一种单分散微球腔耦合的封装方法及器件

本发明涉及光纤器件和制备，尤其涉及一种单分散微球腔耦合的封装方法及器件。

背景技术：

1、回音壁模式光学微腔是一种尺寸分布从微米到毫米量级的谐振腔，可将光子长时间限制在极小空间区域中，增强光与物质的相互作用，被广泛应用于超声传感、精密传感、高速通信、光场调控等领域。

2、目前，常规的回音壁模式光学微腔基本采用caf2、mgf2、sio2和linbo3材料通过超精密加工方法得到，已有部分专利及文章公开了其制备及封装方法。然而，单分散微球腔具有体积更小，而且聚合物材料的单分散微腔因为杨氏模量比较小，在超声传感领域具有更高的灵敏度和更大带宽等优点，但其小尺寸(5μm-100μm)以及单分散特点也导致了转移难度大，封装难度大等痛点，暂无成熟的耦合封装方案。

3、目前，对于其他材料以及体积较大的光学微腔的封装方法，基本采用将光学微腔和光纤封装在密封壳体中，通过胶水将光纤和光学微腔进行固定。然而，由于单分散光学微腔无法直接放置于密封壳体，如果直接接触封装外壳会造成耦合场的泄露而使得光线几乎完全损耗，而无法测试和使用。且采用密封壳体进行封装存在体积大、对超声信号反射严重等缺陷，故而也无法适用于单分散微球腔的封装。

4、现有的单分散微球腔的耦合以及封装方案，对其测试、应用、研究尚仅存在于实验室等恒温、恒湿、隔振、无尘等环境中，使用自由光耦合的效率很低，且不稳定。

技术实现思路

1、本发明提供了一种单分散微球腔耦合的封装方法及器件，以解决现有大体积微球腔的封装方法无法适用于单分散微球腔，以及现有单分散微球腔的耦合及封装方案仅存在于实验室等恒温、恒湿、隔振、无尘等环境中，且使用自由光耦合的效率很低，且不稳定的问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种单分散微球腔耦合的封装方法，其中，包括：

