專利名稱：基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于光存儲(chǔ)及通信中的濾波器，特別涉及一種基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)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(qiáng)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(fù)折射、超高分辨率成像、透射增強(qiáng)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(dāng)改變金屬表面結(jié)構(gòu)時(shí)，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(dòng)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(chǔ)、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(bào)道。利用金屬光柵實(shí)現(xiàn)耦合激發(fā)表面等離子激元的也有報(bào)道，但均是用于單峰波長的調(diào)制器件，是透射或反射式器件，不具有存儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(Applied PhysicsLetters, 2011,98, 251103)，該效應(yīng)將在下一代光存儲(chǔ)領(lǐng)域中具有重要意義。但目前的結(jié)構(gòu)很難與現(xiàn)有光通信系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，將彩虹局域效應(yīng)應(yīng)用到光纖器件中還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號(hào)在線存儲(chǔ)的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括單模光纖1，所述單模光纖I上有一段D型凹槽，D型凹槽的底部距單模光纖的纖芯中心的距離d滿足0彡d ( r+1 iim，其中r為纖芯的半徑，D型凹槽的底部表面有利用光學(xué)微加工技術(shù)形成的金屬光柵結(jié)構(gòu)4。本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征I、所述的金屬光柵結(jié)構(gòu)4是光柵周期A和光柵單元6柵寬t是定值，光柵單元6柵高h(yuǎn)是呈梯度變化的梯度金屬光柵，寬帶光源5從梯度金屬光柵單元6高度h較小的一側(cè)注入。2、所述的金屬光柵結(jié)構(gòu)4是光柵單元6柵高h(yuǎn)和光柵單元6柵寬t是定值，光柵周期A為呈啁啾變化的啁啾金屬光柵，寬帶光源5從啁啾金屬光柵單元6周期A較小的
一側(cè)注入。3、所述的金屬光柵結(jié)構(gòu)4是光柵周期A和光柵單元6柵高h(yuǎn)是定值，光柵單元6柵寬t為呈啁啾變化的啁啾金屬光柵，寬帶光源5從啁啾金屬光柵單元6柵寬t較小的一側(cè)注入。4、金屬光柵結(jié)構(gòu)4的周期A范圍為200-700納米，光柵單元6柵高h(yuǎn)為5-1000納米，光柵單元6柵寬t為10-300納米。5、所述D型凹槽是由單模光纖與一段D型光纖連接構(gòu)成，或?qū)文９饫w側(cè)拋形成。6、所述金屬光柵結(jié)構(gòu)4是在D型凹槽底表面直接制作的金屬光柵結(jié)構(gòu)，或者是先利用光刻技術(shù)在D型凹槽底表面刻光柵結(jié)構(gòu)的微槽，然后將金屬沉積在微槽中形成埋入式金屬光柵結(jié)構(gòu)。7、形成金屬光柵結(jié)構(gòu)4的金屬材料為金、銀或鋁。 本發(fā)明提供了一種全光纖的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器。該器件原理與傳統(tǒng)光存儲(chǔ)器不同，它是基于彩虹局域效應(yīng)，即利用梯度或啁啾光柵將不同波長的等離子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空間位置，可以實(shí)現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號(hào)在線存儲(chǔ)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為I、該存儲(chǔ)器體積小，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)全光纖集成，與現(xiàn)有光纖技術(shù)進(jìn)行互聯(lián)，在光纖在線存儲(chǔ)領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用；2、該存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號(hào)在線存儲(chǔ)；3、該存儲(chǔ)器涉及的D型光纖和側(cè)拋光纖制作技術(shù)已很成熟。


