一种wgm元件制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种WGM元件制作方法，所述WGM元件包括：能将光耦合进入或者耦合出回音壁模式谐振腔的耦合器件、能够限制光在内部的微型谐振腔、用于控制耦合距离的薄膜和能够固定微型谐振的夹持装置，采用镀膜的方法精确的对耦合距离进行控制，避免了端面全部镀膜对腔内造成的影响；而且发明中采用的玻璃管夹持方法减小了对腔内模式的影响。
【专利说明】一种WGM元件制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学器件，尤其涉及基于微型谐振腔的激光光学器件。
【背景技术】
[0002]电介质的微型小球、平面的波导环以及圆盘形的谐振腔在光通讯以及传感器的应用方面变得越来越受人关注。其应用主要是依赖于微型谐振腔的高Q值的特性。可以通过倏逝光波将光耦合进入小球并激发其本征的模式，通常称之为回音壁模式(以下简称WGM)。由于微型谐振腔具有很高的Q值，光可以在微球内部滞留较长的时间、很窄的谱线宽以及极高的能量密度，使得这种器件可以用在光学延迟、高质量的滤波以及其他一些非线性光学的研究中。再者微腔内的模式通过倏逝波的作用可以感受到外界参量诸如温度、密度等的变化，因此也可以作为一种传感装置。以上所述，回音壁模式的谐振腔在科学研究、医学、生物学以及测量、光通信方面有着重要的应用，越来越受人关注。由于回音壁模式的谐振腔和光学器件的耦合是通过倏逝波的作用实现的，因此要想实现高的耦合效率就需要恰当的控制耦合距离。但是实际上的倏逝波的有效作用距离只是和波长相当的量级，而且倏逝波的光强和距离是呈指数关系变化的，因此对耦合距离的控制要求很高。只有实现了耦合距离的精确控制，才能为应用奠定基础。
[0003]有关耦合的实现方式主要有契角光纤耦合、棱镜耦合和锥形光纤耦合。
[0004]图1是契角光纤100耦合方式，光波Bla通过包在包层101内部的纤芯102，通过契角端面全反射的倏逝波耦合进入微型谐振腔104，形成回音壁模式Cla。
[0005]图2是棱镜106耦合方式，光波Blb通过棱镜106，通过棱镜面107的倏逝波耦合进入微型谐振腔105，形成回音壁模式Clb。
[0006]图3是锥形光纤110耦合方式，光波Blc通过包在包层109内部的纤芯108，通过拉锥区120全反射的倏逝波耦合进入微型谐振腔121，形成回音壁模式Clc。
[0007]由于微型谐振腔和耦合器件的尺寸很小，使得器件可以集成到各种光学以及电光系统中，实现产品化应用。但是这其中会涉及到组装的简单化、可重复性以及可靠性的要求。
[0008]本发明主要涉及两方面:一方面，在镀膜的时候，如果采用耦合区域全部镀膜，不仅系统的复杂性增加，而且由于界面太多会造成耦合效率的降低，本专利中使用的利用镀膜间接控制距离的方法更具有优势。另一方面，从器件可靠性的角度看，需要固定各个器件的相对位置，但是目前还没有有关如何固定器件的方案的资料介绍，本发明对此提出的方案，填充了这部分的空白。
【发明内容】
[0009]倏逝波的有效的作用距离在一个波长的范围内。现在光学镀膜的精度可以达到纳米的级别，完全可以满足微型谐振腔耦合距离的控制精度的要求。本发明基于光学镀膜实现了耦合距离的精确的控制。[0010]本发明的目的在于，提供一种能够精确控制耦合距离的職元件制作方法。
[0011]为了实现上述目的，本发明如下技术方案:
一种醫元件制作方法，醫元件包括:将光耦合进入或者耦合出回音壁模式微型谐振腔的耦合器件、限制光在内部的微型谐振腔、控制耦合距离的薄膜和固定微型谐振腔的夹持装置，所述醫元件制作方法是基于光学镀膜实现耦合距离控制，所述耦合距离控制包括如下步骤:
第一步，在玻璃基底上表面镀上一层薄膜，薄膜的厚度为耦合时所要控制的距离，将整体作为一个模具；
第二步，在所述模具薄膜上放置微型谐振腔，玻璃器件夹持所述微型谐振腔紧靠玻璃基底垂直放置，并通过夹持点将所述微型谐振腔与所述玻璃器件固定；
第三步，将通过夹持点固定的微型谐振腔和玻璃器件整体取下，紧贴耦合器件放置，再将所述玻璃器件与所述耦合器件的接触端面用黏结剂黏结即可；
所述耦合器件与所述微型谐振腔之间的空气隔层为所镀薄膜厚度，实现了耦合距离的控制。
[0012]另一种1(通元件制作方法，1(通元件包括:将光耦合进入或者耦合出回音壁模式谐振腔的耦合器件、限制光在内部的微型谐振腔、控制耦合距离的薄膜和固定微型谐振的夹持装置，所述醫元件制作方法是基于光学镀膜实现耦合距离控制，所述耦合距离控制包括如下步骤:
