CN111965763B - 一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器 - Google Patents

一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器，用于激发高品质因子的回音壁模式谐振，所述的谐振器采用微球腔结构，包括宽带光源、两段单模光纤、回音壁模式谐振结构和光谱分析仪。回音壁模式谐振结构由两段腐蚀抛光型多模光纤和一个微球组成，单模光纤的出射光入射进腐蚀抛光型多模光纤，一部分腐蚀抛光型多模光纤的出射光以倏逝波的形式耦合进微球，在微球内激励回音壁模式的谐振后耦合进另一段腐蚀抛光型多模光纤，再经另一段单模光纤传输至光谱分析仪。本发明结构坚固且紧凑，能激发出高品质因子的回音壁模式谐振，并保持稳定运行，可用于传感器、微腔激光器等领域。

Description

一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器
技术领域
本发明属于光纤器件技术领域，更具体涉及一种回音壁模式的微球谐振器。
技术背景
光在闭合腔体边界内以大于临界角的方向传播时会在腔的表面产生全反射效应，当光波路径满足一定相位匹配条件时，就可以互相叠加增强，形成驻波场并保持一种稳定的行波传播模式，这种模式被称为回音壁模式，形成的腔称为回音壁模式谐振腔。典型的回音壁模式谐振腔有几种不同的结构，如波导微环腔，微环芯腔，微球腔等。其中，微球腔由于其极高的品质因子和极小的模式体积，成为近几十年来研究的热点；同时被广泛应用于窄带滤波器，传感器和微腔激光器等领域。
光高效的耦合进谐振器并保持稳定运行是提高谐振器品质因子和实际应用的前提条件，目前比较常见的光耦合方式有棱镜耦合，锥形光纤耦合和角抛光光纤耦合等。其中，棱镜耦合比较灵活和高效，但耦合棱镜体积大且难以集成的特点，限制了其在各方面的应用。锥形光纤耦合虽然是最高效的耦合方法，但所用的锥形光纤的尺寸在微米量级，结构脆弱且易受到外界环境的干扰，导致其只适合于实验研究而不适合实际应用。为了丰富微腔谐振器的应用领域，结构牢固，紧凑灵活的耦合装置便成为一种迫切的需求。
发明内容
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器，其主要的优点在于结构坚固且紧凑，不受外界环境污染，可长时间保持稳定的运行，制造成本低。
根据所提出的目的，本发明用以解决技术问题所采取的技术措施为：一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器，用于激发高品质因子的回音壁模式谐振，所述的谐振器采用微球腔结构，包括宽带光源、两段单模光纤、回音壁模式谐振结构和光谱分析仪。回音壁模式谐振结构由两段腐蚀抛光型多模光纤和一个微球组成，单模光纤的出射光入射进第一段腐蚀抛光型多模光纤，一部分第一段腐蚀抛光型多模光纤的出射光以倏逝波的形式耦合进微球，在微球内激励回音壁模式的谐振后耦合进第二段腐蚀抛光型多模光纤，再经另一段单模光纤传输至光谱分析仪。本发明结构坚固且紧凑，能激发出高品质因子的回音壁模式谐振，并保持稳定运行，可用于传感器、微腔激光器等领域。
优选的，所述谐振器采用微球腔结构，其特征在于：包括宽带光源、两段单模光纤、回音壁模式谐振结构和光谱分析仪。
优选的，所述回音壁模式谐振结构包括两段腐蚀抛光型光纤和一个微球。
优选的，所述两段单模光纤的长度为50cm，外包层直径为125μm，纤芯直径是8μm。
优选的，所述微球的材料为钛酸钡，直径为24μm，微球的折射率为1.9，其被固定在粘合所述两段腐蚀抛光型光纤所形成的椭球腔的内部。
优选的，所述椭球形腔是由两个弧形腔粘合而成，其宽度为28μm。
优选的，所述腐蚀抛光型光纤是两段长度为20cm、外包层直径为125μm，纤芯直径是62.5μm、其中每段光纤的一个端面均为45°斜面且有弧形腔的渐变折射率多模光纤，45°斜面是用光纤抛光机研磨而成，弧形腔是用浓度为40%的氢氟酸溶液腐蚀而成，其深度为14μm。
本发明具有如下有益效果。
1、本发明的回音壁模式谐振器采用价格低廉的多模光纤，单模光纤，紫外胶，钛酸钡微球，不仅制作成本低，而且制作步骤简单，方便快捷。
