本发明属于光学滤波技术领域，更具体地，涉及一种基于单光纤耦合表面纳米轴向光子(surfacenanoscaleaxialphotonics，snap)结构微腔的光学带通滤波器。
背景技术
回音壁微腔作为一种光学谐振腔，具有激光选频作用，凭借其极高的q值，在光学窄带滤波领域有重要应用前景。传统的单波导微腔耦合系统，本身是一种带阻滤波器，但在很多应用场合需要实现带通滤波功能，解决方案通常是在单波导耦合结构中放置额外的耦合器，构成双波导微腔耦合系统。基于回音壁微腔，目前国际上已经实现的带通滤波器件主要有双光纤耦合微盘腔、片上双波导耦合环形腔、双光纤耦合微球腔和双光纤耦合瓶口腔等。其中片上双波导耦合环形腔具有便于集成的优势，但制作工艺复杂，且由于环形腔表面粗糙度的限制，滤波带宽难以做到很窄；其余的双光纤耦合微腔系统虽然具有高q值、极窄线宽的优势，但两根微纳锥形光纤的耦合调谐一方面大大增加了系统的操作难度，另一方面使得该系统难以做成性能优异且稳定的滤波器件，任何一根光纤的扰动均会影响滤波性能。另外，发明人已公开的专利(cn105633519a)提出了利用双光纤耦合准柱形腔实现稳定调谐add-drop滤波器的方法，虽然稳定性得到提高，但依然摆脱不了耦合调谐的高难度和复杂性。为克服微腔的双光纤耦合系统的劣势，本发明通过优化耦合结构，提出一种基于单光纤耦合snap结构微腔的光学带通滤波器。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种基于单光纤耦合snap结构微腔的光学带通滤波器。通过减小锥形光纤锥腰处的尺寸至亚微米量级，增大微腔靠近锥形光纤时非谐振波段的光损耗，并保证谐振波段的光波能够从微腔耦合回到锥形光纤得以实现。解决了目前利用双光纤耦合回音壁微腔实现带通滤波时存在的稳定性差以及调谐难度大的问题。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种基于单光纤耦合表面纳米轴向光子结构微腔的光学带通滤波器，包括锥形光纤和表面纳米轴向光子结构微腔，所述锥形光纤包括锥腰、输入端口和输出端口，所述锥形光纤的输入端口用来输入连续波长激光，所述锥形光纤的输出端口用来获得滤波后的光波，所述表面纳米轴向光子结构微腔和锥形光纤中的锥腰保持接触，所述锥形光纤与所述表面纳米轴向光子结构微腔通过光学倏逝波耦合效应建立连接，产生谐振模式的能量会有部分耦合回到锥形光纤并通过输出端口输出。
进一步地，所述锥形光纤的锥腰的直径为600～800nm，所述锥形光纤的锥度为1：(10～50)，所述锥形光纤的锥区长度为10～50mm。
进一步地，所述的表面纳米轴向光子结构微腔的纵截面轮廓沿轴向呈抛物线形、高斯曲线形或类梯形。
进一步地，所述的表面纳米轴向光子结构微腔的轴向尺寸为0.1～0.6mm，径向尺寸为5～20nm。
本发明中基于单光纤耦合snap结构微腔的光学带通滤波器的工作原理为：利用锥形光纤模式场分布依赖于锥腰尺寸的原理，制备出一种亚微米量级锥腰直径的耦合光纤。由于锥腰直径极小(600-800nm)，光纤中很大部分光能量以倏逝波形式分布在光纤外部空气介质中，使得其光传输效率对附着在锥腰处的散射介质异常敏感。当尺度为几十至上百微米的回音壁介电材料微腔靠近或者接触耦合光纤锥腰处时，会带来巨大的光波损耗，引起光传输效率极度下降甚至接近于零；而对于满足回音壁微腔谐振条件的特定频率的光波，其进入微腔后，在腔内内循环传播产生谐振，使得腔内光场能量大大增强，该回音壁谐振模式的能量会有部分耦合回到锥形光纤并通过输出端口输出，表现为特定频率波段的光波输出。因此，整个耦合系统的透过谱表现为带通滤波效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用snap结构微腔实现光学滤波器，通过控制snap结构微腔有效轮廓，很容易实现滤波带宽和滤波波长间隔的控制，有利于光学滤波器的定制加工，从而满足不同场合应用需求，同时snap结构微腔谐振谱的规律性能够很好限制滤波器杂波干扰。
2.本发明采用单光纤snap结构微腔耦合系统实现光学带通滤波器简化了滤波器结构并增强了其稳定性，snap结构微腔和锥形光纤在工作过程中保持接触，snap结构微腔沿轴向的尺寸均匀性也为锥形光纤提供良好稳定支撑，实现了单光纤耦合snap结构微腔的光学带通滤波，可以有效解决利用双光纤耦合回音壁微腔实现带通滤波时存在的稳定性差以及调谐难度大的问题。
附图说明
图1是基于单光纤耦合snap结构微腔的光学带通滤波器结构示意图。
图2是特定波长的光通过滤波器的稳态电场分布图。
图3是利用锥形光纤不同段实现微腔耦合的透过谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
图1是本发明提出的基于单光纤耦合snap结构微腔的光学带通滤波器的结构示意图。该滤波器包括锥形光纤1和snap结构微腔2，其中所述snap结构微腔2的纵截面轮廓沿轴向呈近似抛物线变化，所述锥形光纤1的输入端口a用来输入连续波长激光，输出端口b作为输出端获得滤波后的光波。
本实施例中，snap结构微腔的纳米光子结构轴向长度约400μm，径向尺寸变化最大约20nm，其轮廓曲线近似抛物线。snap结构微腔通过电弧放电加工常规单模光纤获得，其轮廓尺寸参数的控制可通过调整放电强度和次数实现。锥形光纤通过火焰拉伸法制作，锥腰处的直径约600nm，整个锥区长度12mm。
图2是是特定波长的光通过滤波器的稳态电场分布图。是利用锥形光纤锥腰处实现snap结构微腔耦合的不同波段模式场分布，其中，图2中(a)是谐振状态的模式场分布，图2中(b)是非谐振状态的模式场分布。可以看出，对于满足谐振条件的特定波长的光波，在微腔内谐振会形成很强的光场，部分光能量可以耦合回到锥形光纤，因此输出端有明显的光输出；而对于非谐振波段的光波，由于锥腰直径非常小(600-800nm)，其模式场大部分以倏逝波形式分布在外界空气中，当微腔靠近锥腰处时会给光纤内光的传输带来极大损耗，因此输出端几乎没有光输出。图3是利用锥形光纤不同段实现微腔耦合的透过谱图，其中(a)是直径2um处耦合时的透过谱，(b)是直径约600nm处耦合时的透过谱。波长扫描激光通过锥形光纤输入端a进入，在输出端b获得的透过谱如图3中(a)所示，实现了输入光波的带通滤波。而如果用锥形光纤较大直径(>1.5μm)处实现微腔的耦合，则不会有此现象产生，其透过谱是微腔耦合系统常规的带阻滤波效果，如图3中(b)所示。
综上所述，本发明提出了一种可以实现光学带通滤波效果的微光学滤波器，该滤波器基于单光纤耦合snap结构微腔系统，利用亚微米尺度微纳光纤的模式场特性和snap结构微腔的耦合特性，通过将snap结构微腔靠近亚微米尺度锥形光纤锥腰处，获得带通滤波效果透过谱。该滤波器便于实现滤波带宽和滤波波长间隔的控制，同时简化了基于回音壁微腔的传统带通滤波器的结构并增强了其稳定性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。