CN106549295B - 一种光学谐振腔耦合系统的封装结构和方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学谐振腔耦合系统的封装结构和方法，包括光学谐振腔、光耦合器、还包括支撑体、调节螺杆和滑块；该光学谐振腔一端固定于支撑体上，另一端与光耦合器实现耦合；该调节螺杆穿设于支撑体内且其一端与滑块相连以调节滑块贴近光耦合器；该滑块通过粘合剂与光耦合器连接。本发明的结构和方法，使得光学谐振腔耦合系统结构紧凑、稳定可靠，有助于光学谐振腔器件的集成化、模块化，推动光学谐振腔在光学传感、微波产生、光频梳产生、窄线宽激光器等领域的实际应用。

Description

一种光学谐振腔耦合系统的封装结构和方法
技术领域
本发明涉及微光机电系统的封装领域，特别是一种光学谐振腔耦合系统的封装结构和方法。
背景技术
光学谐振腔是激光器件的必要组成部分，其耦合系统的稳定性对激光器件的性能有着重要影响。近年来回音壁模光学谐振腔由于其品质因子高、模式体积小等优点受到广泛关注。
现有光学谐振腔的耦合系统需要借助三维平移台来精密控制谐振腔和光耦合器之间的位置，从而控制谐振腔的耦合状态。这种方法将光学谐振腔的耦合系统局限在实验室中，难以实现商业化发展；同时，耦合状态的改变也会影响激光器件的稳定性。近些年来，出现了一些用来优化光学谐振腔耦合系统的封装方法，如文献“Ying-Zhan Yan,Chang-Ling Zou,Shu-Bing Yan etc.,Opt.Express,19(17)，5753-5759(2011)”提出用紫外胶包裹回音壁模谐振腔和锥形光纤的方法实现耦合系统的封装。这种方法虽然改善了耦合系统的稳定性，但是紫外胶的包裹不利于回音壁模谐振腔中光限制，在传感器方面的应用有一定局限性，且封装后谐振腔的品质因子较低。另外文献“Yongchao Dong,Keyi Wang,Xueying Jin,Applied Optics,54(2),277-284(2015)”采用两块玻璃片分别固定光纤锥和微球谐振腔，通过精密调节两块玻璃片的相对位移，得到紧凑型的微腔耦合系统，然而由玻璃管支撑的微球存在不稳定性，耦合易受外界环境影响。因此，需要一种新的光学谐振腔耦合系统的封装方法在改善耦合系统稳定性的同时，其封装结构仍保持原有光学谐振腔的光学特性。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有光学谐振腔耦合系统复杂以及现有封装方法封装后光学谐振腔的光学特性较差等缺点，提出一种光学谐振腔耦合系统的封装结构和方法。本发明的结构和方法，成本低、操作简单且封装后耦合系统稳定可靠，光学谐振腔仍具有优良的光学特性。
本发明采用如下技术方案：
一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，包括光学谐振腔和光耦合器，其特征在于：还包括支撑体、调节螺杆和滑块；该光学谐振腔一端固定于支撑体上，另一端与光耦合器实现耦合；该调节螺杆穿设于支撑体内且其一端与滑块相连以调节滑块贴近光耦合器；该滑块通过粘合剂与光耦合器连接。
优选的，还包括有弹性件，该弹性件两端分别与所述滑块和所述支撑体相连。
优选的，包括有两所述滑块和两所述调节螺杆；所述支撑体设有一连接板和两支撑板，该连接板两端分别与两支撑板一一垂直相连，该两支撑板均设有沿其长度方向延伸的滑槽；该滑块位于对应的滑槽内，所述调节螺杆穿过对应滑槽一端与所述滑块相连。
优选的，所述滑块与所述支撑板之间设有两所述弹性件，该两弹性件一端与对应滑块相连，另一端分别与所述滑槽两侧相连。
优选的，所述光学谐振腔为光学微腔、光学毫米腔、球腔、盘腔、环形腔或柱形腔。
优选的，所述光耦合器为锥形光纤耦合器、侧抛光纤耦合器或棱镜耦合器。
优选的，所述调节螺杆的精度为微米量级。
优选的，所述粘合剂为光学粘合剂。
一种光学谐振腔耦合系统的封装方法，其特征在于：采用上述的任一一种光学谐振腔耦合系统的封装结构实现，包括如下步骤:
1)将滑块安装于支撑体内并与调节螺杆相连，将光学谐振腔一端与支撑体中部相连；
2)通过高精度三维平移台控制支撑体移动以使光学谐振腔另一端与光耦合器耦合；
3)旋转调节螺杆使得滑块紧贴光耦合器；
4)用光粘合剂粘合光耦合器和滑块，再用紫外光照射粘合剂直至其固化。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的结构和方法，在实现光学谐振腔耦合封装系统的简化、便携化与模块化的基础上，进一步保持了光学谐振腔优良的光学特性。
2、本发明的结构和方法，使得光学谐振腔耦合系统结构紧凑、稳定可靠，有助于光学谐振腔器件的集成化、模块化，推动光学谐振腔在光学传感、微波产生、光频梳产生、窄线宽激光器等领域的实际应用。
3、本发明的结构和方法，适用的光学谐振腔为回音壁模谐振腔，包括光学微腔和光学毫米腔：球腔、盘腔、环形腔、柱形腔等；光耦合器包括锥形光纤耦合器、侧抛光纤耦合器、棱镜耦合器等；调节螺杆采用微调细分螺杆，精度为微米量级。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的支撑体的立体图；
图3(a)-图3(d)为本发明的安装示意图；
