[發明專利]一種單分散微球腔耦合的封裝方法及器件

在審

• 申請號: 202310233285.2
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116477563A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 肖云峰;李長輝;孫伽略;唐水晶;孟家偉
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G02B6/26;B81B1/00;C03B37/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙迎迎

本發明公開了一種單分散微球腔耦合的封裝方法及器件，其中封裝方法包括：制備光纖錐；制備拉錐光纖；使用光纖錐與單分散微球腔靜電吸附轉移單分散微球腔至拉錐光纖；將單分散微球腔與拉錐光纖的錐區耦合；轉移低折射率膠水至拉錐光纖和單分散微球腔，進而封裝；其中，低折射率膠水的折射率小于拉錐光纖和單分散微球腔的折射率。本發明實施例的技術方案，開拓了一種小模式體積光學微球腔的封裝方法，保證封裝后的光學微球腔與外界環境隔絕，同時具有對超聲傳感具有極高的靈敏度和很大的帶寬響應。

技術領域

本發明涉及光纖器件和制備技術領域，尤其涉及一種單分散微球腔耦合的封裝方法及器件。

背景技術

回音壁模式光學微腔是一種尺寸分布從微米到毫米量級的諧振腔，可將光子長時間限制在極小空間區域中，增強光與物質的相互作用，被廣泛應用于超聲傳感、精密傳感、高速通信、光場調控等領域。

目前，常規的回音壁模式光學微腔基本采用CaF₂、MgF₂、SiO₂和LiNbO₃材料通過超精密加工方法得到，已有部分專利及文章公開了其制備及封裝方法。然而，單分散微球腔具有體積更小，而且聚合物材料的單分散微腔因為楊氏模量比較小，在超聲傳感領域具有更高的靈敏度和更大帶寬等優點，但其小尺寸(5μm-100μm)以及單分散特點也導致了轉移難度大，封裝難度大等痛點，暫無成熟的耦合封裝方案。

目前，對于其他材料以及體積較大的光學微腔的封裝方法，基本采用將光學微腔和光纖封裝在密封殼體中，通過膠水將光纖和光學微腔進行固定。然而，由于單分散光學微腔無法直接放置于密封殼體，如果直接接觸封裝外殼會造成耦合場的泄露而使得光線幾乎完全損耗，而無法測試和使用。且采用密封殼體進行封裝存在體積大、對超聲信號反射嚴重等缺陷，故而也無法適用于單分散微球腔的封裝。

現有的單分散微球腔的耦合以及封裝方案，對其測試、應用、研究尚僅存在于實驗室等恒溫、恒濕、隔振、無塵等環境中，使用自由光耦合的效率很低，且不穩定。

發明內容

本發明提供了一種單分散微球腔耦合的封裝方法及器件，以解決現有大體積微球腔的封裝方法無法適用于單分散微球腔，以及現有單分散微球腔的耦合及封裝方案僅存在于實驗室等恒溫、恒濕、隔振、無塵等環境中，且使用自由光耦合的效率很低，且不穩定的問題。

根據本發明的一方面，提供了一種單分散微球腔耦合的封裝方法，其中，包括：

制備光纖錐；

制備拉錐光纖；

使用所述光纖錐與單分散微球腔靜電吸附，轉移所述單分散微球腔至所述拉錐光纖；

將所述單分散微球腔與所述拉錐光纖的錐區耦合；

轉移低折射率膠水至所述拉錐光纖和所述單分散微球腔，進而封裝；

其中，所述低折射率膠水的折射率小于所述拉錐光纖和所述單分散微球腔的折射率。

可選的，所述制備光纖錐包括：

選擇標準光纖，在所述標準光纖的一端懸掛重物；

使用二氧化碳激光器，在功率P1下進行燒制；

監控所述標準光纖的錐區長度，在所述錐區長度大于等于L1時，在t1時間內，所述二氧化碳激光器的功率由P1增大至P2；

監控所述標準光纖的錐區長度，在所述錐區長度大于等于L2時，在t2時間內，所述二氧化碳激光器的功率由P2增大至P3，熔斷所述標準光纖懸掛重物一端；

其中，L1＞L2；P3＞P2＞P1；t2＜t1。

可選的，在所述使用所述光纖錐與單分散微球腔靜電吸附，轉移所述單分散微球腔至所述拉錐光纖之前，包括：