本發(fā)明屬于帶通濾波器領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器。

背景技術(shù)：

帶通濾波器作為一個基礎(chǔ)核心器件在光纖通信、光纖激光器等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。目前對光纖式帶通濾波器進行波長調(diào)諧主要是通過改變光纖應(yīng)力以及溫度等方法改變其中心波長。但是這類機械或熱調(diào)諧的方法它在調(diào)諧精度、調(diào)諧響應(yīng)時間上都會受到機械步進距離以及溫度響應(yīng)時間的限制。由此可見，目前的帶通濾波器在中心波長調(diào)諧時存在調(diào)諧精度較低、響應(yīng)時間較長的問題；另外，目前帶寬濾波器還存在帶通濾波線寬較寬的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器，以解決目前帶通濾波器存在的中心波長調(diào)諧精度較低、響應(yīng)時間較長以及帶通寬度較寬的問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器，包括傳導(dǎo)體、石墨烯和電極，所述傳導(dǎo)體包括導(dǎo)芯以及包裹在所述導(dǎo)芯外的包層，所述包層中開設(shè)有位于所述導(dǎo)芯同一側(cè)的相同的至少兩個微諧振腔，在所述微諧振腔的腔口處鋪設(shè)有所述石墨烯，所述電極向所述石墨烯施加電壓，以對所述傳導(dǎo)體上傳輸?shù)男盘柾ㄟ^所述至少兩個微諧振腔后形成的干涉峰的中心波長進行調(diào)諧，從而實現(xiàn)所述信號在調(diào)諧后干涉峰波段內(nèi)的濾波。

在一種可選的實現(xiàn)方式中，在所述包層中開設(shè)有底面與所述導(dǎo)芯平行的結(jié)構(gòu)，在所述包層中開設(shè)有垂直于所述底面并位于所述導(dǎo)芯同一側(cè)，與所述導(dǎo)芯相對側(cè)距離相等的至少兩個微諧振腔，所述石墨烯鋪設(shè)在所述底面上。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述導(dǎo)芯位于所述至少兩個微諧振腔底端的側(cè)上方。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述導(dǎo)芯與各個微諧振腔相對側(cè)之間的距離小于1微米且大于或者等于0。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述底面與所述導(dǎo)芯相對側(cè)之間的距離在0.5至2.5微米之間。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，通過增加所述微諧振腔的數(shù)量，來實現(xiàn)所述信號在多個不同干涉峰波段的濾波。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，通過增大所述微諧振腔的半徑r，來實現(xiàn)所述信號在多個不同干涉峰波段的濾波。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，用于形成所述干涉峰的相鄰兩個微諧振腔中心軸之間的距離l與所述微諧振腔的半徑r有關(guān)。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述距離l為所述半徑r的3倍。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述半徑r在10至20微米之間。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過在傳導(dǎo)體的包層中開設(shè)位于導(dǎo)芯同一側(cè)并相同的至少兩個微諧振腔，在微諧振腔的腔口鋪設(shè)石墨烯，并采用電極向石墨烯施加電壓來改變傳導(dǎo)體上傳輸信號通過至少兩個微諧振腔后形成的干涉峰的中心波長，從而可以實現(xiàn)信號在調(diào)諧后干涉峰波段內(nèi)的濾波，由于本發(fā)明是將電場作用于石墨烯，然后利用石墨烯的特性對微諧振腔之間的干涉效應(yīng)進行調(diào)節(jié)，因此本發(fā)明帶通濾波器的中心波長調(diào)諧精度較高、響應(yīng)時間較短，并且?guī)▽挾容^窄；

2、本發(fā)明通過首先在包層中開設(shè)底面與導(dǎo)芯平行的結(jié)構(gòu)，然后在包層中開設(shè)垂直于底面并位于導(dǎo)芯同一側(cè)，與導(dǎo)芯相對側(cè)距離相等的至少兩個微諧振腔，可以使微諧振腔與導(dǎo)芯平行，且腔體與導(dǎo)芯垂直，由此可以進一步提高干涉峰中心波長調(diào)諧準確度，另外，本發(fā)明通過首先在包層中開設(shè)底面與導(dǎo)芯平行的結(jié)構(gòu)，然后將石墨烯鋪設(shè)在底面上，可以降低石墨烯鋪設(shè)的工藝要求；

3、本發(fā)明通過使導(dǎo)芯位于微諧振腔底部的側(cè)上方，可以保證導(dǎo)芯傳遞過來的信號準確地進行帶通濾波，從而提高帶通濾波的準確度，并且通過使導(dǎo)芯與各個微諧振腔相對側(cè)之間的距離小于1微米且大于或者等于0，可以進一步保證將導(dǎo)芯傳遞過來的信號準確地進行帶通濾波；

4、本發(fā)明通過將底面與導(dǎo)芯相對側(cè)之間的距離設(shè)置為0.5至2.5微米之間，可以在降低插損的同時，保證導(dǎo)芯傳遞過來的信號準確進行帶通濾波；

