基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器制造技术

本实用新型专利技术提出基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器，激励光源的输出端经第一光纤与光功率分配器的输入端相连；光功率分配器的一个输出端经第二光纤与锥光纤耦合器相接，另一输出端经第三光纤与可变光衰减器相接；可变光衰减器可对第三光纤传输的光功率进行调整形成用于加热带柄微球的加热光，并把加热光经第五光纤输出至微球的球柄处；第二光纤传输的激励光通过双锥光纤耦合入微球赤道区域，形成回廊模来泵浦该稀土离子掺杂微球产生窄线宽单模或多模激光；经球柄传入微球的加热光使微球因升温而改变折射率及谐振波长，对微球产生激光的波长进行调谐，调谐后的微球回廊激光经第四光纤输出；本产品获得可调谐波长的微球回廊模激光输出。微球回廊模激光输出。微球回廊模激光输出。

【技术实现步骤摘要】
基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器


[0001]本技术涉及激光器
，尤其是基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器。

技术介绍

[0002] 在器件小型化要求下以及微纳光学的快速发展下，具有小尺寸、低阈值的回廊模(WGM)微腔激光器成为一个热门的研究领域。可调谐激光器在生化传感检测、微波光子学、高分辨率成像等诸多领域有很好的应用前景，因此，对于WGM微腔而言，其可调谐性具有较大的研究意义。目前常用的调谐方式有电热调谐、拉伸调谐、压力调谐以及光热调谐等。2004 年，K.J.Vahala等人利用电热效应在超高Q微环芯腔上实现了300 GHz的有效调谐。2010年，M. Sumetsky通过拉伸微泡腔以改变微泡腔尺寸的方式实现了5.5nm的调谐范围。2013 年，A. Rodr
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Cobos 等人通过调整锥形微柱腔与微纳光纤的耦合位置实现波长调谐，调谐范围为1.16 nm。2017 年，Xiang Wu等人利用中空微泡腔注入不同折射率液体后有效折射率改变的特性，实现了激射光波长的改变。2017 年，朱松等人利用四氧化三铁纳米颗粒的光热效应，在微瓶腔中实现了高效率光热调谐，调谐范围可达85 GHz。
[0003]目前有关于可调微腔激光的研究大多使用单频激光器为光源，而WGM微腔仅是一个光源外部的滤波元件来实现激光的选模与调谐。这对光源有较高的稳定性要求且较难调谐。

