电子科技大学 光电科学与工程学院，成都 611731
设计了一款低相噪蓝宝石振荡器并对其进行温度控制，基于蓝宝石谐振器理论，采用有限元仿真软件完成了蓝宝石谐振器设计。蓝宝石谐振器实测中心频率为9.84 GHz，有载Q值113 000。将该蓝宝石谐振器作为选频网络与放大器、滤波器、移相器和耦合器构成低相噪蓝宝石振荡器。振荡器的输出工作频率9.84 GHz，输出功率9 dBm，偏离载波1 kHz处相位噪声为−117 dBc/Hz，偏离载波10 kHz处相位噪声为−144 dBc/Hz，偏离载波100 kHz处相位噪声为−161 dBc/Hz。该振荡器有助于提高雷达对于低慢小目标的检测能力。
低慢小目标检测 蓝宝石谐振器 回音壁模式 相位噪声 振荡器 low-slow small object detection sapphire resonator whispering gallery modes phase noise oscillator 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033004
南京邮电大学电子与光学工程学院，柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
提出并实现了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）增敏空芯微瓶谐振腔（PS-HCMR）的高灵敏温度传感器。采用提拉镀膜法在高Q值（~7.83×107）PS-HCMR表面均匀涂敷一层PDMS薄膜以实现热敏功能化，基于PS-HCMR回音壁模共振谱的热敏感性以及PDMS的高热光效应和热膨胀效应，实现了对温度信号的高灵敏度感知与测量。实验结果表明：当膜层厚度为150 μm时，温度灵敏度可达0.127 nm·℃-1，相比于纯SiO2 HCMR提高了32倍。所提出的PS-HCMR的温度传感器具有灵敏度高、制备简单、结构紧凑等优势，在工业化控制、电力系统、环境监测等领域中具有良好的应用前景。
传感器 微腔 聚二甲基硅氧烷 增敏空芯微瓶谐振腔 回音壁模式 热光效应 温度灵敏度
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
3 东北大学秦皇岛分校河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，河北 秦皇岛 066004
提出了一种双柄空心微瓶腔结构，利用微纳光纤耦合激发出了回音壁模式（WGM）谐振，通过控制轴向拉伸应变，实现了回音壁模式的谐振波长和品质因子Q的调谐，通过非对称拉锥的方式改变微腔结构，增大了双柄微腔结构轴向拉伸对腔长和壁厚的改变量，从而使谐振波长的调谐范围达到了0.66 nm。所提结构在激光器、滤波器和传感检测等应用方面具有实际意义。实验中进一步探究了非对称双柄回音壁模式微腔的应变传感特性，结果表明，WGM谐振峰对轴向拉伸应变的灵敏度可达0.795 pm/µε，分辨率小于25 µε，线性度达0.999。由于回音壁模式谐振腔具有极窄的谐振峰，该传感方法能够实现更高的传感分辨率，为高分辨率应变传感提供了新思路。
集成光学 回音壁模式 空心微瓶腔 谐振峰调谐 应变传感
提出了一种基于激光诱导石墨烯（LIG）的二氧化硅回音壁微球腔全光调谐方法。利用二氧化碳激光器碳化聚酰亚胺（PI）薄膜生成LIG，使用980 nm激光对LIG表面进行光激励，研究了微腔的透射光谱和反射光谱。结果表明：回音壁微腔的品质因子Q值在调谐全过程中保持在左右，调谐范围约为1.09 nm，灵敏度约为8.8 pm/mW，实现了基于LIG的二氧化硅回音壁微球腔无损Q值的全光调谐。该全光调谐方法具有无机械干扰、保持超高Q值、调谐范围宽等优点，扩展了全光调谐在腔量子动力学、非线性光学、低阈值激光等方面应用。
光学器件 回音壁模式 全光调谐 激光诱导石墨烯 超高Q值 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314004
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100016
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 北京信息科技大学 广州南沙光子感知技术研究院，广东 广州 511462
面向毛细管微反应器固相状态检测需求，提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型，通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理，仿真模拟楔形端面光场分布情况，并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件，搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱，与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm，Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性，耦合谐振结构简单，易于器件集成和小型化。
