CN110908417B - 一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开本发明涉及一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置及方法，该装置主要有微金丝、微泡腔、功率控制器、数据采集卡、光电探测器、激光器、衰减器、偏振片、熔锥光纤和电脑；该方法基于将微泡腔内穿入微金丝，微金丝两端连接导线并与功率控制器相连，以实现电流调节谐振波长的观测。该实现装置实现了模式谐振波长的电流调节，操作灵活，易于实现。规避了温度调节的局限性、不确定性以及空气静压调节的不便性、复杂性，同时该方法具有高稳定、易操作、易推广、可重复监测等优点。

Description

一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置及方法

技术领域

本发明涉及光微流微泡谐振腔实现技术领域，具体涉及一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置及方法。

背景技术

支持光学回音壁模式（WGMs）的微腔在光学传感和光控制方面具有许多诱人的特性。例如，高品质因子、小模量和大精细度相结合，使光子寿命更长，使光学模式与周围环境的相互作用更加紧密。周围介质的变化或腔体性质的变化是导致回音壁模式谐振波长发生偏移的根本原因，回音壁模式谐振波长的微调是许多应用程序的关键要求。近年来，各种调节回音壁微腔谐振波长的方法已经被探索，例如，温度调节、空气静压调节、色散调节等方法。

温度调节通常是通过测量由于谐振器的热膨胀和微腔本身材质的折射率变化而引起的谐振波长的变化，需要借助外部加热器。在具有中空腔体的玻璃微泡腔中充满液体，通过外部加热器增加温度，来监测谐振波长的变化。该液体与玻璃材质相比需要具有较大的温度灵敏度，因此温度调节具有一定的局限性，并且当加热器关闭加热后，模式回到它们最初的位置，无法确定温度升高和降低模式的位置。再者温度调节需要在更严格可控的环境中使用高分辨率温度传感器进行全自动数据采集和温度控制实验，以进一步测量重复性、准确性和热响应时间，对环境要求高。

空气静压调节通过增加单微泡谐振器内的气压，实现光学模式的红移，该调节方式实质上是由于谐振腔材料内部不同的机械应力和应变分量可能引起的折射率变化。通过熔锥光纤与单微泡耦合将780nm激光耦合到微泡中，为了改变回音壁模式的压力，微泡端的毛细管被连接到一条最大压力为6bar的压缩空气管道上。随着气泡内气压的增加，谐振波长的偏移程度被监测，模态逐渐发生红移。该方法只影响谐振器本身，而不影响微泡周围的环境，但装置笨重，技术复杂，操作不方便。

色散调节谐振波长与温度调节谐振波长和空气静压调节谐振波长相比，没有温度调节方便、更可重复，没有空气静压调节准确、迅速、范围大，并且色散调节的应用较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置及方法，使得现有技术受到温度调节以及空气静压调节的影响与限制的问题得到解决。

为解决所述技术问题，本发明的一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置，其包括微金丝、微泡腔、功率控制器、数据采集卡、光电探测器、激光器、衰减器、偏振片、熔锥光纤和电脑；所述微金丝穿设于微泡腔内，微金丝延伸出微泡腔的两端通过导线与功率控制器连接；数据采集卡分别与光电探测器、激光器和电脑信号连接，由数据采集卡对光电探测器和激光器的信息进行采集并发送至电脑，且光电探测器与电源电连接；激光器上经光纤依序连接有衰减器和偏振片，所述熔锥光纤设置于微泡腔一侧，其一端与偏振片输出端连接，另一端与光电探测器连接；其中激光器输出的激光经由衰减器和偏振片进入熔锥光纤，由熔锥光纤将其耦合进微泡腔中，继续传输的激光被光电探测器接收，并发送信号至数据采集卡传输至电脑进行处理。