5、本發(fā)明通過增加微諧振腔的數(shù)量以及增加微諧振腔的半徑，可以實現(xiàn)傳導(dǎo)體上傳輸信號在多個不同干涉峰波段的濾波。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的一個實施例俯視圖；

圖2是本發(fā)明包層中只開設(shè)有單個微諧振腔時，信號通過該微諧振腔后輸出的透射信號譜；

圖3是本發(fā)明包層中開設(shè)有兩個微諧振腔時，信號通過該兩個微諧振腔后輸出的透射信號譜；

圖4是本發(fā)明基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的另一個實施例側(cè)視圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實施例的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例中技術(shù)方案作進一步詳細的說明。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

參見圖1，為本發(fā)明基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。該基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器可以包括傳導(dǎo)體、石墨烯2和電極3，所述傳導(dǎo)體包括導(dǎo)芯11以及包裹在所述導(dǎo)芯外的包層12，所述包層12中開設(shè)有位于所述導(dǎo)芯11同一側(cè)的相同的至少兩個微諧振腔4，在所述微諧振腔4的腔口處鋪設(shè)有所述石墨烯2，所述電極3向所述石墨烯2施加電壓，以對所述傳導(dǎo)體上傳輸?shù)男盘柾ㄟ^所述至少兩個微諧振腔4后形成的干涉峰的中心波長進行調(diào)諧，從而實現(xiàn)所述信號在調(diào)諧后干涉峰波段內(nèi)的濾波。

本實施例中，當包層12中開設(shè)單個微諧振腔時，傳導(dǎo)體上傳輸?shù)男盘柾ㄟ^該微諧振腔后輸出的透射信號譜如圖2所示，當包層12中開設(shè)有兩個微諧振腔時，傳導(dǎo)體上傳輸?shù)男盘柾ㄟ^該兩個微諧振腔后輸出的透射信號譜如圖3所示。比較圖2和圖3，可以看出當傳導(dǎo)體的包層12中開設(shè)有多個微諧振腔時，傳導(dǎo)體上傳輸?shù)男盘柾ㄟ^多個微諧振腔后將形成極窄的干涉峰，從而實現(xiàn)信號在干涉峰波段內(nèi)的濾波。在包層12中開設(shè)多個微諧振腔的基礎(chǔ)上，申請人研究發(fā)現(xiàn)，當在微諧振腔4的腔口上鋪設(shè)石墨烯，并對石墨烯施加電壓，可以對干涉峰的中心波長進行調(diào)諧，由此可以實現(xiàn)傳導(dǎo)體上傳輸信號在不同干涉峰波段的濾波。

另外，經(jīng)申請人研究發(fā)現(xiàn)，隨著所述微諧振腔4數(shù)量的增加，所述傳導(dǎo)體上傳輸?shù)男盘柾ㄟ^所述至少兩個微諧振腔4后形成的干涉峰的數(shù)量也增加，因此本發(fā)明通過設(shè)置兩個以上的微諧振腔，可以實現(xiàn)多個不同干涉峰波段的濾波。本發(fā)明中隨著微諧振腔的半徑r的增加，所述傳導(dǎo)體上傳輸?shù)男盘柾ㄟ^所述至少兩個微諧振腔時形成的干涉峰的數(shù)量也會增加，因此本發(fā)明通過增大微諧振腔的半徑r，可以實現(xiàn)多個不同干涉峰波段的濾波。經(jīng)申請人研究發(fā)現(xiàn)，為了保證形成超窄干涉峰，用于形成干涉峰的相鄰微諧振腔4中心軸之間的距離l與微諧振腔4的半徑r有關(guān)，所述距離l等于所述半徑的3倍。需要注意的是：上述傳導(dǎo)體可以是光傳導(dǎo)體(例如光纖、光纜等)，也可以是波傳導(dǎo)體，為了便于對干涉峰中心波長進行調(diào)諧，在向石墨烯施加電壓時，可以利用外加電場對石墨烯的費米能級進行調(diào)諧。

由上述實施例可見，本發(fā)明通過在傳導(dǎo)體的包層中開設(shè)位于導(dǎo)芯同一側(cè)并相同的至少兩個微諧振腔，在微諧振腔的腔口鋪設(shè)石墨烯，并采用電極向石墨烯施加電壓來改變傳導(dǎo)體上傳輸信號通過至少兩個微諧振腔后形成的干涉峰的中心波長，從而可以實現(xiàn)信號在調(diào)諧后干涉峰波段內(nèi)的濾波，由于本發(fā)明是將電場作用于石墨烯，然后利用石墨烯的特性對微諧振腔之間的干涉效應(yīng)進行調(diào)節(jié)，因此本發(fā)明帶通濾波器的中心波長調(diào)諧精度較高、響應(yīng)時間較短，并且?guī)▽挾容^窄。

