本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种在D形光纤中嵌入微环谐振腔的方法。
背景技术：
全光网络，是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以可以大大提高网络资源的利用率。全光网络的实现需要一些体积较小，结构较简单，性能较稳定的光学器件。光学谐振腔是一个重要的光学器件，它在光通讯器件、光纤传感等领域里有广泛的应用，同时也是激光器的重要组成部分。具有高集成度的微纳米光学谐振腔器件是光电子领域的一个研究热点。
将普通光纤的包层进行腐蚀，减小包层的厚度，或者对光纤进行研磨，将包层的其中一面磨平成为D形平面，这样光纤将有更多的能量泄漏到外界环境中，出现较强的消逝场，环境介质的改变能直接影响到光场各参数的变化，这种对普通光纤进行研磨，改变其横截面形状和结构，从而改变基模传输特性的特种光纤就称为D形光纤。
微环谐振器由于结构尺寸小，所以可以作为高密度光集成的基本结构。高密度平面光集成是当前光波导技术发展的重要方向之一。早在1969年Marcatili提出了光微环谐振器的概念与结构,但直至近年由于平面工艺水平不断地提高,基于平面波导技术的光微环谐振器才受到人们的关注和研究，并得以迅速发展。微环谐振滤波器的种类较多，最简单的结构是单环谐振滤波器，其他类型的复杂结构都是以单环为基本单元排列而成，如多环并联、多环串联、多环阵列等结构。近年来，微环谐振器已引起国内外研究者的高度重视和极大兴趣，成为热点研究课题。微环谐振器具有成本低、结构紧凑、便于制作、集成度高、插入损耗小、串扰低等优点，在光信号处理、滤波、波分复用、路由、波长变换、调制、开关、激光等方面都具有广泛的应用。由于微环谐振器的谐振不需要腔面或光栅来提供光反馈，因此十分有利于与其他光电子元器件的单片集成。
采用在波导上的制备微环谐振腔，再与D形光纤相耦合的方法，可使D形光纤的消逝场得到微环谐振腔的调制。但缺点是现有波导谐振环只能对应与一个波长，不能根据实际参数进行调控，亟待加以进一步改进。
技术实现要素：
本发明的主要目的是公开一种在D形光纤中嵌入微环谐振腔的方法，实现微环谐振腔对D形光纤传输光波的有效调控，拓宽D形光纤的应用范围。
本发明采用的技术方案是：一种在D形光纤中嵌入微环谐振腔的方法，包括如下步骤：
（1）将D形光纤的曲面部分固定，D形光纤的平面部分涂上光刻胶并烘干；
（2）将步骤（1）得到的D形光纤装在光刻机上，光刻机上还装有掩膜板，该掩膜板刻有用于定位D形光纤的平面部分中线位置的图案，通过掩膜板对D形光纤的平面部分进行曝光，曝光位置为D形光纤平面部分的中线位置，使中线位置的光刻胶发生光化反应；
（3）将步骤（2）得到的D形光纤用干燥机加热后，浸入丙酮中显影以除去曝光位置的光刻胶，使D形光纤平面部分的中线位置标记有掩膜板上的图案；
（4）对步骤（3）得到的D形光纤采用聚焦离子刻蚀方法，在其平面部分刻蚀一个微环谐振腔或多个级联的微环谐振腔，所述微环谐振腔的圆心位于D形光纤平面部分的中线位置。
所述掩膜板上携带有一个单峰图案。
所述掩膜板上单峰图案的峰宽是3-10微米（μm），峰高是30微米，峰的方向是沿光纤的纤芯方向，单峰的对称轴与D形光纤平面部分的中线重合。
所述D形光纤用干燥机进行加热的温度是50℃，时间是5分钟。
所述聚焦离子束刻蚀方法的离子源是Ga+，刻蚀电压是30kV，束电流是100pA。
所述微环谐振腔的外直径是1微米，内直经是0.8微米，深度是2微米。
所述微环谐振腔是3个或5个级联的微环谐振腔。
所述D形光纤的曲面部分是通过硅胶固定在一V形凹槽中。
