空心微瓶諧振腔的封裝及折射率傳感特性研究

趙帥昌，王梓杰，劉笑塵，汪柯紅，陳溢琦，楊 勇，張 琦，張小貝

（上海大學 通信與信息工程學院 特種光纖與光接入網重點實驗室，上海 200444）

引言

回音壁模式（whispering gallery mode，WGM）光學諧振腔基于光的全反射原理將光限制在其內部，擁有極高的品質因子（quality factor，Q值）和較小的模式體積，因此受到人們的廣泛關注。WGM諧振腔主要包括微球腔[1-3]，微盤腔[4-5]、微環腔[6-7]、微柱腔[8-9]和微瓶腔[10-11]等。微柱腔和微瓶腔相較于其他諧振腔不僅支持環繞赤道面傳播的徑向WGM，還支持沿軸向傳播的軸向WGM[12]。由于微瓶腔的非球面特性，軸向回音壁模式被很好地限制在其2 個轉折點之間，增強了對光的限制能力，因此微瓶腔相較于微柱腔擁有更高的Q值。空心微瓶諧振腔擁有天然的微流體通道，可以檢測其內部微流體的變化，使其成為微流檢測識別的重要平臺，因此被廣泛用于生物傳感[13-14]、流體識別[15]、納米粒子檢測[16]、流速傳感[17-18]等領域。為了有效激發WGM，通常使用光纖融錐耦合空心微瓶諧振腔，其耦合效率可以達到99%[19]。然而，傳統的光纖融錐耦合系統容易受到外界環境的干擾，并且靈活性差，限制了其實際應用[20]。因此為了提高整個耦合系統的穩定性和靈活性，需要對整個耦合系統進行封裝。

目前，研究者已經提出了幾種光纖融錐耦合WGM 諧振腔的封裝方案。2011年，中北大學的Y.Yan 等人提出了點封裝方法對微球諧振腔進行封裝[21]。該方法通過在光纖融錐的耦合區域滴入少量低折射率紫外膠，對耦合區域進行局部封裝。該方法提高了耦合系統的穩定性，但操作過程比較復雜。……