阅读说明：本技术 拉曼激光调制方法和拉曼激光调制装置 (Raman laser modulation method and Raman laser modulation device ) 是由 张靖 张皖哲 杨震宁 关剑卿 施炜 霍跃 于 2020-04-16 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种拉曼激光的调制方法和拉曼激光调制装置,首先向传输通道发射激光,然后调节传输通道与光学微腔的位置关系,以使所述激光通过所述传输通道与所述光学微腔共振耦合。然后进一步通过调制装置接触所述光学微腔,并可以调整调制装置对所述光学微腔的压力以产生拉曼激光。通过调整所述调制装置的位置改变所述调制装置对所述光学微腔的压力直至产生拉曼激光,高效便捷。可以避免使用价格昂贵的细程度高的激光泵浦源调节激光,因此节省了成本。(The application relates to a Raman laser modulation method and a Raman laser modulation device, which are characterized in that laser is firstly emitted to a transmission channel, and then the position relation between the transmission channel and an optical microcavity is adjusted, so that the laser is in resonance coupling with the optical microcavity through the transmission channel. The optical microcavity is then further contacted by a modulating device, and the pressure of the modulating device against the optical microcavity can be adjusted to produce the raman laser. The pressure of the modulation device on the optical microcavity is changed by adjusting the position of the modulation device until Raman laser is generated, so that the device is efficient and convenient. The laser pump source with high price and high fineness can be avoided to adjust the laser, thereby saving the cost.)

拉曼激光调制方法和拉曼激光调制装置

技术领域

本申请涉及精密仪器领域，特别涉及一种拉曼激光调制方法和拉曼激光调制装置。

背景技术

回音壁模式光学微腔能够极大地增强光场与物质相互作用，且具有极高的品质因子和较小的模式体积，因此已经在很多领域中吸引了人们越来越多关注，比如在高灵敏度传感领域等。例如在探测纳米粒子方面，因为光和待测检测纳米粒子之间有非常强的相互作用，传感的灵敏度显著提高，甚至可以达到单个纳米粒子的级别。现有技术中，通过光学微腔产生拉曼激光的方法需要使用可精细调节的激光器泵浦源，成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种拉曼激光的调制方法和拉曼激光调制装置。

一种拉曼激光的调制方法，包括：

向传输通道发射激光；

调节所述传输通道与光学微腔的位置关系，以使所述激光与所述光学微腔共振耦合；

通过调制装置接触所述光学微腔以产生拉曼激光。

在一个实施例中，所述通过调制装置接触所述光学微腔以产生拉曼激光的步骤包括：

通过所述调制装置以固定步长逐步按压所述光学微腔以产生拉曼激光。

在一个实施例中，所述固定步长为0.008微米到0.012微米。

在一个实施例中，所述调制装置按压所述光学微腔的深度为1微米到5微米。

在一个实施例中，所述调制装置具有针尖结构，在所述向传输通道发射激光的步骤之前，还包括制作所述针尖结构的步骤。

在一个实施例中，所述制作所述针尖结构的步骤包括：

提供光纤；

在腐蚀酸中拉断所述光纤形成具有所述针尖结构。

在一个实施例中，所述光学微腔为圆盘结构，所述针尖结构的直径小于所述圆盘结构的直径。

在一个实施例中，所述针尖结构的直径为100纳米到5微米。

在一个实施例中，所述针尖结构在所述圆盘结构的触点在以所述圆盘结构的圆心为圆心，所述圆盘结构的直径的8％到10％为直径的圆形区域内。

一种拉曼激光调制装置，包括：

激光发射装置，用于发射激光；

传输通道，用于传输所述激光；

光学微腔，与所述传输通道相邻设置；以及

调制装置，用于按压所述光学微腔，以产生拉曼激光。

在一个实施例中，所述调制装置包括针尖结构。

本申请实施例提供的所述拉曼激光的调制方法和拉曼激光调制装置，首先向传输通道发射激光，然后调节传输通道与光学微腔的位置关系，以使所述激光通过所述传输通道与所述光学微腔共振耦合。然后进一步通过调制装置接触所述光学微腔，并可以调整调制装置对所述光学微腔的压力以产生拉曼激光。通过调整所述调制装置的位置改变所述调制装置对所述光学微腔的压力直至产生拉曼激光，高效便捷。可以避免使用价格昂贵的细程度高的激光泵浦源调节激光，因此节省了成本。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的拉曼激光调制方法流程图；

