一種多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置及其制備方法
【專利摘要】一種多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置及其制備方法，涉及光纖諧振腔的制備。所述制備裝置設(shè)有注射泵、注射器、注射針頭、諧振腔基底、XY運(yùn)動平臺、計(jì)算機(jī)和高壓電源。所述制備方法：將溶液灌入注射器并設(shè)定注射泵的供液速度，隨后注射針頭的尖端處出現(xiàn)液滴；將諧振腔基底固定于XY運(yùn)動平臺上，調(diào)整注射針頭的尖端到諧振腔基底的豎直距離；開啟高壓電源，設(shè)定電壓輸出值，注射針頭處的液滴在靜電場作用下形成泰勒錐并產(chǎn)生射流，射流沉積在注射針頭的針尖正下方的XY運(yùn)動平臺的錫紙上；通過計(jì)算機(jī)控制XY運(yùn)動平臺，帶動諧振腔基底以設(shè)定的XY運(yùn)動平臺的直線運(yùn)動速度經(jīng)過注射針頭正下方，即在諧振腔基底上形成多環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多環(huán)微納光纖諧振腔。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖諧振腔的制備，尤其是涉及一種多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置及 其制備方法。 一種多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置及其制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 光子器件的集成化、微型化已成為光子學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的重要研究方向。微納光纖技 術(shù)的進(jìn)步，使基于微納光纖的傳感器的優(yōu)點(diǎn)被發(fā)掘。利用微納光纖實(shí)現(xiàn)環(huán)形諧振腔功能，不 僅具有較好的諧振效應(yīng)，而且具有可控的FSR(自由光譜范圍）、高的Q值（品質(zhì)因素）和理 想的消光比等特點(diǎn)，因此可以利用微納光纖環(huán)形諧振腔制備激光器、光濾波器、微型光纖傳 感器等器件。
[0003] 目前制作微納光纖諧振腔需要事先拉制微納光纖，再手工制作諧振腔。拉制微納 光纖較簡便的方法是浙江大學(xué)童利民教授課題組在2003年提出的二步拉伸法，利用火焰 或激光加熱的方式分兩步將單模光纖拉伸成納米量級的光纖。利用二步拉伸法制備的微納 光纖直徑最小可以達(dá)到50nm，并具有較好的直徑均勻度和表面質(zhì)量，但是這種方法需要熟 練的制備手法，火焰的抖動、空氣的擾動都會對微納光纖品質(zhì)造成影響。得到微納光纖后， 還需要在無空氣擾動的環(huán)境下，利用探針制作諧振腔，這又需要良好的操作技能和苛刻的 制作環(huán)境，探針微弱的抖動也會折斷微納光纖。所以，目前制作微納光纖諧振腔比較困難， 還處于實(shí)驗(yàn)室階段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供可以有效克服現(xiàn)有技術(shù)中制備微納光纖諧振腔工序復(fù)雜、需 要良好的操作技能和苛刻的制作環(huán)境等缺點(diǎn)的一種多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置及其制 備方法。
[0005] 所述多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置設(shè)有注射泵、注射器、注射針頭、諧振腔基底、 XY運(yùn)動平臺、計(jì)算機(jī)和高壓電源；所述注射器設(shè)在注射泵內(nèi)，注射泵推動注射器，將紡絲溶 液從注射器中推出注射針頭；XY運(yùn)動平臺設(shè)在注射針頭下方，諧振腔基底固定于XY運(yùn)動平 臺上并隨XY運(yùn)動平臺移動，XY運(yùn)動平臺與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)控制XY運(yùn)動平臺的運(yùn)動狀 態(tài)；高壓電源與注射針頭電連接，諧振腔基底接地。
