一种基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于D型光纤的回音壁谐振腔耦合装置及耦合方法


[0001]本专利技术涉及一种基于
D
型光纤的回音壁谐振腔耦合装置及耦合方法，属于光纤器件

。

技术介绍

[0002]高品质因子
(Q
值
)
回音壁模式
(Whispering gallery mode,WGM)
谐振腔可有效提升腔内光子寿命，形成的极高内建场强可极大地增强光与物质的相互作用
。
并且
WGM
谐振腔还具有窄线宽
、
小体积
、
集成度高等优点，因此近年来在光学
、
生物医学
、
化学等诸多领域都展现出很高的学术价值和广泛的应用前景
。WGM
谐振腔可采用多种材料制备而成，其中块状晶体为代表的回音壁谐振腔，常见的如氟化物晶体
(CaF2，
MgF2等
)
回音壁谐振腔，能够实现大于
109甚至
10
11
的极高
Q
值，极高
Q
值使得回音壁谐振腔内能够实现极强的场增强效应，从而将回音壁谐振腔内光功率密度相较入射光提升几万至百万倍以上，因此可大幅度降低各类光学非线性效应的阈值
。
因此，在光学非线性等研究领域，回音壁谐振腔能够产生模式锁定的光频梳
(
孤子光频梳
)
，同时又可有效地抑制光频梳的相位噪声
。<br/>此外，回音壁谐振腔具有的极窄模式线宽能够实现对激光器线宽的压缩功能，例如采用自注入锁定技术可实现
Hz
量级线宽的单频激光输出
。
因此回音壁谐振腔在光学陀螺
、
精密监测
、
光学传感等领域都极具应用价值
。
[0003]在实际研究和应用中，激发回音壁谐振腔的高
Q
值模式，需采用全反射光学元件产生的倏逝场与回音壁谐振腔进行外部耦合
。
目前，拉锥光纤耦合技术是科学研究和测试领域最常使用的一种回音壁谐振腔耦合技术，这种技术是利用在锥型光纤锥腰处产生的倏逝场与回音壁谐振腔进行耦合，由此激励谐振腔内部的回音壁模式
,
从而实现耦合过程中的模式匹配和相位匹配
。
这种耦合技术具有较高的输入和输出耦合效率，具有耦合效率高
、
损耗小
、
光激励灵活等优点
。
但拉锥光纤耦合对回音壁谐振腔的材料具有一定的折射率限制，并且对环境中的振动和温度等外界环境变化非常敏感，抗干扰能力差，这使拉锥光纤耦合方式难以实现回音壁光学谐振腔的集成与封装，一般只能用于实验和测试研究，对回音壁光学谐振腔的工程实用化造成了很大限制
。
[0004]与拉锥光纤耦合方式相比，棱镜耦合是工程应用最多，也是最早被提出的一种回音壁谐振腔的耦合方式
。
棱镜耦合的原理是当入射光束在棱镜和空气界面发生全反射时，利用在空气中透射生成的倏逝场与回音壁谐振腔进行耦合，从而激励光学谐振腔内部回音壁模式产生，实现光波的有效耦合
。
但是，棱镜耦合需要额外引入多个光学元件对空间光束进行准直
、
聚焦，同时需对光束的空间位置
、
入射角度
、
焦距等参数进行精准的调整，大大增加了耦合系统的复杂性和实现良好耦合的难度
。
此外，棱镜耦合利用光在全反射界面的倏逝场激励光学谐振腔内部回音壁模式的产生，而全反射界面的倏逝场在空气中的穿透深度约为百纳米级别，因此需要纳米级别高精度的位移控制将回音壁谐振腔准确调整到倏逝场中实现有效耦合以及耦合状态的优化
。
因此，相比于拉锥光纤耦合技术，棱镜耦合技术虽然有较好的抗环境干扰能力，但存在系统整体复杂，成本高
、
调整参数多
、
精度要求高等问题，
从而限制了其广泛应用
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，提供一种基于
D
型光纤的回音壁谐振腔耦合装置及耦合方法，其结构简单
、
抗干扰能力较强
、
制造方便
、
成本低优点
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于
D
型光纤的回音壁谐振腔耦合装置，包括
D
型光纤，
D
型光纤上设有回音壁谐振腔，还包括可调谐激光器和光电检测器；
D
型光纤与可调谐激光器之间设有第一连接光纤，
