一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器

1.本发明提供了一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器，属于光纤器件技术领域。


背景技术：

2.光在闭合腔体边界内以大于临界角的方向传播时会在腔的表面产生全反射效应，当光波路径满足一定相位匹配条件时，就可以互相叠加增强，形成驻波场并保持一种稳定的行波传播模式，这种模式被称为回音壁模式，形成的腔称为回音壁模式谐振腔。回音壁模式谐振器是光在圆形光学谐振腔中通过连续全内反射传播时形成的，在传感器、激光器和非线性光学中具有重要应用，因为它具有模式体积小、品质因数高和功耗低的优点。
3.光进出谐振腔的有效耦合对于实现高质量的回音壁模式谐振腔至关重要。已经提出了各种耦合配置。锥形光纤耦合可以实现高质量因子，但是其结构通常不能支持稳定的系统运行。棱镜耦合可以稳定运行，但体积大，光路对准不灵活。尽管平面波导耦合方法紧凑且稳健，但它与光纤不兼容。侧抛光或角抛光光纤使用方便，但耦合效率较低。回音壁模式操作常用的谐振腔有多种类型，如微球、微盘、微环和微瓶。该微球谐振器市售，使用灵活，操作方便。特别是，微球可以有效地用于光纤尖端耦合，例如将微球粘贴在无芯光纤的顶部，将微球插入薄壁毛细管和胶合微球位于蚀刻多模光纤末端的底部，与一段无芯光纤相连。虽然光纤尖端耦合比锥形光纤和斜角抛光光纤耦合系统具有更高的运行稳定性，但仍需提高器件的鲁棒性以保证长期运行稳定性。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术不足，提供一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器，本发明具有结构紧凑、运行稳定且非常坚固等优点。
7.本发明解决技术问题所采取的技术方案为：一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器，包括宽带光源、环形器、回音壁结构、光谱分析仪。回音壁结构由单模光纤、多模光纤、锥形多模光纤、石英毛细管、紫外胶、微球构成。其特征在于：一段单模光纤与一段多模光纤熔接，将多模光纤端面浸入氢氟酸进行腐蚀，得到的多模光纤端面有一个平行于纤芯的v型小孔，在v型小孔底部的适当位置粘连一颗微球，由紫外胶固定，然后把锥形多模光纤伸入v型小孔与微球恰好接触，最后将一段石英毛细管套在结构外部，由紫外胶固定，以形成回音壁结构。
8.所述的单模光纤的纤芯直径和光纤直径分别为8μm和125μm，纤芯折射率为1.4682；所述的多模光纤的纤芯直径和光纤直径分别为62.5μm和125μm，纤芯折射率为1.4682；锥形光纤由多模光纤所制备。
9.所述的微球的材料和折射率分别为钛酸钡和1.9。
10.本发明与现有技术相比的有益效果是：
11.本发明选用价格低廉的普通单模光纤，石英毛细管，多模光纤，紫外胶，微球制备，具有成本低，制作简单的优点。
12.回音壁模式谐振器尺寸微小，结构紧凑、耐用性高且运行稳定。
13.回音壁模式谐振器改变以往光纤拉锥方式，提高了器件鲁棒性，并且易于集成。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
14.图1为本发明的实施应用系统示意图。
14.图2为本发明回音壁结构示意图。
14.图中，1.宽带光源，2.环形器，3.回音壁结构，4.光谱分析仪，5.单模光纤，5a.单模光纤纤芯，5b.单模光纤包层，6.多模光纤，6a.多模光纤纤芯，6b.多模光纤包层，7a、7b.紫外胶，8.v型小孔，9.石英毛细管，10.锥形多模光纤，10a.锥形多模光纤纤芯，10b.锥形多模光纤包层，11.微球。
具体实施方式
15.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
16.图1所示为本发明的实施应用系统示意图，包括宽带光源(1)、环形器(2)、回音壁结构(3)、光谱分析仪(4)。其连接方式为：环形器(2)有三个接口端，分别为：光源进口端，光源出口端，反馈端。进口端与宽带光源(1)连接，出口端与连接回音壁结构(3)连接，反馈端和光谱分析仪(4)相连接。
17.图2所示为本发明回音壁结构(3)的结构示意图，所述的回音壁结构(3)，由单模光纤(5)、多模光纤(6)、紫外胶(7a、7b)、石英毛细管(9)、锥形多模光纤(10)、微球(11)所构成。单模光纤(5)包括单模光纤纤芯(5a)、单模光纤包层(5b)；多模光纤(6)包括多模光纤纤芯(6a)、多模光纤包层(6b)；锥形多模光纤(10)包括锥形多模光纤纤芯(10a)、锥形多模光纤包层(10b)。
18.所述回音壁结构的制作方法及步骤是：第一步：将一段单模光纤(5)与一段多模光纤(6)熔接；第二步：将多模光纤(6)另一端浸入氢氟酸中，腐蚀一定的时间形成一个v型小孔(8)；第三步：把带有紫外胶(7b)的微球(11)放入多模光纤(6)的v型小孔中(8)，以粘住微球(11)，以形成回音壁模式，并用紫外灯固化紫外胶(7b)，第四步：把锥形多模光纤(9)伸入凹槽(8)与微球(11)恰好接触，再将石英毛细管(9)套在结构上，两端用紫外胶(7a)固定。使整个结构更加稳定。
19.结合图1，2，介绍具体的工作原理：回音壁结构(3)由多模光纤(6)的弧面和微球(11)的球面构成耦合面，由宽带光源(1)发，出的光经环形器(2)到达回音壁结构(3)，该光束在回音壁结构(3)中由单模光纤纤芯(5a)传输至多模光纤纤芯(6a)存在多种模式的光进行传播，由多模光纤(6)和微球(11)接触面处沿切线耦合至微球(11)，在微球(11)表面传输一圈后，光束沿接触面切线的另一个方向耦合回多模光纤纤芯(6a)，再传输回单模光纤纤芯(5a)，以形成回音壁模式的输出光谱。
20.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应被理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保
护范围之内。


