專利名稱：基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光纖在線存儲器，特別涉及一種基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器，主要用于光存儲及通信中的濾波器。
背景技術(shù)：
表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)是由外部電磁場與金屬表面自由電子相互作用形成的一種相干共振，具有巨大的局部場增強效應(yīng)。它能夠克服衍射極限，產(chǎn)生許多新穎的光學(xué)現(xiàn)象，如負折射、超高分辨率成像、透射增強等。這些復(fù)雜的現(xiàn)象有可能預(yù)示著新原理、新理論、新技術(shù)。當改變金屬表面結(jié)構(gòu)時，表面等離子體激元的性質(zhì)、色散關(guān)系、激發(fā)模式、耦合效應(yīng)等都將產(chǎn)生重大的變化。通過SPPs與光場之間相互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)對光傳播的主動操控。利用表面等離子體激元開發(fā)的光子器件在小型化方面具有明顯的優(yōu)勢。SPPs為發(fā)展新型光子器件、寬帶通訊系統(tǒng)、表面等離子體光子芯片、微小 光子回路、調(diào)制器和開關(guān)、數(shù)據(jù)存儲、顯微鏡、新型光源、太陽能電池、新型光子傳感器等提供了可能。目前，基于SPPs的亞波長光學(xué)成為光學(xué)和光子學(xué)中發(fā)展最為迅速的研究方向之一。金屬表面等離子體的光學(xué)器件受到了越來越多的關(guān)注。光纖表面等離子傳感器(見美國專利No. 5，647，030和No. 5，327，225)亦有很多報道。利用金屬光柵實現(xiàn)耦合激發(fā)表面等離子激元也有報道，但均是用于單峰波長調(diào)制器件，是透射或反射式器件，不具有存儲功能。傳統(tǒng)波導(dǎo)基底上利用金屬微納光柵結(jié)構(gòu)的表面等離子產(chǎn)生的彩虹捕獲效應(yīng)在可見光波段已得到了實驗驗證(Applied Physics Letters,2011，98，251103)，該效應(yīng)將在下一代光存儲中具有重要意義。但目前的結(jié)構(gòu)很難與現(xiàn)有光通信系統(tǒng)進行互聯(lián)，且多數(shù)是一維束縛，將彩虹局域效應(yīng)應(yīng)用到光纖器件中還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以實現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號在線二維存儲的基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器由單模光纖7連接一段陣列多芯側(cè)拋光纖2構(gòu)成,利用光學(xué)微加工技術(shù)在裸露的多個纖芯3表面形成金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)4。所述梯度金屬光柵結(jié)構(gòu)4是在側(cè)拋光纖纖芯表面直接制作突起的梯度金屬光柵結(jié)構(gòu)；或是埋入式金屬光柵結(jié)構(gòu)，即先利用光刻技術(shù)在側(cè)拋光纖纖芯表面刻梯度光柵結(jié)構(gòu)的微槽，然后將金屬沉積在微槽中。所述梯度金屬光柵結(jié)構(gòu)是指金屬光柵周期A和金屬光柵單元5的柵寬t是定值，金屬光柵單元5的柵高h是梯度變化的。金屬材料為金、銀、鋁等。金屬光柵4周期A范圍200-700納米，金屬光柵單元5的柵高h為5-1000納米，金屬光柵單元5的柵寬t為10-300納米。陣列多芯光纖與單模光纖的耦合是在陣列多芯光纖梯度金屬光柵高度h較小的一側(cè)與單模光纖通過熔融拉錐在來實現(xiàn)的。陣列多芯側(cè)拋光纖2的各個纖芯上的金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)具有相同的梯度。陣列多芯側(cè)拋光纖2的各個纖芯上的金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)的梯度不同。所述的陣列多芯光纖各個纖芯間距d值較大，保證各個纖芯間無串擾；各個纖芯的尺寸可以相同，也可以不同；各個纖芯的折射率可以相同，也可以不同。本發(fā)明的的全光纖的基于彩虹局域效應(yīng)的二維集成式光纖在線存儲器的原理與 傳統(tǒng)光存儲器不同，它是基于彩虹局域效應(yīng)，即利用梯度光柵將不同波長的等離激元諧振局域在不同的空間位置，不同波段的光將停在不同的二維空間位置，可以實現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號在線二維存儲。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點為I、該存儲器體積小，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)全光纖集成，與現(xiàn)有光纖技術(shù)進行互聯(lián)，在光纖在線存儲領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用；2、該存儲器可以實現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號在線存儲；3、該存儲器可以實現(xiàn)二維在線存儲集成。


圖I (a)是梯度金屬光柵突起結(jié)構(gòu)的光纖二維在線存儲器結(jié)構(gòu)示意圖；圖I (b)是金屬光柵突起結(jié)構(gòu)的光纖二維在線存儲器側(cè)拋圖；圖I (c)是金屬光柵單元示意圖；圖I (d)是金屬光柵突起結(jié)構(gòu)的光纖二維在線存儲器俯視圖；圖I (e)是側(cè)拋多芯光纖橫截面；圖I (f)是單模光纖與多芯光纖的耦合示意圖；圖2 Ca)是各個纖芯具有相同尺寸的陣列多芯光纖橫截面；圖2 (b)是各個纖芯尺寸周期變化的陣列多芯光纖橫截面；圖2 (c)是各個纖芯尺寸線形變化的陣列多芯光纖橫截面；圖3 Ca)是各個纖芯上的金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)具有不同梯度的俯視圖；圖3 (b)是纖芯4-1上的金屬梯度光柵的側(cè)拋圖；圖3 (C)是纖芯4-2上的金屬梯度光柵的側(cè)拋圖；圖4是金屬光柵埋入式二維在線存儲器側(cè)拋圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述實施例I :基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器結(jié)構(gòu)如圖I所示，由單模光纖7連接一段陣列7芯光纖I構(gòu)成，其中陣列7芯光纖I被加工成側(cè)拋光纖2，即光纖包層5和纖芯均被拋掉一半,裸露于外界的多個纖芯3利用光學(xué)微加工技術(shù)在表面形成突起的金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)4。