CN107272116B - 一种回音壁模式谐振器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回音壁模式谐振器及其制备方法，包括：空芯光纤、波导、波导谐振腔、第一单模光纤及第二单模光纤，波导及波导谐振腔位于空芯光纤中，第一单模光纤一端面通过熔接处理与空芯光纤一端面相连，第二单模光纤一端面通过熔接处理与空芯光纤另一端面相连，波导包括输入光波导、内表面波导及输出光波导，输入光波导两端面分别与第一单模光纤纤芯的一端面及内表面波导一端面相连接，输出光波导两端面分别与第二单模光纤纤芯的一端面及内表面波导另一端面相连接，内表面波导具有倏逝场，上述连接方式制备的回音壁模式谐振器结构更稳定且简单，并且，利用内表面波导的倏逝场实现内表面波导与波导谐振腔之间的光耦合，有利于光集成。

Description

一种回音壁模式谐振器及其制备方法

技术领域

本发明属于光器件技术领域，尤其涉及一种回音壁模式谐振器及其制备方法。

背景技术

回音壁模式谐振器通过介质腔边界的连续全反射将光限制在谐振腔内，其在非线性光学、腔量子电动力学、超高分辨率检测等领域具有重要的应用前景。

现有技术中，制备回音壁模式谐振器的方法主要有4种，分别是棱镜耦合法、微纳光纤耦合法、光纤尖端耦合法及平面波导耦合法，其中，通过棱镜耦合法制备的回音壁模式谐振器结构复杂，不利于光集成；通过微纳光纤耦合法制备的回音壁模式谐振器结构不稳定；通过光纤尖端耦合法制备的回音壁模式谐振器结构复杂且不稳定；通过平面波导耦合法制备的回音壁模式谐振器不利于光集成。

因此，现有技术中存在着制备的回音壁模式谐振器结构复杂、结构不稳定以及不利于光集成的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种回音壁模式谐振器，旨在解决现有技术中存在的制备的回音壁模式谐振器结构复杂、结构不稳定以及不利于光集成的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种回音壁模式谐振器，所述回音壁模式谐振器包括：空芯光纤、波导、波导谐振腔、第一单模光纤及第二单模光纤；

所述波导及所述波导谐振腔位于所述空芯光纤中；

所述第一单模光纤的一端面通过熔接处理与所述空芯光纤的一端面相连，所述第二单模光纤的一端面通过熔接处理与所述空芯光纤的另一端面相连；

所述波导包括输入光波导、内表面波导及输出光波导，所述输入光波导的两端面分别与所述第一单模光纤的纤芯的一端面及所述内表面波导的一端面相连接，所述输出光波导的两端面分别与所述第二单模光纤的纤芯的一端面及所述内表面波导的另一端面相连接；

所述内表面波导具有倏逝场。

进一步地，所述空芯光纤的材料为纯石英，所述空芯光纤内部设有一个空心腔。

进一步地，所述空心腔为矩形空心腔。

进一步地，所述波导谐振腔为微球谐振腔。

进一步地，所述波导谐振腔的折射率大于1.444。

进一步地，所述波导谐振腔通过弱电弧放电退火处理固定于所述矩形空心腔的内壁上。

进一步地，所述输入光波导及所述输出光波导是通过飞秒激光直写技术写制而成的S型波导。

为实现上述目的，本发明还提供一种回音壁模式谐振器的制备方法，所述方法用于制备如权利要求1至7任意一项所述的回音壁模式谐振器，所述方法包括：

对空芯光纤进行熔接处理，得到空芯光纤器件；

通过飞秒激光直写技术在所述空芯光纤器件内部写制输入光波导；

通过所述飞秒激光直写技术在所述空芯光纤器件内部写制具有倏逝场的内表面波导，其中，所述内表面波导的一端面与所述输入光波导的一端面相连接；

通过所述飞秒激光直写技术在所述空芯光纤器件内部写制输出光波导，其中，所述输出光波导的一端面与所述内表面波导的另一端面相连接。

进一步地，所述对空芯光纤进行熔接处理，得到空芯光纤器件的步骤包括：

将空芯光纤的一端面与第一单模光纤进行熔接，且在距离熔接点预置长度处，对所述第一单模光纤进行切断处理，得到一端面熔接有单模光纤的空芯光纤；

将波导谐振腔固定在所述空芯光纤的空心腔中；

将一端面熔接有单模光纤且固定了所述波导谐振腔的空芯光纤的另一端面与第二单模光纤进行熔接，且在距离熔接点预置长度处，对所述第二单模光纤进行切断处理，得到两端面都熔接有单模光纤且固定了所述波导谐振腔的所述空芯光纤器件。