进一步的，所述微泡腔的两端均插入特氟龙管。

进一步的，所述微金丝由紫外胶分别固定于微泡腔两端。

进一步的，所述激光器为1550nm激光光源。

一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现方法，包括以下步骤：

S1：将微泡腔中穿入微金丝，预设长度的微金丝部分裸露于微泡两端的外侧；

S2：将微泡两端插入特氟龙管，将微金丝固定，此时微金丝在微泡两端与特氟龙管之间形成“U”字型裸露于外侧；

S3：将裸露的微金丝分别与导线缠绕在一起并用紫外胶固定，形成导电通路；

S4：将导线与功率控制器直接相连；

S5：将微泡与熔锥光纤耦合，打开1550nm激光光源；

S6：调节功率控制器，在电脑端通过LabView实时观察模式谐振波长偏移情况。

进一步的，S2中微金丝的固定方式为使用紫外胶固定。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：通过在光微流微泡腔内穿微金丝、加导线、与功率控制器相连，实现了模式谐振波长的电流调节，操作灵活，易于实现。规避了温度调节的局限性、不确定性以及空气静压调节的不便性、复杂性，同时该方法具有高稳定、易操作、易推广、可重复监测等优点。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细的说明：

图1为本发明中实验装置示意图；

图2为本发明中模式透射谱随电流增大的具体过程示意图；

图3为本发明中模式谐振波长偏移随电流增大的结果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提供了一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置，其包括微金丝、微泡腔、功率控制器、数据采集卡、光电探测器、激光器、衰减器、偏振片、熔锥光纤和电脑；其中微泡腔起到谐振器的作用，用于控制满足谐振条件的波长在微泡谐振腔中形成谐振，微泡腔采用石英微毛细管制备，在石英微毛细管的管道中部存在有一个对称的微球形或微椭球形凸起的微泡，微泡先由光纤熔接机将预设长度的石英微毛细管封口，再在光纤熔接机放电熔融的时候采取注射器从石英微毛细管另一端中鼓气的方式形成；微金丝穿设于微泡腔内，微金丝与微泡腔的两端重合部分设置有紫外胶，从而将微金丝固定于微泡腔上，微金丝延伸出微泡腔的两端通过导线与用于调节电流的功率控制器连接，且微泡腔的两端均插入特氟龙管；数据采集卡分别与光电探测器、激光器和电脑信号连接，激光器为1550nm激光光源，由数据采集卡对光电探测器和激光器的信息进行采集并发送至电脑，且光电探测器与电源电连接；激光器上经光纤依序连接用于调节激光强度的衰减器和用于控制激光偏振的偏振片，熔锥光纤贴附于微泡腔表明，其一端与偏振片输出端连接，用于接收激光器发出的激光，另一端与光电探测器连接，用于输出激光中波长不满足微泡腔的谐振条件的激光；其中激光器输出的激光经由衰减器和偏振片进入熔锥光纤，由熔锥光纤将其耦合进微泡腔中，继续传输的激光被光电探测器接收，并发送信号至数据采集卡传输至电脑进行处理。

一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现方法，包括以下步骤：

S1：将微泡腔中穿入微金丝，预设长度的微金丝部分裸露于微泡两端的外侧；

S2：将微泡两端插入特氟龙管，用紫外胶将微金丝固定，此时微金丝在微泡两端与特氟龙管之间形成“U”字型裸露于外侧；

S3：将裸露的微金丝分别与导线缠绕在一起并用紫外胶固定，形成导电通路；

S4：将导线与功率控制器直接相连；

S5：将微泡与熔锥光纤耦合，打开1550nm激光光源；

S6：调节功率控制器，在电脑端通过LabView实时观察模式谐振波长偏移情况。

操作时，在对微泡与熔锥光纤耦合之前，首先将微泡中加入微金丝并用紫外胶固定，再将裸露于外的微金丝与导线分别相接，完成耦合后，将导线两端并接功率控制器，打开激光器，一边调节功率控制器，一边进行模式谐振波长的监测。微腔模式透射谱随电流增大的变化情况如图2所示。

