一种多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法，涉及微纳光学器件技术领域，笔头内设有笔芯、笔尖，由于笔尖与笔头内壁之间的溶液在固液接触面的流动特性，避免了挤出胀大现象，熔体被约束在笔尖处，更有利于精准直写，当运动平台变速运动时，笔尖上的熔体锥在基片上直写出直径可变的谐振腔，设有多个笔筒加热器，对笔筒内腔进行分区域温度控制，使笔筒内腔具有合理的温度场，避免输送至笔筒内腔的熔体过早冷却、固化，影响熔体的流动性，设有抽气装置，当笔筒内熔体产生大量废气，控制中心停止装置的直写动作，并打开抽气装置进行排气，将熔体上方的废气迅速排出笔筒后再重新开始直写，保证直写质量。

A Fabrication Device and Method for Multi-ring Variable Diameter Resonator

【技术实现步骤摘要】
一种多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法
本专利技术涉及微纳光学器件
，具体为一种多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法。
技术介绍
利用微纳光纤制成的环形谐振腔，具有良好的谐振效应，同时还有可控的FSR、高的Q值以及良好的消光比等特点，因此可以将其集成化、微型化，制备成激光器、光滤波器、微型光纤传感器等器件。如何快速、精确地制备直径可变的光学微纳谐振腔已成为光子学领域发展的重要研究方向。研究领域内并没有合理、有效的熔体装置来制备多环变直径谐振腔。如现有中国专利CN1889231A、CN1932564A等专利，利用气体的压缩性对浆料表面产生气压，浆料在气压和自重等作用力下被挤出笔头进行直写。现有装置主要存在以下问题：第一，现有装置没有温控组件，无法提供熔体的适温环境，熔体在常温环境中输送将导致熔体固化、堵塞。第二，熔体被挤出机输送至料筒腔体内，在温度梯度差下会产生气体，如果不及时将腔内气体排出，会导致腔内气压不稳定，影响供液速度，熔体内的气泡也会影响直写结构品质。第三，利用现有技术进行熔体直写时，无法解决挤出胀大现象，挤出胀大现象影响熔体锥形状，增加熔体锥在固液两相接触面的不稳定性。第四，现有技术利用压力进行供液，无法实现单次直写结构的直径突变，即单个谐振腔直径无法渐变。
技术实现思路
（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法，利用温控、抽气、笔芯引流以及基片变速等技术手段，制备出多环变直径谐振腔。（二）技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种多环变直径谐振腔的制备装置，包括底部带有笔头的笔筒、笔芯、熔体泵、熔体挤出机、气阀、气源、气压传感器、抽气装置、加热器、温度传感器、温控箱、控制中心、运动平台以及基片，所述笔筒的内部设置有分隔块，所述分隔块将笔筒分为气压缓冲腔和熔体腔，分隔块周向均布有若干气体流道，所述气压缓冲腔依次与气阀、气源连通，所述气压传感器设置在笔筒的内壁上，所述抽气装置与气压缓冲腔连通，所述熔体腔依次与熔体泵、熔体挤出机连通，所述笔芯安装于分隔块的底部，所述笔芯与笔筒处于同一轴线且笔尖伸出笔头，所述基片固定于运动平台上，所述基片设置在笔尖的正下方，所述气压传感器、气阀、抽气装置、熔体泵、运动平台分别与控制中心信号连接，所述加热器设置在笔筒的外周，温度传感器设置在笔筒的内壁，所述加热器和温度传感器分别依次与温控箱、控制中心连接。优选的，所述笔筒包括上笔筒和下笔筒，所述加热器包括上加热器和下加热器，所述温度传感器包括上温度传感器和下温度传感器，所述上加热器包覆在上笔筒上，所述下加热器包覆在下笔筒上，所述上温度传感器设置在上笔筒的内壁上，所述下温度传感器设置在下笔筒的内壁上，所述上加热器、下加热器、上温度传感器、下温度传感器分别与温控箱、控制中心连接。