[发明专利]在纤型光学回音壁微腔结构及其制作方法有效
申请号: | 201510230444.9 | 申请日: | 2015-05-08 |
公开(公告)号: | CN104932057B | 公开(公告)日: | 2017-10-20 |
发明(设计)人: | 朱涛;史磊磊 | 申请(专利权)人: | 重庆大学 |
主分类号: | G02B6/24 | 分类号: | G02B6/24;B23K26/38 |
代理公司: | 重庆辉腾律师事务所50215 | 代理人: | 侯懋琪,侯春乐 |
地址: | 400044 *** | 国省代码: | 重庆;85 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 光学 回音壁 结构 及其 制作方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种光纤传感技术,尤其涉及一种在纤型光学回音壁微腔结构及其制作方法。
背景技术
光学回音壁微腔通过介质腔边界的连续全反射将光限制在谐振腔内,具备超高品质因子和超小模式体积的特性,在非线性光学、腔量子电动力学、超高分辨率检测以及超低阈值激光器等领域具有重要的应用前景。
目前,可形成光学回音壁模式的微腔包括微球、微盘和微环等结构,这些谐振腔结构一般采用机械研磨和表面张力等方式制作;其中,采用机械研磨方式制作出的谐振腔,由于受限于机械研磨工艺的工艺条件,谐振腔尺寸较大,难以实现小型化、集成化;另外,无源微腔的回音壁模式一般通过三种方式激发:棱镜、研磨光纤和拉锥光纤,棱镜和研磨光纤激发回音壁模式的效率低于拉锥光纤,但拉锥光纤的直径要求小于2微米而且拉锥光纤易受污染和空气扰动影响,且以上三种激发光学回音壁模式的系统均是分离的,因此整个系统的紧凑性和稳定性较低。
光学回音壁微腔集成化的研究是其实用化的必然要求,通过在微光纤、腐蚀过的光子晶体光纤以及经过腐蚀的极薄壁毛细管等结构中填充各种材料的微球可实现光学回音壁微腔,但微球填充的工艺十分复杂且对球的尺寸有选择性,寻找一种高度集成化而且制作过程简单的方法是目前光学回音壁微腔领域中面临的重要问题。
发明内容
针对背景技术中的问题,本发明提出了一种在纤型光学回音壁微腔结构,包括光纤,其创新在于:所述光纤上纤芯的外侧设置有环形槽,环形槽的轴向与光纤径向平行,环形槽的外壁与光纤的纤芯外壁之间留有间隔,环形槽的深度将光纤的纤芯覆盖在内,所述环形槽即形成光学回音壁微腔。
前述在纤型光学回音壁微腔结构的原理与现有技术相同,即纤芯的光进入光学回音壁微腔后,在光学回音壁微腔与空气的交界面上发生全反射形成回音壁模式,本发明与现有技术的不同之处在于,用于形成光学回音壁微腔的环形槽是嵌入在光纤上的实心部分的,也即光学回音壁微腔与激发回音壁模式的纤芯为整体结构,这种结构不仅稳定性较好,而且操作难度较小,易于加工。
根据现有理论可知,激发回音壁模式的效率由锥形纤芯和光学回音壁微腔之间的间距决定(对应到本发明中,即为环形槽外壁与光纤的纤芯外壁之间的间隔距离),根据间距不同,激发回音壁模式的效率一般有欠耦合、临界耦合和过耦合三种,其中,临界耦合时取得的品质因子最高,但这不是本发明所要探讨的重点,具体实施时,本领域技术人员可根据现有理论具体确定环形槽外壁与光纤的纤芯外壁之间的间隔距离;本发明的重点在于将光学回音壁微腔集成在光纤中,相比于现有技术中回音壁微腔与激发光波导相互分离的结构,本发明的结构稳定性更好,集成度更高,适合于各种光纤和光波导;
为了便于本领域技术人员实施,本发明还提出了一种在纤型光学回音壁微腔结构制作方法,其步骤为:
