[实用新型]一种基于柱状波导表面成形的高Q值液滴微腔

说明书

本实用新型公开了一种基于柱状波导表面成形的高Q值液滴微腔，包括柱状波导、表面液滴、隔离装置、锥形光纤。通过表面张力在柱状波导表面形成光滑的球状微腔，液滴微腔的尺寸由柱状波导的尺寸所决定。在柱状波导周围装有可拆卸的隔离装置。柱状波导表面液滴微腔和锥形光纤进行倏逝场耦合，通过全反射机制激发液滴微腔内回音壁模式共振，获得具有高品质因数、窄带宽、周期性振荡的回音壁模共振谱。本实用新型的液滴微腔在室温下制备，具有工艺简单、成型效率高、品质因数高、腔内窄带回音壁模式共振强等特点。本实用新型在光纤传感和光纤通信领域具有广泛的应用潜能。

技术领域

本实用新型属于光学微腔技术领域，尤其涉及回音壁模式液滴微腔，具体涉及一种基于柱状波导表面成形的高Q值液滴微腔。

背景技术

回音壁模式光学微腔具有极高的品质因数、极小的模体积、极窄的谱线宽度和超高的能量密度，相对于法布里-珀罗腔还具有尺寸小、易集成、造价低等优点。正是由于光学微腔的诸多优点，如何方便地制造出高品质的光学微腔成了人们研究的重点内容之一。

回音壁模式微腔的高Q值和可集成的特性使其在光纤通信和光传感领域具有巨大的应用潜力,例如可用于高效的滤波器、高灵敏的传感器、低阈值激光器、非线性效应和信号延时器等。在这方面，加州理工的Vahala研究小组做出很多开创性工作,首次提出了低阈值拉曼激光，单分子探测等应用。引人注目的是回音壁模式也可以和其他的光电器件通过波异互联，有望应用于实际的高速光信号处理和环境探测等。由于微腔的模式体积非常小，即使单个光子也能在腔内产生非常强的电场，可以与其他物理体系强相互作用，因此在非线性光学、腔量子电动力学以及量子光机械效应等领域都有重要应用。

目前常用的微腔制备方法有半导体材料刻蚀法、无定形玻璃材料熔融法以及聚合物材料合成法。刻蚀工艺直接制备的微腔表面粗糙，腔的品质因数受到了极大限制；熔融法制作过程中，由于表面张力作用，会自然形成光滑的形状，从而得到很高的品质因数，然而其形成微腔的非对称性使所产生的回音壁模共振谱边模抑制比较低；聚合物材料具有良好的可塑性以及能够重复加工，但其品质因数仍有待提高。尽管通过这些方法能够制备出单个高品质微腔或是制备相互耦合的微腔阵列，但是，这些制备方法对实验设备有较高要求，具有很大的局限性，无法在一般实验室实现。

传统液滴微腔无特殊载体，直接通过液体成型，虽然制备简单，适合大多数实验室条件，但是其普遍问题在于品质因数不高，腔内窄带回音壁模式共振不够强，液滴微腔大小不可控等。

实用新型内容

针对现有技术的局限性，本实用新型提出了一种基于柱状波导表面成形的高Q值液滴微腔。柱状波导表面液滴微腔和锥形光纤的进行倏逝场耦合，通过全反射机制激发液滴微腔内回音壁模式共振，获得具有高品质因数、窄带宽、周期性振荡的回音壁模共振谱。本实用新型的液滴微腔在室温下制备，具有工艺简单、成型效率高、品质因数高、腔内窄带回音壁模式共振强等特点。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种基于柱状波导表面成形的高Q值液滴微腔，包括柱状波导、表面液滴和隔离装置，所述表面液滴通过表面张力在柱状波导表面形成光滑的球状液滴微腔，同时在柱状波导周围装有可拆卸隔离装置，用于实现隔振、隔热，柱状波导与锥形光纤垂直放置，通过移动柱状波导让其表面的液滴微腔和锥形光纤接触，从而实现倏逝场耦合，通过全反射机制激发液滴微腔内回音壁模式共振，获得具有高品质因数、窄带宽、周期性振荡的回音壁模共振谱。

进一步，上述柱状波导是圆柱形光纤，其中的波导可以由任何导光材料构成。上述圆柱形光纤包括但不限于实心柱状光纤、空心管状光纤。

进一步，上述液滴是透明液体。上述透明液体包括但不限于纯水、酒精、盐水。

进一步，上述液滴微腔形成的位置在柱状波导侧表面，可以通过改变柱状波导的外径来控制液滴微腔大小。

进一步，上述柱状波导尺寸外径为微米级别，大小在几十到几百微米之间。