一種基于側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的微激光器及其制備方法和應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖耦合、半導體、微光學元器件和光信息技術(shù)，具體是一種以側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的回音壁模式微激光器及其制備方法和應用，通過微激光器與側(cè)邊拋磨光纖的耦合和集成，可以實現(xiàn)高品質(zhì)的光栗浦回音壁模式微激光的輸出。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，微激光器由于具有低損耗、體積小及可集成的優(yōu)點，在光學傳感、光通信、非線性光學等領(lǐng)域具有潛在的廣泛應用，受到國內(nèi)外研究學者的關(guān)注。構(gòu)成微激光器的主要元件是光學微腔，是一種在微米至百微米量級的光學諧振腔，其特點是具有極高的品質(zhì)因素(Quality factor, Q)和較低的模式體積。根據(jù)微腔的結(jié)構(gòu)和形成激光的原理，主要有法布里一拍羅型平面微腔、光子晶體微腔、回音壁模式(Whispering-Gallery-Mode，WGM)微腔。其中，WGM微腔產(chǎn)生激光的原理是利用光在微腔界面上的全反射來實現(xiàn)對光場的強限制，光在腔內(nèi)沿環(huán)形回路往返形成諧振來產(chǎn)生激光，其產(chǎn)生激光的Q值高達10'遠高于法布里一拍羅型平面微腔和光子晶體微腔的Q值。正是由于這么高的Q值，使得WGM微激光器在很多領(lǐng)域獲得了深入的研究進展。
[0003]盡管WGM微激光器獲得了較大的研究進展，但是其激光的耦合輸出以及與光纖的集成一直是個技術(shù)難題，嚴重地阻礙了 WGM微激光器在光纖傳感和信息領(lǐng)域的發(fā)展進程。目前，已有的解決方式有半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器以(如CN200810164186.9)及多波長半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器(CN200910154254.8)，可以有效地將產(chǎn)生的激光通過光纖耦合輸出，但是，器件制作的復雜性和工作的不穩(wěn)定性限制了其應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的微激光器及其制備方法和應用。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]1、一種基于側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的回音壁模式微激光器，所述微激光器由側(cè)邊拋磨光纖與WGM微激光元件組成，所述側(cè)邊拋磨光纖包括第一端口、第二端口以及拋磨區(qū)，所述WGM微激光元件置于側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)上。
[0007]進一步，所述側(cè)邊拋磨光纖制備方法如下:在圓形光纖上，利用光纖側(cè)邊拋磨裝置去除光纖材料的部分包層形成橫截面為“D”的拋磨區(qū)，拋磨區(qū)沿著光纖的長度為5?25mm，拋磨面與纖芯界面的距離為1?8 μπι。
[0008]進一步，所述光纖材料為普通單模光纖或多模光纖。
[0009]進一步，所述WGM微激光元件是由量子點材料或熒光材料以及固化劑組成的直徑為5?10 μ m的微半小球。
[0010]進一步，所述量子點材料為ZnO、AgInZnS或CuInZnS，所述熒光材料為羅丹明6G熒光材料。
[0011]進一步，所述固化劑為HB-593無色透明環(huán)氧樹脂固化劑。
[0012]2、一種基于側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的回音壁模式微激光器的制備方法，步驟如下:
[0013]1)利用光纖側(cè)邊拋磨裝置對一段圓形光纖進行拋磨處理，制備成側(cè)邊拋磨光纖，拋磨區(qū)的長度是5?25mm，拋磨面與纖芯界面的距離為1?8 μ m，拋磨區(qū)的橫截面為“D”字型，側(cè)邊拋磨光纖具有輸入的端口 1和輸出的端口 2 ;
[0014]2)在真空環(huán)境下，采用氬氣和氧氣混合的等離子體對步驟1)植被完成的拋磨區(qū)進行凈化處理，去除上面的有機污染物；
[0015]3)采用紫外臭氧清洗機，在溫度90°C?100°C下，對拋磨區(qū)進行3?5分鐘的處理，使拋磨區(qū)具有一定的親水性；
[0016]4)配制好液相量子點或熒光材料，其中熒光材料的濃度范圍為lmg/ml?3.5mg/ml，量子點的濃度范圍為0.2mol/L?2.5mol/L,同時，向配制好的液相量子點或熒光材料里加入固化劑，固化劑與液相量子點或熒光材料比例為1:15?1:25 ;