1)采用飞秒激光器对光纤表面进行切削,在光纤上的纤芯外侧切削出加工面,所述加工面为平面,加工面与光纤的轴向平行,加工面与纤芯之间存在间隔;这里设置加工面是从工艺角度考虑:普通光纤的截面为圆形,光纤的外周面为弧面,若直接在弧面上进行回音壁微腔加工,在光纤表面定位回音壁微腔位置的难度较大,从降低加工难度、提高加工效率的角度考虑,本发明方法中,在加工回音壁微腔之前,在光纤上预制了一加工面,相比于在弧面上进行定位,在平面上进行定位的难度相对较低,这就可以有效降低回音壁微腔位置的定位难度,提高加工效率;
2)调节光纤位置,使飞秒激光器的激光脉冲聚焦在加工面上,且使激光脉冲的轴向与加工面垂直;传动光纤在加工面内作整体式的圆周运动(具体实施时,光纤可用三维位移平台夹持,由三维位移平台来作精确的圆周运动);
3)进行了多次圆周运动后,控制光纤驻停,然后传动飞秒激光器沿自身轴向向靠近光纤的方向移动,移动一定距离后,再传动光纤在加工面内作整体式的圆周运动,圆周运动的圆心与步骤2)中相同;
4)按步骤3)中方式操作多次后,激光脉冲就在所述光纤上切割出了环形槽,环形槽的轴向与光纤径向平行,环形槽的外壁与光纤的纤芯外壁之间留有间隔,环形槽的深度将光纤的纤芯覆盖在内,所述环形槽即形成光学回音壁微腔。
基于本领域的基本常识,本领域技术人员应该清楚,环形槽加工成形后,还需用超声波清洗装置清洗掉加工过程中残留在光学回音壁微腔表面的碎屑,然后采用高温退火等方式将光学回音壁微腔表面再次整形光滑。
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- 一种在纤型光学回音壁微腔结构,包括光纤,其创新在于所述光纤上纤芯的外侧设置有环形槽,环形槽的轴向与光纤径向平行,环形槽的外壁与光纤的纤芯外壁之间留有间隔,环形槽的深度将光纤的纤芯覆盖在内,所述环形槽即形成光学回音壁微腔。本发明的有益技术效果是回音壁微腔嵌入在光纤中,回音壁微腔的结构稳定性较好,回音壁微腔与激发部为整体结构,集成度较高,且回音壁微腔的加工方法简单,尺寸参数精确可调。
- 基于自组装原理的多芯光纤扇出接头制作方法-201510111281.2
- 崔继文;朱圣琪;冯昆鹏;党竑;谭久彬 - 哈尔滨工业大学
- 2015-03-05 - 2017-10-20 - G02B6/24
- 基于自组装原理的多芯光纤扇出接头制作方法属于光纤通信、传感技术领域;本方法采用机械加工或氢氟酸光纤腐蚀处理的方式减小与多芯光纤的纤芯具有相等数量的单模光纤的直径,将直径减小后的单模光纤穿过带有内锥角的细管中并将下端浸没在低粘度紫外胶中,利用毛细现象进行自组装,形成最紧凑的蜂窝状结构,对自组装后的单模光纤进行紫外胶固化,形成单模光纤束,对单模光纤束端面或多芯光纤端面进行研磨,利用六自由度调整装置耦合封装端面研磨后的单模光纤束与多芯光纤,将固化点装置放置在底部有V形槽的长方体容器内,向长方体容器内注入环氧树脂,完成多芯光纤扇出接头的制作;本发明适应性强,低成本,低损耗,制作起点低。
- 多芯光纤互连结构和用于制造多芯光纤互连结构的方法-201280059934.1
- 屉冈英资 - 住友电气工业株式会社
- 2012-11-14 - 2017-10-03 - G02B6/24
- 多芯光纤互连结构包括具有倾斜端面的第一多芯光纤和具有倾斜端面的第二多芯光纤。在倾斜端面彼此相对的状态下,第一多芯光纤的每一个纤芯以一一对应的关系与第二多芯光纤的相应一个纤芯光学耦合。调节倾斜端面之间的相互朝向的条件,以便将处于一一对应关系的每对纤芯的纤芯间距的变化减至最小。
- 一种高模场占空比光纤功率合束器-201410686102.3
