[发明专利]一种基于PDMS的多波段回音壁模式光纤激光器及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于激光及微流控光学技术领域，涉及一种利用光抽运方式，通过抽运光的倏逝场激励增益，在一块芯片上同时实现多波段回音壁模式激光定向输出的光纤激光器及其加工方法。

背景技术

光学器件的微型化、集成化以及光学参数的可调化是现代光学技术发展的主要方向之一。传统光学器件具有体积大、成本高、可调性和稳定性差等缺陷，这直接阻碍了现代光学系统的微型化与集成化进程。为了降低成本，减少人力投入，提高实验精度和可重复性，现代光学研究常常需要将多种实验功能集成在一块独立的芯片上，即“芯片上的实验室”（lab on a chip）。微流控光学（Optofluidics）是现代光学、光电子学和微流控技术相结合而形成的新型交叉前沿学科和技术，可在微米尺度上通过操控流体达到调节系统的光学或光电子学特性的目的。微流控光学系统具有快速、高效、样品取样少等优点，在生物技术、化学分析、环境科学等领域广泛应用。然而，微流控光学系统的两个最主要的组成部分，即光源和传感器却难于集成到芯片中，从而限制了微流控光学系统的功能集成度和便携性。为了实现光源和微流控芯片的集成，多个研究组提出和展示了不同结构和材料的微流控芯片激光器（比如：B. Helbo，A. Kristensen and A. Menon. A micro-cavity fluidic dye laser [J]，J. Micromech. Microeng，2003，13（03）： 307-311；还有D. V. Vezonov，B. T. Mayers，Conroy R S et al.. A low-threshold，high-effciency microfluidic waveguide laser [J]，J. AM. CHEM. SOC. 2005，127（25）：8952-8953；以及J. C. Galas，J. Torres，M. Belotti et al.. Microfluidic tunable dye laser with integrated mixer and ring resonator [J]，App. Phy. Lett. 2005，86（26）： 264101-1-264101-3等），但这类激光器存在结构复杂或者抽运阈值能量较高等缺点。本发明人已经对倏逝波（Evanescent Wave）激励的回音壁模式光纤激光器的现有技术进行了较为系统的研究和分析(江楠，杜飞，白然等，影响柱形微腔回音壁模激光抽运阈值能量的因素[J]，中国激光，2008，35（5）：660～663；张远宪，韩德昱，祝昆等，包层介质引起的回音壁模式光纤激光波长漂移[J]，中国激光，2010，36（3）：691～694；普小云、白然、向文丽等，消逝波激励的双波段光纤回音壁模式激光辐射[J]，物理学报，2009，58（6）：3923-3928；Y. X. Zhang，X. Y. Pu，K . Zhu，et al.. Threshold Property of Whispering-Gallery-Mode Fiber Lasers Pumped by Evanescent-wave [J]，J. Opt. Soc. Am. B. 2011，28（8）： 2048～2056；普小云，江楠，白然等，倏逝波激励及增益耦合的多波段回音壁模式（Whispering Gallery Mode，WGM）光纤激光器，中国专利，专利号：ZL200810058304），这种光纤激光器将一根石英裸光纤插入有增益包层溶液的玻璃套管中，在沿光纤轴线倏逝波光抽运激励增益的条件下实现了回音壁模式激光辐射。然而，这种回音壁模式光纤激光器存在不容易微型化、稳定性差和缺乏方向性辐射的缺点，妨碍了将其作为微型激光器直接集成到芯片上的可能。为此，开发一种能够微型化，集成度高，且具有较长激光产生长度和较低抽运阈值能力的光纤激光器是具有广阔的应用前景的。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种结构简单，集成于同一块芯片上并能同时实现多波段回音壁模式激光定向输出，且稳定性好、集成度高、易于微型化、有较长激光产生长度和抽运阈值能量较低的光纤激光器；本发明的第二目的在于提供一种该激光器的加工方法。

本发明的第一目的是这样实现的，以聚二甲基硅氧烷PDMS作为基片将激光器及导光光纤集成在一块芯片上，所述的PDMS基片与石英光纤及楔形光纤耦合接触处设置与置入至少一道沟槽，所述沟槽中分段填充增益包层介质，其外封装基片。