图2为本申请一个实施例提供的拉曼激光调制装置俯视图；

图3为本申请一个实施例提供的拉曼激光调制装置中调制装置和光学微腔的侧视图；

图4为本申请一个实施例提供的拉曼激光调制装置示意图；

图5为本申请一个实施例提供的拉曼激光调制装置示意图。

附图标号：

拉曼激光调制装置10

激光发射装置100

激光泵浦源110

激光隔离器120

激光放大器130

光学微腔210

传输通道220

调制装置230

针尖结构232

圆柱240

光谱仪310

示波器320

光电探测器330

波分复用器340

偏振控制器350

光纤接口360

计算机370

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请实施例提供一种拉曼激光的调制方法。所述方法包括：

S10，向传输通道220发射激光；

S20，调节传输通道220与光学微腔210的位置关系，以使所述激光与所述光学微腔210共振耦合；

S30，通过调制装置230接触所述光学微腔210以产生拉曼激光。

所述S10中，所述传输通道220可以为光纤材料。所述光纤的长度和直径可以根据需要选择。在一个实施例中，所述光纤可以通过剥去光缆的外皮得到。可以先用合适的温度氢氧焰加热光纤，然后用专用的平台匀速拉制出直径约为几百纳米至1微米的光纤。所述激光可以通过激光发射装置射出。

请参见图2，所述S20中，所述传输通道220和所述光学微腔210可以位于同一个平面。进一步地，可以使得所述传输通道220由远离所述光学微腔210的位置慢慢靠近所述光学微腔210的边缘。直到所述激光通过所述传输通道220与所述光学微腔210发生共振耦合。

请参见图3，请所述S30中，所述调制装置230可以逐渐靠近所述光学微腔210并触碰所述光学微腔210。可以理解，当所述调制装置230碰到所述光学微腔210后，所述光学微腔210发生形变。随着所述调制装置230对所述光学微腔210压力的变化，所述光学微腔210也会具有不同的形变程度。因此，激光在所述光学微腔210中的传输路径会不断调整变化，直到产生拉曼激光。因此，通过调制装置230控制所述光学微腔210微小形变可以调制拉曼激光，方法简单高效，可以避免在激光输出端利用精密程度高的激光泵浦源调节。可以大大节省成本。

可以理解，所述调制装置230与所述光学微腔210接触的面积可以较小，至少不能大于所述光学微腔210表面积。所述调制装置230与所述光学微腔210的接触位置可以为所述光学微腔210表面的中心或者靠近所述光学微腔210的中心，因而可以进来避免所述光学微腔210发生倾斜。

所述调制装置230可以具有尖端触点。通过所述尖端触点可以接触所述光学微腔210的表面并对所述光学微腔210产生压力。可以理解，所述调制装置230的位置可以使用精确控制位移的精密位移设备控制。

本申请实施例提供的所述拉曼激光的调制方法，首先向传输通道220发射激光，然后调节传输通道220与光学微腔210的位置关系，以使所述激光通过所述传输通道220与所述光学微腔210共振耦合。然后进一步通过调制装置230接触所述光学微腔210，并可以调整调制装置230对所述光学微腔210的压力以产生拉曼激光。通过调整所述调制装置230的位置改变所述调制装置230对所述光学微腔210的压力直至产生拉曼激光，高效便捷。可以避免使用价格昂贵的精密程度高的激光泵浦源调节激光，因此节省了成本。

在其中一个实施例中，所述光学微腔210可以采用高纯度的硅片制作。所述光学微腔210的表面可以镀2微米厚的二氧化硅层。制作过程可以包括1、清洗并切割硅片；2、在所述硅片的表面涂光刻胶，烘干；3、在硅片的表面放置具有圆形图案的掩膜版，通过紫外线曝光图案化；4、将所述硅片放在显影液中显影，被紫外线曝光的光刻胶会被显影液清洗掉，而被圆形图案保护的光刻胶依然存留在硅片的表面，掩膜版中的图案就转换成光刻胶的图案。显影结束后用高纯水清洗干净；5、氢氟酸(HF)刻蚀，将显影后的硅片放入氢氟酸中刻蚀。二氧化硅会和氢氟酸反应，而被光刻胶覆盖的二氧化硅则不会参与反应，这样未被刻蚀的二氧化硅就形成了所需的图案。刻蚀结束后用丙酮、酒精和高纯水将硅片清洗干净；6、氟化氙刻蚀，将硅片切成条状，放入氟化氙刻蚀机中刻蚀，氟化氙和硅的反应速度非常快，而和二氧化硅的反应速度慢，因此可以在二氧化硅层的下方的硅被刻蚀出圆形支柱；7，二氧化硅激光热回流。二氧化硅激光的中心波长10.6微米。二氧化硅在该波段有很强的吸收。在热回流过程中，二氧化硅迅速熔融，然后由于表面张力收缩形成微芯环腔。