优选的，所述笔尖的对应处设有摄像机，所述摄像机与控制中心信号连接。优选的，所述笔芯的长度范围为1cm~6cm，外径的范围为10μm~500μm。优选的，所述笔尖的锥度范围为10°~40°。优选的，所述笔头的内径范围为20μm~700μm。优选的，所述基片为电子元件基板或石英玻璃。一种多环变直径谐振腔的制备方法，具体步骤如下：（1）设定上加热器对上笔筒的温控值，下加热器对下笔筒的温控值；（2）将光纤粉末加入熔体挤出机，开启熔体挤出机，工作一段时间后粉末达到流动状态；（3）设定熔体泵的泵送速度，熔体开始定速向熔体腔供液；（4）通过设定气阀、气源工作参数，向笔筒内腔施加气压，笔尖与笔头之间的环腔处开始出现熔体锥；（5）调整运动平台竖直位置，使笔尖与基片具有一定间距，熔体锥与基片相接触；（6）设定运动平台的运动路径和运动速度，带动基片相对于笔尖做图案化运动，当笔尖运动到谐振腔变直径部分，运动平台应该加速或减速至某值，完成谐振腔变直径部分后，运动平台的运动速度恢复原值；（7）直写完成后，得到基片上的多环变直径谐振腔。（三）有益效果本专利技术提供了一种多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法。具备以下有益效果：1、该多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法，笔头内设有笔芯、笔尖，由于笔尖与笔头内壁之间的溶液在固液接触面的流动特性，避免了挤出胀大现象，熔体被约束在笔尖处，更有利于精准直写。2、该多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法，当运动平台变速运动时，笔尖上的熔体锥在基片上直写出直径可变的谐振腔，平台移动速度大则直写出的直径（宽度）小，移动速度小则直径（宽度）大。3、该多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法，通过设置多个笔筒加热器，对笔筒内腔进行分区域温度控制，使笔筒内腔具有合理的温度场，避免输送至笔筒内腔的熔体过早冷却、固化，影响熔体的流动性。4、该多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法，通过设置抽气装置，当笔筒内熔体产生大量废气，控制中心停止装置的直写动作，并打开抽气装置进行排气，将熔体上方的废气迅速排出笔筒后再重新开始直写，保证直写质量。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术图1中A处放大图；图3为本专利技术实施例中制备的多环变直径微纳光纤谐振腔示意图。图中：1摄像机、2控制中心、3温控箱、4气压传感器、5气源、6笔芯连接座、7气阀、8分隔块、9气压缓冲腔、10抽气装置、11气体流道、12上笔筒、13上加热器、14熔体泵、15熔体挤出机、16熔体腔、17下笔筒、18熔体、19笔芯、20下加热器、21笔头、22笔尖、23熔体锥、24基片、25运动平台、26多环变直径谐振腔、27谐振腔变直径部分、28上温度传感器、29下温度传感器。具体实施方式本专利技术实施例提供一种多环变直径谐振腔的制备装置及其制备方法，如图1-3所示，包括笔筒，笔筒由上笔筒12和下笔筒17两个组件连接构成，便于拆卸，笔筒内部设有分隔块8，分隔块8将笔筒分为气压缓冲腔9和熔体腔16，分隔块8周向均布有若干气体流道11，气体流道11用于连通气压缓冲腔9和熔体腔16。