本发明专利技术公开了一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置及方法，解决了棱镜与谐振腔耦合系统复杂、操作难度大、难以集成化、易受外界环境干扰等问题。包括棱镜、回音壁模式谐振腔、谐振腔支撑柱、准直器、聚焦透镜、封装底板和封装盖板。所述棱镜和回音壁模式谐振腔之间采用紫外光固化胶固定；所述封装底板具有准直器固定结构，透镜安装结构，棱镜放置结构；所述封装盖板带有通光孔和准直器卡孔。将本发明专利技术封装装置与可调谐光源接连，所述通光孔处放置光电探测器，可以激发一系列高Q回音壁模式。本发明专利技术最突出的优势是集成度高、结构紧凑、谐振腔Q值不受封装影响、可以长时间稳定实现棱镜和回音壁模式谐振腔耦合。镜和回音壁模式谐振腔耦合。镜和回音壁模式谐振腔耦合。
【技术实现步骤摘要】
一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置及方法
[0001]本专利技术涉及光学封装领域，具体涉及一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置及方法。
技术介绍
[0002]回音壁因其极高的品质因子和极小的模式体积，已经广泛应用于非线性光学、微波光子学、光学传感、低阈值激光器等领域。
[0003]光纤耦合是回音壁谐振腔最常见的一种耦合方式。然而，由于光纤非常脆弱，易受环境的扰动，导致整个耦合系统不稳定，而且光纤耦合只适用于低折射率谐振腔。棱镜耦合作为一种传统的耦合方式，稳定性要显著强于光纤耦合系统。此外，可以选择不同折射率的材料制作棱镜，使其不被谐振腔折射率所限制。然而，棱镜耦合调节维度更多，造作系统更加复杂，使得操作难度加大。目前棱镜耦合更多用于实验室中，严重阻碍了其实际应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置及方法，以克服棱镜与谐振腔耦合系统复杂、操作难度大、难以集成化、易受外界环境干扰等问题，本专利技术装置不但结构简单、尺寸小，还能长时间稳定实现棱镜和回音壁谐振腔耦合。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置，包括封装底板和封装盖板，所述封装底板和封装盖板之间形成安装空间；
[0007]所述封装底板上依次设置有准直器固定结构、透镜安装结构和棱镜放置结构，所述准直器固定结构上固定有准直器，所述透镜安装结构上安装有聚焦透镜，所述棱镜放置结构上固定有棱镜，所述准直器、聚焦透镜及棱镜位于同一直线上；
[0008]所述棱镜的一侧固定有回音壁模式谐振腔，且回音壁模式谐振腔上部固定有支撑柱；
[0009]所述封装盖板的一侧设置有与准直器匹配的准直器卡孔，另一侧设置有通光孔。
[0010]进一步地，所述准直器通过紫外光固化胶固定在准直器固定结构上；所述棱镜通过紫外光固化胶固定在棱镜放置结构上；所述回音壁模式谐振腔和支撑柱之间用紫外光固化胶固定；所述棱镜和回音壁模式谐振腔之间用紫外光固化胶固定。
[0011]进一步地，所述棱镜为等腰棱镜。
[0012]进一步地，所述棱镜以固定角度放置，所述固定角度使得出射光角度为β，β满足sin(θ
‑
α)*n
prism
＝sinβ；θ满足n
prism
sinθ＝n
WGM
；
[0013]其中，n
prism
为棱镜折射率，n
WGM
为回音壁模式谐振腔折射率，α为棱镜底角角度。
[0014]进一步地，当使用时，将准直器与可调谐光源连接，在通光孔处放置光电探测器，激光经所述准直器、聚焦透镜、棱镜后，由通光孔射出，所述棱镜以固定角度放置后，通光孔的位置满足从棱镜射出的光能够通过通光孔。
[0015]进一步地，所述准直器固定结构上部带有凹槽，凹槽直径等于准直器的直径；
[0016]所述透镜安装结构上部为透镜安装筒，所述透镜安装筒的孔径等于所述聚焦透镜的直径。
[0017]进一步地，所述准直器的中心、聚焦透镜的中心和通光孔中心高度相同。
[0018]进一步地，所述棱镜的折射率大于回音壁模式谐振腔的折射率。
[0019]进一步地，所述封装底板的四角均设置有螺孔，所述封装盖板的四角均设置有与螺孔对应的通孔，所述封装底板和封装盖板通过与通孔和螺孔匹配的螺栓固定。
[0020]一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装方法，包括以下步骤：
[0021]步骤1：用酒精清洗准直器固定结构、透镜安装结构、棱镜放置结构表面；
[0022]步骤2：在支撑柱表面涂上紫外光固化胶，将所述回音壁模式谐振腔放于支撑柱下方，用紫外灯进行照射，完成支撑柱和回音壁模式谐振腔的连接；
[0023]步骤3：将封装底板和固定在支撑柱上的回音壁模式谐振腔分别放在两个高精度三维位移台上；
[0024]步骤4：在准直器固定结构上涂紫外光固化胶，将所述准直器放置在准直器固定结构上，用力按压并用紫外灯进行照射，完成所述准直器固定；
[0025]步骤5：在透镜安装结构上涂紫外光固化胶，将所述聚焦透镜放置在透镜安装结构上，用紫外灯进行照射，完成聚焦透镜固定；
[0026]步骤6：在棱镜放置结构表面涂紫外光固化胶，将所述棱镜放置在棱镜放置结构表面；
[0027]步骤7：将准直器与可见光源连接，用一张白纸放到准直器前，记录光斑高度，再将白纸放置在棱镜出射光位置处，观察光斑高度是否与之前记录一致，如果不一致查找问题，重新进行前面步骤，直到一致为止；
