[发明专利]一种多环微纳光纤谐振腔制备装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤谐振腔的制备，尤其是涉及一种多环微纳光纤谐振腔制备装置及其制备方法。

背景技术

光子器件的集成化、微型化已成为光子学领域发展的重要研究方向。微纳光纤技术的进步，使基于微纳光纤的传感器的优点被发掘。利用微纳光纤实现环形谐振腔功能，不仅具有较好的谐振效应，而且具有可控的FSR(自由光谱范围)、高的Q值(品质因素)和理想的消光比等特点，因此可以利用微纳光纤环形谐振腔制备激光器、光滤波器、微型光纤传感器等器件。

目前制作微纳光纤谐振腔需要事先拉制微纳光纤，再手工制作谐振腔。拉制微纳光纤较简便的方法是浙江大学童利民教授课题组在2003年提出的二步拉伸法，利用火焰或激光加热的方式分两步将单模光纤拉伸成纳米量级的光纤。利用二步拉伸法制备的微纳光纤直径最小可以达到50nm，并具有较好的直径均匀度和表面质量，但是这种方法需要熟练的制备手法，火焰的抖动、空气的扰动都会对微纳光纤品质造成影响。得到微纳光纤后，还需要在无空气扰动的环境下，利用探针制作谐振腔，这又需要良好的操作技能和苛刻的制作环境，探针微弱的抖动也会折断微纳光纤。所以，目前制作微纳光纤谐振腔比较困难，还处于实验室阶段。

发明内容

本发明的目的是提供可以有效克服现有技术中制备微纳光纤谐振腔工序复杂、需要良好的操作技能和苛刻的制作环境等缺点的一种多环微纳光纤谐振腔制备装置及其制备方法。

所述多环微纳光纤谐振腔制备装置设有注射泵、注射器、注射针头、谐振腔基底、XY运动平台、计算机和高压电源；所述注射器设在注射泵内，注射泵推动注射器，将纺丝溶液从注射器中推出注射针头；XY运动平台设在注射针头下方，谐振腔基底固定于XY运动平台上并随XY运动平台移动，XY运动平台与计算机连接，计算机控制XY运动平台的运动状态；高压电源与注射针头电连接，谐振腔基底接地。

所述多环微纳光纤谐振腔的制备方法采用所述多环微纳光纤谐振腔制备装置，包括以下步骤：

步骤1.将溶液灌入注射器并设定注射泵的供液速度，随后注射针头的尖端处出现液滴；

步骤2.将谐振腔基底固定于XY运动平台上，调整注射针头的尖端到谐振腔基底的竖直距离；

步骤3.开启高压电源，设定电压输出值，注射针头处的液滴在静电场作用下形成泰勒锥并产生射流，射流沉积在注射针头的针尖正下方的XY运动平台的锡纸上；

步骤4.通过计算机控制XY运动平台，带动谐振腔基底以设定的XY运动平台的直线运动速度经过注射针头正下方，即在谐振腔基底上形成多环(Loop)串联结构的多环微纳光纤谐振腔。

在步骤1中，所述溶液可采用PMMA、PS等溶质的微纳米光纤制备溶液；所述注射器可选用2ml、5ml等规格的医用注射器；所述注射针头内径可为0.06～1.2mm；所述注射泵的供液速度范围可为20～300μl/h。

在步骤2中，因为采用基于静电纺丝射流鞭动不同阶段具有不同沉积形貌的原理来实现制备微纳光纤谐振腔，所述注射针头的尖端到谐振腔基底的竖直距离可为2～10mm，此竖直距离不能太大，否则谐振腔基底上会出现大量无序沉积的纤维；竖直距离也不能太小，否则在谐振腔基底将直写出直线型光纤，不会出现谐振腔结构；所述谐振腔基底优选氟化镁基底。

在步骤3中，所述电压输出值可为1～5kV；在初始工作或开始工作时，注射针头并不正对着谐振腔基底，开启高压电源之前，可事先将注射针头对着铺设在XY运动平台的锡纸(锡纸接地)，在开启XY运动平台进行制备谐振腔之前，事先在锡纸上进行尝试性地喷印，当电压、供液等工艺条件稳定后，再开启XY运动平台将谐振腔基底传送至注射针头下方进行喷印、制备谐振腔。

在步骤4中，所述XY运动平台的直线运动速度可为10～80mm/s。

由于本发明采用上述技术方案，因此具有以下技术效果：

1)设备简单、实验工序容易操作；

2)不需要事先制作微纳光纤，也不需要手工制作谐振腔环形结，省去以往制备微纳光纤谐振腔繁琐的步骤，可以快速、方便地制备谐振腔；

3)能够直接在基底上形成多环串联的Loop型谐振腔，每个谐振腔的形状、大小、耦合区域的重叠部分都高度一致；

4)可以控制XY运动平台的移动速度、注射针头尖端到谐振腔基底的竖直距离、电场强度以及供液速度等电纺工艺参数，进一步提高制备微纳米光纤谐振腔的可控性。