与现有技术相比，本发明至少具有下列优点及有益效果：本发明采用光刻技术和聚焦离子刻蚀方法在D形光纤的平面部分刻蚀一个微环谐振腔或多个级联的微环谐振腔，这种带有微环谐振腔结构的D形光纤可以使光纤的消逝场接受微环谐振腔的调制，微环谐振腔直接嵌入在D形光纤的平面部分上，可以直接连接光纤集成为器件，在光信号处理、滤波、波分复用、路由、波长变换、调制、开关、激光等方面直接使用。与在波导上的制备微环谐振腔，再与光纤相耦合的方法相比，本发明直接集成化，不需要再次耦合，集成度明显增加，采用本发明制备的D形光纤所传输的信号可以形成近于方形的谐振光谱，带宽很平坦，且是窄带宽，能根据制备的谐振环的尺寸等参数选择对应的波长进行调控，级联不同的谐振环，可以有效克服现有波导谐振环只能对应与一个波长的难点。
附图说明
图1为实施例1中D形光纤刻蚀后平面部分的3个级联的微环谐振腔结构的扫描电镜图。
图2为实施例1中制得的带有3个级联的微环谐振腔结构的D形光纤的透射光谱图。
图3为实施例2中D形光纤刻蚀后平面部分的5个级联的微环谐振腔结构的扫描电镜图。
图4为实施例2中制得的带有5个级联的微环谐振腔结构的D形光纤的透射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种在D形光纤中嵌入微环谐振腔的方法，包括如下步骤：
（1）将D形光纤的曲面部分固定，D形光纤的平面部分涂上光刻胶并烘干；
（2）将步骤（1）得到的D形光纤和掩膜板装在光刻机上，所述掩膜板刻有用于定位D形光纤的平面部分中线位置的图案，通过掩膜板对D形光纤的平面部分进行曝光，曝光位置为D形光纤平面部分的中线位置，使中线位置的光刻胶发生光化反应；
（3）将步骤（2）得到的D形光纤用干燥机进行加热后，浸入丙酮中显影以除去曝光位置的光刻胶，使D形光纤平面部分的中线位置标记有掩膜板上的图案；
（4）对步骤（3）得到的D形光纤采用聚焦离子刻蚀方法，在其平面部分刻蚀一个微环谐振腔或多个级联的微环谐振腔，所述微环谐振腔的圆心位于D形光纤平面部分的中线上。
实施例1
一种在D形光纤中嵌入微环谐振腔的方法，包括如下步骤：
（1）用硅胶将D形光纤的曲面部分固定在一V形凹槽中，V形凹槽深70微米，最宽处为127微米，D形光纤的平面部分向上，在D形光纤的平面部分涂上光刻胶AZ-1350并烘干；
（2）将烘干后的D形光纤和掩膜板都装在光刻机上，所述的掩膜板上携带有单峰图案的细缝，单峰图案的峰宽是3-10微米，峰高是30微米，峰的方向是沿光纤的纤芯方向，所述单峰的对称轴与D形光纤平面部分的中线重合，接着，通过掩膜板对D形光纤的平面部分进行曝光，曝光目的是使透过掩膜板细缝的D形光纤平面部分感光区的光刻胶发生光化反应，在下一步的显影时发生溶变；
（3）将步骤（2）得到的D形光纤在干燥机上加热5分钟，加热温度是50℃，然后将D形光纤浸入在丙酮中显影以除去曝光部分的光刻胶，实现将掩膜板上的图案转移到D形光纤平面的光刻胶上，使D形光纤平面部分的中线位置标记有掩膜板上的图案；
（4）对步骤（3）得到的标记有中线位置的D形光纤的平面部分进行聚焦离子刻蚀加工，在其平面部分刻蚀3个级联的微环谐振腔，微环谐振腔的外直径为1微米，内直径为0.8微米，所述聚焦离子刻蚀加工的离子源是Ga+，刻蚀电压是30kV，束电流是100pA。刻蚀后的微环谐振腔结构如图1所示。
用AQ6378光谱分析仪对所制备的带有3个微环谐振腔的D形光纤进行光谱测试，图2是实施例1的结构的透射光谱图。由图2可以看出，在波长1550.00-1550.30纳米（nm）之间有存在一个较为平坦的峰，表明微环腔的谐振存在，谐振效应非常明显，可以有效的对D形光纤中的光波进行调制。通过计算可知，3个级联微环谐振腔的Q值（品质因子）为2.6×105，该参数达到了光纤滤波器、信号色散补偿器等方面应用的要求。
实施例2
步骤参考实施例1，与实施例1不同的是，步骤（4）采用聚焦离子刻蚀加工出5个级联的微环谐振腔，刻蚀后的微环谐振腔结构如图3所示。图4是实施例2的结构的透射光谱图，由图4可以看出，在1549.80-1550.10纳米(nm)的波长上有明显的谐振作用，不仅具有实施例1的特点，而且5个谐振环的谱线谐振峰比较尖锐，该效应可以在光纤窄带滤波器上获得很有价值的应用。通过计算可知，5个级联谐振微腔的Q值（品质因子）为3.9×105。说明级联的谐振微环的增加，可以获得更高的品质因子。