[发明专利]一种调节回音壁模式微腔共振频率的方法

说明书

本发明提供一种调节回音壁模式微腔共振频率的方法，包括以下步骤：提供一回音壁模式微腔，测试该回音壁模式微腔的共振波长，并选择该回音壁模式微腔的模式；确定一目标波长；以及采用一热回流装置对所述回音壁模式微腔进行热回流处理来实现调节所述回音壁模式微腔的共振频率，该热回流装置包括一激光器，该激光器射出激光照射在所述回音壁模式微腔上，该热回流处理过程具体包括：固定热回流的时间同时逐步加大所述激光器的输出功率，或者固定所述激光器的输出功率同时逐步增加热回流的时间；以及观察回音壁模式微腔共振波长的变化，直到所述回音壁模式微腔的目标波长与共振波长的差值的绝对值小于所述回音壁模式微腔的模式的线宽。

技术领域

本发明属于微纳光学器件领域，尤其涉及一种通过低功率热回流调节回音壁模式微腔共振频率的方法。

背景技术

回音壁模式微腔是目前最重要、研究最为深入的高品质光学微腔之一。在回音壁模式光学微腔中，光是不断通过全反射在微腔内部传播的。回音壁模式微腔通常包含微球腔（microsphere）、微盘腔（microdisk）、微芯圆环微腔（microtoroid）等。回音壁模式微腔表面十分光滑，使用的材料（常为二氧化硅）对光的吸收较小，所以光子的寿命很长，其品质因子Q非常高（可达10⁸以上）。此外，这种类型微腔的模式体积（光场分布的有效体积）也非常小，在相同的入射功率下，腔内光场的强度更大。基于以上优点，回音壁模式光学微腔有着许多非常重要和广泛的应用。

共振频率是光学微腔非常重要的参数之一。对其进行简单和有效地调控是微纳光子器件领域重要的研究课题之一。请参阅图1，图1为一光学微腔中共振频率的移动示意图，从图中可以看出，对光学微腔共振频率进行调节后，可以使整个洛伦兹线型向右飘移，代表共振波长增加（共振频率减小）。

现有的对回音壁模式微腔的共振频率的调控手段主要是温度调节。然而，温度调节存在以下几个缺陷：首先，当加热温度过高，微腔与周围环境的温差过大时，整个系统会变得非常不稳定，环境的变化可能会对微腔的共振频率产生很大的扰动，严重影响和制约着它的实际应用；其次，难以实现对单个微腔的调节，使用温度调节法对目标腔调控时通常会影响附近样品的温度，改变其相应参数，产生负面效果；最后，实验装置较为复杂，温度调节常常需要借助复杂的加工工艺或者额外添加很多控制仪器，难以集成，且非常不利于在日常生产和生活中的应用。因此，需要寻找一种简单和有效的方法来调控回音壁模式微腔的共振频率。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种调节回音壁模式微腔共振频率的方法，该方法可以克服现有的温度调节的缺点。

一种通过低功率热回流调节回音壁模式微腔共振频率的方法，包括以下步骤：S1：提供一回音壁模式微腔，测试该回音壁模式微腔的共振波长，并选择该回音壁模式微腔的模式；S2：确定一目标波长；以及S3：采用一热回流装置对所述回音壁模式微腔进行热回流处理来实现调节所述回音壁模式微腔的共振频率，该热回流装置包括一激光器，该激光器射出激光照射在所述回音壁模式微腔上，该热回流处理过程具体包括：固定热回流的时间同时逐步加大所述激光器的输出功率，或者固定所述激光器的输出功率同时逐步增加热回流的时间；以及观察回音壁模式微腔共振波长的变化，直到所述回音壁模式微腔的目标波长与共振波长的差值的绝对值小于所述回音壁模式微腔的模式的线宽。

与现有技术相比较，本发明提供的通过低功率热回流调节回音壁模式微腔共振频率的方法具有以下优点：其一，通过改变回音壁模式微腔的几何形状来调节共振波长，在实际应用中保持微腔温度与外界温度基本相同，极大地较少周围环境对微腔的影响，抗扰动性很强，进而使整个系统非常稳定；其二，采用热回流的方法，可以让激光通过透镜聚焦在单个目标微腔，针对单个目标微腔进行调节，不对其它微腔产生影响；其三，该方法充分利用回音壁模式微腔制备过程中的热回流过程来调节微腔的共振频率，所需设备简单，无需额外的控制器件。

附图说明

图1是一光学微腔共振频率移动示意图。