- 曹涧秋;郭少锋;许晓军;刘文博;陈子伦;冷进勇;陈金宝;陆启生 - 中国人民解放军国防科学技术大学
- 2014-11-25 - 2017-08-25 - G02B6/24
- 本发明公开了一种高模场占空比光纤功率合束器,目的是解决现有方案工艺复杂,制作难度大、模场占空比低等问题。本发明包括n根输入光纤、一个光纤合束部和一根输出光纤;光纤合束部一端与n根输入光纤相连,另一端与输出光纤相连;光纤合束部是由n根光纤经熔融拉锥形成的光纤拉锥束,光纤合束部的n根光纤与n根输入光纤具有相同的包层和纤芯直径及相同的排列方式,且与输入光纤的纤芯对准连接;光纤合束部从多根输入光纤连接端向输出光纤连接端逐渐减小,形成近似锥形结构,纤芯和横截面尺寸也随之减小;光纤合束部的输出光纤连接端与输出光纤的纤芯对准熔接。本发明在纤芯占空比无显著增加的条件下实现了高模场占空比的光束合成。
- 一种高功率的光纤合束器及激光器-201610042230.3
- 郑家荣;董杰;岳超瑜;叶铭森 - 深圳朗光科技有限公司
- 2016-01-22 - 2017-08-01 - G02B6/24
- 本发明适用于激光技术领域,提供了一种高功率的光纤合束器,包括一根输入泵浦光纤、多根泵浦传能光纤以及一根信号光纤,输入泵浦光纤的输出端熔接多根泵浦传能光纤,多根泵浦传能光纤通过分级侧面泵浦方式与信号光纤连接,输入泵浦光纤的纤芯直径和信号光纤的纤芯直径均大于泵浦传能光纤的纤芯直径。本发明使大功率的泵浦光平均分束到各小尺寸泵浦传能光纤中传输,再通过侧面泵浦方式再耦合进入信号光纤,实现泵浦光的合束,由于分束传输泵浦光,再侧泵耦合至信号光纤,进而减小了泵浦光的光束畸变和废热的产生以及对信号光的影响,既保证了泵浦光的传输效率,同时也减低了耦合过程的信号损耗,并且保证了激光系统的安全性。
- 一种不对称Y分叉模式间隔分离器-201410378293.7
- 陈伟伟;汪鹏君;杨建义 - 宁波大学
- 2014-08-04 - 2017-06-16 - G02B6/24
- 本发明公开了一种不对称Y分叉模式间隔分离器,包括主干多模波导、宽分支多模波导和细分支多模波导,宽分支多模波导的宽度大于细分支多模波导的宽度,宽分支多模波导的宽度和细分支多模波导的宽度之和与主干多模波导的宽度相等,宽分支多模波导的始端和细分支多模波导的始端分别与主干多模波导的末端连接,宽分支多模波导的始端和细分支多模波导的始端相交,宽分支多模波导的末端和细分支多模波导的末端之间的间距不小于宽分支多模波导的宽度,细分支多模波导中第i阶模式的传播常数大于宽分支多模波导中第i阶模式的传播常数且小于宽分支多模波导中第i+1阶模式的传播常数;优点是可应用于模式复用传输光通信系统进行输入模式奇偶分离。
- 提供绝热耦合的聚合物波导阵列和硅波导阵列的对准-201310489341.5
- 沼田英俊 - 国际商业机器公司
- 2013-10-18 - 2017-06-06 - G02B6/24
- 一种提供绝热耦合的聚合物波导阵列和硅波导阵列的对准。对准形成在聚合物上的(单模)聚合物波导(PWG)阵列与形成在硅(Si)芯片上的硅波导(SiWG)阵列。并且因此实现绝热耦合。使高精度形成的端头和高精度形成的凹槽用作绝对的定位基准以提供根据凹槽和端头的自对准。在通过光刻图案化的PWG中,采用多个掩模,但是沿着对准基线(用于掩模)进行形成,并且因此相对于误差δx实现高精度。在通过纳米压印图案化的PWG中,也相对于误差δx和δy实现形成上的高精度。
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