圖I (a)是梯度金屬光柵突起結(jié)構(gòu)的彩虹局域效應(yīng)光纖在線存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖I (b)是金屬光柵突起結(jié)構(gòu)的彩虹局域效應(yīng)光纖在線存儲(chǔ)器側(cè)拋圖；圖I (C)是金屬光柵單元示意圖；圖2是金屬光柵周期A啁啾變化時(shí)彩虹局域效應(yīng)光纖在線存儲(chǔ)器側(cè)拋圖；圖3是金屬光柵單元的柵寬t啁啾變化時(shí)彩虹局域效應(yīng)光纖在線存儲(chǔ)器側(cè)拋圖；圖4是金屬光柵埋入式彩虹局域效應(yīng)光纖在線存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述本發(fā)明利用的D型光纖或側(cè)拋光纖。側(cè)拋光纖是通過側(cè)面輪拋或側(cè)面平拋得到。拋磨深度即纖芯中心距離外界的距離由拋磨時(shí)間來進(jìn)行控制。本發(fā)明利用的D型光纖和側(cè)拋光纖纖芯中心距外界距離，即D型凹槽的底部距單模光纖的纖芯中心的距離d在大于等于零至小于等于纖芯半徑+1 U m，，距離d不能過大，否則倏逝波無法耦合等離子體波；部分纖芯拋磨掉，則更容易耦合等離子體波。實(shí)施例I :基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖I所示，由單模石英光纖I連接一段D型或側(cè)拋石英光纖2構(gòu)成，D型或側(cè)拋光纖裸露于外界的纖芯3表面利用光學(xué)微加工技術(shù)形成梯度金屬光柵4,金屬材料為銀。D型或側(cè)拋光纖纖芯直徑4000納米,光纖纖芯被拋去2000納米，光纖芯裸露于外界。梯度金屬光柵4是在D型或側(cè)拋光纖纖芯表面直接制作突起的梯度金屬光柵，梯度金屬光柵周期A和金屬光柵單元的柵寬t為定值，分別為340納米和110納米。金屬光柵單元的柵高5納米-785納米共40個(gè)周期，柵高梯度為20納米。寬帶光源5從梯度金屬光柵高度h較小的一側(cè)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)，波長越長局域位置越靠近左側(cè)。實(shí)施例2 基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖2所示，由單模石英光纖I連接一段D型或側(cè)拋石英光纖2構(gòu)成，D型或側(cè)拋光纖裸露于外界的纖芯3表面利用光學(xué)微加工技術(shù)形成啁啾金屬光柵4,金屬材料為金。D型或側(cè)拋光纖纖芯直徑4000納米,光纖纖芯被拋去2000納米，光纖芯裸露于外界。啁啾金屬光柵4是在D型或側(cè)拋光纖纖芯表面直接制 作突起的啁啾金屬光柵，啁啾金屬光柵單元的柵寬t和柵高為定值，分別為100納米和500納米。金屬光柵周期A是線性啁啾,起始周期A是200納米,末端周期是400納米,金屬 光柵單元共40個(gè)周期。寬帶光源5從光柵周期A較小的一側(cè)注入(左側(cè))，不同波長的光將被局域在不同的空間位置，波長較短的光停在光柵周期較小的一側(cè)，波長越長局域位置越靠近右側(cè)。實(shí)施例3:基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖3所示，由單模石英光纖I連接一段D型或側(cè)拋石英光纖2構(gòu)成，D型或側(cè)拋光纖裸露于外界的纖芯3表面利用光學(xué)微加工技術(shù)形成啁啾金屬光柵4,金屬材料為金。D型或側(cè)拋光纖纖芯直徑4000納米,光纖纖芯被拋去2000納米，光纖芯裸露于外界。啁啾金屬光柵4是在D型或側(cè)拋光纖纖芯表面直接制作突起的啁啾金屬光柵，啁啾金屬光柵周期A和柵高為定值，分別為300納米和600納米。金屬光柵單元的柵寬t是線性啁啾變化的，起始柵寬t是50納米，末端是150納米，金屬光柵單元共40個(gè)周期。寬帶光源5從柵寬t較小的一側(cè)注入(左側(cè))，不同波長的光將被局域在不同的空間位置，波長較短的光停在柵寬較小的一側(cè)，波長越長局域位置越靠近右側(cè)。實(shí)施例4 基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖4所示，該結(jié)構(gòu)為埋入式結(jié)構(gòu)。器件由單模石英光纖I連接一段D型或側(cè)拋石英光纖2構(gòu)成,D型或側(cè)拋光纖裸露于外界的纖芯3表面利用光學(xué)微加工技術(shù)形成啁啾金屬光柵4,金屬材料為金。D型或側(cè)拋光纖纖芯直徑4000納米。梯度金屬光柵結(jié)構(gòu)4是先利用光刻技術(shù)在D型或側(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(埋入式金屬光柵結(jié)構(gòu))。梯度金屬光柵周期A和金屬光柵單元的柵寬t為定值，分別為300納米和100納米。金屬光柵單元的柵高5-900nm共40個(gè)周期。寬帶光源5從梯度金屬光柵高度h較小的一側(cè)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)，波長越長局域位置越靠近左側(cè)。理論仿真給出光纖中的電場分布，其中8為空氣，150THz、180THz、200THz三個(gè)不同頻率的光明顯被局域在不同的空間位置。