D
型光纤与光电检测器之间设有第二连接光纤，可调谐激光器和光电检测器均连接有示波器；其中
D
型光纤包括纤芯，纤芯外侧包裹有包层，纤芯的上部分包层中间区域设有
D
型光纤区，
D
型光纤区为弧形抛磨面，弧形抛磨面的弧度大于回音壁谐振腔，使回音壁谐振腔的边缘能够沿弧形抛磨面滑动，包层上的弧形抛磨面最薄位置的厚度距离纤芯的垂直距离在0μ
m
‑1μ
m
间
。
[0008]可调谐激光器发出的光信号通过第一连接光纤传输到
D
型光纤，回音壁谐振腔沿着
D
型光纤区滑动，回音壁谐振腔经过
D
型光纤区外侧渐变的包层时光信号的倏逝场耦合进入回音壁谐振腔，在回音壁谐振腔内全反射循环后再经由倏逝场耦合进入
D
型光纤，
D
型光纤输出的光信号通过第二连接光纤后被光电检测器捕捉，光电检测器捕捉的信息最终通过示波器显示，根据示波器显示结果从而寻找到临界耦合点
。
[0009]进一步，所述
D
型光纤为单模光纤，
D
型光纤的材料为石英光纤
、
氟化物光纤或硫系光纤
。
[0010]进一步，
D
型光纤区为普通单模光纤在中间区域通过光学研磨抛光方法去除一部分包层材料，将光纤加工为横截面方向为
D
型
、
长度方向为圆弧形的形状；在圆弧中心也就是包层最薄位置，纤芯与包层垂直距离为百纳米量级
。
[0011]进一步，所述回音壁谐振腔的材料为晶体或石英玻璃，其中晶体包括
MgF2、CaF2以及
YAG
晶体
。
[0012]一种基于
D
型光纤的回音壁谐振腔耦合装置的耦合方法，其步骤如下：
[0013]可调谐激光器
(3)
发出的光信号在通过全反射沿第一连接光纤不断向前传播，光信号在
D
型光纤的纤芯中沿光纤传播时，纤芯的倏逝场能量能够通过
D
型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
D
型光纤的回音壁谐振腔耦合装置，其特征在于：包括
D
型光纤
(1)
，
D
型光纤
(1)
上设有回音壁谐振腔
(2)
，还包括可调谐激光器
(3)
和光电检测器
(6)
；
D
型光纤
(1)
与可调谐激光器
(3)
之间设有第一连接光纤
(4)
，
D
型光纤
(1)
与光电检测器
(6)
之间设有第二连接光纤
(5)
，可调谐激光器
(3)
和光电检测器
(6)
均连接有示波器
(7)
；其中
D
型光纤
(1)
包括纤芯
(1a)
，纤芯
(1a)
外侧包裹有包层
(1b)
，纤芯
(1a)
的上部分包层
(1b)
的中间区域设有
D
型光纤区
(1c)
，
D
型光纤区
(1c)
为横截面方向为
D
型
、
长度方向为圆弧形的弧形抛磨面，弧形抛磨面的弧度大于回音壁谐振腔
(2)
，使回音壁谐振腔
(2)
的边缘能够沿弧形抛磨面滑动，包层
(1b)
上的弧形抛磨面的厚度最薄位置与纤芯
(1a)
垂直距离在0μ
m
‑1μ
m
间；可调谐激光器
(3)
发出的光信号通过第一连接光纤
(4)
传输到
D
型光纤
(1)
，回音壁谐振腔
(2)
沿着
D
型光纤区
(1c)
滑动，回音壁谐振腔
(2)
经过
D
型光纤区
(1c)
外侧渐变的包层
(1b)
时光信号的倏逝场耦合进入回音壁谐振腔
(2)
，在回音壁谐振腔
(2)
内全反射循环后再经由倏逝场耦合进入
D
型光纤
(1)
，
D
型光纤
(1)
输出的光信号通过第二连接光纤
(5)
后被光电检测器
(6)
捕捉，光电检测器
(6)
捕捉的信息最终通过示波器
(7)
显示，根据示波器
(7)
显示结果从而寻找到临界耦合点
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
D
型光纤的回音壁谐振腔耦合装置，其特征在于：所述
D
型光纤
(1)
为单模光纤，
D
型光纤
(1)

【专利技术属性】
技术研发人员：马杰，李家乐，梁智勇，王昊天，郭珺，沈德元，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：