[發明專利]一種球形膠體晶體微腔及其制備方法

有效

• 申請號: 202010042946.X
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111175900B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 閆海濤;李燕飛;謝占武;趙曉艷
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G02B6/255
• 分類號: G02B6/255;H01S3/08;H01S5/10;C30B5/00;C30B29/58
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 常曉虎

本發明公開了一種球形膠體晶體微腔及其制備方法，該球形膠體晶體微腔的制備方法包括如下步驟：先將光纖的一端處理成球形，然后以光纖的球形部位為基底，采用自組裝方法在球形部位制備膠體晶體，最后對光纖整體進行化學腐蝕，即得到球形膠體晶體微腔。本發明以光纖的球形部位為基底，采用自組裝方法在球形部位制備膠體晶體，并利用化學腐蝕的方法完全去除光纖，從而獲得球形膠體晶體微腔。光波入射到球形膠體晶體微腔內部后，經過膠體晶體結構形成多次反射，同時，膠體晶體的光子帶隙能有效約束特征波段的光波溢出腔外，因此，在膠體晶體的光子帶隙波段的光波能夠在球形腔內形成回音壁模式，從而形成極高的振蕩次數，實現極高的品質因數。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，尤其是涉及一種球形膠體晶體微腔及其制備方法。

背景技術

光學微腔是一種能夠把光場限制在微米量級區域中的光學諧振腔。它利用在介電常數不連續的材料界面的反射、散射或衍射，將光能量限制在很小的區域內來回振蕩，從而增加光子壽命，減少光場模式數目。光學微腔是光學諧振的最重要方式，也是實現光子器件功能化的主要途徑之一。

光學諧振腔能夠對光波在時間上或空間上進行局域作用，同時擁有頻率的選擇，在空間，局域作用用模式體積表征，而在時間上，其局域作用用品質因數Q值來衡量。光學諧振腔作為一種典型的光學結構，其在光學濾波、激光選模、光學測量和光學傳感方面有著十分廣泛的應用。目前，常用的三種微腔分別包括法布里-珀羅腔（FP型微腔）、回音壁模式微腔（WG式微腔）和光子晶體微腔（PC型微腔）。其中，回音壁模式微腔振蕩次數多、模式存在多，品質因數可以達到10⁹量級；光學晶體微腔是利用光子帶隙能級束縛光波諧振，因此諧振獲得光波的品質因數Q值可以達到10¹⁰量級，但是光子晶體微腔的制備方法（主要有機械加工法，微納加工刻蝕方法）都存在成本昂貴，批量化困難的問題。

膠體晶體是一種有單分散的、直徑在微米級或亞微米級的膠體顆粒形成并且具有周期性排列的結構的物質。其具有尺寸小，靈敏度高，集成性好，模式體積小等優點。膠體晶體獨特的周期性結構及其光子能帶賦予了它廣闊的應用前景。自組裝技術是制備膠體晶體的一種常用工藝，膠體晶體的組裝方法得到了很多的研究，也卻得到很多可控的、質量很高的膠體晶體結構。但是，目前的自組裝方法實現的結果多為平面或堆積型結構，而利用膠體晶體制備光學微腔結構很少。

因此，如何利用膠體晶體制備出品質因數高、成本低的光學微腔結構，是本領域技術人員研究的主要方向。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種球形膠體晶體微腔及其制備方法，采用此方法制備的球形膠體晶體微腔在光學上實現了光子帶隙和回音壁模式的結合，從而形成極高的振蕩次數，實現極高的品質因數。

本發明為了解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種球形膠體晶體微腔的制備方法，包括如下步驟：

S1、將光纖的一端處理成球形

S101、截取一段光纖，對該段光纖的一端進行預處理，使其干凈、無樹脂涂層且端面平整；

S102、將光纖經預處理的一端置于光纖熔焊機內，使光纖熔焊機的電極多次間隔放電，產生電弧，即得到該端呈球形的光纖，所述球形的直徑為150~300μm；

S2、以光纖的球形部位為基底，采用自組裝方法在球形部位制備膠體晶體

S201、先用超聲波對光纖的球形部位進行超聲處理并干燥；

S202、將濃度為30%的過氧化氫和濃度為98%的濃硫酸按照（6~8）：（2~4）的體積比配制成混合液，將光纖的球形部位置于裝有混合液的容器中，再將容器置于干燥箱內進行干燥以增加球形部位的親水性，然后取出光纖并清洗干燥；