權(quán)利要求
1.一種基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，包括單模光纖1，其特征是所述單模光纖(I)上有一段D型凹槽，D型凹槽的底部距單模光纖的纖芯中心的距離d滿足O^ d ^ r+Ι μ m,其中r為纖芯的半徑,D型凹槽的底部表面有利用光學(xué)微加工技術(shù)形成的金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述的金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)是光柵周期Λ和光柵單元(6)柵寬t是定值，光柵單元(6)柵高h(yuǎn)是呈梯度變化的梯度金屬光柵，寬帶光源(5)從梯度金屬光柵單兀(6)高度h較小的一側(cè)注入。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述的金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)是光柵單元(6)柵高h(yuǎn)和光柵單元(6)柵寬t是定值，周期Λ為呈啁啾變化的啁啾金屬光柵，寬帶光源(5)從啁啾金屬光柵單兀(6)周期Λ較小的一側(cè)注入。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述的金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)是周期Λ和光柵單元(6)柵高h(yuǎn)是定值，光柵單元(6)柵寬t為呈啁啾變化的啁啾金屬光柵，寬帶光源(5)從啁啾金屬光柵單兀(6)柵寬t較小的一側(cè)注入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)的周期Λ范圍為200-700納米，光柵單元(6)柵高h(yuǎn)為5-1000納米，光柵單元(6)柵寬t為10-300納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述D型凹槽是由單模光纖與一段D型光纖連接構(gòu)成，或?qū)文９饫w側(cè)拋形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述D型凹槽是由單模光纖與一段D型光纖連接構(gòu)成，或?qū)文９饫w側(cè)拋形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述金屬光柵結(jié)構(gòu)4是在D型凹槽底表面直接制作的金屬光柵結(jié)構(gòu)，或者是先利用光刻技術(shù)在D型凹槽底表面刻光柵結(jié)構(gòu)的微槽,然后將金屬沉積在微槽中形成埋入式金屬光柵結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述金屬光柵結(jié)構(gòu)4是在D型凹槽底表面直接制作的金屬光柵結(jié)構(gòu)，或者是先利用光刻技術(shù)在D型凹槽底表面刻光柵結(jié)構(gòu)的微槽，然后將金屬沉積在微槽中形成埋入式金屬光柵結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，其特征是所述金屬光柵結(jié)構(gòu)4是在D型凹槽底表面直接制作的金屬光柵結(jié)構(gòu)，或者是先利用光刻技術(shù)在D型凹槽底表面刻光柵結(jié)構(gòu)的微槽，然后將金屬沉積在微槽中形成埋入式金屬光柵結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于彩虹局域效應(yīng)的光纖在線存儲(chǔ)器，包括單模光纖1，其特征是所述單模光纖(1)上有一段D型凹槽，D型凹槽的底部距單模光纖的纖芯中心的距離d滿足0≤d≤r+1μm，其中r為纖芯的半徑，D型凹槽的底部表面有利用光學(xué)微加工技術(shù)形成的金屬光柵結(jié)構(gòu)(4)。本發(fā)明是基于彩虹局域效應(yīng)，即利用梯度或啁啾光柵將不同波長的等離子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空間位置，可以實(shí)現(xiàn)可見光到紅外波段的光信號(hào)在線存儲(chǔ)。
文檔編號(hào)G11B5/31GK102768837SQ201210235908
公開日2012年11月7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, 苑立波, 那波 申請人:哈爾濱工程大學(xué)