进一步地，所述将波导谐振腔固定在所述空芯光纤的空心腔中的步骤包括：

利用拉锥光纤、显微镜及微操作手仪器将所述波导谐振腔放入所述空芯光纤的空心腔中；

在熔接机中利用拉锥光纤将所述波导谐振腔推入至所述所述空芯光纤的中心位置；

利用所述熔接机对所述波导谐振腔进行弱电弧放电退火处理，将所述波导谐振腔固定在所述空芯光纤的空心腔中。

本发明提出的一种回音壁模式谐振器，回音壁模式谐振器包括：空芯光纤、波导、波导谐振腔、第一单模光纤及第二单模光纤，波导及波导谐振腔位于空芯光纤中，第一单模光纤的一端面通过熔接处理与空芯光纤的一端面相连，第二单模光纤的一端面通过熔接处理与空芯光纤的另一端面相连，波导包括输入光波导、内表面波导及输出光波导，输入光波导的两端面分别与第一单模光纤的纤芯的一端面及内表面波导的一端面相连接，输出光波导的两端面分别与第二单模光纤的纤芯的一端面及内表面波导的另一端面相连接，内表面波导具有倏逝场。与现有技术相比，将第一单模光纤及第二单模光纤的一端面通过熔接处理与空芯光纤的两端面相连，输入光波导分别与第一单模光纤的纤芯的一端面及内表面波导的一端面相连接，输出光波导分别与第二单模光纤的纤芯的一端面及内表面波导的另一端面相连接，通过上述连接方式制备的回音壁模式谐振器结构更稳定且简单，并且，利用内表面波导的倏逝场实现内表面波导与波导谐振腔之间的光耦合，有利于光集成。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种回音壁模式谐振器的结构的俯视图；

图2是本发明第一实施例提供的一种回音壁模式谐振器的结构的侧视图；

图3为本发明第二实施例提供的一种回音壁模式谐振器的制备方法的流程示意图；

图4为图3所示的实施例中的步骤S301的细化步骤的流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

为了更好的理解本发明，请参阅图1所示的一种回音壁模式谐振器的结构的俯视图及图2所示的一种回音壁模式谐振器的结构的侧视图，回音壁模式谐振器包括：空芯光纤101、波导102、波导谐振腔103、第一单模光纤104及第二单模光纤105；

波导102及波导谐振腔103位于空芯光纤101中；

第一单模光纤104的一端面通过熔接处理与空芯光纤101的一端面相连，第二单模光纤105的一端面通过熔接处理与空芯光纤101的另一端面相连；

波导102包括输入光波导1021、内表面波导1022及输出光波导1023，输入光波导1021的两端面分别与第一单模光纤104的纤芯1041的一端面及内表面波导1022的一端面相连接，输出光波导1023的两端面分别与第二单模光纤105的纤芯1051的一端面及内表面波导1022的另一端面相连接；

内表面波导1022具有倏逝场。

在本发明实施例中，第一单模光纤104由纤芯1041和包层1042组成，第二单模光纤105由纤芯1051和包层1052组成，空芯光纤101的材料为纯石英，空芯光纤101内部设有一个空心腔1011，空芯光纤101没有纤芯和包层，光不可以透过纯石英传输。

进一步地，空心腔1011为矩形空心腔。

在本发明实施例中，波导谐振腔103表示一个可以存储光能的空腔。

进一步地，波导谐振腔103为微球谐振腔，波导谐振腔103的折射率大于1.444，其中，微球谐振腔的大小与矩形空心腔的大小相匹配，微球谐振腔可以恰好放入矩形空心腔中，微球谐振腔可以通过弱电弧放电退火处理固定于矩形空心腔的内壁上。