第一步，在玻璃基底上表面放置谐振腔，玻璃器件夹持所述微型谐振腔紧靠玻璃基底垂直放置，通过夹持点将所述微型谐振腔与所述玻璃器件固定；
第二步，在耦合器件上面实施掩膜镀膜，薄膜的厚度为耦合时所要控制的距离；
第三步，将通过夹持点固定的微型谐振腔和玻璃器件整体取下，紧贴耦合器件上的薄膜放置，再将所述玻璃器件与所述耦合器件上薄膜的接触端面用黏结剂黏结即可；
所述耦合器件与所述微型谐振腔之间的空气隔层为所镀薄膜厚度，实现了耦合距离的控制。
所述耦合器件为棱镜、契角光纤或锥形光纤。
[0013]所述玻璃器件为两玻璃片或椭圆形的玻璃管。
[0014]所述夹持方式为两玻璃片或椭圆形的玻璃管横截面长轴与微型腔的光学赤道面平行。
[0015]本发明的有益效果为:
本发明中涉及光学耦合器件、薄膜、玻璃器件夹持装置以及微型谐振腔。其中光学耦合器件能够实现光的耦合出入；薄膜实现耦合时所要控制的距离；玻璃器件夹持装置实现微型谐振腔的固定。利用镀膜的方法精确的对耦合距离进行间接地控制，具有更明显的优势。采用椭圆形的玻璃管固定微型谐振腔，减小由于不对称对装置造成的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
图1是现有契角光纤和微型谐振腔的耦合的侧视图；
图2是现有棱镜和微型谐振腔的侧视图； 图3是现有锥形光纤和微型谐振腔的侧视图；
图4是本发明第一种实施方案之一结构示意图；
图5是本发明第一种实施方案之二结构示意图；
图6是本发明第一种实施方案之三结构示意图；
图7是本发明第一种实施方案之四结构示意图；
图8是本发明第二种实施方案之一结构示意图；
图9是本发明第二种实施方案之二结构示意图；
图10是本发明第二种实施方案之三结构示意图；
图11是本发明第二种实施方案之四结构示意图；
图12是本发明第三种实施方案之一结构示意图；
图13是本发明第三种实施方案之二结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图对本发明的各种实施方式进一步说明。讨论本发明的多个实例。但应理解，这里关于这些附图给出的详细说明，仅仅出于解释目的，并不是限制本专利的权利范围。
[0018]请参阅图4一图7之一，将结合附图对本发明的第一种实施方式进一步说明。
[0019]一种WGM元件制作方法，WGM元件包括:将光耦合进入或者耦合出回音壁模式微型谐振腔的耦合器件206、限制光在其内部的微型谐振腔204、控制耦合距离的薄膜201和固定微型谐振腔的玻璃器件夹持203装置，所述WGM元件制作方法是基于光学镀膜实现耦合距离控制，所述耦合距离控制包括如下步骤:
第一步，在玻璃基底200上表面镀上一层薄膜201，薄膜201的厚度为耦合时所要控制的距离，将整体作为一个模具；
第二步，在所述模具薄膜201上放置微型谐振腔204，玻璃器件夹持203所述微型谐振腔204紧靠玻璃基底200垂直放置，并通过夹持点205将所述微型谐振腔204与所述玻璃器件203固定；
第三步，将通过夹持点205固定的微型谐振腔204和玻璃器件203整体取下，紧贴耦合器件206放置，再将所述玻璃器件203与所述耦合器件206的接触端面用黏结剂黏结即可，所述耦合器件206与所述微型谐振腔204之间的空气隔层为所镀薄膜厚度。
[0020]此实施例中微型谐振腔204和耦合器件206可以有各种不同材料制成，本实施例中微型谐振腔204由熔融石英制成，折射率约为1.45，耦合器件206为棱镜，薄膜201采用真空溅射的方法镀在相关部位。
[0021]为了最大限度的减小热效应对微型谐振腔204模式的影响，玻璃器件夹持采用了对称的、一体型的结构。在此处由于棱镜206的折射率为1.7447，微型谐振腔204的折射率为1.46。镀膜材料选择折射率为1.39的MgF2或折射率为1.4355的紫外固化环氧树脂胶材料。玻璃器件203具体厚度对本发明影响微弱，只要满足方便的固定要求即可，本发明中采用4毫米左右厚度的玻璃器件203。
[0022]本实施例具体步骤如下:
第一步，在玻璃基底200上表面镀上一层薄膜201，薄膜201的厚度为耦合时所要控制谐振腔204和两玻璃片203整体取下，紧贴述耦合器件206的接触端面用紫外胶黏结+胶，但应理解黏结剂并不只是限制于这两定作用即可，
匕间的空气隔层为所镀薄膜厚度，实现了耦
204的光波最多的时候的距离，这和具体材发明采用0.1到3倍的入射波长的典型距
I，如果光的入射平面和玻璃面平行的时候，(的影响。
付图对本发明的第二种实施方式进一步说