[0006] 所述多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法采用所述多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置，包 括以下步驟：
[0007] 步驟1.將溶液灌入注射器并設(shè)定注射泵的供液速度，隨后注射針頭的尖端處出 現(xiàn)液滴；
[0008] 步驟2.將諧振腔基底固定于XY運(yùn)動平臺上，調(diào)整注射針頭的尖端到諧振腔基底 的堅(jiān)直距離；
[0009] 步驟3.開啟高壓電源，設(shè)定電壓輸出值，注射針頭處的液滴在靜電場作用下形成 泰勒錐并產(chǎn)生射流，射流沉積在注射針頭的針尖正下方的XY運(yùn)動平臺的錫紙上；
[0010] 步驟4.通過計(jì)算機(jī)控制XY運(yùn)動平臺，帶動諧振腔基底以設(shè)定的XY運(yùn)動平臺的直 線運(yùn)動速度經(jīng)過注射針頭正下方，即在諧振腔基底上形成多環(huán)（Loop)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多環(huán)微 納光纖諧振腔。
[0011] 在步驟1中，所述溶液可采用PMMA、PS等溶質(zhì)的微納米光纖制備溶液；所述注射器 可選用2ml、5ml等規(guī)格的醫(yī)用注射器；所述注射針頭內(nèi)徑可為0. 06?1. 2mm ;所述注射泵 的供液速度范圍可為20?300 μ 1/h。
[0012] 在步驟2中，因?yàn)椴捎没陟o電紡絲射流鞭動不同階段具有不同沉積形貌的原 理來實(shí)現(xiàn)制備微納光纖諧振腔，所述注射針頭的尖端到諧振腔基底的堅(jiān)直距離可為2? 10mm，此堅(jiān)直距離不能太大，否則諧振腔基底上會出現(xiàn)大量無序沉積的纖維；堅(jiān)直距離也不 能太小，否則在諧振腔基底將直寫出直線型光纖，不會出現(xiàn)諧振腔結(jié)構(gòu)；所述諧振腔基底優(yōu) 選氟化鎂基底。
[0013] 在步驟3中，所述電壓輸出值可為1?5kV ;在初始工作或開始工作時(shí)，注射針頭 并不正對著諧振腔基底，開啟高壓電源之前，可事先將注射針頭對著鋪設(shè)在XY運(yùn)動平臺的 錫紙（錫紙接地），在開啟XY運(yùn)動平臺進(jìn)行制備諧振腔之前，事先在錫紙上進(jìn)行嘗試性地噴 印，當(dāng)電壓、供液等工藝條件穩(wěn)定后，再開啟XY運(yùn)動平臺將諧振腔基底傳送至注射針頭下 方進(jìn)行噴印、制備諧振腔。
[0014] 在步驟4中，所述XY運(yùn)動平臺的直線運(yùn)動速度可為10?80mm/s。
[0015] 由于本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，因此具有以下技術(shù)效果：
[0016] 1)設(shè)備簡單、實(shí)驗(yàn)工序容易操作；
[0017] 2)不需要事先制作微納光纖，也不需要手工制作諧振腔環(huán)形結(jié)，省去以往制備微 納光纖諧振腔繁瑣的步驟，可以快速、方便地制備諧振腔；
[0018] 3)能夠直接在基底上形成多環(huán)串聯(lián)的Loop型諧振腔，每個(gè)諧振腔的形狀、大小、 耦合區(qū)域的重疊部分都高度一致；
[0019] 4)可以控制XY運(yùn)動平臺的移動速度、注射針頭尖端到諧振腔基底的堅(jiān)直距離、電 場強(qiáng)度以及供液速度等電紡工藝參數(shù)，進(jìn)一步提高制備微納米光纖諧振腔的可控性。
[0020] 5)本發(fā)明可以利用靜電紡絲技術(shù)直接在基底上制作出多環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的微納光纖 諧振腔。不需要事先制作微納光纖，也不需要手工制作諧振腔環(huán)形結(jié)，省去現(xiàn)有技術(shù)中制備 微納光纖諧振腔繁瑣的步驟，從而快速、簡便地制備諧振腔。還能直接在基底上形成多環(huán)串 聯(lián)的Loop型諧振腔，每個(gè)諧振腔的形狀、大小、耦合區(qū)域的重疊部分都高度一致。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明所述多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中制備的多環(huán)微納光纖諧振腔示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本