气压缓冲腔9依次与气阀7、气源5连通，笔筒内壁设有气压传感器4，气压传感器4、气阀7分别与控制中心2信号连接，可以在控制中心2设定笔筒内腔的气压期望值，控制中心2根据气压传感器4所测的压力值来调节气阀7对气源5的控制量，进而控制笔筒内腔的气压值，使笔筒内腔的气压值处于预设范围，控制中心2、气压传感器4、气阀7和气源5构成一个闭环系统，保证气腔内部的气压值。气压缓冲腔9与抽气装置10连通，抽气装置10与控制中心2信号连接，受控制中心2控制其通断。当笔筒内腔中的杂气达到一定值时，控制中心2向装置发出停止直写命令，同时启动抽气装置10去除杂气。熔体腔16依次与熔体泵14、熔体挤出机15连通，熔体泵14与控制中心2信号连接，可以在控制中心2设定熔体18的供液速度预期值，熔体挤出机15将原料熔化后泵送至熔体泵14，熔体泵14受控制中心2控制，按照预设的供料速度向熔体腔16注入熔体18。分隔块8下方设有笔芯连接座6，笔芯连接座6下方设有笔芯19，笔芯19与笔筒处于同一轴线，且笔尖22伸出笔头21，调节笔芯连接座6可以控制笔尖22伸出笔头21的长度，由于笔尖22与笔头21内壁之间的溶液在固液接触面的流动特性，避免了挤出胀大现象，熔体18被约束在笔尖22处，更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多环变直径谐振腔的制备装置，其特征在于：包括底部带有笔头的笔筒、笔芯、熔体泵、熔体挤出机、气阀、气源、气压传感器、抽气装置、加热器、温度传感器、温控箱、控制中心、运动平台以及基片，所述笔筒的内部设置有分隔块，所述分隔块将笔筒分为气压缓冲腔和熔体腔，分隔块周向均布有若干气体流道，所述气压缓冲腔依次与气阀、气源连通，所述气压传感器设置在笔筒的内壁上，所述抽气装置与气压缓冲腔连通，所述熔体腔依次与熔体泵、熔体挤出机连通，所述笔芯安装于分隔块的底部，所述笔芯与笔筒处于同一轴线且笔尖伸出笔头，所述基片固定于运动平台上，所述基片设置在笔尖的正下方，所述气压传感器、气阀、抽气装置、熔体泵、运动平台分别与控制中心信号连接，所述加热器设置在笔筒的外周，温度传感器设置在笔筒的内壁，所述加热器和温度传感器分别依次与温控箱、控制中心连接。

【技术特征摘要】
1.一种多环变直径谐振腔的制备装置，其特征在于：包括底部带有笔头的笔筒、笔芯、熔体泵、熔体挤出机、气阀、气源、气压传感器、抽气装置、加热器、温度传感器、温控箱、控制中心、运动平台以及基片，所述笔筒的内部设置有分隔块，所述分隔块将笔筒分为气压缓冲腔和熔体腔，分隔块周向均布有若干气体流道，所述气压缓冲腔依次与气阀、气源连通，所述气压传感器设置在笔筒的内壁上，所述抽气装置与气压缓冲腔连通，所述熔体腔依次与熔体泵、熔体挤出机连通，所述笔芯安装于分隔块的底部，所述笔芯与笔筒处于同一轴线且笔尖伸出笔头，所述基片固定于运动平台上，所述基片设置在笔尖的正下方，所述气压传感器、气阀、抽气装置、熔体泵、运动平台分别与控制中心信号连接，所述加热器设置在笔筒的外周，温度传感器设置在笔筒的内壁，所述加热器和温度传感器分别依次与温控箱、控制中心连接。2.根据权利要求1所述的一种多环变直径谐振腔的制备装置，其特征在于：所述笔筒包括上笔筒和下笔筒，所述加热器包括上加热器和下加热器，所述温度传感器包括上温度传感器和下温度传感器，所述上加热器包覆在上笔筒上，所述下加热器包覆在下笔筒上，所述上温度传感器设置在上笔筒的内壁上，所述下温度传感器设置在下笔筒的内壁上，所述上加热器、下加热器、上温度传感器、下温度传感器分别与温控箱、控制中心连接。3.根据权利要求1所述的一种多环变直径谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：应伟军，范兴铎，李映平，
申请(专利权)人：浙江农林大学暨阳学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33