[发明专利]一种高品质因子回音壁模微球腔的制备方法

说明书

一种高品质因子回音壁模微球腔的制备方法，涉及光学谐振腔。包括以下步骤：1)将毫米级石英玻璃棒固定在旋转电机上；2)将毫米级石英玻璃棒顶端用CO₂激光器剥蚀至所需微球腔大小的尺度，得微米级石英玻璃棒；3)用CO₂激光器烧蚀掉微米级石英玻璃棒顶端多余的长度，再加热微米级石英玻璃棒，得原始回音壁模微腔；4)提高CO₂激光器的输出功率，短时间灼烧原始回音壁模微腔，受热的微腔在表面张力的作用下自然形成球状，得到高品质因子回音壁模微球腔。可得到柱上微球腔，稳定性更好；可制备尺寸为190～700μm的微球腔，且品质因子高达10⁸以上。

技术领域

本发明涉及光学谐振腔，尤其是涉及一种高品质因子回音壁模微球腔的制备方法。

背景技术

微球腔因其具有超高的品质因子(通常在10⁸以上)、丰富的回音壁模式、极小的模式体积等特点而被广泛应用于线性光学、非线性光学以及光学传感等领域的研究。如文献“ChangLei Guo，Kai jun Che，Huiying Xu，Pan Zhang，Deyu Tang，Changyan Ren，Zhengqian Luo，and Zhiping Cai，Opt.Lett.41(12)，2576-2579(2016)”在实现激射的基础上进一步得到了宽度约为230nm的光频梳(optical frequency combs，OFCs)。

制作微球腔的方法有很多种。传统上，常采用光刻蚀方法来制作固相微腔，但这种方法工艺复杂，成本昂贵。还有用CO₂激光器烧蚀石英光纤的末端来获得微球腔，如文献“L.Collot,V.Lefevre-Seguin，M.Brune，J.M.Raimond and S.Haroche,Europhys.Lett.23(5)，pp.327-334(1993)”，这种方法制备的微球腔通常直径在200μm以内，且尺寸难以控制，无法满足实验的需要；而且，由于微球腔是和光纤的末端相连，这种结构具有不稳定性，使得实验条件容易被外界环境所影响，实验现象具有偶然性。文献“F.Lissillour.L’effetlaser dans des microsphères de verre fluorédopées Néodymeet Erbium:Etude expérimentale de différents couplages et de largeurs de raie[D].Ph.D.thesis,Universitéde Rennes 1,France,2000(In French)”采用微波等离子体火靶技术通过加热熔化石英粉末得到微球腔，这种方法制备微球的优点是快速、方便且能够批量生产，但是得到的微球腔尺寸较小(直径为60～160μm)，且不能直接用于实验，需要进行微球的固定过程。

发明内容

本发明的目的是提供工艺简单、尺寸可控的一种高品质因子回音壁模微球腔的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)将毫米级石英玻璃棒固定在旋转电机上；

2)将毫米级石英玻璃棒顶端用CO₂激光器剥蚀至所需微球腔大小的尺度，得微米级石英玻璃棒；

3)用CO₂激光器烧蚀掉微米级石英玻璃棒顶端多余的长度，再加热微米级石英玻璃棒，得原始回音壁模微腔；

4)提高CO₂激光器的输出功率，短时间灼烧原始回音壁模微腔，受热的微腔在表面张力的作用下自然形成球状，得到高品质因子回音壁模微球腔。

在步骤1)中，所述毫米级石英玻璃棒可采用超纯、羟基含量＜5ppm的石英玻璃棒。所述旋转电机的转速可为1000～60000r/min。