如图3所示，模式谐振波长偏移随电流增大的结果示意图，电流从0mA以0.001mA的间隔连续调节到0.030mA，取出与图1光学模式相对应的电流在图中展现。由于热与电流成二次方线型关系，波长偏移是热的另一种表现形式，因此波长偏移与电流成二次方线型关系，因此构造Ax2+B多项式进行线性拟合，从图中可以看出模式谐振波长随电流变化情况得到很好的拟合，它们之间的关系为：y = 18923.103·x²-44.638（y表示谐振波长，x表示电流）。

本发明是个全新的调节回音壁模式谐振波长的方式，即电流调节，它扬长避短，实现了稳定的调节微泡谐振波长的方式。采用单微泡与熔锥光纤耦合，一方面微泡与其他结构微腔相比，有更高的品质因子和更小的模式体积，从而光子在微腔中的寿命更长，相互作用的空间更小；另一方面熔锥光纤可以很好的将1550nm激光耦合到微泡中。要实现电流调节，需要使微泡形成导电通路，基于微泡腔的中空结构，将微金丝穿入其中，并在微金丝两端分别加上导线，再分别并接于功率控制器两端，通过调节功率控制器，改变通路中的电流，实现回音壁模式谐振波长的调谐。功率控制器可以很好的实现稳步的电流调节，实现了间隔为0.001mA的电流调谐。电流调节基于增大通路中的电流会产生热，从而使微泡内温度升高，随着温度升高，微泡本身折射率会发生变化，从而引起谐振波长的偏移。由于热与电流成二次方线型关系，波长偏移是热的另一种表现形式，因此波长偏移与电流成二次方线型关系，不同于温度调节、空气静压调节以及色散调节的线性关系。该方法规避了温度调节的局限性、不确定性以及空气静压调节的不便性、复杂性，同时该方法具有高稳定、易操作、易推广、可重复监测等优点。

以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置，其包括微泡腔、功率控制器、数据采集卡、光电探测器、激光器、衰减器、偏振片、熔锥光纤和电脑；激光器上经光纤依序连接有衰减器和偏振片，所述熔锥光纤设置于微泡腔一侧，其一端与偏振片输出端连接，另一端与光电探测器连接；数据采集卡分别与光电探测器、激光器和电脑信号连接，由数据采集卡对光电探测器和激光器的信息进行采集并发送至电脑，且光电探测器与电源电连接；其中激光器输出的激光经由衰减器和偏振片进入熔锥光纤，由熔锥光纤将其耦合进微泡腔中，继续传输的激光被光电探测器接收，并发送信号至数据采集卡传输至电脑进行处理，其特征在于：微泡腔内穿设有微金丝，微金丝延伸出微泡腔的两端通过导线与功率控制器连接，通过调节功率控制器的输出控制流经微金丝的电流大小，以控制微泡腔的谐振波长。

2.根据权利要求1所述的一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置，其特征在于：所述微泡腔的两端均插入特氟龙管。

3.根据权利要求1所述的一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置，其特征在于：所述微金丝由紫外胶分别固定于微泡腔两端。

4.根据权利要求1所述的一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置，其特征在于：所述激光器为1550nm激光光源。

5.一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现方法，根据权利要求1所述的一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现装置，其特征在于：方法包括以下步骤：

S1：将微泡腔中穿入微金丝，预设长度的微金丝部分裸露于微泡两端的外侧；

S2：将微泡两端插入特氟龙管，将微金丝固定，此时微金丝在微泡两端与特氟龙管之间形成“U”字型裸露于外侧；

S3：将裸露的微金丝分别与导线缠绕在一起并用紫外胶固定，形成导电通路；

S4：将导线与功率控制器直接相连；

S5：将微泡与熔锥光纤耦合，打开1550nm激光光源；

S6：调节功率控制器控制流经微金丝的电流大小以控制微泡腔的谐振波长，在电脑端通过LabView实时观察模式谐振波长偏移情况。

6.根据权利要求5所述的一种电流调节光微流微泡腔谐振波长的实现方法，其特征在于：步骤S2中微金丝的固定方式为使用紫外胶固定。

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