在一个实施例中，所述S30包括：

通过所述调制装置230以固定步长逐步按压所述光学微腔210以产生拉曼激光。

可以理解，所述调制装置230在初始位置时可以远离所述光学微腔210的表面。当所述激光射入所述传输通道220后，通过调节所述传输通道220的位置，使得所述激光通过所述传输通道220与所述光学微腔210共振耦合。然后可以通过精密位移设备控制所述调制装置230逐步靠近所述光学微腔210的表面。进一步地，所述调制装置230朝向所述光学微腔210的每一次位移的步长长度是相同的。在所述调制装置230每朝向所述光学微腔210位移一次，可以观察是否从所述传输通道220输出拉曼激光。通过多次使所述调制装置230朝向所述光学微腔210位移，直至所述传输通道220发出拉曼激光，因此本实施例提供的方法简单操作。

在一个实施例中，可以在精密位移设备中首先设定程序，以限定所述调制装置230朝向所述光学微腔210每次位移的步长长度。在一个实施例中，还可以限定使所述调制装置230朝向所述光学微腔210移动的速度。

在一个实施例中，所述固定步长为0.008微米到0.012微米。在该范围内，所述调制装置230按压所述光学微腔210使得所述光学微腔210的形变的程度趋于平稳，不会发生突变以至于越过产生拉曼激光时对应的所述光学微腔210形变的程度。进一步地，在该范围内，对控制所述调制装置230的精密位移设备的精度要求不高，因此可以降低成本。更进一步地，所述固定步长可以为0.009微米到0.011微米。进一步地，所述固定步长可以为0.01微米。

在一个实施例中，通过所述调制装置230按压所述光学微腔210的深度为1微米到5微米。即所述调制装置230按压所述光学微腔210的深度为1微米到5微米的范围内时，即可调制出现拉曼激光。进一步地，所述调制装置230按压所述光学微腔210的深度为3微米到5微米。更近一步地，所述调制装置230按压所述光学微腔210的深度为5微米。当所述调制装置230按压所述光学微腔210的深度为5微米时，所述拉曼激光的强度最高。

可以理解，所述调制装置230按压所述光学微腔210的方向可以垂直于所述光学微腔210的表面。因此所述光学微腔210的深度方向可以垂直所述光学微腔210的表面。所述调制装置230按压所述光学微腔210的深度不能超过所述光学微腔210的厚度。在一个实施例中，所述光学微腔210边缘的厚度可以为8微米。

在一个实施例中，所述调制装置230具有针尖结构232，在所述S10之前，还包括制作所述针尖结构232的步骤。所述针尖结构232可以具有所述尖端触点。所述尖端结构的尖端触点直径小，与所述光学微腔210的接触面积小，因此可以使所述光学微腔210在微小的形变范围内多次变化，便于控制。在一个实施例中，所述针尖结构232可以通过化学腐蚀拉伸工艺制作。

在一个实施例中，所述制作所述针尖结构232的步骤包括：

提供光纤；

在腐蚀酸中拉断所述光纤形成具有所述针尖结构232。

可以理解，所述光纤在所述腐蚀酸中被腐蚀后会变软变形，当将所述光纤从所述腐蚀酸中拉出时，所述光纤在重力和所述腐蚀酸的腐蚀作用下断裂，并且在断裂处会形成所述针尖结构232。

在一个实施例中，可以通过氢气火焰加热方法通过加热光纤制备所述针尖结构232。即加热后拉伸所述光纤的端部形成所述针尖结构232。在一个实施例中。还可以通过

在一个实施例中，所述光学微腔210为圆盘结构，所述针尖结构232的直径小于所述圆盘结构的直径。因此，所述针尖结构232的端部与所述光学微腔210的接触面不会大于所述光学微腔210的表面积，因此也可以通过改变所述针尖结构232在所述光学微腔210表面的接触位置调制拉曼激光。所述光学微腔210的边缘的厚度可以大于所述光学微腔210中部的厚度。所述针尖结构232与所述光学微腔210接触的位置可以在所述光学微腔210的中部，避开所述光学微腔210的边缘。

在一个实施例中，所述针尖结构232的直径为100纳米到5微米。可以理解，一般光学微腔210的直径为均为40微米到80微米。因此，所述针尖结构232垂直于所述光学微腔210的表面接触所述光学微腔210时的位置可以灵活调整。进一步地，所述针尖结构232的直径为100纳米到1微米。更进一步地，所述针尖结构232的直径为1微米。

在一个实施例中，所述针尖结构232在所述圆盘结构的触点在以所述圆盘结构的圆心为圆心，所述圆盘结构的直径的8％到10％为直径的圆形区域内。即以所述圆盘结构的中心为圆心，所述圆盘结构的直径的8％到10％长度作为半径划定一个圆形区域。所述针尖结构232与所述圆盘结构的触点在所述圆形区域内。在一个实施例中，当所述圆盘结构的直径为40微米时，所述圆形区域可以为以所述圆盘结构的中心为圆心，半径为4微米的区域。可以理解，一般在所述光学微腔210的底部中心会设置有圆柱240作为支撑座。所述圆柱240的直径一般大于为所述圆盘结构的直径的10％。因此，当使用所述调制装置230按压所述光学微腔210时，由于所述光学微腔210被按压的部位都有所述圆柱240支撑。所以在上述圆形区域内按压所述光学微腔210可以使得所述光学微腔210竖直向下移动，这样得到的拉曼激光效果最好，避免所述光学微腔210一侧被按压失衡引起模式改变。