2、本发明的回音壁模式谐振器的微球被固定在光纤内部，结构紧凑且非常坚固，而且微球不与外界环境接触，能够长时间保持稳定的运行。
3、本发明的回音壁模式谐振器的微球与椭圆形腔壁接触面积大，可以从多个切向路径激发回音壁模式，具有较高的品质因子和多个谐振模式。
附图说明
为了更直观的展现本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的实施应用系统示意图。
图2为本发明回音壁模式谐振结构示意图。
图3为本发明的腐蚀抛光型多模光纤示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述。
本发明的实施应用系统示意图如图1所示，回音壁模式谐振结构2的一端通过单模光纤4与宽带光源1相连接、另一端通过单模光纤5与光谱分析仪3相连接。
本发明提供的两段腐蚀抛光型多模光纤的示意图如图3所示，其包括多模光纤包层6-1、多模光纤纤芯6-2和端面经氢氟酸溶液腐蚀形成的弧形腔6-3。
请参见图2和图3，所述腐蚀抛光型多模光纤6由以下方法获得：取一段长度为20cm、外包层直径为125μm，纤芯直径是62.5μm的渐变折射率多模光纤，利用米勒钳剥去两端的涂覆层2cm,用擦拭纸蘸取酒精擦拭干净并插入陶瓷插芯，利用光纤抛光机将多模光纤一端面研磨成45度斜面，制备成抛光型多模光纤10；将抛光型多模光纤的45°斜面端浸入浓度为40%的氢氟酸溶液中腐蚀一定时间，在多模光纤纤芯6-2端面形成深度为14μm的弧形腔6-3。
本发明提供的回音壁模式谐振结构的示意图如图2所示，所述回音壁模式谐振结构2，由腐蚀抛光型多模光纤6，紫外胶7，微球8,椭球形腔9，腐蚀抛光型多模光纤10组成。
所述回音壁模式谐振结构可通过以下方法获得：取一段腐蚀抛光型多模光纤6固定在三维移动平台的其中一个光纤夹具上，并在其45°斜面的端面涂抹一层紫外胶7，再将一个直径为14μm的微球8放置在端面处的弧形腔6-3内；取一段腐蚀抛光型多模光纤10固定在三维移动平台的另一个光纤夹具上，旋转该光纤，使其45°斜面端与所述第一段腐蚀抛光型多模光纤6的45°斜面端相切；调整三维移动平台的X轴，将固定在光纤夹具上的两段光纤的45°斜面端对接粘合，在光纤内部形成椭球腔8，微球8被固定在椭球形腔9内部，再用紫外灯照射一定时间使紫外胶7固化，形成一个坚固的结构。
结合图1至图3，介绍具体的工作原理：椭球形腔9的腔壁与微球8表面相切形成两个耦合面，宽带光源1发出的光首先由单模光纤4传输至第一段腐蚀抛光型多模光纤6，纤芯中传输路径与第一耦合面相切的光以倏逝波的形式耦合进微球8，光在微球8中产生全反射效应并传播至少一个周期后，以与第二耦合面相切的方向耦合回腐蚀抛光型多模光纤10，再传输至单模光纤5，形成回音壁模式的谐振光谱。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应被理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器，用于激发高品质因子的回音壁模式谐振，所述谐振器采用微球腔结构，其特征在于：包括宽带光源、两段单模光纤、回音壁模式谐振结构和光谱分析仪；
所述回音壁模式谐振结构包括两段腐蚀抛光型光纤和一个微球；
所述微球的材料为钛酸钡，直径为24μm，微球的折射率为1.9，其被固定在粘合所述两段腐蚀抛光型光纤所形成的椭球腔的内部。
2.如权利要求1所述的一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器，其特征在于：所述两段单模光纤的长度为50cm，外包层直径为125μm，纤芯直径是8μm。
3.如权利要求1所述的一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器，其特征在于：所述椭球腔是由两个弧形腔粘合而成，其宽度为28μm。
4.如权利要求1所述的一种基于微球的腐蚀抛光型光纤的回音壁模式谐振器，其特征在于：所述腐蚀抛光型光纤是两段长度为20cm、外包层直径为125μm、纤芯直径是62.5μm、其中每段光纤的一个端面均为45°斜面且有弧形腔的渐变折射率多模光纤，45°斜面是用光纤抛光机研磨而成，弧形腔是用浓度为40％的氢氟酸溶液腐蚀而成，其深度为14μm。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485985A (zh) * 2022-04-01 2022-05-13 哈尔滨理工大学 一种级联微球腔的双参数光纤传感器
