[发明专利]基于彩虹局域效应的光纤在线存储器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于光存储及通信中的滤波器，特别涉及一种基于彩虹局域效应的光纤在线存储器。 

背景技术

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是由外部电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种相干共振，具有巨大的局部场增强效应。它能够克服衍射极限，产生许多新颖的光学现象，如负折射、超高分辨率成像、透射增强等。这些复杂的现象有可能预示着新原理、新理论、新技术。当改变金属表面结构时，表面等离子体激元的性质、色散关系、激发模式、耦合效应等都将产生重大的变化。通过SPPs与光场之间相互作用，能够实现对光传播的主动操控。利用表面等离子体激元开发的光子器件在小型化方面具有明显的优势。SPPs为发展新型光子器件、宽带通讯系统、表面等离子体光子芯片、微小光子回路、调制器和开关、数据存储、显微镜、新型光源、太阳能电池、新型光子传感器等提供了可能。目前，基于SPPs的亚波长光学成为光学和光子学中发展最为迅速的研究方向之一。金属表面等离子体的光学器件受到了越来越多的关注。 

光纤表面等离子传感器（见美国专利No.5,647,030和No.5,327,225）亦有很多报道。利用金属光栅实现耦合激发表面等离子激元的也有报道，但均是用于单峰波长的调制器件，是透射或反射式器件，不具有存储功能。传统波导基底上利用金属微纳光栅结构的表面等离子产生的彩虹捕获效应在可见光波段已得到了实验验证（Applied Physics Letters，2011，98,251103），该效应将在下一代光存储领域中具有重要意义。但目前的结构很难与现有光通信系统进行互联，将彩虹局域效应应用到光纤器件中还未见报道。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以实现可见光到红外波段的光信号在线存储的基于彩虹局域效应的光纤在线存储器。 

本发明的目的是这样实现的：包括单模光纤1，所述单模光纤1上有一段D型凹槽，D型凹槽的底部距单模光纤的纤芯中心的距离d满足0≤d≤r+1μm，其中r为纤芯的半径，D型凹槽的底部表面有利用光学微加工技术形成的金属光栅结构4。 

本发明还可以包括这样一些结构特征： 

1、所述的金属光栅结构4是光栅周期Λ和光栅单元6栅宽t是定值，光栅单元6栅高h 是呈梯度变化的梯度金属光栅，宽带光源5从梯度金属光栅单元6高度h较小的一侧注入。 

2、所述的金属光栅结构4是光栅单元6栅高h和光栅单元6栅宽t是定值，光栅周期Λ为呈啁啾变化的啁啾金属光栅，宽带光源5从啁啾金属光栅单元6周期Λ较小的一侧注入。 

3、所述的金属光栅结构4是光栅周期Λ和光栅单元6栅高h是定值，光栅单元6栅宽t为呈啁啾变化的啁啾金属光栅，宽带光源5从啁啾金属光栅单元6栅宽t较小的一侧注入。 

4、金属光栅结构4的周期Λ范围为200-700纳米，光栅单元6栅高h为5-1000纳米，光栅单元6栅宽t为10-300纳米。 

5、所述D型凹槽是由单模光纤与一段D型光纤连接构成，或对单模光纤侧抛形成。 

6、所述金属光栅结构4是在D型凹槽底表面直接制作的金属光栅结构，或者是先利用光刻技术在D型凹槽底表面刻光栅结构的微槽，然后将金属沉积在微槽中形成埋入式金属光栅结构。 

7、形成金属光栅结构4的金属材料为金、银或铝。 

本发明提供了一种全光纤的基于彩虹局域效应的光纤在线存储器。该器件原理与传统光存储器不同，它是基于彩虹局域效应，即利用梯度或啁啾光栅将不同波长的等离子激元谐振局域在不同的空间位置，不同波段的光将停在不同的空间位置，可以实现可见光到红外波段的光信号在线存储。 

与现有技术相比，本发明的优点为： 

1、该存储器体积小，结构简单，易于实现全光纤集成，与现有光纤技术进行互联，在光纤在线存储领域中具有重要应用； 

2、该存储器可以实现可见光到红外波段的光信号在线存储； 

3、该存储器涉及的D型光纤和侧抛光纤制作技术已很成熟。 

附图说明

图1（a）是梯度金属光栅突起结构的彩虹局域效应光纤在线存储器结构示意图； 

图1（b）是金属光栅突起结构的彩虹局域效应光纤在线存储器侧抛图； 

图1（c）是金属光栅单元示意图； 

图2是金属光栅周期Λ啁啾变化时彩虹局域效应光纤在线存储器侧抛图； 

图3是金属光栅单元的栅宽t啁啾变化时彩虹局域效应光纤在线存储器侧抛图；