三维晶体光学回音壁微腔的制备方法

摘要

一种三维晶体光学回音壁微腔的制备方法，包括对浸没在液体中的晶体进行飞秒激光选择性烧蚀和利用聚焦离子束研磨微腔侧壁。本发明方法制备的三维晶体光学回音壁微腔能将光通过腔体与外界面的连续全内反射限制在腔内，具有极高的表面光洁度，小的模式体积与高的品质因子。该方法适用于各种晶体材料和玻璃等。

主权项

一种三维晶体光学回音壁微腔的制备方法，其特征在于包括下列步骤：（1）飞秒激光烧蚀：①所述的回音壁模式光学微腔由微盘和小支柱构成的对称结构，结构由设计确定：所述的小支柱直径为d、小支柱的高度为h、微盘的直径为D；微盘的厚度为T，激光烧蚀区最大直径为MD；②将晶体固定在装有液体的样品槽中，液面低于晶体的上表面，然后将所述的样品槽固定在三维位移平台上，通过显微物镜将飞秒激光垂直聚焦在所述的晶体的下表面；③预先对所述三维位移平台的运动进行编程，按编程驱动所述的三维位移平台做水平圆周远动，飞秒激光从晶体的下表面开始烧蚀，改变三维位移平台的中心轴与所述的飞秒激光光轴的距离，以改变所述的飞秒激光圆周烧蚀区域的直径，从微盘直径D外到激光烧蚀区最大直径MD之间的环形区域，烧蚀一层后，利用程序驱动所述的三维位移平台的上下运动，使烧蚀点保持在晶体与液体的接触面上；晶体与液体接触面上的液体在飞秒激光的作用下产生气泡，激光烧蚀晶体产生的碎屑被所述的气泡带走；同理烧蚀多层，得到具有厚度为T的微盘；④然后再次改变三维位移平台的中心轴与所述的飞秒激光光轴的距离，使烧蚀区域到达小支柱直径d的边缘，经过多层烧蚀得到小支柱结构；当小支柱的高度达到h后，上述的三维位移平台的运动和飞秒激光烧蚀同步结束，得到一个晶体微腔；⑤⑥重复上述步骤②～④，在晶体上制备多个晶体微腔；（2）聚焦离子束侧壁研磨：①将具有多个晶体微腔的晶体是上表面镀一层15～25nm的金薄膜；②将镀膜后的晶体放入聚焦离子束系统的样品台上，调整样品台的方向使晶体的上表面正对离子束流方向，在离子束成像系统实时监控下，先用大束流的离子束对微腔的侧壁进行粗磨，粗磨后的侧壁粗糙度为亚微米量级；③用小束流的离子束在微腔的侧壁进行细磨，经过细磨后的侧壁粗糙度为几纳米量级；得到侧壁光滑、高Q值的晶体微腔。