本申请实施例还提供一种拉曼激光调制装置10。所述拉曼激光调制装置10包括激光发射装置100、传输通道220、光学微腔210和所述调制装置230。所述激光发射装置100用于发射激光。所述传输通道220用于传输所述激光。所述光学微腔210与所述传输通道220相邻设置。所述调制装置230用于按压所述光学微腔210，以产生拉曼激光。

所述传输通道220可以为光纤材料。所述光纤的长度和直径可以根据需要选择。所述光纤可以通过剥去光缆的外皮得到。可以先用合适的温度氢氧焰加热光纤，然后用专用的平台匀速拉制出直径约为几百纳米至1微米的光纤。所述传输通道220和所述光学微腔210可以位于同一个平面。通过改变所述传输通道220和所述光学微腔210的位置关系可以使所述激光通过所述传输通道220与所述光学微腔210共振耦合，然后使用所述调制装置230按压所述光学微腔210可以使所述光学微腔210发生形变，激发产生拉曼激光。因此所述拉曼激光调制装置10可以通过所述激光发射装置100向所述传输通道220发射激光。通过调节所述调节传输通道220与光学微腔210的位置关系，以使所述激光通过所述传输通道220与所述光学微腔210共振耦合。通过调制装置230接触按压所述光学微腔210，可以调整调制装置230对所述光学微腔210的压力使得所述光学微腔210变形以产生拉曼激光。可以理解，通过调整所述调制装置230的位置改变所述调制装置230对所述光学微腔210的压力直至产生拉曼激光，高效便捷。可以避免使用价格昂贵的细程度高的激光泵浦源调节激光，因此节省了成本。

请参见图4，在一个实施例中，所述激光发射装置可以包括依次连接的激光泵浦源110、激光隔离器120和激光放大器130。所述激光泵浦源110用于产生所述激光。所述激光隔离器120用于隔离反射激光，从而可以防止激光泵浦源110被破坏。所述激光放大器130与所述激光隔离器120连接，用于调节所述激光的功率。所述激光放大器130可以将所述激光的频率放大。然后输入到所述传输通道220中。

在一个实施例中，所述拉曼激光调制装置10还包括光谱仪310和示波器320。所述光谱仪310和所述示波器320分别与所述光学微腔210装置200连接。

在一个实施例中，所述传输通道220可以与所述示波器320和所述光谱仪310连接。使用时，首先开启所述激光泵浦源110。所述激光泵浦源110可以为开启1550nm的激光器。激光通过所述传输通道220进入所述光学微腔210后，调谐激光频率。当激光的光波长和光学微腔210模式匹配耦合后，通过所述示波器320可以观测到有比较深的波谷，说明激光可以大部分进入所述光学微腔210。再将设置于所述光学微腔210上方45度角的调制装置230以0.01微米步进按压所述光学微腔210。从所述传输通道220输出的光经过波分复用器340将光分为1550nm和1650nm的光。通过所述光电探测器330，将光信号转变成电信号输入所述示波器320进行观测。当所述光谱仪310上在1650nm附近出现峰值后，再逐步按压所述光学微腔210，拉曼激光幅值不断增大，最后稳定在一定幅值不变，达到最大，当逐步将调制装置230远离所述光学微腔210，可观测到拉曼激光峰值不断降低直至消失，整个过程即为对拉曼激光的调制。

请参见图5，在一个实施例中，所述激光泵浦源110后可以连接偏振控制器350，所述偏振控制器350后可以连接光纤接口360。通过所述光纤接口360可以连接所述传输通道220的输入端，所述传输通道220的输出端可以连接一个所述光纤接口360，然后经过所述波分复用器340将光分为1550nm和1650nm的光。所述示波器320还可以连接计算机370，以计算相关数据。

在一个实施例中，所述调制装置230包括针尖结构232。所述光学微腔210为圆盘结构，所述针尖结构232的直径小于所述圆盘结构的直径。因此，所述针尖结构232的端部与所述光学微腔210的接触面不会大于所述光学微腔210的表面积，因此也可以通过改变所述针尖结构232在所述光学微腔210表面的接触位置调制拉曼激光。所述光学微腔210的边缘的厚度可以大于所述光学微腔210中部的厚度。所述针尖结构232与所述光学微腔210接触的位置可以在所述光学微腔210的中部，避开所述光学微腔210的边缘。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。