【發(fā)明內(nèi)容】
。應(yīng)理解，實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0024] 參見圖1和2,本發(fā)明所述多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置實(shí)施例設(shè)有注射泵7、注 射器6、注射針頭5、諧振腔基底8、XY運(yùn)動平臺1、計(jì)算機(jī)3和高壓電源4 ;所述注射器6設(shè) 在注射泵7內(nèi)，注射泵7推動注射器6,將紡絲溶液從注射器6中推出注射針頭5 ;XY運(yùn)動平 臺1設(shè)在注射針頭5下方，諧振腔基底8固定于ΧΥ運(yùn)動平臺1上并隨ΧΥ運(yùn)動平臺1移動， ΧΥ運(yùn)動平臺1與計(jì)算機(jī)3連接，計(jì)算機(jī)3控制ΧΥ運(yùn)動平臺1的運(yùn)動狀態(tài)；高壓電源4與注 射針頭5電連接，諧振腔基底8接地。
[0025] 所述多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法采用所述多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置，包 括以下步驟：
[0026] 步驟1.將溶液灌入注射器6并設(shè)定注射泵7的供液速度，隨后注射針頭5的尖端 處出現(xiàn)液滴；所述溶液可采用PMMA、PS等溶質(zhì)的微納米光纖制備溶液；所述注射器可選用 2ml、5ml等規(guī)格的醫(yī)用注射器；所述注射針頭內(nèi)徑可為0. 06?1. 2_ ;所述注射泵的供液 速度范圍可為20?300 μ 1/h。
[0027] 步驟2.將諧振腔基底8固定于XY運(yùn)動平臺1上，調(diào)整注射針頭5的尖端到諧振腔 基底8的堅(jiān)直距離；因?yàn)椴捎没陟o電紡絲射流鞭動不同階段具有不同沉積形貌的原理來 實(shí)現(xiàn)制備微納光纖諧振腔，所述注射針頭的尖端到諧振腔基底的堅(jiān)直距離可為2?10_， 此堅(jiān)直距離不能太大，否則諧振腔基底上會出現(xiàn)大量無序沉積的纖維；堅(jiān)直距離也不能太 小，否則在諧振腔基底將直寫出直線型光纖，不會出現(xiàn)諧振腔結(jié)構(gòu)；所述諧振腔基底優(yōu)選氟 化鎂基底。
[0028] 步驟3.開啟高壓電源4,設(shè)定電壓輸出值，注射針頭5處的液滴在靜電場作用下形 成泰勒錐并產(chǎn)生射流，射流沉積在注射針頭5的針尖正下方的ΧΥ運(yùn)動平臺1的錫紙上；所 述電壓輸出值可為1?5kV ;在初始工作或開始工作時(shí)，注射針頭并不正對著諧振腔基底， 開啟高壓電源之前，可事先將注射針頭對著鋪設(shè)在XY運(yùn)動平臺的錫紙（錫紙接地），在開啟 XY運(yùn)動平臺進(jìn)行制備諧振腔之前，事先在錫紙上進(jìn)行嘗試性地噴印，當(dāng)電壓、供液等工藝條 件穩(wěn)定后，再開啟XY運(yùn)動平臺將諧振腔基底傳送至注射針頭下方進(jìn)行噴印、制備諧振腔。
[0029] 步驟4.通過計(jì)算機(jī)3控制XY運(yùn)動平臺1，帶動諧振腔基底8以設(shè)定的XY運(yùn)動平 臺1的直線運(yùn)動速度經(jīng)過注射針頭5正下方，即在諧振腔基底8上形成多環(huán)（Loop)串聯(lián)結(jié) 構(gòu)的多環(huán)微納光纖諧振腔。所述XY運(yùn)動平臺的直線運(yùn)動速度可為10?80mm/s。
[0030] 以下給出具體實(shí)施例。
[0031] 本實(shí)施例采用濃度為20%的PMMA溶液，溶質(zhì)為PMMA，溶劑為DMF和氯仿（兩者質(zhì) 量比為1 : 2)，具體步驟如下：
[0032] 步驟1.將紡絲溶液灌入2ml注射器6,選用內(nèi)徑0. 16mm的注射針頭5,設(shè)注射泵 7的供液速度為150 μ Ι/h，此時(shí)注射針頭5尖端處出現(xiàn)穩(wěn)定的液滴；
[0033] 步驟2.將諧振腔基底8放置、固定于XY運(yùn)動平臺1，并調(diào)整注射針頭5尖端到諧 振腔基底8的堅(jiān)直距離為3mm ;
[0034] 步驟3.供液穩(wěn)定后，開啟高壓電源4,設(shè)定電壓輸出值為3. OkV，注射針頭5尖端 處的液滴在靜電場作用下形成泰勒錐，沉積在針尖正下方的XY運(yùn)動平臺1的錫紙上；
