CN101957478B - 一种光学微腔耦合系统的封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学微腔耦合系统的封装结构及其封装方法，其结构包括光学微腔，耦合器，特点是还包括封装体；所述的封装体由包容整个光学微腔、耦合器的低损耗光学透明封装材料凝固构成。利用折射率低于光学微腔耦合系统折射率的低损耗光学透明封装材料，用来包容整个光学微腔和耦合器所构建的耦合结构。这种封装结构和封装方法使得光学微腔耦合系统更加稳定。

Description

一种光学微腔耦合系统的封装结构及其封装方法

技术领域

本发明属于微光机电系统技术领域，主要涉及一种器件的封装方法，特别是涉及一种光学微腔耦合系统的封装结构及其封装方法。

背景技术

回音壁模式(WGM)高Q光学微腔近年来得到了广泛研究。在该模式中，激光沿着光学微腔大圆以全反射方式传播。因此，微腔内光能量只有极小部分泄露到腔外，从而形成了沿界面传播的高Q值光学模式。超高Q值使得此类光学微腔可应用于低阈值激光发射、高灵敏传感器、光通讯器件等领域。

然而，微腔回音壁光学模式的高效率激发需要外部耦合器进行倏逝场近场耦合，目前，所应用的最广泛的耦合系统是由光学微腔与锥形光纤组成的耦合系统。在该耦合系统中，耦合器与光学微腔的间距需控制在一定范围内方能实现高效率耦合，当应用该结构进行传感探测方面的应用研究时常常会因为耦合状态的改变而造成探测不便，稳定性差。如在进行光学微腔运动参量的传感研究中，(比如：光学微腔加速度计、光学微腔陀螺仪等)常常因为耦合系统的震动带来耦合状态的漂移，从而引起了系统误差。又如光学微腔耦合系统的输出特性与所处的环境折射率有密切的关系，外界环境的变化会引起光学微腔耦合系统输出的变化。也就是说，使耦合系统与外界环境隔离有重要意义。因此，如何使该耦合系统更加稳定，提高耦合系统的抗干扰能力是相关器件研制的难点。

发明内容

本发明的目的是在克服现有光学微腔与耦合器组成的耦合系统中结构分立存在的缺点，设计，一种结构简单，稳定性好，抗干扰，不受外界干扰的光学微腔耦合系统的封装结构，并同时提供容易操作，封装效果好，成本低的光学微腔耦合结构的封装方法。

为实现上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种光学微腔耦合系统的封装结构，包括光学微腔1，耦合器2，其特征是：还包括封装体3；所述的封装体由包容整个光学微腔、耦合器的低损耗光学透明封装材料凝固构成。

一种光学微腔耦合系统的封装结构的封装方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

(a)、准备好固化所应用的低损耗光学透明封装材料，并应用折射率检测仪测定该材料的折射率，确保其折射率低于光学微腔与耦合器的折射率；

(b)、制备所要封装的光学微腔1耦合器2，并组建光学微腔测试系统，通过高精度的位移调节台调整两者之间的耦合，在示波器上显示稳定的耦合信号；

(c)、用准备好的低损耗光学透明封装材料完全包容光学微腔1与耦合器2，点胶的过程要在高倍显微镜的检测下进行，并通过示波器上的耦合信号判断点胶过程对耦合状态的影响，如果点胶过程干扰了以前的高效率耦合，则通过位移调节台对光学微腔与耦合器两者之间的耦合进行微调，直到耦合状态满意为止；

(d)、对准封装好的封装体进行紫外光照射，持续时间依赖于封装结构的大小，一般大于3分钟；

(e)、对封装体进行测试，主要为振动测试，而且每隔一个小时测试一次，持续48小时，每次观测其封装体测试输出谱线的稳定程度。

本发明与现有光学微腔与耦合器组成的耦合系统技术比较，不仅稳定、固化了光学微腔耦合结构，而且使光学微腔耦合系统与外界隔绝。解决了和攻克现有耦合系统长期难以提高稳定，抗干扰能力中研制的技术难点，这些对于推进光学微腔研究和应用推广具有重大的意义。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明封装电子显微图。

图3是本发明封装前与封装后的透射光谱对比图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

如图1所示，一种光学微腔耦合系统的封装结构。该封装结构包括光学微腔1，耦合器2，封装体3；封装体由包容整个光学微腔、锥形光纤耦合器低损耗光学透明封装材料凝固构成。其中：

