(qiáng)度、相位或偏振。
39.如權(quán)利要求37~38中任一項(xiàng)所述的傳感裝置，所述傳感裝置還包括被構(gòu)造為使光在通過(guò)所述光纖進(jìn)行傳輸之前偏振的偏振器。
40.如權(quán)利要求37~39中任一項(xiàng)所述的傳感裝置，所述傳感裝置還包括被構(gòu)造為將來(lái)自所述光源的光分成兩束或多于兩束的分路器，其中，至少一束被構(gòu)造為不通過(guò)所述光纖傳輸。
41.如權(quán)利要求37~40中任一項(xiàng)所述的傳感裝置，所述傳感裝置還包括與所述光檢測(cè)器耦合的處理器，所述處理器被構(gòu)造為接收與來(lái)自所述光纖的光的至少一種特性相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
42.如權(quán)利要求41所述的傳感裝置，其中，所述處理器被構(gòu)造為使來(lái)自所述光纖的光的至少一種特性與鄰接于所述光纖的所述介質(zhì)的至少一種特性相關(guān)聯(lián)。
43.如權(quán)利要求41~42中任一項(xiàng)所述的傳感裝置，其中，所述處理器與所述光源耦合， 并且被構(gòu)造為發(fā)送和/或接收與來(lái)自所述光源的光的至少一種特性相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
【文檔編號(hào)】C03B37/025GK103596894SQ201180071550
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】徐飛, 寇君龍, 陸延青, 胡偉 申請(qǐng)人:英派爾科技開(kāi)發(fā)有限公司