參見圖4，為本發(fā)明基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的另一個實施例側(cè)視圖。圖4與圖1所示該基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的區(qū)別在于，在所述包層12中開設(shè)有底面13與所述導(dǎo)芯11平行的結(jié)構(gòu)，在所述包層12中開設(shè)有垂直于所述底面13并位于所述導(dǎo)芯11同一側(cè)，與所述導(dǎo)芯11相對側(cè)距離相等的至少兩個微諧振腔4，所述石墨烯2鋪設(shè)在所述底面13上。本發(fā)明通過首先在包層中開設(shè)底面與導(dǎo)芯平行的結(jié)構(gòu)，然后在包層中開設(shè)垂直于底面并位于導(dǎo)芯同一側(cè)，與導(dǎo)芯相對側(cè)距離相等的至少兩個微諧振腔，可以使微諧振腔與導(dǎo)芯平行，且腔體與導(dǎo)芯垂直，由此可以進一步提高干涉峰中心波長調(diào)諧準確度，另外，本發(fā)明通過首先在包層中開設(shè)底面與導(dǎo)芯平行的結(jié)構(gòu)，然后將石墨烯鋪設(shè)在底面上，可以降低石墨烯鋪設(shè)的工藝要求。

圖4與圖1所示該基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的區(qū)別還在于，所述導(dǎo)芯位于所述至少兩個微諧振腔底端的側(cè)上方，所述導(dǎo)芯與各個微諧振腔相對側(cè)之間的距離w小于1微米且大于或者等于0。本發(fā)明通過使導(dǎo)芯位于微諧振腔底部的側(cè)上方，可以保證導(dǎo)芯傳遞過來的信號準確地進行帶通濾波，從而提高帶通濾波的準確度，并且通過使導(dǎo)芯與各個微諧振腔相對側(cè)之間的距離小于1微米且大于或者等于0，可以進一步保證將導(dǎo)芯傳遞過來的信號準確地進行帶通濾波。

圖4與圖1所示該基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的區(qū)別還在于，所述底面13與所述導(dǎo)芯11相對側(cè)之間的距離為0.5至2.5微米。經(jīng)申請人研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)酌?3與導(dǎo)芯11相對側(cè)之間的距離過小時將會存在插損較大的問題，距離過大又會存在干涉峰不明顯的問題，因此本發(fā)明通過將底面與導(dǎo)芯相對側(cè)之間的距離設(shè)置為0.5至2.5微米之間，可以在降低插損的同時，保證導(dǎo)芯傳遞過來的信號準確進行帶通濾波。

下面以傳導(dǎo)體為光纖為例，來說明本發(fā)明基于石墨烯的電控波長可調(diào)的超窄帶通光濾波器的制成過程：

(1)預(yù)制d型光纖：利用研磨設(shè)備將單模光纖研磨為d型光纖。研磨后平面距離為距離光纖中心5-7微米(該類光纖的半徑為4.5微米)，研磨長度以0.5-1厘米為宜。研磨后的損耗以1-3db為宜。

(2)預(yù)制超窄全光纖濾波器：利用飛秒加工或者類似刻蝕工藝，在d型上以圖1加工微諧振腔，根據(jù)需要微諧振腔的直徑可以在10-20微米變化。在需要多波長濾波器(即出現(xiàn)多個干涉峰)時，可以增大微諧振腔半徑r，需要單個波長濾波器時可以減小微諧振腔半徑r。然后根據(jù)選擇諧振腔半徑r，控制兩個諧振腔的相對距離l，使之產(chǎn)生對稱的類似電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)。其中，l約等于3倍的r。

(3)預(yù)制石墨烯片；將商用銅基pmma(柔性聚甲基丙烯酸甲酯)-石墨烯利用化學(xué)置換的方法將銅基去除。

(4)預(yù)制石墨烯布拉格光柵；將去除銅基的pmma-石墨烯包裹到光纖平面上，用丙酮蒸汽除去pmma。

(5)將金屬電極(如金、銅等)連接到石墨烯的兩邊，并外加電壓，通過調(diào)制石墨烯的能級實現(xiàn)對中心波長的調(diào)諧。

由上述實施例可見，本發(fā)明通過在傳導(dǎo)體的包層中開設(shè)位于導(dǎo)芯同一側(cè)并相同的至少兩個微諧振腔，在微諧振腔的腔口鋪設(shè)石墨烯，并采用電極向石墨烯施加電壓來改變傳導(dǎo)體上傳輸信號通過至少兩個微諧振腔后形成的干涉峰的中心波長，從而可以實現(xiàn)信號在調(diào)諧后干涉峰波段內(nèi)的濾波，由于本發(fā)明是將電場作用于石墨烯，然后利用石墨烯的特性對微諧振腔之間的干涉效應(yīng)進行調(diào)節(jié)，因此本發(fā)明帶通濾波器的中心波長調(diào)諧精度較高、響應(yīng)時間較短，并且?guī)▽挾容^窄。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。