其中，通过图2可以看出，第一单模光纤104的纤芯1041和第二单模光纤105的纤芯1051的中心点与空芯光纤101的中心点在YZ平面上等高。

其中，YZ平面是三维立体图像中Y轴和Z轴构成的平面。

进一步地，输入光波导1021及输出光波导1023是通过飞秒激光直写技术写制而成的S型波导，内表面波导1022也是通过飞秒激光直写技术写制而成的，内表面波导是直线型的，内表面波导1022没有与矩形空心腔的内表面相接处，之间隔有纯石英。

在本发明实施例中，波导102与纯石英构成了纤芯和包层结构，利用输入光波导1021将第一单模光纤104中的光耦合至内表面波导1022中，因内表面波导1022具有倏逝场，利用内表面波导1022的倏逝场实现内表面波导1022与波导谐振腔103之间的耦合，将光从内表面波导1022耦合至波导谐振腔103中，光在波导谐振腔103中转几圈，一部分光会留在波导谐振腔103，剩下的光会回到内表面波导中，再利用输出光波导1023将回到内表面波导1023的光耦合至第二单模光纤105中。

在本发明实施例中，回音壁模式谐振器包括：空芯光纤101、波导102、波导谐振腔103、第一单模光纤104及第二单模光纤105，波导102及波导谐振腔103位于空芯光纤101中，第一单模光纤104的一端面通过熔接处理与空芯光纤101的一端面相连，第二单模光纤105的一端面通过熔接处理与空芯光纤101的另一端面相连，波导102包括输入光波导1021、内表面波导1022及输出光波导1023，输入光波导1021的两端面分别与第一单模光纤104的纤芯1041的一端面及内表面波导1022的一端面相连接，输出光波导1023的两端面分别与第二单模光纤105的纤芯1051的一端面及内表面波导1022的另一端面相连接，内表面波导1022具有倏逝场。与现有技术相比，将第一单模光纤104及第二单模光纤105的一端面通过熔接处理与空芯光纤101的两端面相连，输入光波导1021分别与第一单模光纤104的纤芯1041的一端面及内表面波导1022的一端面相连接，输出光波导1023分别与第二单模光纤105的纤芯1051的一端面及内表面波导1022的另一端面相连接，通过上述连接方式制备的回音壁模式谐振器结构更稳定且简单，并且，利用内表面波导1022的倏逝场实现内表面波导1022与波导谐振腔103之间的光耦合，有利于光集成。

请参阅图3，为本发明第二实施例提供的一种回音壁模式谐振器的制备方法的流程示意图，包括：

步骤S301、对空芯光纤101进行熔接处理，得到空芯光纤器件；

进一步地，请参阅图4，为本发明第二实施例中的步骤S301的细化步骤的流程示意图，包括：

步骤S401、将空芯光纤101的一端面与第一单模光纤104进行熔接，且在距离熔接点预置长度处，对第一单模光纤104进行切断处理，得到一端面熔接有单模光纤的空芯光纤101；

其中，预置长度可以根据需求进行设定，例如，100μm、200μm、300μm、1cm、2cm等等。

步骤S402、将波导谐振腔103固定在空芯光纤101的空心腔1011中；

在本发明实施例中，利用拉锥光纤、显微镜及微操作手仪器将波导谐振腔103放入空芯光纤101的空心腔1011中，在熔接机中利用拉锥光纤将波导谐振腔103推入至空芯光纤101的中心位置，利用熔接机对波导谐振腔103进行弱电弧放电退火处理，将波导谐振腔103固定在空芯光纤101的空心腔1011中。

步骤S403、将一端面熔接有单模光纤且固定了波导谐振腔103的空芯光纤101的另一端面与第二单模光纤105进行熔接，且在距离熔接点预置长度处，对第二单模光纤105进行切断处理，得到两端面都熔接有单模光纤且固定了波导谐振腔103的空芯光纤器件。

