基於線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器的製作方法

2023-06-03 09:10:26 3

專利名稱：基於線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種光纖在線存儲器，特別涉及一種基於線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器，主要用於光存儲及通信中的濾波器。
背景技術：
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。它能夠克服衍射極限，產生許多新穎的光學現象，如負折射、超高解析度成像、透射增強等。這些複雜的現象有可能預示著新原理、新理論、新技術。當改變金屬表面結構時，表面等離子體激元的性質、色散關係、激發模式、耦合效應等都將產生重大的變化。通過SPPs與光場之間相互作用，能夠實現對光傳播的主動操控。利用表面等離子體激元開發的光子器件在小型化方面具有明顯的優勢。SPPs為發展新型光子器件、寬帶通訊系統、表面等離子體光子晶片、微小 光子迴路、調製器和開關、數據存儲、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，基於SPPs的亞波長光學成為光學和光子學中發展最為迅速的研究方向之一。金屬表面等離子體的光學器件受到了越來越多的關注。光纖表面等離子傳感器(見美國專利No. 5，647，030和No. 5，327，225)亦有很多報導。利用金屬光柵實現耦合激發表面等離子激元也有報導，但均是用於單峰波長調製器件，是透射或反射式器件，不具有存儲功能。傳統波導基底上利用金屬微納光柵結構的表面等離子產生的彩虹捕獲效應在可見光波段已得到了實驗驗證(Applied Physics Letters,2011，98，251103)，該效應將在下一代光存儲中具有重要意義。但目前的結構很難與現有光通信系統進行互聯，且多數是一維束縛，將彩虹局域效應應用到光纖器件中還未見報導。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可以實現可見光到紅外波段的光信號在線二維存儲的基於線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器。本發明的目的是這樣實現的基於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拋光纖2構成,利用光學微加工技術在裸露的多個纖芯3表面形成金屬梯度光柵結構4。所述梯度金屬光柵結構4是在側拋光纖纖芯表面直接製作突起的梯度金屬光柵結構；或是埋入式金屬光柵結構，即先利用光刻技術在側拋光纖纖芯表面刻梯度光柵結構的微槽，然後將金屬沉積在微槽中。所述梯度金屬光柵結構是指金屬光柵周期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範圍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較小的一側與單模光纖通過熔融拉錐在來實現的。陣列多芯側拋光纖2的各個纖芯上的金屬梯度光柵結構具有相同的梯度。陣列多芯側拋光纖2的各個纖芯上的金屬梯度光柵結構的梯度不同。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。本發明的的全光纖的基於彩虹局域效應的二維集成式光纖在線存儲器的原理與 傳統光存儲器不同，它是基於彩虹局域效應，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，可以實現可見光到紅外波段的光信號在線二維存儲。與現有技術相比，本發明的優點為I、該存儲器體積小，結構簡單，易於實現全光纖集成，與現有光纖技術進行互聯，在光纖在線存儲領域中具有重要應用；2、該存儲器可以實現可見光到紅外波段的光信號在線存儲；3、該存儲器可以實現二維在線存儲集成。


圖I (a)是梯度金屬光柵突起結構的光纖二維在線存儲器結構示意圖；圖I (b)是金屬光柵突起結構的光纖二維在線存儲器側拋圖；圖I (c)是金屬光柵單元示意圖；圖I (d)是金屬光柵突起結構的光纖二維在線存儲器俯視圖；圖I (e)是側拋多芯光纖橫截面；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構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拋圖；圖3 (C)是纖芯4-2上的金屬梯度光柵的側拋圖；圖4是金屬光柵埋入式二維在線存儲器側拋圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述實施例I :基於線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器結構如圖I所示，由單模光纖7連接一段陣列7芯光纖I構成，其中陣列7芯光纖I被加工成側拋光纖2，即光纖包層5和纖芯均被拋掉一半,裸露於外界的多個纖芯3利用光學微加工技術在表面形成突起的金屬梯度光柵結構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，波長\ :和入2分別停在光纖軸向不同位置，實現二維在線存儲。實施例2 基於線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器結構如圖I和4所示，由單模光纖7連接一段陣列5芯光纖I構成，其中陣列5芯光纖I被加工成側拋光纖2,即光纖包層5和纖芯均被拋掉一半,裸露於外界的多個纖芯3利用光學微加工技術在表面形成埋入式金屬梯度光柵結構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，實現真正的二維在線存儲。實施例3 基於線性陣列多芯光纖的二維集成式光纖在線存儲器結構如圖I和3所示，由單模光纖7連接一段陣列5芯光纖I構成，其中陣列5芯光纖I被加工成側拋光纖2，即光纖包層5和纖芯均被拋掉一半,裸露於外界的多個纖芯3利用光學微加工技術在表面形成埋入式金屬梯度光柵結構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，實現真正的二維在線存儲。
權利要求
1.一種基於線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特徵是由單模光纖(7)連接一段陣列多芯側拋光纖(2)構成,利用光學微加工技術在裸露的多個纖芯(3)表面形成金屬梯度光柵結構(4)。
2.根據權利要求I所述的基於線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特徵是所述梯度金屬光柵結構(4)是在側拋光纖纖芯表面直接製作突起的梯度金屬光柵結構；或是埋入式金屬光柵結構，即先利用光刻技術在側拋光纖纖芯表面刻梯度光柵結構的微槽，然後將金屬沉積在微槽中。
3.根據權利要求2所述的基於線性陣列多芯光纖的ニ維集 成式光纖在線存儲器，其特徵是所述梯度金屬光柵結構是指金屬光柵周期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.根據權利要求3所述的基於線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特徵是金屬光柵結構(4)周期A範圍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.根據權利要求4所述的基於線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特徵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較小的ー側與單模光纖通過熔融拉錐在來實現的。
6.根據權利要求5所述的基於線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特徵是陣列多芯側拋光纖(2)的各個纖芯上的金屬梯度光柵結構具有相同的梯度。
7.根據權利要求5所述的基於線性陣列多芯光纖的ニ維集成式光纖在線存儲器，其特徵是陣列多芯側拋光纖(2)的各個纖芯上的金屬梯度光柵結構的梯度不同。
全文摘要
本發明提供的是一種基於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拋光纖(2)構成，利用光學微加工技術在裸露的多個纖芯(3)表面形成金屬梯度光柵結構(4)。本發明的原理是基於彩虹局域效應，即利用梯度光柵的色散效應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拋平面不同的二維空間位置，可以實現可見光到紅外波段的光信號在線二維存儲。該器件體積小，結構簡單，集成度高，易於實現全光纖集成，在光纖在線存儲領域中具有重要應用。
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 優先權日2012年7月9日
發明者關春穎, 史金輝, 溫耀武, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學