技术特征：
1.一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器，包括宽带光源(1)、环形器(2)、回音壁结构(3)、光谱分析仪(4)，其连接方式为：环形器(2)输入端连接宽带光源(1)，环形器(2)反馈端连接光谱分析仪(4)，环形器(2)输出端连接回音壁结构(3)；其特征在于：所述的回音壁结构(3)，由单模光纤(5)、多模光纤(6)、紫外胶(7a、7b)、石英毛细管(9)、锥形多模光纤(10)、微球(11)构成，一段单模光纤(5)与一段多模光纤(6)熔接，将多模光纤(6)端面浸入氢氟酸进行腐蚀，得到的多模光纤(6)端面有一个平行于纤芯的v型小孔(8)，在v型小孔(8)底部的适当位置粘连一颗微球(11)，由紫外胶(7b)固定，然后把锥形多模光纤(10)伸入v型小孔(8)与微球(11)恰好接触，最后将一段石英毛细管(9)套在结构外部，由紫外胶(7a)固定，以形成回音壁结构(3)。2.根据权利要求1所述的一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器，其特征为：所述的单模光纤的纤芯直径和光纤直径分别为8μm和125μm，纤芯折射率为1.4682；所述的多模光纤的纤芯直径和光纤直径分别为62.5μm和125μm，纤芯折射率为1.4682；锥形多模光纤由多模光纤所制备。3.根据权利要求1所述的一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器，其特征为：所述的微球的材料为钛酸钡，折射率为1.9。

技术总结
本发明公开了一种高度稳健的微球回音壁模式谐振器，包括宽带光源、环形器、回音壁结构、光谱分析仪。其中回音壁结构由单模光纤、多模光纤、锥形多模光纤、石英毛细管、紫外胶、微球构成。其特征在于：一段单模光纤与一段多模光纤熔接，将多模光纤端面浸入氢氟酸进行腐蚀，得到的多模光纤端面有一个平行于纤芯的V型小孔，在V型小孔底部的适当位置粘连一颗微球，由紫外胶固定，然后把锥形多模光纤伸入V型小孔与微球恰好接触，最后将一段石英毛细管套在结构外部，由紫外胶固定，以形成回音壁结构。由环形器接收来自宽带光源的光并传输至回音壁结构，回音壁结构再将光返回至环形器，再经由环形器传输至光谱分析仪，形成回音壁模式谐振器。本发明具有结构紧凑、运行稳定且非常坚固等优点，可用于光学激光器、传感器、光电子信息、非线性光学等。非线性光学等。非线性光学等。


技术研发人员：王东宁 李佳欣
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2022/7/5