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基于CO2激光单点加热的微泡腔制备及其性能研究

2021-05-17麻艳娜顾兆麒谷付星

光学仪器 2021年2期

郭 涛,麻艳娜,顾兆麒,谷付星

(上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093)

引 言

在现代光学中,回音壁模式(WGM)光学微腔是一个被广泛研究且发展迅速的领域。科研人员已经利用不同性质的材料制备出许多不同腔体形状的WGM微腔,例如,通过硅基材料制备的球形、环形、圆盘形微腔[1-2],以及近几年研究的聚合物微瓶腔[3-4]、微光纤微腔[5]和毛细管微腔[6-8]。WGM光学微腔具有高品质因子以及低模式体积的优势,可以被封装在小体积的高灵敏度传感器或者微激光器中,在非线性光学、腔光力学以及其他应用研究领域均具有广阔的应用前景[1]。

在微腔的制备过程中,由于 C O2激光具有加热温度稳定并且不会产生热气流的优势, C O2激光通常被用作加热源。例如,以 C O2激光加热微光纤并挤压微光纤即可制备出微瓶腔[5],或者加热重叠在一起的两根光纤即可熔接光纤[9],常见的微泡腔也是通过 C O2激光加热毛细管得到的一种微腔。微泡腔的优势是可以在不破坏微腔表面光滑度的前提下,将待测样品注入空心的微腔内部进行高灵敏度的传感检测。对石英玻璃的微泡腔还可以通过掺杂其他材料来增加其非线性效应[10]。当微泡腔的壁厚达到亚微米量级且腔内包含高折射率的液体时,倏逝光场的大部分被约束在其中空芯内并与液体中的物质发生强烈的相互作用,这种微泡腔也被称为准液滴微泡腔[11-12]。

2010年,Sumetsky等[6]用稳定的 C O2激光器加热旋转的毛细管制备得到直径370 μm、壁厚2 μm的微泡腔,其Q值为1.5× 1 06。……

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