[发明专利]一种基于电流体动力喷印的微球谐振腔制造方法

说明书

一种基于电流体动力喷印的微球谐振腔制造方法，涉及光学微腔。将气管连接气泵，给金属储料管中提供熔体聚合物原料；在金属微通道的喷嘴处形成悬滴；将加热器与金属储料管紧密贴合，通过温度控制器调节金属储料管中熔体聚合物原料的温度，再将熔体聚合物原料中加入添加剂，打开高压电源开关，调节电极板电压到‑600V，悬滴由于电场力作用喷射到收集板上，将金属微通道的喷嘴与高压电源接地端联接，电极板与高压电源负压端联接，当高压电源输出规定电压时，金属微通道的喷嘴处液滴以熔体聚合物射流的形式喷印至收集板上，形成与收集板具有一定接触角的微液滴，降温固化后得固相的微球谐振腔。

技术领域

本发明涉及光学微腔，尤其是涉及一种基于电流体动力喷印的微球谐振腔制造方法。

背景技术

光学微腔是一种尺寸在微米或亚微米量级的光学谐振腔，它利用在折射率不连续界面上的反射、散射或衍射等效应，将光限制在一个很小的区域。基于回音壁模式(ModeGallery Whispering,WGM)的光学微腔是目前研究的热点，按照形状主要分为微球腔、微盘腔、微环腔和微芯环腔等。微球谐振腔具有超高的腔品质因子(大于10⁹)、丰富的回音壁模式、极小的模体积等特点，近年来在低阈值微球激光器、高灵敏度光学传感、非线性光学、腔量子电动力学及量子光学等研究领域引起了广泛关注(Wang P,Ding M,Lee T,and etal.,Packaged chalcogenide microsphere resonator with high Q-factor,AppliedPhysics Letters,102(13):131110(2013))。

制作微球谐振腔的方法主要有以下几种，一是采用传统光刻与刻蚀方法制作固相微球腔，这种方法工艺复杂；二是玻璃粉料漂浮高温熔融法，即将玻璃粉末高温雾化，利用熔体的表面张力使其成为玻璃微球，该方法制备效率极高，但所制备的微球腔尺寸较小(60～160μm)，并且需要进行微球的固定才能用于实验；三是采用CO₂激光器烧蚀石英光纤末端制作微球腔，这种方法制作微球腔时一般需要实时监视成球过程，并且微球腔尺寸受到光纤尺寸的限制。近年来还出现了诸如强磁场冷凝法、超快脉冲激光加工法、玻璃液旋转法、模压法和伽马射线辐照法等制造方法(Yang Z,Wu Y,Zhang X,and et al.,LowTemperature Fabrication of Chalcogenide Microsphere Resonators for ThermalSensing,IEEE Photonics Technology Letters,29(1):66-69(2017).)，但包括上述三种主要制造方法在内，当前微球腔制造方法大都无法有效控制微球腔尺寸，并且设备复杂、成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供简单、低成本，能高效地制作出尺寸大范围可控的一种基于电流体动力喷印的微球谐振腔制造方法。

本发明包括以下步骤：

1)将气管连接气泵，给金属储料管中提供熔体聚合物原料；

2)在金属微通道的喷嘴处形成悬滴；

3)将加热器与金属储料管紧密贴合，通过温度控制器调节金属储料管中熔体聚合物原料的温度，再将熔体聚合物原料中加入添加剂，调节温度至250±10℃并保持30min，调节气泵压强到0.1MPa，使得金属微通道的喷嘴处形成稳定的小流量的熔体聚合物溶液，打开高压电源开关，调节电极板电压到-600V，悬滴由于电场力作用喷射到收集板上，将金属微通道的喷嘴与高压电源接地端联接，电极板与高压电源负压端联接，当高压电源输出规定电压时，金属微通道的喷嘴处液滴以熔体聚合物射流的形式喷印至收集板上，形成与收集板具有一定接触角的微液滴，降温固化后得固相的微球谐振腔。