[發明專利]一種基于摻鉺微球的低成本回音壁微腔激光器的制作方法

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• 申請號: 202011244463.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112290363A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 鄢晶;王東寧;劉欣
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/06;G02B6/255
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于摻鉺微球的低成本回音壁微腔激光器的制作方法，包括以下步驟：預先調配六水合三硝酸鉺溶液。首先，用酒精燈加熱將單模光纖拉成錐形光纖至斷開，將錐形光纖的尖端浸入鉺離子溶液中幾秒鐘，最后用熔接機對尖端進行少量放電，由于加熱熔化和表面張力效應，熔接機的放電可以將光纖尖端變成一個微球。同時，水由于瞬間加熱而蒸發，硝酸鉺結晶后與二氧化硅一起熔成微球，當電量合適時，鉺離子可以附著在微球表面；將一根錐形光纖靠近摻鉺微球表面，錐形光纖表面的倏逝波耦合進微腔，激發了回音壁模式，光場與增益介質作用，產生激光。該摻鉺微球微腔激光器的制作方法，不僅制備簡便，成本低，而且制作出來的摻鉺微球微腔激光器具有微型化、閾值低、可調諧等特性，在光通信和傳感領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明提供了一種基于摻鉺微球低成本回音壁微腔激光器的制作方法，主要涉及摻鉺微球的制作方法。

背景技術

回音壁模式諧振腔具有品質因素高、模體積小、光子壽命長等特點，在高敏感傳感器、窄帶濾波器、微激光器等領域都有應用。在許多微激光結構中，微滴和固體球被用于腔增強和激光操作。微滴激光器以液態為基材，非常適用于生物領域。一般情況下，液滴需要摻雜電動力學捕獲染料、超聲捕獲染料或超疏水表面支撐的染料。該裝置的復雜性和液滴的不可重復使用限制了它們的應用。與此相反，固體球激光器相對容易建造，通常是用增益材料涂覆或制作微腔。增益材料通常通過在有機溶液中加入有機染料、量子點和稀土離子來獲得。由于稀土離子鉺離子發射波長約為1550nm，摻鉺材料成為許多光子應用的選擇。在微腔中加入鉺離子的方法主要有三種。第一種是溶膠-凝膠法，在微腔上涂覆摻鉺膜。第二種方法是利用范德格拉夫加速器將鉺離子注入微腔中。這兩種方法都需要在高溫下進行熱退火，對設備有嚴格的要求。另一種方法是直接利用摻鉺光纖制備微腔，方法是在氫氟酸蝕刻后，用電極放電將摻鉺光纖熔化。這種方法的成本相對較高，因為使用摻鉺光纖的成本較高，而且使用氫氟酸也可能造成安全隱患。

發明內容

本發明針對現有技術不足，提供一種基于摻鉺微球的低成本回音壁微腔激光器的制作方法，具有裝置微型化、制作簡單、成本低、可調諧的特點，在光通信和傳感領域具有廣闊的應用前景。

本發明解決技術問題所采取的技術方案為：預先調配六水合三硝酸鉺溶液。首先，用酒精燈加熱將單模光纖拉成錐形光纖至斷開，將錐形光纖的尖端浸入鉺離子溶液中幾秒鐘，最后用熔接機對尖端進行少量放電，由于加熱熔化和表面張力效應，熔接機的放電可以將光纖尖端變成一個微球。同時，水由于瞬間加熱而蒸發，硝酸鉺結晶后與二氧化硅一起熔成微球，當電量合適時，鉺離子可以附著在微球表面；將一根錐形光纖靠近玻璃圓球微腔表面，錐形光纖表面的倏逝波耦合進微腔，激發了回音壁模式，光場與增益介質作用，產生激光。

所述六水合三硝酸鉺溶液濃度為5g/20mL。

所述錐形光纖其錐腰直徑為1～2μm。

所述微球直徑為30～100μm。

本發明與現有技術相比的有益效果是：材料選用價格低廉的普通單模光纖和六水合硝酸鉺，具有制作簡單，成本低的優點。直接利用電極放電制作微球，步驟簡單，降低對設備的要求。未使用腐蝕性化學用品，安全系數增強。該裝置具有可調諧、閾值低、體積小的特性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施具體方案，以下為進一步說明。

圖1為本發明的實施應用系統示意圖。

圖2為本發明的微腔結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施實例對本發明作進一步描述：