[发明专利]基于彩虹局域效应的微纳光纤下载滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光纤通信中的集成器件，特别涉及一种基于彩虹局域效应的微纳光纤下载滤波器。 

背景技术

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种表面电磁波模式，在这种相互作用中，自由电子在与其共振频率相同的光波照射下发生集体振荡。它局限于金属与介质界面附近，沿表面传播，并能在特定纳米结构条件下形成局域场增强。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。这些新颖的现象预示着新原理、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。表面等离子体激元在开发小型化的光子器件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。 

与其他类型的微纳光波导相比，微纳光纤具有易于制备、结构简单、直径均匀性好、传输损耗低、机械性能好、不宜拉断、便于与现有的光纤系统集成等优点，对研制小尺寸微纳光子器件和发展高密度光学集成十分有利。目前已有如耦合器、激光器、滤波器、干涉仪、传感器、光纤光栅等。不同形状横截面的微纳光纤已被制作出（圆形：Nature，2003，426，816-819，类矩形：Opt.Lett.2010，35,378-380）。波导尺寸的降低可以使得器件的整体尺寸减小，从而提高集成度，降低成本，微纳光纤可在未来的亚波长结构的微纳光电子器件中发挥着基础性的作用。 

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。传统波导基底上利用金属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，该效应将在下一代光存储领域中具有重要意义。即利用金属光栅将不同波长的等离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，可以实现光信号在不同空间位置的存储功能。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微纳光纤中还未见报道。 

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下载的基于彩虹局域效应的微纳光纤下载滤波器。 

本发明的目的是这样实现的： 

包括微纳光纤1，利用光学微加工技术在微纳光纤1表面形成金属光栅结构2，金属光栅结构将不同波长的等离激元谐振局域在不同的空间位置，在不同空间位置由第二微纳光纤4耦合作为下载通道来实现不同波长光的下载。 

本发明还可以包括： 

1、所述金属光栅结构是梯度金属光栅结构。 

2、所述金属光栅结构是啁啾金属光栅结构。 

3、所述梯度金属光栅结构是指光栅周期Λ和光栅单元5的栅宽t是定值，光栅单元5的栅高h是梯度变化的，宽带光源3从梯度金属光栅高度h较小的一侧注入。 

4、所述啁啾金属光栅结构是指光栅单元5的栅高h和栅宽t是定值，光栅周期Λ为啁啾变化，宽带光源3从啁啾金属光栅周期Λ较小的一侧注入。 

5、所述金属光栅结构2是在微纳光纤1表面直接制作突起的梯度或啁啾金属光栅结构；或者是先利用光刻技术在微纳光纤1表面刻梯度或啁啾光栅结构的微槽，然后将金属沉积在微槽中构成埋入式金属光栅结构。 

6、所述微纳光纤1的横截面为圆形、D型或类矩形。 

7、所述微纳光纤1的直径为500-4000纳米；金属光栅周期Λ范围是100-300纳米，光栅单元5的栅高5-1000纳米，光栅单元5的栅宽30-100纳米。 

8、所述金属为金、银或铝。 

本发明提供了一种微小型基于彩虹局域效应的微纳光纤下载滤波器。该器件下载不同频率的光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激元谐振局域在不同的空间位置，下载通道位于不同空间位置来实现不同波长光的下载，进而可以实现可见光到红外波段的光信号在线下载。 

与现有技术相比，本发明的优点为： 

1、该下载滤波器体积小，结构简单，易于实现全光纤集成，与现有光纤技术进行互联，对于未来的亚波长结构的微纳光电子器件中具有重要意义；