[發明專利]利用纖維內流體不穩定性形成光學回音壁微腔的制備方法

在審

• 申請號: 202010097344.4
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111158082A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 王璞;縱美雪
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;C03B37/027;C03B37/012
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.一種利用纖維內流體不穩定性形成光學回音壁微腔的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備纖維預制棒；

(2)制備直徑不同的光纖，光纖直徑范圍在20μm-2mm；

(3)將半導體鍺芯磷酸鹽玻璃包層光纖兩端分別利用光纖固定器件固定，所能固定的光纖直徑范圍為20μm-2mm；

(4)光纖固定器件與三維位移平臺相連，且三維位移平臺的X軸與減速電機相連；

(5)將顯微裝置聚焦到纖維纖芯部位，觀察熱處理過程中纖維內部纖芯的變化；

(6)將熱源至于纖維下表面，熱源包括火焰或二氧化碳激光器，加熱溫度高于纖芯材料熔點但小于包層材料熔點；

(7)預先設置X軸減速電機運動速度v，使光纖X軸以速度v向兩端拉伸，減速速度范圍在20μm/s-400μm/s；

(8)預先設置二氧化碳激光器光斑直徑，初始光斑直徑；等同于光纖纖芯直徑；

(9)預先設置二氧化碳激光器功率大小，初始功率可以設置為0W；

(10)打開二氧化碳激光器，使激光熱處理光纖底部，調節二氧化碳激光器功率大小，在顯微裝置中觀察到光纖纖芯開始變形；

(11)打開光纖兩端馬達速度，使光纖以速度v向兩端拉伸，開始速度可設為20μm/s；

(12)改變三維位移平臺的中心軸與二氧化碳激光器的距離，即可以改變二氧化碳激光器熱處理光纖的區域大小。

(13)增加二氧化碳激光器功率，即增大光纖的熱處理溫度，此時，在激光器的熱處理與兩端減速馬達的拉力下，光纖內形成一系列大小均勻表面光滑的微腔；

(14)控制二氧化碳激光器的功率大小和光纖初始直徑，可以對回音壁微腔尺寸進行控制；

(15)控制減速電機拉伸速度，以改變各個微腔之間的間距；

(16)在顯微裝置中觀察到光纖內部包含一系列大小均勻、表面光滑的半導體鍺材料微腔；

(17)將內部包含半導體鍺微腔的光纖置于HF酸內，緩慢侵蝕磷酸鹽玻璃玻璃包層，促使半導體鍺材料回音壁微腔裸露，所述HF酸為濃度范圍在5％-20％。

2.如權利要求1所述的利用纖維內流體不穩定性形成光學回音壁微腔的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述預制棒至少具有一個纖芯，且所有的纖芯均平行于纖維縱軸；預制棒包層材料熔點應大于纖芯材料熔點，且包層材料粘度應較大；纖芯材料為純度99.99％的鍺棒，包層玻璃為磷酸鹽玻璃；將鍺棒置于磷酸鹽玻璃管，組成纖維預制棒。

3.如權利要求2所述的利用纖維內流體不穩定性形成光學回音壁微腔的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，利用光纖熔融纖芯法制備半導體鍺芯磷酸鹽玻璃包層光纖，拉制光纖溫度應小于磷酸鹽玻璃包層熔點，但需要高于半導體鍺纖芯熔點，且此時包層粘度應較大，滿足連續性條件，拉制溫度設為1000℃左右。