[发明专利]基于液芯微腔的温度可调谐滤波器

说明书

本发明提出一种基于液芯微腔的温度可调谐滤波器。包括液芯微腔、耦合波导和液芯温度改变装置；所述温度可调谐滤波器采用耦合波导把光耦合进液芯微腔中，产生回音壁模式；通过液芯温度改变装置改变液芯微腔内部液芯温度，从而改变液芯折射率，令回音壁模式产生频移，实现温度可调谐滤波。本发明提出的温度可调谐滤波器采用耦合波导把光耦合进液芯微腔中，产生回音壁模式。通过液芯温度改变装置改变液芯微腔内部液芯温度，从而改变液芯折射率，令回音壁模式产生频移，实现温度可调谐。该可调谐滤波器可调谐范围广，频率稳定性好。

技术领域：

本发明涉及光学微谐振腔技术和光器件领域，具体来说即基于微纳结构上回音壁模式的温度可调谐滤波器，以及光学滤波器设计和制作技术。

背景技术：

在各种微结构中，回音壁模式(whispering gallery mode,WGM)光学微腔具有超高的品质因子(Q值)和极小的模式体积，吸引了众多研究者的兴趣。WGM光学微腔已经被广泛应用于制作微纳尺度的光学器件，包括传感器、激光器、滤波器等，取得了很多研究成果。

光滤波器对不同的波长有不同的透过率，而WGM微腔会束缚符合特定模式的光在其中谐振，天然符合滤波器的特点。随着光集成芯片技术的发展，人们需要实现小尺寸、高性能、高稳定性的光学器件。WGM微腔有着高品质因子和极小的模式体积，因此大量的研究小组投入到把WGM微腔作为滤波器的研究中。人们希望能制作出可调谐范围大、稳定性好、结构简单，并且可集成到微纳尺度芯片上的光学滤波器。

2016年，南京大学的宋跃江课题组在《Miao Y,Peng Y,Xiang Y,et al.DynamicFano Resonance in Thin Fiber Taper Coupled Cylindrical Microcavity[J].IEEEPhotonics Journal,2016,PP(99):1-1.》中利用超细光纤锥与柱形微谐振腔耦合产生Fano共振的方法。在这项工作中，宋跃江课题组使用超细光纤锥与柱形微腔耦合，由于超细光纤锥带来的损耗令耦合背景光急剧下降。分立的共振模式与背景光干涉，产生了非对称的Fano共振谱。通过调节超细光纤锥耦合处直径，可以对干涉状态进行调节，从而激发了高Q值的向上洛伦兹峰形WGM模式。这种向上洛伦兹峰形的模式可以用于光学带通滤波器中。宋跃江课题组也在《Li M,Chen Q,Miao Y,et al.Refractive Index Sensor Based on FanoResonance in Microcapillary Resonator[C]//CLEO:Applications andTechnology.2017:JW2A.56.》中成功利用该技术实现了折射率传感器。

发明内容：

本发明目的在于，提供一种可调谐范围广，简单实用的可调谐滤波器。

为达上述目的，本发明技术方案是一种基于液芯微腔的温度可调谐滤波器，其中所述温度可调谐滤波器包括液芯微腔、耦合波导、液芯温度改变装置。本发明提出的温度可调谐滤波器采用耦合波导把光耦合进液芯微腔中，产生回音壁模式。通过液芯温度改变装置改变液芯微腔内部液芯温度，从而改变液芯折射率，令回音壁模式产生频移，实现温度可调谐的滤波器。

进一步，其中所述的液芯微腔是一种光学微腔，其内芯充满了液体。

进一步，其中所述的光学微腔的材料是二氧化硅，高分子聚合物，或光学晶体。

进一步，其中所述的光学微腔是微毛细管腔，微泡腔，或微瓶腔。

进一步，其中所述的液芯微腔空心部分充满液体，液体是纯净水，有机溶液，或无机溶液。

进一步，其中所述的耦合波导是锥形光纤，D型光纤，集成波导，耦合棱镜，或自由空间光耦合。

进一步，其中所述的液芯微腔的横截面尺寸范围是微米和毫米级别。