技术实现思路

[0004]本技术提出基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器，便于获得可调谐波长的激光输出。
[0005]本技术采用以下技术方案。
[0006]基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器，所述激光器激励光源的输出端经第一光纤与一分二光功率分配器的输入端相连；所述光功率分配器的其中一个输出端经第二光纤与锥光纤耦合器相接，另一输出端经第三光纤与可变光衰减器相接；所述可变光衰减器可对第三光纤传输的光功率进行调整，形成用于加热带柄微球的加热光，并把加热光经第五光纤输出至带柄微球的球柄处；第二光纤传输的激励光通过双锥光纤耦合入带柄微球的微球赤道区域，形成回廊模来泵浦该稀土离子掺杂微球产生窄线宽单模或多模激光；经球柄传入微球的加热光在微球的球冠膜层会聚，被膜层吸收使微球因升温而改变折射率及谐振波长，对微球产生激光的波长进行调谐，因光
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热
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光效应调谐后的微球回廊激光经第四光纤输出。
[0007]所述带柄微球的球部为球冠镀膜的稀土离子掺杂微球，球柄用于对微球进行移动操作、固定以及加热光传输。
[0008]所述激励光源为微球激光器的泵浦源，以及用于加热带柄微球球部的光源；所述第二光纤的末端以低损耗连接方式与双锥光纤始端相连以传输泵浦光；所述双锥光纤与微
球赤道面相切耦合，将泵浦光耦合入微球形成回廊模，以激励微球产生的激光。
[0009]所述球冠镀膜稀土离子掺杂微球的球部本体为采用溶胶
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凝胶法在SiO2微球外包覆一层掺有稀土离子的SiO2膜层的微球，用于产生窄线宽单模或多模激光；所述球部本体的球冠镀膜为金属膜或介质膜，用于吸收从球柄导入通过微球会聚于球冠的光，并吸收光转换为热，球冠处的热传递到整个微球而使其折射率改变，进而使微球的谐振波长改变，以调谐输出激光波长。
[0010]所述带柄微球的球柄经尾纤与第五光纤相连；第四光纤的始端与微球处的双锥光纤相连，末端为可调谐激光的输出口。
[0011]所述第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤和第五光纤均为标准通信石英光纤、塑料光纤或尼龙光纤；所述激励光源为放大的受激辐射光源ASE、LED或激光光源。
[0012]基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器的激光输出波长调节方法，所述可变光衰减器通过改变第五光纤中加热光的光功率，来调整带柄微球的光
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热
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光效应强度，使激光器的激光输出波长发生不同量的改变；加热光的不同光功率，对应激光器的不同输出激光波长；具体为：
[0013]激励光源发出的光经第一光纤传至一分二光功率分配器并分为两路，一路作为泵浦光经第二光纤传至双锥光纤，泵浦光以倏逝波形式耦合进球冠镀膜稀土离子掺杂微球腔中，经其泵浦微球腔中的稀土离子电子跃迁产生单模激光或多模激光，另一路作为控制光经第三光纤传至可变光衰减器，通过可变光衰减器控制经由第五光纤传至微球腔球柄的光功率，利用球冠镀膜层吸收光产生的光
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热
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光效应，随着第五光纤中的光功率增大，微球腔产生的单模激光或多模激光的波长向长波长方向移动，从而实现微球输出激光波长的调谐。
[0014]基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器的微球制备方法，所述带柄微球为稀土离子掺杂微球，其制备方法包括以下步骤；
[0015]步骤A1、把标准通信光纤的尾纤去除保护套管及涂覆层，穿过内直径为126微米，外径为若干的玻璃管；通过氢气或酒精火焰加热光纤制成双锥光纤用于作为微球的耦合器并用于制作微球；若制作微球把双锥光纤中间切断成单锥光纤，由单锥光纤用火焰或电弧烧制成带柄的连有尾纤的微球，直径在20μm
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5000μm之间，备用；
[0016]步骤A2、连有尾纤的带柄微球的包覆稀土掺杂SiO2层，为具有发光功能的薄膜，采用溶胶
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凝胶法制备，薄膜厚度在0.5μm
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2μm之间；球冠镀膜的制备方法是采用磁控溅射、热蒸镀或电子束蒸发工艺，在球上镀以金属膜或吸光转热好的介质膜。
[0017]步骤A2中的带柄微球的包覆稀土掺杂SiO2层，其制备方法包括以下步骤：
[0018]步骤B1、将正硅酸乙酯TEOS、无水乙醇EtOH、去离子水H2O、盐酸HCL、二甲基
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甲酰胺DMF、所需元素掺杂原料一同放入烧杯中，体积比例为TEOS：EtOH：H2O：DMF：HCL=5.6：5.6：2.7：0.15：0.3，其中DMF的作用是为了保护凝胶膜层，使最终获得的功能薄膜致密无开裂；因混合物中Si元素仅由TEOS提供，故参与反应的TEOS体积与最终获得的溶胶中SiO2质量的比例为TEOS：SiO2=5.6mL：1.502g；所用试剂纯度为99.9%；以上混合试剂体积共V放置于烧杯中；
[0019]步骤B2、在烧杯中加入计算量的稀土硝酸盐或氯化盐，以及正丙醇锆或钛酸四丁酯，使薄膜的稀土离子为2~10%mol，使薄膜的氧化物的比例为5~20%mol；在容器中放入磁力
振子，将烧杯密封并放置到磁力搅拌器上；
[0020]步骤B3、开启磁力搅拌器，在常温下搅拌3~6小时；
[0021]步骤B4、关掉磁力搅拌器，将烧杯静置5~15小时形成凝胶，放置于20~25℃环境保存备用。
[0022]步骤B5、将所述微球浸入凝胶3~10min，取出晾干3~10min，使凝胶水分蒸发，余下带稀土离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器，其特征在于：所述激光器激励光源的输出端经第一光纤与一分二光功率分配器的输入端相连；所述光功率分配器的其中一个输出端经第二光纤与锥光纤耦合器相接，另一输出端经第三光纤与可变光衰减器相接；所述可变光衰减器可对第三光纤传输的光功率进行调整，形成用于加热带柄微球的加热光，并把加热光经第五光纤输出至带柄微球的球柄处；第二光纤传输的激励光通过双锥光纤耦合入带柄微球的微球赤道区域，形成回廊模来泵浦该稀土离子掺杂微球产生窄线宽单模或多模激光；经球柄传入微球的加热光在微球的球冠膜层会聚，被膜层吸收使微球因升温而改变折射率及谐振波长，对微球产生激光的波长进行调谐，因光
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光效应调谐后的微球回廊激光经第四光纤输出。2.根据权利要求1所述的基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器，其特征在于：所述带柄微球的球部为球冠镀膜的稀土离子掺杂微球，球柄用于对微球进行移动操作、固定以及加热光传输。3.根据权利要求2所述的基于球冠镀膜球柄注光加热的可调谐微球激光器，其特征在于：所述激励光源为微球激光器的泵浦源，以及用于加热带柄微球球部的光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄衍堂，许齐玲，许灿华，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：新型
国别省市：