图4为封装前的透射光谱图，通过计算可知封装前光学谐振腔在1550nm附近的品质因子约为
图5是采用本发明封装结构和方法的透射光谱图，通过计算可知封装后光学谐振腔在1550nm附近的品质因子约为
其中：1、光学谐振腔，2、光耦合器，3、支撑体，4、滑块，5、粘合剂，6、弹性件，7、调节螺杆，8、连接板，9、支撑板，10、滑槽。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1、图2，本发明的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，包括光学谐振腔、光耦合器、支撑体、两调节螺杆和两滑块。该支撑体设有一连接板和两支撑板，该连接板两端分别与两支撑板一一垂直相连。该光学谐振腔一端固定于支撑体的连接板上，另一端与光耦合器耦合，本发明的支撑体与光学谐振腔可采用相同材料构成一体式，也可采用不同材料。该两支撑板均设有沿其长度方向延伸的滑槽。两滑块分别位于两支撑板的对应滑槽内。两调节螺杆穿过对应滑槽一端与滑块相连以调节滑块贴近光耦合器，该滑块通过粘合剂与光耦合器连接，该粘合剂为光学粘合剂。
另外，每个滑块与支撑体之间还连接有两弹性件，该两弹性件一端与对应滑块相连，另一端分别与滑槽两侧相连，从而实现牵引作用，确保滑块沿滑槽滑动。
进一步的，光学谐振腔为光学微腔、光学毫米腔、球腔、盘腔、环形腔或柱形腔。
进一步的，光耦合器为锥形光纤耦合器、侧抛光纤耦合器或棱镜耦合器。
进一步的，调节螺杆的精度为微米量级。
本发明还提出一种光学谐振腔耦合系统的封装方法，参照图3(a)-图3(d)，采用上述的各部件实现，包括如下封装步骤:
1)将滑块安装于支撑体内并与调节螺杆相连，将光学谐振腔一端与支撑体中部相连。
2)通过高精度三维平移台控制支撑体移动以使光学谐振腔另一端与光耦合器耦合。在支撑体移动过程中，可利用光学谐振腔测试系统监视耦合信号，确保耦合状态良好。
3)旋转调节螺杆，在弹性件作用下，滑块顺利地朝向光耦合器方向移动直至接触并紧贴光耦合器。
4)用光粘合剂粘合光耦合器和滑块，再用紫外光照射粘合剂数分钟，直至其固化即可。
本发明以直径约600微米的微球腔和直径约2微米的锥形光纤耦合为例进行试验，图4为光学微球腔耦合系统封装前的透射光谱图，其在1550nm附近的品质因子约为5.7×108；图5为光学微球腔耦合系统封装后的透射光谱图，其在1550nm附近的品质因子约为3.3×108。通过对比可发现，封装后光学谐振腔的光学特性(品质因子)没有较大改变，且耦合深度更大，耦合更加稳定可靠。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，包括光学谐振腔和光耦合器，其特征在于：还包括支撑体、调节螺杆和滑块；该光学谐振腔一端固定于支撑体上，另一端与光耦合器实现耦合；该调节螺杆穿设于支撑体内且其一端与滑块相连以调节滑块贴近光耦合器；该滑块通过粘合剂与光耦合器连接。
2.如权利要求1所述的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，其特征在于：还包括有弹性件，该弹性件两端分别与所述滑块和所述支撑体相连。
3.如权利要求2所述的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，其特征在于：包括有两所述滑块和两所述调节螺杆；所述支撑体设有一连接板和两支撑板，该连接板两端分别与两支撑板一一垂直相连，该两支撑板均设有沿其长度方向延伸的滑槽；该滑块位于对应的滑槽内，所述调节螺杆穿过对应滑槽一端与所述滑块相连。
4.如权利要求3所述的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，其特征在于：所述滑块与所述支撑板之间设有两所述弹性件，该两弹性件一端与对应滑块相连，另一端分别与所述滑槽两侧相连。
5.如权利要求1所述的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，其特征在于：所述光学谐振腔为光学微腔、光学毫米腔、球腔、盘腔、环形腔或柱形腔。
6.如权利要求1所述的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，其特征在于：所述光耦合器为锥形光纤耦合器、侧抛光纤耦合器或棱镜耦合器。
7.如权利要求1所述的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，其特征在于：所述调节螺杆的精度为微米量级。
8.如权利要求1所述的一种光学谐振腔耦合系统的封装结构，其特征在于：所述粘合剂为光学粘合剂。
9.一种光学谐振腔耦合系统的封装方法，其特征在于：采用权利要求1至8所述的任一一种光学谐振腔耦合系统的封装结构实现，包括如下步骤:
1)将滑块安装于支撑体内并与调节螺杆相连，将光学谐振腔一端与支撑体中部相连；
2)通过高精度三维平移台控制支撑体移动以使光学谐振腔另一端与光耦合器耦合；
3)旋转调节螺杆使得滑块紧贴光耦合器；
4)用光粘合剂粘合光耦合器和滑块，再用紫外光照射粘合剂直至其固化。
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