[发明专利]一种基于掺铒微球的低成本回音壁微腔激光器的制作方法

说明书

一种基于掺铒微球的低成本回音壁微腔激光器的制作方法，包括以下步骤：预先调配六水合三硝酸铒溶液。首先，用酒精灯加热将单模光纤拉成锥形光纤至断开，将锥形光纤的尖端浸入铒离子溶液中几秒钟，最后用熔接机对尖端进行少量放电，由于加热熔化和表面张力效应，熔接机的放电可以将光纤尖端变成一个微球。同时，水由于瞬间加热而蒸发，硝酸铒结晶后与二氧化硅一起熔成微球，当电量合适时，铒离子可以附着在微球表面；将一根锥形光纤靠近掺铒微球表面，锥形光纤表面的倏逝波耦合进微腔，激发了回音壁模式，光场与增益介质作用，产生激光。该掺铒微球微腔激光器的制作方法，不仅制备简便，成本低，而且制作出来的掺铒微球微腔激光器具有微型化、阈值低、可调谐等特性，在光通信和传感领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明提供了一种基于掺铒微球低成本回音壁微腔激光器的制作方法，主要涉及掺铒微球的制作方法。

背景技术

回音壁模式谐振腔具有品质因素高、模体积小、光子寿命长等特点，在高敏感传感器、窄带滤波器、微激光器等领域都有应用。在许多微激光结构中，微滴和固体球被用于腔增强和激光操作。微滴激光器以液态为基材，非常适用于生物领域。一般情况下，液滴需要掺杂电动力学捕获染料、超声捕获染料或超疏水表面支撑的染料。该装置的复杂性和液滴的不可重复使用限制了它们的应用。与此相反，固体球激光器相对容易建造，通常是用增益材料涂覆或制作微腔。增益材料通常通过在有机溶液中加入有机染料、量子点和稀土离子来获得。由于稀土离子铒离子发射波长约为1550nm，掺铒材料成为许多光子应用的选择。在微腔中加入铒离子的方法主要有三种。第一种是溶胶-凝胶法，在微腔上涂覆掺铒膜。第二种方法是利用范德格拉夫加速器将铒离子注入微腔中。这两种方法都需要在高温下进行热退火，对设备有严格的要求。另一种方法是直接利用掺铒光纤制备微腔，方法是在氢氟酸蚀刻后，用电极放电将掺铒光纤熔化。这种方法的成本相对较高，因为使用掺铒光纤的成本较高，而且使用氢氟酸也可能造成安全隐患。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种基于掺铒微球的低成本回音壁微腔激光器的制作方法，具有装置微型化、制作简单、成本低、可调谐的特点，在光通信和传感领域具有广阔的应用前景。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：预先调配六水合三硝酸铒溶液。首先，用酒精灯加热将单模光纤拉成锥形光纤至断开，将锥形光纤的尖端浸入铒离子溶液中几秒钟，最后用熔接机对尖端进行少量放电，由于加热熔化和表面张力效应，熔接机的放电可以将光纤尖端变成一个微球。同时，水由于瞬间加热而蒸发，硝酸铒结晶后与二氧化硅一起熔成微球，当电量合适时，铒离子可以附着在微球表面；将一根锥形光纤靠近玻璃圆球微腔表面，锥形光纤表面的倏逝波耦合进微腔，激发了回音壁模式，光场与增益介质作用，产生激光。

所述六水合三硝酸铒溶液浓度为5g/20mL。

所述锥形光纤其锥腰直径为1～2μm。

所述微球直径为30～100μm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：材料选用价格低廉的普通单模光纤和六水合硝酸铒，具有制作简单，成本低的优点。直接利用电极放电制作微球，步骤简单，降低对设备的要求。未使用腐蚀性化学用品，安全系数增强。该装置具有可调谐、阈值低、体积小的特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施具体方案，以下为进一步说明。

图1为本发明的实施应用系统示意图。

图2为本发明的微腔结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：