本发明专利技术涉及一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统，主要由玻璃底板、长玻璃块、短玻璃块、光纤融锥、内壁涂覆磁纳米颗粒薄膜的回音壁模式微瓶腔、传输泵浦激光的单模光纤组成。当泵浦激光在单模光纤的切平端面辐照至回音壁模式微瓶腔时，腔内壁涂覆的磁纳米颗粒对泵浦激光进行强吸收后产生热量致使回音壁模式微瓶腔温度升高，从而使谐振峰的谐振波长发生偏移，实现对回音壁模式微瓶腔的全光调谐。与现有技术相比，本发明专利技术全光调谐封装系统具有鲁棒性好、重复性高、调谐灵敏度高、调谐范围大、动态响应时间快等优点，可以应用于光调制器、光滤波器、光开关等领域。光开关等领域。光开关等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统
[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其是涉及一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统。
技术介绍
[0002]回音壁起源于圣彼得堡大教堂声波在光源墙面上的传播现象，光学回音壁与声波现象类似，当光波在微腔的圆弧面发生全反射进而在腔内进行低损传播。光波沿微腔圆弧面传播一周，若光程为光波长的整数倍以及相位差为2π的整数倍，微腔内这种特定波长的光波形成谐振并产生稳定的驻波，该具有特定频率的光就是回音壁模式。
[0003]回音壁模式微腔可以把光限制在小体积的腔体内部进而拥有小模式体积及高品质因子的优点，因此成为光学领域研究热点。随着微纳加工技术的发展，各种各样用于产生回音壁模式的微腔结构被制备出来，包括微柱、微管、微环、微盘、微环芯、微球、微瓶腔等。其中，椭圆形貌的微瓶腔可以将非简并的三维回音壁模式限制在两个转折点之间进而增强对光的束缚能力，同时其天然的中空通道可以与气体、液体、纳米颗粒等物质进行结合研究。
[0004]可调谐特性对回音壁模式微腔非常重要，能很好地提升微腔在不同领域中的应用潜力。传统的调谐方法如电场、机械调谐下的调谐范围只有几十皮米，基于外部加热器的热调谐虽然具有较大的调谐范围，但是传统加热器达到的温度水平不足以引起明显的谐振波长偏移，而使用泵浦激光辐照加热可以克服上述问题，因此对回音壁模式进行宽范围、高灵敏度的全光调谐显得非常有必要。
[0005]磁流体作为一种含有大量磁纳米颗粒的磁光液体材料，在很多领域有深入研究，并且其热光系数比二氧化硅材料高大约两个数量级，因此磁流体有望于协助回音壁模式微腔提升全光调谐性能。由于磁流体的易变质和易挥发特性，其与回音壁模式微腔结合的系统存在可重复性不高的问题，因此将磁流体干燥成磁纳米颗粒后涂覆或集成在回音壁模式微腔上进而实现全光调谐显得非常有必要。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的调谐范围小、可重复性不高等缺陷而提供一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统。本专利技术的全光调谐封装系统利用泵浦激光辐照方式使磁纳米颗粒发生高效的光热转换，导致回音壁模式微瓶腔温度升高并使谐振峰的谐振波长发生偏移。通过控制泵浦激光功率，可以实现超出一个自由光谱范围的调谐范围，且具有较高的调谐灵敏度，同时动态响应时间在毫秒量级。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术的技术方案为提供一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统，包括玻璃底板、沿Y轴悬于所述玻璃底板上且两端粗中间细的光纤融锥、沿X轴悬于所述玻璃底板上且两端细中间粗的回音壁模式微瓶腔、以及用于传输泵浦激光的单模光纤，所述回音
壁模式微瓶腔的内壁上涂覆有磁纳米颗粒薄膜，所述回音壁模式微瓶腔的中间凸起部分还与所述光纤融锥的中间部分相耦合，所述单模光纤还对准所述回音壁模式微瓶腔沿其Z轴方向的中心。
[0009]进一步地，所述光纤融锥的中间直径为1.8μm，两端直径为125μm。
[0010]进一步地，所述回音壁模式微瓶腔为中间凸起的柱腔体结构，中间凸起处的最大直径为204μm，两端柱腔处的直径为125μm，腔壁厚为12μm。
[0011]进一步地，所述回音壁模式微瓶腔内涂覆的磁纳米颗粒薄膜的原料为水基磁流体。
[0012]进一步地，所述回音壁模式微瓶腔内涂覆的磁纳米颗粒薄膜的厚度为0.6μm。
[0013]进一步地，所述玻璃底板上表面的四周还设有长玻璃块，所述光纤融锥、回音壁模式微瓶腔的两端均设于所述长玻璃块上，所述单模光纤的一端设于所述长玻璃块上。
[0014]更进一步地，所述光纤融锥、所述单模光纤和所述回音壁模式微瓶腔均通过紫外胶固定在所述长玻璃块上。
[0015]进一步地，所述玻璃底板上还设有用于支撑所述单模光纤且与所述长玻璃块等高的短玻璃块。