3、制备光纤锥；

4、制备拉锥光纤；

5、使用所述光纤锥与单分散微球腔静电吸附，转移所述单分散微球腔至所述拉锥光纤；

6、将所述单分散微球腔与所述拉锥光纤的锥区耦合；

7、转移低折射率胶水至所述拉锥光纤和所述单分散微球腔，进而封装；

8、其中，所述低折射率胶水的折射率小于所述拉锥光纤和所述单分散微球腔的折射率。

9、可选的，所述制备光纤锥包括：

10、选择标准光纤，在所述标准光纤的一端悬挂重物；

11、使用二氧化碳激光器，在功率p1下进行烧制；

12、监控所述标准光纤的锥区长度，在所述锥区长度大于等于l1时，在t1时间内，所述二氧化碳激光器的功率由p1增大至p2；

13、监控所述标准光纤的锥区长度，在所述锥区长度大于等于l2时，在t2时间内，所述二氧化碳激光器的功率由p2增大至p3，熔断所述标准光纤悬挂重物一端；

14、其中，l1＞l2；p3＞p2＞p1；t2＜t1。

15、可选的，在所述使用所述光纤锥与单分散微球腔静电吸附，转移所述单分散微球腔至所述拉锥光纤之前，包括：

16、使用所述光纤锥蘸取低折射率胶水微滴；

17、调整所述低折射率胶水微滴的大小；

18、将直径为d1的低折射率胶水微滴转移至所述拉锥光纤的锥区；

19、其中，d1≤5μm。

20、可选的，所述转移低折射率胶水至所述拉锥光纤和所述单分散微球腔，进而封装，包括：

21、使用所述光纤锥蘸取低折射率胶水微滴；

22、调整所述低折射率胶水微滴的大小；

23、将直径为d2的低折射率胶水微滴转移至所述单分散微球腔；

24、其中，d2≤20μm。

25、可选的，在所述将直径为d2的低折射率胶水微滴转移至所述单分散微球腔之后，还包括：

26、使用所述光纤锥蘸取低折射率胶水微滴；

27、调整所述低折射率胶水微滴的大小；

28、将直径为d3的低折射率胶水微滴转移至所述单分散微球腔和所述拉锥光纤；

29、其中，30μm≤d3≤50μm。

30、可选的，所述将所述单分散微球腔与所述拉锥光纤的锥区耦合，包括：

31、沿垂直于所述拉锥光纤的方向，以速度v1移出所述光纤锥；

32、其中，v1≤5μm/s。

33、可选的，所述将所述单分散微球腔与所述拉锥光纤的锥区耦合，还包括：

34、使用可调谐激光器进行扫频，监控所述单分散微球腔和所述拉锥光纤的耦合模式。

35、可选的，在所述使用所述光纤锥与单分散微球腔静电吸附，转移所述单分散微球腔至所述拉锥光纤之前包括：

36、将单分散微球腔溶液转移至无尘纸或无尘布上。

37、可选的，所述将单分散微球腔溶液转移至无尘纸或无尘布上之后，还包括：

38、使用加热板对所述无尘纸或无尘布进行烘干。

39、可选的，在所述转移低折射率胶水至所述拉锥光纤和所述单分散微球腔，进而封装之后，还包括：

40、将所述拉锥光纤的尾部套入玻璃套管，并在所述玻璃套管内填充所述低折射率胶水。

41、可选的，所述拉锥光纤包括弯曲的u型拉锥光纤或直拉锥光纤。

42、根据本发明的另一方面，提供了一种单分散微球腔耦合的器件，包括单分散微球腔和拉锥光纤；所述单分散微球腔耦合的器件，利用本发明提供的任一单分散微球腔耦合的封装方法制备。

43、本发明实施例的技术方案，使用光纤锥与单分散微球腔静电吸附，将单分散微球腔转移至拉锥光纤，单分散微球腔与拉锥光纤耦合，进一步通过在单分散微球腔和拉锥光纤表面涂覆低折射率胶水，实现单分散微球腔与拉锥光纤的封装，解决了现有将大体积光学微球腔的封装方法，将微球腔与光纤封装在密封壳体中，通过胶水将光纤和光学微球腔固定的封装方法，由于单分散微球腔无法直接放置于密封壳体，直接接触封装外壳会造成耦合场的泄露而使得光线几乎完全损耗，而无法测试和使用的问题，且采用密封壳体进行封装存在体积大、对超声信号反射严重等缺陷。以及现有的单分散微球腔的封装的耦合及封装方案，对其测试、应用、研究尚仅存在于实验室等恒温、恒湿、隔振、无尘等环境中，使用自由光耦合的效率很低，且不稳定的问题。本发明实施例提供的封装方法具有高度的稳定性和紧凑型，具有高品质因子，与外界环境隔绝，同时具有对超声传感具有极高的灵敏度和很大的带宽响应，为光学微腔领域的器件化开辟了道路和方向，在超声/光声探测与成像，超声/光声内窥成像方向具有非常大的应用优势和发展潜力。

44、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，所述制备光纤锥包括：

3.根据权利要求1所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，在所述使用所述光纤锥与单分散微球腔静电吸附，转移所述单分散微球腔至所述拉锥光纤之前，包括：

4.根据权利要求1所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，所述转移低折射率胶水至所述拉锥光纤和所述单分散微球腔，进而封装，包括：

5.根据权利要求4所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，在所述将所述直径为d2的低折射率胶水微滴转移至所述单分散微球腔之后，还包括：

6.根据权利要求1所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，所述将所述单分散微球腔与所述拉锥光纤的锥区耦合，包括：

7.根据权利要求6所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，所述将所述单分散微球腔与所述拉锥光纤的锥区耦合，还包括：

8.根据权利要求1所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，在所述使用所述光纤锥与单分散微球腔静电吸附，转移所述单分散微球腔至所述拉锥光纤之前包括：

9.根据权利要求8所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，所述将单分散微球腔溶液转移至无尘纸或无尘布上之后，还包括：

10.根据权利要求1所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，在所述转移低折射率胶水至所述拉锥光纤和所述单分散微球腔，进而封装之后，还包括：

11.根据权利要求1所述的单分散微球腔耦合的封装方法，其特征在于，所述拉锥光纤包括弯曲的u型拉锥光纤或直拉锥光纤。

12.一种单分散微球腔耦合的器件，其特征在于，包括单分散微球腔和拉锥光纤；所述单分散微球腔耦合的器件利用权利要求1-11任一所述的单分散微球腔耦合的封装方法制备。

技术总结本发明公开了一种单分散微球腔耦合的封装方法及器件，其中封装方法包括：制备光纤锥；制备拉锥光纤；使用光纤锥与单分散微球腔静电吸附转移单分散微球腔至拉锥光纤；将单分散微球腔与拉锥光纤的锥区耦合；转移低折射率胶水至拉锥光纤和单分散微球腔，进而封装；其中，低折射率胶水的折射率小于拉锥光纤和单分散微球腔的折射率。本发明实施例的技术方案，开拓了一种小模式体积光学微球腔的封装方法，保证封装后的光学微球腔与外界环境隔绝，同时具有对超声传感具有极高的灵敏度和很大的带宽响应。技术研发人员：肖云峰,李长辉,孙伽略,唐水晶,孟家伟受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2024/1/13