步骤S302、通过飞秒激光直写技术在空芯光纤器件内部写制输入光波导1021；

步骤S303、通过飞秒激光直写技术在空芯光纤器件内部写制具有倏逝场的内表面波导1022，其中，内表面波导1022的一端面与输入光波导1021的一端面相连接；

步骤S304、通过飞秒激光直写技术在空芯光纤器件内部写制输出光波导1023，其中，输出光波导1023的一端面与内表面波导1022的另一端面相连接。

在本发明实施例中，对空芯光纤101进行熔接处理，得到空芯光纤器件，通过飞秒激光直写技术在空芯光纤器件内部写制输入光波导1021，通过飞秒激光直写技术在空芯光纤器件内部写制具有倏逝场的内表面波导1022，其中，内表面波导1022的一端面与输入光波导1021的一端面相连接，通过飞秒激光直写技术在空芯光纤器件内部写制输出光波导1023，其中，输出光波导1023的一端面与内表面波导1022的另一端面相连接。与现有技术相比，通过飞秒激光直写技术在空芯光纤器件内部写制输入光波导1021、内表面波导1022及输出光波导1023，内表面波导1022的两个端面分别与输入光波导1021及第二S型波导的一个端面相连接，通过上述连接方式制备的回音壁模式谐振器结构更稳定且简单，并且，利用内表面波导1022的倏逝场实现内表面波导1022与波导谐振腔103之间的光耦合，有利于光集成。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种回音壁模式谐振器及其制备方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种回音壁模式谐振器，其特征在于，所述回音壁模式谐振器包括：空芯光纤、波导、波导谐振腔、第一单模光纤及第二单模光纤；

所述波导及所述波导谐振腔位于所述空芯光纤中，所述空芯光纤的材料为纯石英，所述空芯光纤内部设有一个空心腔，所述波导谐振腔为微球谐振腔，所述空心腔为矩形空心腔，所述波导谐振腔通过弱电弧放电退火处理固定于所述矩形空心腔的内壁上；

所述第一单模光纤的一端面通过熔接处理与所述空芯光纤的一端面相连，所述第二单模光纤的一端面通过熔接处理与所述空芯光纤的另一端面相连；

所述波导包括输入光波导、内表面波导及输出光波导，所述输入光波导的两端面分别与所述第一单模光纤的纤芯的一端面及所述内表面波导的一端面相连接，所述输出光波导的两端面分别与所述第二单模光纤的纤芯的一端面及所述内表面波导的另一端面相连接；

所述内表面波导具有倏逝场，所述内表面波导与所述空心腔之间隔有纯石英。

2.根据权利要求1所述的回音壁模式谐振器，其特征在于，所述波导谐振腔的折射率大于1.444。

3.根据权利要求1所述的回音壁模式谐振器，其特征在于，所述输入光波导及所述输出光波导是通过飞秒激光直写技术写制而成的S型波导。

4.一种回音壁模式谐振器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如权利要求1至3任意一项所述的回音壁模式谐振器，所述方法包括：

对空芯光纤进行熔接处理，得到空芯光纤器件；

通过飞秒激光直写技术在所述空芯光纤器件内部写制输入光波导；

通过所述飞秒激光直写技术在所述空芯光纤器件内部写制具有倏逝场的内表面波导，其中，所述内表面波导的一端面与所述输入光波导的一端面相连接；

通过所述飞秒激光直写技术在所述空芯光纤器件内部写制输出光波导，其中，所述输出光波导的一端面与所述内表面波导的另一端面相连接。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对空芯光纤进行熔接处理，得到空芯光纤器件的步骤包括：

将空芯光纤的一端面与第一单模光纤进行熔接，且在距离熔接点预置长度处，对所述第一单模光纤进行切断处理，得到一端面熔接有单模光纤的空芯光纤；

将波导谐振腔固定在所述空芯光纤的空心腔中；

将一端面熔接有单模光纤且固定了所述波导谐振腔的空芯光纤的另一端面与第二单模光纤进行熔接，且在距离熔接点预置长度处，对所述第二单模光纤进行切断处理，得到两端面都熔接有单模光纤且固定了所述波导谐振腔的所述空芯光纤器件。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将波导谐振腔固定在所述空芯光纤的空心腔中的步骤包括：

利用拉锥光纤、显微镜及微操作手仪器将所述波导谐振腔放入所述空芯光纤的空心腔中；

在熔接机中利用拉锥光纤将所述波导谐振腔推入至所述空芯光纤的中心位置；

利用所述熔接机对所述波导谐振腔进行弱电弧放电退火处理，将所述波导谐振腔固定在所述空芯光纤的空心腔中。