一种稀土掺杂玻璃基三维有源耦合谐振环结构的构建方法

摘要

一种稀土掺杂玻璃基三维有源耦合谐振环结构的构建方法，该方法有两大步骤：步骤一、采用传统熔融法制备块状立方体稀土玻璃基。玻璃基质中稀土离子掺杂浓度范围为Er：0.6～10wt％；Yb：1～10wt％。步骤二、利用飞秒激光在制备的块状立方体稀土掺杂玻璃中刻写耦合谐振环波导结构。本发明中的3维有源谐振环结构可构建3轴集成光学陀螺以测量3个方向的角速度大小。稀土离子的掺入提供光增益有效地补偿结构中传输光的损耗，增强光波导陀螺的信噪比。因此，将本发明实施于光波导陀螺，可以实现具有高灵敏度的集成化3轴光波导陀螺。它在集成光学陀螺耦合谐振环技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

主权项

一种稀土掺杂玻璃基三维有源耦合谐振环结构的构建方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一、玻璃基质选择铝酸盐玻璃，采用传统熔融法制备，并制作成块状立方体；具体制备过程为：选用设备型号为GGME‑10/150的8KW硅钼棒箱式电阻炉，将装在刚玉坩埚中的样品放入该电阻炉中，在900℃下加热15分钟后，取出用玻璃棒快速搅拌，并继续在900℃下加热30分钟，加热结束后迅速倒入到已经预热为380℃的模具中自然退火至室温，然后切割、研磨成10mm×10mm×10mm的立方块；其基质成分和掺杂稀土离子种类及其浓度如下：基质：wt%CaO：30%Al₂O₃：35%B₂O₃：35%Er浓度1%；Yb浓度3%；步骤二、利用飞秒激光在所述块状立方体稀土掺杂玻璃中刻写耦合谐振环波导结构；飞秒激光利用超短激光脉冲聚焦到透明材料内部，在焦点区域产生非线性吸收引起材料结构变化进而产生正折射率变化；具体制备谐振环的过程为：采用中心波长为800nm、脉冲宽度为50ns、重复频率为1KHz的飞秒激光作为刻写激光束，将其紧聚焦到所述块状立方体稀土掺杂玻璃内刻写出掩埋光波导，制作出所需谐振环结构；设置脉冲能量为2μJ，并由显微物镜紧聚焦，聚焦的飞秒激光束垂直入射到玻璃块的一个面上；由探测器检测聚焦光斑的大小及其在玻璃块中的定位，激光束焦点位于表面下0.3mm，即刻写出的谐振环距表面距离0.3mm；玻璃块固定在精密三维移动平台上，平台移动速度为5μm/s，沿圆形移动则刻写出圆形谐振环；利用此方法在块状立方体玻璃材料的3个相互垂直的面上刻写3个谐振环结构，由于Er的掺入，在玻璃基材料中谐振环中传播的信号光获得可控的光增益，以补偿光传播、光耦合中产生的损耗；在3个相互垂直的平面中制备谐振环测量3个平面法向方向的角速度大小，以实现3轴集成光陀螺。