CN117908201A (zh) * 2024-03-19 2024-04-19 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 一种光纤支架及半导体激光器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1867844A (zh) * 2003-10-14 2006-11-22 3M创新有限公司 混合球体波导谐振器
CN108426533A (zh) * 2018-04-12 2018-08-21 南昌航空大学 一种用于检测微纳光纤直径的传感器及其制作方法
CN108534911A (zh) * 2018-04-12 2018-09-14 南昌航空大学 一种基于d型光纤与微球耦合的温度传感器及其制作方法
CN208283597U (zh) * 2018-06-12 2018-12-25 中国计量大学 一种基于微球的光纤腐蚀凹槽式回音壁谐振器
CN109814207A (zh) * 2019-03-14 2019-05-28 中国计量大学 一种光纤侧面嵌入微球的回音壁谐振器
CN109827678A (zh) * 2019-03-14 2019-05-31 哈尔滨工程大学 一种转换荧光发光的温度传感器及其制作方法
CN110568558A (zh) * 2019-10-09 2019-12-13 中国计量大学 一种基于双锥形光纤耦合双微球的回音壁谐振器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6798947B2 (en) * 2000-02-10 2004-09-28 California Institute Of Technology Coupling system to a microsphere cavity
US9176281B2 (en) * 2013-04-22 2015-11-03 The Curators Of The University Of Missouri Capillary wall coupled whispering gallery mode microresonator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1867844A (zh) * 2003-10-14 2006-11-22 3M创新有限公司 混合球体波导谐振器
CN108426533A (zh) * 2018-04-12 2018-08-21 南昌航空大学 一种用于检测微纳光纤直径的传感器及其制作方法
CN108534911A (zh) * 2018-04-12 2018-09-14 南昌航空大学 一种基于d型光纤与微球耦合的温度传感器及其制作方法
CN208283597U (zh) * 2018-06-12 2018-12-25 中国计量大学 一种基于微球的光纤腐蚀凹槽式回音壁谐振器
CN109814207A (zh) * 2019-03-14 2019-05-28 中国计量大学 一种光纤侧面嵌入微球的回音壁谐振器
CN109827678A (zh) * 2019-03-14 2019-05-31 哈尔滨工程大学 一种转换荧光发光的温度传感器及其制作方法
CN110568558A (zh) * 2019-10-09 2019-12-13 中国计量大学 一种基于双锥形光纤耦合双微球的回音壁谐振器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Calculation of optimal fiber radius and whispering-gallery mode spectra for a fiber-coupled microsphere";Michael J. Humphrey, et al.;《OPTICS COMMUNICATIONS》;20071231;124-131 *

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