[0035] 步驟4.通過計(jì)算機(jī)3控制XY運(yùn)動平臺1，使諧振腔基底8以20mm/s的速度經(jīng)過 注射針頭5正下方，此時(shí)，在諧振腔基底8上形成如圖2所示的多環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的Loop型微 納光纖諧振腔2。
【權(quán)利要求】
1. 一種多環(huán)微納光纖諧振腔制備裝置，其特征在于設(shè)有注射泵、注射器、注射針頭、諧 振腔基底、XY運(yùn)動平臺、計(jì)算機(jī)和高壓電源；所述注射器設(shè)在注射泵內(nèi)，注射泵推動注射 器，將紡絲溶液從注射器中推出注射針頭；XY運(yùn)動平臺設(shè)在注射針頭下方，諧振腔基底固 定于XY運(yùn)動平臺上并隨XY運(yùn)動平臺移動，XY運(yùn)動平臺與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)控制XY運(yùn)動 平臺的運(yùn)動狀態(tài)；高壓電源與注射針頭電連接，諧振腔基底接地。
2. -種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1所述一種多環(huán) 微納光纖諧振腔制備裝置，包括以下步驟： 步驟1.將溶液灌入注射器并設(shè)定注射泵的供液速度，隨后注射針頭的尖端處出現(xiàn)液 滴； 步驟2.將諧振腔基底固定于XY運(yùn)動平臺上，調(diào)整注射針頭的尖端到諧振腔基底的堅(jiān) 直距離； 步驟3.開啟高壓電源，設(shè)定電壓輸出值，注射針頭處的液滴在靜電場作用下形成泰勒 錐并產(chǎn)生射流，射流沉積在注射針頭的針尖正下方的XY運(yùn)動平臺的錫紙上； 步驟4.通過計(jì)算機(jī)控制XY運(yùn)動平臺，帶動諧振腔基底以設(shè)定的XY運(yùn)動平臺的直線 運(yùn)動速度經(jīng)過注射針頭正下方，即在諧振腔基底上形成多環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的多環(huán)微納光纖諧振 腔。
3. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟1中，所 述溶液采用PMMA、PS溶質(zhì)的微納米光纖制備溶液。
4. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟1中，所 述注射器選用規(guī)格為2ml或5ml的醫(yī)用注射器。
5. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟1中，所 述注射針頭內(nèi)徑為0. 06?1. 2mm。
6. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟1中，所 述注射泵的供液速度范圍為20?300 μ 1/h。
7. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟2中，所 述注射針頭的尖端到諧振腔基底的堅(jiān)直距離為2?10mm。
8. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟2中，所 述諧振腔基底為氟化鎂基底。
9. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟3中，所 述電壓輸出值為1?5kV ;在初始工作或開始工作時(shí)，注射針頭并不正對著諧振腔基底，開 啟高壓電源之前，事先將注射針頭對著鋪設(shè)在XY運(yùn)動平臺的錫紙，錫紙接地，在開啟XY運(yùn) 動平臺進(jìn)行制備諧振腔之前，事先在錫紙上進(jìn)行嘗試性地噴印，當(dāng)電壓、供液工藝條件穩(wěn)定 后，再開啟XY運(yùn)動平臺將諧振腔基底傳送至注射針頭下方進(jìn)行噴印、制備諧振腔。
10. 如權(quán)利要求2所述一種多環(huán)微納光纖諧振腔的制備方法，其特征在于在步驟4中， 所述XY運(yùn)動平臺的直線運(yùn)動速度為10?80mm/s。
【文檔編號】B81C1/00GK104085852SQ201410326803
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】鄭高峰, 王偉, 王士虎, 莊明鳳, 周如海, 孫道恒 申請人:廈門大學(xué)