[發明專利]一種集成回音壁模式微泡微腔及其制備方法

在審

• 申請號: 202310386207.6
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116609884A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 王冠軍;卓青霞;黃夢醒;沈重;王咸鵬;楊茜
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: G02B6/255
• 分類號: G02B6/255;G02B6/245;G02B6/25
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

本發明涉及光纖器件技術領域，公開了一種集成回音壁模式微泡微腔及其制備方法，所述集成回音壁模式微泡微腔，包括斜角度端面單模雙芯光纖和超薄單端微泡腔，超薄單端微泡腔包括微盤腔、微芯圓環腔、微球腔和微泡微腔；斜角度端面單模雙芯光纖的斜角度端面包括對稱角度和非對稱角度。所述方法包括如下步驟：基于臨界輔助放電方法制備超薄單端微泡腔；制備斜角度端面單模雙芯光纖；斜角度端面雙芯單模光纖耦合微泡WGM模式。在特定的研磨角度下，斜角度端面雙芯單模光纖滿足波矢匹配，實現微泡微腔WGM模式的能量激發和耦合，提高微泡微腔模式調控系統的集成度和穩定性，使得該傳感器在壓強、痕量毒害氣體硫化氫檢測方面具有高靈敏度和分辨率。

技術領域

本發明涉及光纖器件技術領域，更具體地，涉及一種集成回音壁模式微泡微腔及其制備方法。

背景技術

回音壁模式(WGM)微腔可以通過邊界連續的全反射，將光子長時間局域在微腔內形成回音壁諧振模式，形成顯著的能量累積效應，增強光與物質的相互作用，由此獲得超高品質因子、超高能量密度、極小模式體積和極窄線寬等優越特性，在光傳感、光通信和光計算等領域具有諸多應用價值。

如何制備性能優異的WGM微腔及構建有限的WGM模式調控機制始終是推動微腔技術發展的關鍵科學問題。常用拉錐光纖進行WGM模式耦合，但是該方案存在結構脆弱，模式不穩定，難以封裝集成等問題。而斜角度光纖是一種比較理想高穩定，集成化微腔的WGM模式耦合方案?，F有的斜角度端面光纖來自商用單模光纖，結構比較單一，而且僅能實現微腔WGM模式能量的激發或者耦合，不能同時兼顧WGM模式激發與耦合。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出一種集成回音壁模式微泡微腔及其制備方法，通過合理設計，當斜角度端面雙芯單模光纖與單端超薄微泡滿足波矢匹配時，可以同時兼顧WGM模式能量激發和耦合。這有助于大幅度提高微泡微腔模式調控系統的集成度和穩定性，另外，超薄微泡微腔具有極高的品質因子特性，膜層厚度可達0.5-2um,可以實現高靈敏度壓強檢測。其具體技術方案如下：

一種集成回音壁模式微泡微腔，包括斜角度端面單模雙芯光纖和超薄單端微泡腔，超薄單端微泡腔包括微盤腔、微芯圓環腔、微球腔和微泡微腔；斜角度端面單模雙芯光纖的斜角度端面包括對稱角度和非對稱角度。

進一步的，所述超薄單端微泡腔采用基于臨界態膨脹輔助放電法制備。

進一步的，所述超薄單端微泡腔的材料是二氧化硅材料、高分子聚合物材料、半導體材料、和晶體材料中的任意一種或多種。

一種所述集成回音壁模式微泡微腔的制備方法，包括如下步驟：

首先，基于臨界輔助放電方法制備超薄單端微泡腔；

其次，制備斜角度端面單模雙芯光纖；

第三，斜角度端面雙芯單模光纖耦合微泡WGM模式。

進一步的，所述基于臨界輔助放電方法制備超薄單端微泡腔，包括如下步驟：

步驟一、將末端切平的單模光纖和毛細光纖管分別放置在光纖熔接機中，將毛細光纖管的一端連接到壓力泵，壓力泵將壓力傳送到毛細光纖管；將光纖熔接機設置到手動馬達驅動狀態，將單模光纖與毛細光纖管的端面對齊；通過光纖熔接機對毛細光纖管和單模光纖進行放電，將毛細光纖管和單模光纖的端面熔接；

步驟二、利用壓力泵將氣壓填充入密封的毛細光纖管內壁，對毛細光纖管的區域進行熔融放電，將單模光纖和毛細光纖管分別被拉伸為三角形尖端；

步驟三、將毛細光纖管三角形尖端移至光纖熔接機的電極右側1cm處，在毛細光纖管內中填滿120kpa的大氣壓下放電3-5次，毛細光纖管的三角形尖端膨脹成有厚度的微泡36；

步驟四、將有厚度的微泡移動到光纖熔接機的電極右側1cm處，對其進行2-3次放電，最終得到超薄均勻的微泡微腔。