[發明專利]一種高品質因子回音壁模微球腔的制備方法

有效

• 申請號: 201611174648.6
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106772721B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 車凱軍;湯德宇;郭長磊;許惠英;蔡志平;任昌燕;張盼
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森;戴深峻

一種高品質因子回音壁模微球腔的制備方法，涉及光學諧振腔。包括以下步驟：1)將毫米級石英玻璃棒固定在旋轉電機上；2)將毫米級石英玻璃棒頂端用CO₂激光器剝蝕至所需微球腔大小的尺度，得微米級石英玻璃棒；3)用CO₂激光器燒蝕掉微米級石英玻璃棒頂端多余的長度，再加熱微米級石英玻璃棒，得原始回音壁模微腔；4)提高CO₂激光器的輸出功率，短時間灼燒原始回音壁模微腔，受熱的微腔在表面張力的作用下自然形成球狀，得到高品質因子回音壁模微球腔?？傻玫街衔⑶蚯?，穩定性更好；可制備尺寸為190～700μm的微球腔，且品質因子高達10⁸以上。

技術領域

本發明涉及光學諧振腔，尤其是涉及一種高品質因子回音壁模微球腔的制備方法。

背景技術

微球腔因其具有超高的品質因子(通常在10⁸以上)、豐富的回音壁模式、極小的模式體積等特點而被廣泛應用于線性光學、非線性光學以及光學傳感等領域的研究。如文獻“ChangLei Guo，Kai jun Che，Huiying Xu，Pan Zhang，Deyu Tang，Changyan Ren，Zhengqian Luo，and Zhiping Cai，Opt.Lett.41(12)，2576-2579(2016)”在實現激射的基礎上進一步得到了寬度約為230nm的光頻梳(optical frequency combs，OFCs)。

制作微球腔的方法有很多種。傳統上，常采用光刻蝕方法來制作固相微腔，但這種方法工藝復雜，成本昂貴。還有用CO₂激光器燒蝕石英光纖的末端來獲得微球腔，如文獻“L.Collot,V.Lefevre-Seguin，M.Brune，J.M.Raimond and S.Haroche,Europhys.Lett.23(5)，pp.327-334(1993)”，這種方法制備的微球腔通常直徑在200μm以內，且尺寸難以控制，無法滿足實驗的需要；而且，由于微球腔是和光纖的末端相連，這種結構具有不穩定性，使得實驗條件容易被外界環境所影響，實驗現象具有偶然性。文獻“F.Lissillour.L’effetlaser dans des microsphères de verre fluorédopées Néodymeet Erbium:Etude expérimentale de différents couplages et de largeurs de raie[D].Ph.D.thesis,Universitéde Rennes 1,France,2000(In French)”采用微波等離子體火靶技術通過加熱熔化石英粉末得到微球腔，這種方法制備微球的優點是快速、方便且能夠批量生產，但是得到的微球腔尺寸較小(直徑為60～160μm)，且不能直接用于實驗，需要進行微球的固定過程。

發明內容

本發明的目的是提供工藝簡單、尺寸可控的一種高品質因子回音壁模微球腔的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1)將毫米級石英玻璃棒固定在旋轉電機上；

2)將毫米級石英玻璃棒頂端用CO₂激光器剝蝕至所需微球腔大小的尺度，得微米級石英玻璃棒；

3)用CO₂激光器燒蝕掉微米級石英玻璃棒頂端多余的長度，再加熱微米級石英玻璃棒，得原始回音壁模微腔；

4)提高CO₂激光器的輸出功率，短時間灼燒原始回音壁模微腔，受熱的微腔在表面張力的作用下自然形成球狀，得到高品質因子回音壁模微球腔。

在步驟1)中，所述毫米級石英玻璃棒可采用超純、羥基含量＜5ppm的石英玻璃棒。所述旋轉電機的轉速可為1000～60000r/min。