一种调节回音壁模式微腔共振频率的方法技术

本发明专利技术提供一种调节回音壁模式微腔共振频率的方法，包括以下步骤：提供一回音壁模式微腔，测试该回音壁模式微腔的共振波长，并选择该回音壁模式微腔的模式；确定一目标波长；以及采用一热回流装置对所述回音壁模式微腔进行热回流处理来实现调节所述回音壁模式微腔的共振频率，该热回流装置包括一激光器，该激光器射出激光照射在所述回音壁模式微腔上，该热回流处理过程具体包括：固定热回流的时间同时逐步加大所述激光器的输出功率，或者固定所述激光器的输出功率同时逐步增加热回流的时间；以及观察回音壁模式微腔共振波长的变化，直到所述回音壁模式微腔的目标波长与共振波长的差值的绝对值小于所述回音壁模式微腔的模式的线宽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳光学器件领域，尤其涉及一种通过低功率热回流调节回音壁模式 微腔共振频率的方法。
技术介绍
回音壁模式微腔是目前最重要、研宄最为深入的高品质光学微腔之一。在回音壁 模式光学微腔中，光是不断通过全反射在微腔内部传播的。回音壁模式微腔通常包含微球 腔（microsphere)、微盘腔（microdisk)、微芯圆环微腔（microtoroid)等。回音壁模式微腔 表面十分光滑，使用的材料(常为二氧化硅）对光的吸收较小，所以光子的寿命很长，其品质 因子Q非常高(可达1〇8以上)。此外，这种类型微腔的模式体积(光场分布的有效体积）也 非常小，在相同的入射功率下，腔内光场的强度更大。基于以上优点，回音壁模式光学微腔 有着许多非常重要和广泛的应用。 共振频率是光学微腔非常重要的参数之一。对其进行简单和有效地调控是微纳光 子器件领域重要的研宄课题之一。请参阅图1，图1为一光学微腔中共振频率的移动示意 图，从图中可以看出，对光学微腔共振频率进行调节后，可以使整个洛伦兹线型向右飘移， 代表共振波长增加(共振频率减小)。 现有的对回音壁模式微腔的共振频率的调控手段主要是温度调节。然而，温度调 节存在以下几个缺陷：首先，当加热温度过高，微腔与周围环境的温差过大时，整个系统会 变得非常不稳定，环境的变化可能会对微腔的共振频率产生很大的扰动，严重影响和制约 着它的实际应用；其次，难以实现对单个微腔的调节，使用温度调节法对目标腔调控时通常 会影响附近样品的温度，改变其相应参数，产生负面效果；最后，实验装置较为复杂，温度调 节常常需要借助复杂的加工工艺或者额外添加很多控制仪器，难以集成，且非常不利于在 日常生产和生活中的应用。因此，需要寻找一种简单和有效的方法来调控回音壁模式微腔 的共振频率。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供，该方法可以 克服现有的温度调节的缺点。 一种通过低功率热回流调节回音壁模式微腔共振频率的方法，包括以下步骤：S1 : 提供一回音壁模式微腔，测试该回音壁模式微腔的共振波长，并选择该回音壁模式微腔的 模式；S2 :确定一目标波长；以及S3 :采用一热回流装置对所述回音壁模式微腔进行热回流 处理来实现调节所述回音壁模式微腔的共振频率，该热回流装置包括一激光器，该激光器 射出激光照射在所述回音壁模式微腔上，该热回流处理过程具体包括：固定热回流的时间 同时逐步加大所述激光器的输出功率，或者固定所述激光器的输出功率同时逐步增加热回 流的时间；以及观察回音壁模式微腔共振波长的变化，直到所述回音壁模式微腔的目标波 长与共振波长的差值的绝对值小于所述回音壁模式微腔的模式的线宽。 与现有技术相比较，本专利技术提供的通过低功率热回流调节回音壁模式微腔共振频 率的方法具有以下优点：其一，通过改变回音壁模式微腔的几何形状来调节共振波长，在实 际应用中保持微腔温度与外界温度基本相同，极大地较少周围环境对微腔的影响，抗扰动 性很强，进而使整个系统非常稳定；其二，采用热回流的方法，可以让激光通过透镜聚焦在 单个目标微腔，针对单个目标微腔进行调节，不对其它微腔产生影响；其三，该方法充分利 用回音壁模式微腔制备过程中的热回流过程来调节微腔的共振频率，所需设备简单，无需 额外的控制器件。【附图说明】 图1是一光学微腔共振频率移动不意图。 图2是本专利技术实施例提供的微芯圆环微腔的立体结构示意图。 图3是本专利技术实施例提供的微芯圆环微腔的制作过程示意图。 图4是本专利技术实施例提供的微芯圆环微腔与光纤维耦合的示意图。 图5是本专利技术实施例提供的测试微芯圆环微腔共振波长时的光路和电路连接示 意图。 图6是本专利技术实施例提供的微芯圆环微腔中热回流过程示意图。 图7是本专利技术实施例提供的固定热回流时间，逐步加大二氧化碳激光器的输出功 率时，微芯圆环微腔共振波长的变化图。 图8是本专利技术实施例提供的固定二氧化碳激光器输出功率在红移区时，增加热回 流时间，微芯圆环微腔共振波长变化图。 