7個纖芯3具有相同的折射率和相同的尺寸，纖芯直徑4000納米，7個纖芯表面的梯度金屬光柵均相同，其周期A和金屬光柵單兀5的柵寬t為定值,分別為340納米和110納米。金屬光柵單元5的柵高5-785納米共40個周期，柵高梯度為20納米。陣列多芯光纖I與單模光纖7的耦合是在陣列多芯光纖梯度金屬光柵高度h較小的一側(cè)與單模光纖通過熔融拉錐使各個纖芯功率相同。多波長光源從單模光纖一端注入，不同波長的光將被局域在不同的空間位置，波長較短的光停在金屬光柵高度h較小的一側(cè)，波長\ :和入2分別停在光纖軸向不同位置，實現(xiàn)二維在線存儲。實施例2 基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器結(jié)構(gòu)如圖I和4所示，由單模光纖7連接一段陣列5芯光纖I構(gòu)成，其中陣列5芯光纖I被加工成側(cè)拋光纖2,即光纖包層5和纖芯均被拋掉一半,裸露于外界的多個纖芯3利用光學(xué)微加工技術(shù)在表面形成埋入式金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)4。5個纖芯具有相同的折射率但不同的尺寸，纖芯直徑從3000-4000納米，5個纖芯表面的梯度金屬光柵均相同,其周期A和金屬光柵單兀5的柵寬t為定值，分別為340納米和110納米。金屬光柵單元5的柵高5-785納米共40個周期，柵高梯度為·20納米。陣列多芯光纖I與單模光纖7的耦合是在陣列多芯光纖梯度金屬光柵高度h較小的一側(cè)與單模光纖通過熔融拉錐使各個纖芯功率相同。多波長光源從單模光纖一端注入，因各個纖芯尺寸不同，其相應(yīng)的有效折射率會有所不同，不同波長的光將被局域在不同的二維空間位置，波長八和X 2分別停在光纖拋面的不同位置，實現(xiàn)真正的二維在線存儲。實施例3 基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器結(jié)構(gòu)如圖I和3所示，由單模光纖7連接一段陣列5芯光纖I構(gòu)成，其中陣列5芯光纖I被加工成側(cè)拋光纖2，即光纖包層5和纖芯均被拋掉一半,裸露于外界的多個纖芯3利用光學(xué)微加工技術(shù)在表面形成埋入式金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)4。5個纖芯具有相同的折射率和相同的尺寸，纖芯直徑為4000納米,5個纖芯表面的梯度金屬光柵其周期A和金屬光柵單兀5的柵寬t為定值,分別為340納米和110納米。但金屬光柵柵高梯度各不相同。陣列多芯光纖I與單模光纖7的耦合是在陣列多芯光纖梯度金屬光柵高度h較小的一側(cè)與單模光纖通過熔融拉錐使各個纖芯功率相同。多波長光源從單模光纖一端注入，因各個纖芯表面光柵4-1,4-2,4-3,4-4,4-5柵高梯度不同，每個纖芯金屬光柵的色散也不同，不同波長的光將被局域在不同的二維空間位置，波長入2、入3和X 4分別停在光纖拋面的不同位置，實現(xiàn)真正的二維在線存儲。
權(quán)利要求
1.一種基于線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特征是由單模光纖(7)連接一段陣列多芯側(cè)拋光纖(2)構(gòu)成,利用光學(xué)微加工技術(shù)在裸露的多個纖芯(3)表面形成金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特征是所述梯度金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)是在側(cè)拋光纖纖芯表面直接制作突起的梯度金屬光柵結(jié)構(gòu)；或是埋入式金屬光柵結(jié)構(gòu)，即先利用光刻技術(shù)在側(cè)拋光纖纖芯表面刻梯度光柵結(jié)構(gòu)的微槽，然后將金屬沉積在微槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于線性陣列多芯光纖的ニ維集 成式光纖在線存儲器，其特征是所述梯度金屬光柵結(jié)構(gòu)是指金屬光柵周期A和金屬光柵單元(5)的柵寬t是定值，金屬光柵單元(5)的柵高h是梯度變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特征是金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)周期A范圍200-700納米，金屬光柵單元(5)的柵高h為5-1000納米，金屬光柵單元(5)的柵寬t為10-300納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特征是陣列多芯光纖與單模光纖的耦合是在陣列多芯光纖梯度金屬光柵高度h較小的ー側(cè)與單模光纖通過熔融拉錐在來實現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特征是陣列多芯側(cè)拋光纖(2)的各個纖芯上的金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)具有相同的梯度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特征是陣列多芯側(cè)拋光纖(2)的各個纖芯上的金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)的梯度不同。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器。由單模光纖(7)連接一段陣列多芯側(cè)拋光纖(2)構(gòu)成，利用光學(xué)微加工技術(shù)在裸露的多個纖芯(3)表面形成金屬梯度光柵結(jié)構(gòu)(4)。本發(fā)明的原理是基于彩虹局域效應(yīng)，即利用梯度光柵的色散效應(yīng)將不同波長的等離激元諧振局域在不同的空間位置，不同波段的光將停在光纖側(cè)拋平面不同的二維空間位置，可以實現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號在線二維存儲。該器件體積小，結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，易于實現(xiàn)全光纖集成，在光纖在線存儲領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。
文檔編號G11C13/00GK102737713SQ20121023557
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者關(guān)春穎, 史金輝, 溫耀武, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學(xué)