[发明专利]一种具有周期性孔洞结构的管状滤光器及其应用

说明书

本发明涉及一种具有周期性孔洞结构的管状滤光器及其应用，该管状滤光器包括呈管状的滤光器主体，以及布置在滤光器主体上的若干组周期性孔洞结构，相邻两组周期性孔洞结构沿滤光器主体长度方向间隔设置，并形成位于两相邻周期性孔洞结构之间的周期性结构空缺，每组周期性孔洞结构由沿长度方向的n行周期性孔洞单元，其中，n为大于等于2的整数，每行周期性孔洞单元由若干围绕滤光器主体的截面圆心呈中心对称的单元孔洞组成。本发明可以在较大的波长范围内实现高Q值的单一波长筛选，且通过同一器件可实现筛选单一波长和多个波长之间的转换，其在集成光学及微纳光学元件领域有重要应用前景。

技术领域

本发明属于集成光学、微纳光学元器件技术领域，涉及一种具有周期性孔洞结构的管状滤光器及其应用。

背景技术

光学微腔因其可以过滤和限制特定波长的光，因而在基础理论研究和实际应用上如光电子学、集成光学、光通讯、光计算等领域具有重要的应用前景(Nature 2003,421,925.)。在管状光学微腔中，光在管壁/介质界面处发生全反射，满足一定条件时，入射光可以在环状截面中传播并于自身干涉形成稳定的驻波，这种模式被称为回音壁模式(Whispering Gallery Mode，WGM)。在这种光学谐振模式下，只有特定波长的光能在微腔中传播，相应的波长称为谐振波长(Adv.Opt.Photonics 2015,7,168.)。

在光学选模和滤波领域，传统的方法是采用法布里-玻罗腔(Fabry–PérotMicroresonator)进行波长筛选，这种方法能实现较高的品质因子(Q值)，但由于其腔体较大，难以集成，限制了其应用(Chin.Opt.Lett.2016,14,112302)。研究表明，回音壁模式微腔具有Q值高、模式体积小和稳定性好等优点，有利于集成，因此在集成光学领域有重要的应用意义(IEEE Photon.Technol.Lett.2020,32,71)。对于回音壁模式微腔腔，实现单一波长筛选的方法通常为利用两个尺寸匹配的微腔的组合，根据游标效应(Vernier Effect)，只在两个微腔均满足谐振条件时产生谐振，其他波长的谐振被抑制，因此可实现单一波长的筛选，但是这种方式的难以调节，且制备工艺较为复杂(Nano Lett.2019,19,1098)。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种具有周期性孔洞结构的管状滤光器及其应用，结合回音壁模式微腔和和分布式反馈效应实现对单一波长的高Q值筛选。通过对其周期性结构进行设计，可实现对筛选波长的调节。同时，这一管状滤光器可在同一结构上可实现筛选单一波长和多个波长的转换，在集成光学方面有很好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种具有周期性孔洞结构的管状滤光器，包括呈管状的滤光器主体，以及布置在滤光器主体上的若干组周期性孔洞结构，相邻两组周期性孔洞结构沿滤光器主体长度方向间隔设置，并形成位于两相邻周期性孔洞结构之间的周期性结构空缺，每组周期性孔洞结构由沿长度方向的n行周期性孔洞单元，其中，n为大于等于2的整数，每行周期性孔洞单元由若干围绕滤光器主体的截面圆心呈中心对称的单元孔洞组成。

进一步的，所述的滤光器主体的外径为1-50μm，长度为5-200μm。

进一步的，每行周期性孔洞单元中所含有的单元孔洞的数量为10-50个。

进一步的，所述的单元孔洞呈矩形，其边长为200-2000nm。

进一步的，所述周期性结构空缺沿滤光器主体长度方向的宽度为0.5-5μm。

进一步的，相邻两行周期性孔洞单元沿滤光器主体长度方向的间距为100-2000nm。

本发明的技术方案之二提供了一种具有周期性孔洞结构的管状滤光器的应用，将该管状滤光器用于筛选特定的波长。