[0016]更进一步地，所述单模光纤与所述短玻璃块通过紫外胶固定。
[0017]进一步地，所述回音壁模式微瓶腔与所述光纤融锥耦合的部分通过低折射率胶固定。
[0018]所述回音壁模式微瓶腔内涂覆的磁纳米颗粒薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0019]S1、使用医用注射器吸取1mL水基磁流体，随后将回音壁模式微瓶腔一端插入注射器针头中并使用紫外胶将针头尖端处密封，最后使用注射泵以10μL/min速度推动注射器并灌注1h。
[0020]S2、使用紫外胶溶解剂去除注射器针头尖端处紫外胶，然后将回音壁模式微瓶腔从注射器中缓慢取出，最后使用耐高温胶密封回音壁模式微瓶腔两端以避免磁流体流出。
[0021]S3、使用温控箱对填充磁流体的回音壁模式微瓶腔进行干燥，在120℃下经过2h干燥下将磁流体中水分蒸发，即得到一层厚度为0.6μm的磁纳米颗粒薄膜涂敷在回音壁模式微瓶腔内壁表面。
[0022]进一步地，所述水基磁流体可选择任意浓度或密度型号的水基磁流体，如Emg605。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0024](1)本专利技术利用泵浦激光辐照方式使回音壁模式微瓶腔内的磁纳米颗粒发生高效的光热转换，导致回音壁模式微瓶腔温度升高，使回音壁模式微瓶腔有效折射率变化并使谐振峰的谐振波长发生偏移。通过控制泵浦激光功率，可以实现超出一个自由光谱范围FSR的调谐范围，且具有较高的调谐灵敏度，同时动态响应时间在毫秒量级。
[0025](2)本专利技术通过采用涂覆有磁纳米颗粒薄膜的回音壁模式微瓶腔，磁流体干燥成磁纳米颗粒薄膜后不易变质和挥发，因此使得基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐具有很好的可重复性。
[0026](3)本专利技术全光调谐封装系统具有鲁棒性好、重复性高、调谐灵敏度高、调谐范围大、动态响应时间快等优点，可以应用于光调制器、光滤波器、光开关等领域。
附图说明
[0027]图1为实施例1内壁涂覆磁纳米颗粒的回音壁模式微瓶腔的显微镜示意图。
[0028]图2为实施例1全光调谐封装系统的结构示意图。
[0029]图3为实施例1全光调谐封装系统的全光调谐实验装置示意图。
[0030]图4为实施例1回音壁模式微瓶腔的传输谱。
[0031]图5为实施例1回音壁模式微瓶腔的传输谱中1550nm处谐振峰的品质因子测量示意图。
[0032]图6为实施例1全光调谐封装系统在不同泵浦激光功率下回音壁模式微瓶腔谐振峰的谐振波长偏移图。
[0033]图7为实施例1全光调谐封装系统在不同泵浦激光功率下回音壁模式微瓶腔谐振峰的谐振波长偏移线性拟合图。
[0034]图8为实施例1全光调谐封装系统的全光调谐的动态响应时间示意图。
[0035]图9为对比例1全光调谐封装系统在不同泵浦激光功率下回音壁模式微瓶腔谐振峰的谐振波长偏移图。
[0036]图中标记如下：
[0037]1‑
玻璃底板；2
‑
长玻璃块；3
‑
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统，其特征在于，包括玻璃底板(1)、沿Y轴悬于所述玻璃底板(1)上且两端粗中间细的光纤融锥(4)、沿X轴悬于所述玻璃底板(1)上且两端细中间粗的回音壁模式微瓶腔(5)、以及用于传输泵浦激光的单模光纤(6)，所述回音壁模式微瓶腔(5)的内壁上涂覆有磁纳米颗粒薄膜，所述回音壁模式微瓶腔(5)的中间凸起部分还与所述光纤融锥(4)的中间部分相耦合，所述单模光纤(6)还对准所述回音壁模式微瓶腔(5)沿其Z轴方向的中心。2.根据权利要求1所述的一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统，其特征在于，所述光纤融锥(4)的中间直径为1.8μm，两端直径为125μm。3.根据权利要求1所述的一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统，其特征在于，所述回音壁模式微瓶腔(5)为中间凸起的柱腔体结构，中间凸起处的最大直径为204μm，两端柱腔处的直径为125μm，腔壁厚为12μm。4.根据权利要求1所述的一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统，其特征在于，所述回音壁模式微瓶腔(5)内涂覆的磁纳米颗粒薄膜的原料为水基磁流体。5.根据权利要求1所述的一种基于回音壁模式微瓶腔的全光调谐封装系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小贝，陈溢琦，张琦，王梓杰，费金浩，邓传鲁，黄怿，王廷云，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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