图9是本专利技术实施例提供的固定二氧化碳激光器输出功率在蓝移区时，增加热回 流时间，微芯圆环微腔共振波长变化图。 主要元件符号说明【主权项】1. ，包括以下步骤： Sl :提供一回音壁模式微腔，测试该回音壁模式微腔的共振波长，并选择该回音壁模式 微腔的模式； S2:确定一目标波长；以及 S3 :采用一热回流装置对所述回音壁模式微腔进行热回流处理来实现调节所述回音壁 模式微腔的共振频率，该热回流装置包括一激光器，该激光器射出激光照射在所述回音壁 模式微腔上，该热回流处理过程具体包括：固定热回流的时间同时逐步加大所述激光器的 输出功率，或者固定所述激光器的输出功率同时逐步增加热回流的时间；以及观察回音壁 模式微腔共振波长的变化，直到所述回音壁模式微腔的目标波长与共振波长的差值的绝对 值小于所述回音壁模式微腔的模式的线宽。2. 如权利要求1所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，所述回音 壁模式微腔为微芯圆环微腔、微球腔或微盘腔。3. 如权利要求1所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，所述激光 器为二氧化碳激光器。4. 如权利要求1所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，在每次热 回流时，所述激光器射出的激光通过一透镜聚焦在所述回音壁模式微腔上的相同位置。5. 如权利要求1所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，步骤S3中， 采用所述固定热回流的时间同时逐步加大激光器的输出功率的方法时，输出功率从零开始 逐渐增大。6. 如权利要求5所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，所述输出 功率以0. 6W为单位增加。7. 如权利要求1所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，步骤S3中， 采用所述固定激光器的输出功率同时逐步增加热回流的时间的方法时，需首先判断回音壁 模式微腔的共振波长的移动方向，并根据该移动方向选择激光器的输出功率，当目标波长 大于所述回音壁模式微腔的共振波长时，选择红移区的输出功率；当目标波长小于所述回 音壁模式微腔的共振波长时，选择蓝移区的输出功率。8. 如权利要求7所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，当目标波 长大于所述回音壁模式微腔的共振波长时，输出功率的选择范围为大于OW小于6W ;当目标 波长小于所述回音壁模式微腔的共振波长时，输出功率的选择范围为大于6W小于13W。9. 如权利要求1所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，所述激光 器的输出功率小于等于13W。10. 如权利要求1所述的调节回音壁模式微腔共振频率的方法，其特征在于，该方法的 调节精度小于0. 005nm，调节范围大于0. 06nm。【专利摘要】本专利技术提供，包括以下步骤：提供一回音壁模式微腔，测试该回音壁模式微腔的共振波长，并选择该回音壁模式微腔的模式；确定一目标波长；以及采用一热回流装置对所述回音壁模式微腔进行热回流处理来实现调节所述回音壁模式微腔的共振频率，该热回流装置包括一激光器，该激光器射出激光照射在所述回音壁模式微腔上，该热回流处理过程具体包括：固定热回流的时间同时逐步加大所述激光器的输出功率，或者固定所述激光器的输出功率同时逐步增加热回流的时间；以及观察回音本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节回音壁模式微腔共振频率的方法，包括以下步骤：S1：提供一回音壁模式微腔，测试该回音壁模式微腔的共振波长，并选择该回音壁模式微腔的模式；S2：确定一目标波长；以及S3：采用一热回流装置对所述回音壁模式微腔进行热回流处理来实现调节所述回音壁模式微腔的共振频率，该热回流装置包括一激光器，该激光器射出激光照射在所述回音壁模式微腔上，该热回流处理过程具体包括：固定热回流的时间同时逐步加大所述激光器的输出功率，或者固定所述激光器的输出功率同时逐步增加热回流的时间；以及观察回音壁模式微腔共振波长的变化，直到所述回音壁模式微腔的目标波长与共振波长的差值的绝对值小于所述回音壁模式微腔的模式的线宽。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓斐，雷府川，高铭，杨旭，龙桂鲁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11