●光学微腔包括光学微球腔、光学盘形微腔、光学环形微腔、光波导跑道型微腔等类型。本发明实施例的光学微腔为微球腔。

●耦合器包括锥形光纤耦合器、棱镜耦合器、侧抛光线耦合器、光栅耦合器等类型。本发明实施例耦合器为锥形光纤耦合器。

●低损耗光学透明封装材料的折射率要低于光学微腔与耦合器的折射率；其包括低折射率紫外胶、低折射率的光纤涂料等材料。本发明实施例应用的低损耗光学透明封装材料是二氧化硅折射率的紫外胶粘性材料，折射率为1.32的紫外胶。图2为本实例的微球腔封装电子显微图。

本发明所述的一种光学微腔耦合系统的封装结构的封装方法，是利用一种折射率低于二氧化硅折射率的紫外胶粘性材料(通常应用的材料的折射率为1.32)，用来包容整个光学微腔和与锥形光纤所构建的耦合结构的操作工艺方法。

由于耦合结构中光学微腔相对于外部环境的相对折射率发生变化，耦合结构的谐振峰会发生偏移，所以偏移量与封装材料的折射率有关。但是，谐振峰的偏移并不影响光学微腔耦合结构的应用，会使耦合结构更加稳定，并将极大的推进光学微腔器件的研发进程。

本发明光学微腔耦合系统的封装结构的封装方法依次包括如下步骤：

(a)准备好固化所应用的紫外胶，并应用折射率检测仪测定该紫外胶的折射率，确保其折射率低于光学微腔与耦合器的折射率；

(b)制备所要封装的光学微腔1与耦合器2，并组建光学微腔测试系统，通过高精度(精度在20nm内)的位移调节台调整光学微腔1与耦合器2两者之间的耦合，在示波器上显示稳定的耦合信号；

(c)用准备好的紫外胶完全包容学微腔1，纤耦合器2，点胶的过程要在高倍显微镜的检测下进行，并通过示波器上的耦合信号判断点胶过程对耦合状态的影响，如果点胶过程干扰了以前的高效率耦合，则通过位移调节台对光学微腔1与纤耦合器2两者之间的耦合进行微调，直到耦合状态满意为止；

(d)用1KW的紫外灯对准封装好的封装体进行紫外光照射，持续时间依赖于封装结构的大小，一般大于3分钟；可用紫外灯，或其他方式(如阳光照射)；

(e)对封装体进行测试，主要为振动测试，而且每隔一个小时测试一次，持续48小时，每次观测其封装体测试输出谱线的稳定程度。

图3为微球腔耦合系统封装前与封装后的透射光谱对比图。微球腔耦合系统封装前的透射光谱(a)的谱峰多个和不整齐，反映出耦合系统的震动带来耦合状态的漂移，及引起了系统误差。而微球腔耦合系统封装后的透射光谱(b)的谱峰突出和整齐，说明了耦合系统更加稳定，提高抗干扰能力。

Claims (3)

1.一种光学微腔耦合系统的封装结构，包括光学微腔(1)，耦合器(2)，其特征是：还包括封装体(3)；所述的封装体由包容整个光学微腔、耦合器的低损耗光学透明封装材料凝固构成。

2.根据权利要求1所述的一种光学微腔耦合系统的封装结构，其特征是：所述的低损耗光学透明封装材料的折射率要低于光学微腔与耦合器的折射率。

3.根据权利要求1所述的一种光学微腔耦合系统的封装结构的封装方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

(a)、准备好固化所应用的低损耗光学透明封装材料，并应用折射率检测仪测定该材料的折射率，确保其折射率低于光学微腔与耦合器的折射率；

(b)、制备所要封装的光学微腔(1)、耦合器(2)，并组建光学微腔测试系统，通过高精度的位移调节台调整两者之间的耦合，在示波器上显示稳定的耦合信号；

(c)、用准备好的低损耗光学透明封装材料完全包容光学微腔(1)与耦合器(2)，点胶的过程要在高倍显微镜的检测下进行，并通过示波器上的耦合信号判断点胶过程对耦合状态的影响，如果点胶过程干扰了以前的高效率耦合，则通过位移调节台对光学微腔与耦合器两者之间的耦合进行微调，直到耦合状态满意为止；

(d)、对准封装好的封装体进行紫外光照射；

(e)、对封装体进行测试，主要为振动测试，而且每隔一个小时测试一次，持续48小时，每次观测其封装体测试输出谱线的稳定程度。

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