回音壁模式 毛细管 光纤耦合器 楔形端面 whispering gallery mode capillary fiber optical coupler wedge end-face 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220851
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
创新性地提出了一种基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器，实现了微压状态下微腔回音壁模式共振光场对流体的直接检测。首先，利用流体动力学和有限元算法理论分析了轴向渐变型空芯微腔的流速和光场特性。其次，通过熔融拉锥和气压控制法制备了高Q值（Q>107）轴向渐变型空芯微腔，利用五维高精度位移平台实现微腔与微纳光纤的高精度、低损耗耦合。实验测试并研究了不同尺寸、不同耦合位置时微腔回音壁模式共振光谱的流速传感特性，获得的最大流速灵敏度达0.27 pm/（μL/min），流速分辨率为1.43 μL/min。该传感器具有较高的重复性和实时性，在高灵敏度流体检测、水质检测等领域具有潜在应用价值。
轴向渐变型空芯微腔 流速传感 回音壁模式 灵敏度 分辨率 光学学报
2023, 43(20): 2023003
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
回音壁模式晶体腔凭借其高品质因数和小模式体积, 在光学滤波、非线性转换、光学传感等研究领域都具有重要的应用前景, 然而裸露光学微腔的谐振特性极易受外界环境干扰的影响, 针对基于氟化镁晶体回音壁模式微腔的光纤耦合封装技术进行了研究。通过氢氧焰熔融拉锥的方式制备了锥形光纤, 其锥腰直径约为2 μm。搭建了回音壁微腔与锥形光纤耦合测试实验平台, 优化后的锥形光纤耦合系统使回音壁模式晶体腔在一定波长范围内工作在少模状态, 品质因数达到5.15×107。此外, 完成了具有精准温控的耦合器件封装, 提升了锥形光纤和回音壁腔耦合系统的稳定性。从实际应用的角度出发, 为超高品质因数的回音壁模式晶体腔的封装提供了一种有益的尝试。
回音壁模式 光学微腔 品质因数 锥形光纤耦合 封装器件 whispering gallery mode optical microcavity quality factor coupling with the tapered fiber packaged device
1 南昌航空大学 江西省光电信息科学与技术重点实验室，南昌 330063
2 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系，合肥 230026
设计并测试了两种基于微瓶腔结构的温度传感系统。分别基于电弧放电法和自主装法制备了氧化硅材料（SiO2）和紫外光固化胶（UCA）聚合物材料微瓶腔，通过锥形光纤耦合的方式分析了两种微瓶腔基本特性，并测试它们在温度传感中的应用。实验结果表明，SiO2微瓶腔在温度上升时的灵敏度为11.13 pm/℃，在温度下降时的灵敏度为10.25 pm/℃；UCA微瓶腔在温度上升时的灵敏度为111.89 pm/℃，在温度下降时的温度灵敏度为102.02 pm/℃。两者在上升和下降时均保持很好的一致性，尤其UCA微瓶腔温度灵敏度比SiO2微瓶腔提升了10倍。本文传感器具有体积小、价格低、可塑性和重复性好、灵敏度高等优势，在温度传感领域具有潜在应用。
光学微腔 传感器 温度 回音壁模式 Optical microcavity Sensor Temperature Whispering gallery mode
1 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
2 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室，辽宁 沈阳 110819
3 东北大学秦皇岛分校河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，河北 秦皇岛 066004
提出一种在纤式回音壁模式微球谐振腔，并对其温度和折射率传感特性进行研究。首先，分析了不同尺寸的微球腔与光纤结构耦合时的相位匹配情况，以锥形光纤为探针来拾取并移动钛酸钡微球，将其嵌入空心光纤，形成在纤式谐振腔结构，从而在微球中激发回音壁模式，并与空心光纤端面的反射光相互作用，产生法诺共振。实验结果表明，激发的法诺共振峰曲线的斜率高达-99.3 dB/nm。另外，通过实验证明了此结构对温度和折射率均具有较好的传感特性，灵敏度分别为26.8 pm/℃和-244.97 dB/RIU。该谐振腔性能稳定、结构紧凑、加工简单，在纤式的反射结构使其有望在复杂的传感环境中发挥作用。
光纤光学 光纤传感器 在纤式 回音壁模式 微球腔