[0017]5)采用微米針頭大小的注射器吸入一定量步驟4)制備完成的混合溶液，對準經(jīng)步驟3)處理完成的側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)域，向側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)域上滴下液體形成微半小球；
[0018]6)將經(jīng)步驟5)制備完成的材料在70?75°C溫度條件下進行干燥20分鐘左右，以將微半小球固化在側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)域上。
[0019]進一步，所述步驟4)中固化劑與液相量子點或熒光材料的比例為1:20。
[0020]進一步，所述步驟5)所述微半小球直徑為5?10 μm，通過控制注射器推拉速度以及注射器針頭與拋磨區(qū)的垂直距離控制微半小球的直徑大小。
[0021]3、一種基于側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的回音壁模式微激光器組成的激光輸出裝置，所述裝置包括依次設(shè)置的激光光源發(fā)出裝置，隔離器，微激光器，濾波器，所述隔離器與濾波器安裝在微激光器的側(cè)邊拋磨光纖兩側(cè)。隔離器的作用是防止產(chǎn)生的激光反向傳播到端口 1，濾波器的作用是濾到栗浦光源信號，只讓微半小球的WGM激光器的激光輸出。
[0022]在側(cè)邊拋磨光纖的第一端口輸入YAG激光器的栗浦光源，經(jīng)隔離器進入側(cè)邊拋磨光纖，隨著栗浦光源的強度增加，達到激發(fā)閾值之后，微半小球以WGM模式產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光以倏逝波光場的形式耦合進入側(cè)邊拋磨光纖的、輸出端口，經(jīng)濾波器后，在側(cè)邊拋磨光纖的第二個端口輸出。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明實現(xiàn)了激光的耦合輸出以及與光纖的集成，能促進WGM微激光器在光纖傳感和信息領(lǐng)域的應用。并且本發(fā)明限定的微激光器的制備方法簡單，并且得到的微激發(fā)器性能穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0025]圖1表示制備基于側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的微激光器的步驟；
[0026]圖2表示拋磨區(qū)的“D”型橫截面；
[0027]圖3表不激光輸出裝置；
[0028]圖4表示實施例1該集成結(jié)構(gòu)微激光器的輸出光譜隨栗浦光強度變化的實驗曲線圖；
[0029]圖5表示實施例2該集成結(jié)構(gòu)微激光器的輸出光譜隨栗浦光強度變化的實驗曲線圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0031]實施例1
[0032]—、按如圖1所示步驟進行制備基于側(cè)邊拋磨光纖為載體和傳輸通道的微激光器:
[0033]1)利用光纖側(cè)邊拋磨裝置對一段圓形普通光纖進行拋磨處理，制備成側(cè)邊拋磨光纖，拋磨區(qū)的長度是20mm，拋磨面與纖芯界面的距離為4 μπι，磨區(qū)的橫截面為“D”字型，如圖2所示，側(cè)邊拋磨光纖具有輸入的端口 1和輸出的端口 2 ;
[0034]2)側(cè)邊拋磨光纖制備好之后，在真空環(huán)境下，采用氬氣和氧氣混合的等離子體對拋磨區(qū)進行凈化處理，去除上面的有機污染物；
[0035]3)采用紫外臭氧清洗機，在溫度90°C下，對拋磨區(qū)進行5分鐘的處理，使拋磨區(qū)具有一定的親水性，以便在拋磨區(qū)制備微半小球的WGM微激光器；
[0036]4)將一定量的羅丹明6G熒光材料溶于乙醇中，形成濃度為1.5mg/ml的液相羅丹明6G熒光材。同時，向配制好的液相羅丹明6G熒光材料里，加入一定量的HB-593無色透明環(huán)氧樹脂固化劑，固化劑與液相羅丹明6G熒光材料的優(yōu)化的體積比通常為1:20。
[0037]5)采用微米針頭大小的注射器吸入一定量的固化劑與液相量子點或熒光材料的混合溶液，對準側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)域，緩慢地將液相量子點或熒光材料，轉(zhuǎn)移到側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)域，在親水性的作用下，穩(wěn)定地在側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)域上形成直徑為10微米的微半小球結(jié)構(gòu)；
[0038]6)將制備好具有微半小球結(jié)構(gòu)的側(cè)邊拋磨光纖放入烘烤箱里面，烘烤箱里面的溫度從室溫以50°C /分鐘的升溫速率，升高到70°C，然后在70°C的烘箱環(huán)境下，烘烤20分鐘，以將微半小球固化在側(cè)邊拋磨光纖的拋磨區(qū)域上，完成基于側(cè)邊拋磨光纖為載