[0028]步骤8：调整棱镜位置，使得从棱镜出射的光斑能够通过通光孔，完成后用紫外灯照射，完成棱镜位置固定；
[0029]步骤9：观察棱镜全反射面可见光耦合点位置，移动三维位移台，使回音壁模式谐振腔靠近耦合点；
[0030]步骤10：左右上下移动回音壁模式谐振腔，使得可见光进入回音壁模式谐振腔实现耦合；
[0031]步骤11：将可见光源更换为可调谐光源，在通光孔处放置光电探测器，光电探测器与示波器连接；
[0032]步骤12：打开可调谐光源扫频模式，观察示波器波形，在此过程中微调回音壁模式谐振腔位置，直至谐振信号出现；
[0033]步骤13：将紫外光固化胶滴到回音壁模式谐振腔和棱镜耦合位置，用紫外灯照射，完成封装装置的内部封装。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0035]本专利技术对基于棱镜耦合的回音壁谐振腔进行封装，相比于传统的拉锥光纤耦合，由于其锥直径只有2μm，十分脆弱，导致其对外界环境扰动十分敏感，谐振状态很难长时间维持，而棱镜耦合本身鲁棒性就强于拉锥光纤耦合，对其进行封装后，将耦合区和外界环境隔开，其抗扰动能力大大增强。耦合区棱镜和回音壁的相对位置通过紫外胶固定后可以长
时间保持不变，所以可以长时间维持谐振状态；本专利技术封装装置集成度高、结构简单紧凑，将复杂庞大的棱镜耦合系统化繁为简，为回音壁谐振腔面向实际应用开辟了道路。
附图说明
[0036]说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0037]图1为本专利技术实例一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置内部立体结构示意图。
[0038]图2为本专利技术实例一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置盖板的立体结构示意图。
[0039]图3为本专利技术实例一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置封装前后的透射光谱。
[0040]其中，1、棱镜；2、回音壁模式谐振腔；3、支撑柱；4、准直器；5、聚焦透镜；6、封装底板；7、封装盖板；8、准直器固定结构；9、透镜安装结构；10、棱镜放置结构；11、通光孔；12、准直器卡孔。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置，其特征在于，包括封装底板(6)和封装盖板(7)，所述封装底板(6)和封装盖板(7)之间形成安装空间；所述封装底板(6)上依次设置有准直器固定结构(8)、透镜安装结构(9)和棱镜放置结构(10)，所述准直器固定结构(8)上固定有准直器(4)，所述透镜安装结构(9)上安装有聚焦透镜(5)，所述棱镜放置结构(10)上固定有棱镜(1)，所述准直器(4)、聚焦透镜(5)及棱镜(1)位于同一直线上；所述棱镜(1)的一侧固定有回音壁模式谐振腔(2)，且回音壁模式谐振腔(2)上部固定有支撑柱(3)；所述封装盖板(7)的一侧设置有与准直器(4)匹配的准直器卡孔(12)，另一侧设置有通光孔(11)。2.根据权利要求1所述的一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置，其特征在于，所述准直器(4)通过紫外光固化胶固定在准直器固定结构(8)上；所述棱镜(1)通过紫外光固化胶固定在棱镜放置结构(10)上；所述回音壁模式谐振腔(2)和支撑柱(3)之间用紫外光固化胶固定；所述棱镜(1)和回音壁模式谐振腔(2)之间用紫外光固化胶固定。3.根据权利要求1所述的一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置，其特征在于，所述棱镜(1)为等腰棱镜。4.根据权利要求3所述的一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置，其特征在于，所述棱镜(1)以固定角度放置，所述固定角度使得出射光角度为β，β满足sin(θ
‑
α)*n
prism
＝sinβ；θ满足n
prism
sinθ＝n
WGM
；其中，n
prism
为棱镜折射率，n
WGM
为回音壁模式谐振腔折射率，α为棱镜底角角度。5.根据权利要求4所述的一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置，其特征在于，当使用时，将准直器(4)与可调谐光源连接，在通光孔(11)处放置光电探测器，激光经所述准直器(4)、聚焦透镜(5)、棱镜(1)后，由通光孔(11)射出，所述棱镜(1)以固定角度放置后，通光孔(11)的位置满足从棱镜(1)射出的光能够通过通光孔(11)。6.根据权利要求1所述的一种基于棱镜和回音壁模式谐振腔耦合的封装装置，其特征在于，所述准直器固定结构(8)上部带有凹槽，凹槽直径等于准直器(8)的直径；所述透镜安装结构(9)上部为透镜安装筒，所述透镜安装筒的孔径等于所述聚焦透镜(5)的直径。7.根据权利要求1所述的一种基于棱镜...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，庄永勇，魏晓勇，徐卓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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