1括:将光耦合进入或者耦合出回音壁模式型谐振腔304、控制耦合距离的薄膜301和？:所述1(通元件制作方法是基于光学镀膜301镀在耦合器件306上。
[0028]本实施例为本发明的第二种实施方式，步骤如下:
第一步，在玻璃基底300上表面放置微型谐振腔304，两玻璃片303夹持所述微型谐振腔304紧靠玻璃基底300垂直放置，通过夹持点305将所述微型谐振腔304与所述两玻璃片203固定，如图8所示；
第二步，在耦合器件306上面实施掩膜镀膜，薄膜301的厚度为耦合时所要控制的距离，如图9所示；
第三步，将通过夹持点305固定的微型谐振腔304和两玻璃片303整体取下，紧贴耦合器件上306的薄膜301放置，再将所述两玻璃片303与所述耦合器件306上薄膜301的接触端面用紫外胶黏结即可，如图10所示；
所述耦合器件306与所述微型谐振腔304之间的空气隔层为所镀薄膜厚度，实现了耦合距离的控制。
[0029]图10绕竖直轴旋转90度后得到图11。
[0030]上述两种实施例中提到了使用两片玻璃片来固定微型谐振腔，但是由于两者是分离的，在黏结的时候，难免的会造成不对称，器件在热效应的影响下，会导致性能不稳定。
[0031]为此，本发明提供了另一种优选方案 图12和图13是本发明的第二种实施方案。
[0032]此实施例中，请参阅图12，使用横截面为椭圆形的厚度为4毫米左右的玻璃管403来固定微型谐振腔404，玻璃管403和微型谐振腔404的接触点也只有两个，在另一个垂直的方向上并不接触，图13是图12的俯视图，该方法简单、成本低、可靠性高。此结构中如果光的入射平面和椭圆的长轴平行时，这种结构不会对腔内的模式造成很大的影响。而且还减小了上述两实施例中由于不对称造成的影响。本优选方案中，耦合距离的控制，可以仿照上述两实施例中方法。
[0033]由以上实施方式的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征，倘若本领域的技术人员对本发明进行各种改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围的，则本发明也包括这些改动和变形在内。
【权利要求】
1.一种WGM元件制作方法，WGM元件包括:将光耦合进入或者耦合出回音壁模式谐振腔的耦合器件、限制光在内部的微型谐振腔、控制耦合距离的薄膜和固定微型谐振腔的夹持装置，其特征在于:所述WGM元件制作方法是基于光学镀膜实现耦合距离控制，所述耦合距离控制包括如下步骤: 第一步，在玻璃基底上表面镀上一层薄膜，薄膜的厚度为耦合时所要控制的距离，将整体作为一个模具； 第二步，在所述模具薄膜上放置微型谐振腔，玻璃器件夹持所述微型谐振腔紧靠玻璃基底垂直放置，并通过夹持点将所述微型谐振腔与所述玻璃器件固定； 第三步，将通过夹持点固定的微型谐振腔和玻璃器件整体取下，紧贴耦合器件放置，再将所述玻璃器件与所述耦合器件的接触端面用黏结剂黏结即可，所述耦合器件与所述微型谐振腔之间的空气隔层为所镀薄膜厚度。
2.—种WGM元件制作方法，WGM元件包括:将光耦合进入或者耦合出回音壁模式微型谐振腔的耦合器件、限制光在内部的微型谐振腔、控制耦合距离的薄膜和固定微型谐振腔的夹持装置，其特征在于:所述WGM元件制作方法是基于光学镀膜实现耦合距离控制，所述耦合距离控制包括如下步骤: 第一步，在玻璃基底上表面放置微型谐振腔，玻璃器件夹持所述微型谐振腔紧靠玻璃基底垂直放置，通过夹持点将所述微型谐振腔与所述玻璃器件固定； 第二步，在耦合器件上面实施掩膜镀膜，薄膜的厚度为耦合时所要控制的距离； 第三步，将通过夹持点固定的微型谐振腔和玻璃器件整体取下，紧贴耦合器件上的薄膜放置，再将所述玻璃器件与所述耦合器件上薄膜的接触端面用黏结剂黏结即可，所述耦合器件与所述微型谐振腔之间的空气隔层为所镀薄膜厚度。
3.根据权利要求1或2所述的WGM元件制作方法，其特征在于:所述耦合器件为棱镜、契角光纤或锥形光纤。
4.根据权利要求1或2所述的WGM元件制作方法，其特征在于:所述玻璃器件为两玻璃片或椭圆形的玻璃管。
5.根据权利要求1或2所述的WGM元件制作方法，其特征在于:所述夹持方式为两玻璃片或椭圆形的玻璃管横截面长轴与微型谐振腔的光学赤道面平行。
【文档编号】G02B6/28GK103837929SQ201210473692
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】吴砺, 张猛, 贺坤 申请人:福州高意通讯有限公司