技术领域

本发明涉及集成光学领域与光无源器件领域，尤其涉及一种光折 变-等离子滤波器及其制作方法。

背景技术

基于表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）的等离 子滤波器可在宽光谱的输入光信号中，根据需要选择出特定波长的光 信号，或是滤除指定波长的光信号，可应用于大容量、高速率的可见 光通信领域。

等离子滤波器按其接收光信号的要求可分为反射型滤波器和透 射型滤波器。反射型滤波器将光信号中特定的波长信号转换成表面等 离子共振波，由此将该特定波从信号波中滤除，并接收无该波段的光 信号。透射型滤波器利用一些亚波长狭缝/光栅等结构在透射端激励 出特定的信号波，从而得到指定的光信号。

因此，目前的等离子波技术要么获得带通信号（透射光），要么 获得带阻信号（反射光），不能同时实现对透射光和反射光的利用。 另外，还存在着附加结构复杂、制作困难和滤波性能有待提高等缺点。

发明内容

为了克服现有滤波器不能同时实现对透射光和反射光的利用、结 构复杂、制作困难、滤波性能较低的不足，本发明提供一种结构简单、 制作方便、材料重复利用率较高、同时实现对透射光和反射光利用的 光折变-等离子滤波器及其制作方法。

为了解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种光折变-等离子滤波器，包括输入铌酸锂（LiNbO₃）晶体、 金属层以及输出LiNbO₃晶体，所述输入LiNbO₃晶体和输出LiNbO₃晶体为X切Z传或Y切Z传的LiNbO₃晶体，所述输入LiNbO₃晶体 位于输出LiNbO₃晶体的上方，所述输入LiNbO₃晶体和输出LiNbO₃晶体之间为所述金属层，所述输入LiNbO₃晶体和输出LiNbO₃晶体上 制作光折变光栅。

一种光折变-等离子滤波器的制作方法，所述制作方法包括以下 步骤：

步骤1：金属复合LiNbO₃晶体的制作；

在输入LiNbO₃晶体下附加一层金属层，接着，在金属层下底面 添加输出LiNbO₃晶体，所述输入LiNbO₃晶体和输出LiNbO₃晶体内 的光栅都是光折变光栅；

步骤2：光折变光栅的制作：根据SPR波的相位匹配条件，确定 对应各个滤波波长时的光栅周期，利用双光束干涉法分别在所述输入 LiNbO₃晶体和输出LiNbO₃晶体中写入光折变光栅。

进一步，所述步骤2中，双光束干涉法的过程如下：记录激光被 分束镜分成两束光，其中一束光经第一反射镜反射后形成一路干涉光 入射到输入LiNbO₃晶体上；通过分束镜之后的另一束光经过第二反 射镜反射之后形成另一路干涉光也入射到输入LiNbO₃晶体上，两束 干涉光在输入LiNbO₃晶体上形成干涉条纹，最后通过光折变效应形 成光折变光栅；

利用同样方法，在输出LiNbO₃晶体上制作出同样的光折变光栅。

本发明的技术构思为：用双光束干涉方法制作光折变光栅，将光 折变光栅作为激励等离子滤波器滤波波长的新型方式；将制作的光折 变光栅作为耦合透射SPR波的新型方式。

另外，利用LiNbO₃晶体中光折变光栅可以擦除和再建立的特点， 通过改变记录角度，就可以得到新的光栅周期，达到对不同波长滤波 的目的，从而提高材料的重复利用率。

本发明的有益效果主要体现在：1、用光折变光栅来实现等离子 滤波技术是一种新型的滤波方式；2、将光折变光栅作为输出耦合器， 把特定波长的SPR波以光波的形式耦合出去，从而得到指定波长的 信号光；3、光折变光栅可以擦除和再建立，可提高材料的重复利用 率。

附图说明

图1是本发明光折变-等离子滤波器结构示意图。

图2是本发明双光束干涉法制作光折变光栅示意图。

图3是本发明光折变-等离子滤波器应用装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。

实施例1

参照图1～图3，一种光折变-等离子滤波器，包括输入LiNbO₃ 晶体101、金属层102以及输出LiNbO₃晶体103，所述输入LiNbO₃晶体101和输出LiNbO₃晶体103为X切Z传或Y切Z传的LiNbO₃晶体，所述输入LiNbO₃晶体101位于输出LiNbO₃晶体103的上方， 所述输入LiNbO₃晶体101和输出LiNbO₃晶体103之间为所述金属层 102，所述输入LiNbO₃晶体101和输出LiNbO₃晶体103上制作光折 变光栅105。

根据理论条件确定相关物理参数。利用仿真模拟的结果初步确定 输入LiNbO₃晶体101、输出LiNbO₃晶体103和金属层102的几何尺 寸、介质折射率。

利用SPR波的相位匹配条件，根据写入光201的波长、入射角 度以及介质的有效折射率，计算出LiNbO₃晶体内的光栅周期，采用 双光束干涉方法制作出光折变光栅。

参照图3，宽光谱信号光104（其光谱如301）先入射到输入端 LiNbO₃晶体101上，在金属层102与输入端LiNbO₃界面激励出SPR 波106，即信号光通过LiNbO₃晶体101与输入金属层102界面后， 在金属与LiNbO₃界面处，一份与SPR频率匹配的入射光波被耦合到 金属层中，即SPR波。其余波长的光反射出界面，其反射后的输出 信号光谱如302。金属层102与输出端LiNbO₃晶体103界面会出现 倏逝波，而LiNbO₃晶体103作为输出耦合器，把表面等离子波以光 的形式耦合出去，其光谱图如303。

本实施例中，通过调整写入光的干涉角度θ从而调整光栅周期进 而达到调整滤波波长；再通过LiNbO₃晶体中的光折变光栅把表面等 离子波以光的形式耦合出去，从而得到指定波长的信号。

实施例2

参照图1～图3，一种光折变-等离子滤波器的制作方法，包括以 下步骤：

步骤1金属复合LiNbO₃晶体的制作

参照图1，本发明中在输入LiNbO₃晶体101下附加一层金属层 102，接着，在金属层下底面同样添加一与上表面尺寸吻合的光折变 晶体（即输出LiNbO₃晶体103），上下两个LiNbO₃晶体内的光栅都 是光折变光栅105。

步骤2光折变光栅的制作

利用SPR波的相位匹配条件，确定对应各个滤波波长时的光栅 周期，利用双光束干涉法分别在所述输入LiNbO₃晶体101和输出 LiNbO₃晶体103中写入光折变光栅。

参照图2，记录激光201被分束镜202分成两束光，其中一束光 经第一反射镜203反射后形成一路干涉光205入射到输入端LiNbO₃晶体101上。通过分束镜202之后的另一束光经过第二反射镜204反 射之后形成另一路干涉光206也入射到输入LiNbO₃晶体101上。两 束光205和206在输入LiNbO₃晶体101上形成干涉条纹，最后通过 光折变效应形成光折变光栅105。

利用同样方法，可在输出端LiNbO₃晶体103上制作出同样的光 折变光栅105。