TWI487961B - 微光纖耦合結構 - Google Patents

Description

微光纖耦合結構

本發明是有關於一種微光纖耦合結構，且特別是有關於一種具有微光纖線圈的微光纖耦合結構。

自2005年美國光纖實驗室的(OFS Laboratories)的Sumetsky先生提出微光纖線圈共振腔後，已引起相關領域的研究者的重視。由於其採用微光纖而非一般光纖來形成線圈，因此微光纖線圈的可撓半徑可縮小許多。此外，由於微光纖線圈可藉由反覆地繞圈的立體結構，使得微光纖線圈得以在小範圍內就可達到一定的耦合長度，並因此得以縮減微光纖線圈共振腔的體積，進而達到產品微小化的目的。

一般而言，微光纖線圈共振腔可應用於雷射系統以及感測領域上。舉例而言，光學共振腔可用以在雷射系統中侷限光子，且其侷限光子的能力優劣可以品質因素(quality factor,Q)來進行判斷。品質因素的定義是在單一週期內光學共振腔所儲存的能量與漏失的能量之比值。具有高品質因素的共振腔可提供一個有利的條件以製造雷射，品質因素愈高愈容易激發雷射。另一方面， 具有高品質因素的微光纖共振腔亦可用在於感測領域上，而可使得感測器測出更微小的變化。此外，具有高品質因素的微光纖共振腔亦可使得光留在微光纖線圈共振腔的時間變長，也可使共振腔的非線性效應增強，而可應用於光纖感測與非線性光學領域。

因此，如何儘可能地提升微光纖共振腔的品質因素已成為目前光電領域中許多研究學者的目標之一。

本發明提供一種微光纖耦合結構，其具有高品質因素。

本發明的一種微光纖耦合結構包括一桿體以及一微光纖。微光纖纏繞於桿體上，以形成一第一微光纖結構層與一第二微光纖結構層。第一微光纖結構層圍繞桿體，並包括多個第一微光纖線圈。第二微光纖結構層圍繞第一微光纖結構層，並包括至少一第二微光纖線圈。這些第一微光纖線圈與至少一第二微光纖線圈彼此耦合，以形成一微光纖線圈共振腔。

在本發明的一實施例中，上述的第一微光纖線圈的數量為二個，且至少一第二微光纖線圈的數量為一個。

在本發明的一實施例中，上述的第一微光纖線圈的數量為三個，且至少一第二微光纖線圈的數量為二個。

在本發明的一實施例中，上述的第一微光纖線圈與至少一第二微光纖線圈彼此接觸。

在本發明的一實施例中，上述的桿體具有一延伸方向， 微光纖沿一纏繞方向纏繞於桿體上，且纏繞方向與延伸方向的夾角角度落在85度至95度之間。

在本發明的一實施例中，上述的微光纖的直徑長度落在1微米至5微米的範圍內。

基於上述，本發明的微光纖耦合結構所形成的微光纖線圈共振腔可藉由使第一微光纖結構層的第一微光纖線圈與第二微光纖結構層的第二微光纖線圈彼此耦合，來增加將光留在微光纖線圈共振腔中的機率，並藉此提高微光纖線圈共振腔的品質因素。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、300‧‧‧微光纖耦合結構

110‧‧‧桿體

120‧‧‧第一微光纖結構層

121‧‧‧第一微光纖線圈

130‧‧‧第二微光纖結構層

131‧‧‧第二微光纖線圈

200‧‧‧微光纖耦合結構的製作裝置

210‧‧‧光纖支架

220‧‧‧轉動單元

230‧‧‧高精度步進馬達

240‧‧‧影像偵測裝置

241‧‧‧物鏡

242‧‧‧感測元件

E1‧‧‧延伸方向

DW‧‧‧纏繞方向

MF‧‧‧微光纖

θ‧‧‧夾角

圖1A是本發明一實施例的一種微光纖耦合結構的示意圖。

圖1B是本發明一實施例的一種微光纖耦合結構的製作裝置的架構示意圖。

圖1C是圖1A的微光纖耦合結構的光譜圖。

圖2是本發明另一實施例的一種微光纖耦合結構的示意圖。

圖1A是本發明一實施例的一種微光纖耦合結構的示意圖。圖1B是本發明一實施例的一種微光纖耦合結構的製作裝置的 架構示意圖。請參照圖1A及圖1B，本實施例的微光纖耦合結構100包括一桿體110以及一微光纖MF。在本實施例中，桿體的材質例如為二氧化矽(silica)，且其表面上塗佈有聚雙甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)。此外，在本實施例中，微光纖MF的直徑長度落在1微米至5微米的範圍內，而桿體110的直徑長度落在1.6毫米至2.0毫米的範圍內。更詳細而言，本實施例的微光纖MF的直徑長度為3微米，而桿體110的直徑長度為1.8毫米。應注意的是，上述各參數範圍僅作為例示說明，其並非用以限定本發明。

具體而言，在本實施例中，微光纖耦合結構100可藉由一微光纖耦合結構的製作裝置200來製作。詳細而言，微光纖耦合結構的製作裝置200包括一光纖支架210、一轉動單元220、一高精度步進馬達230以及影像偵測裝置240。舉例而言，在本實施例中，影像偵測裝置240可包括一具有長工作距離的物鏡241以及一感測元件242，但本發明不以此為限。

在本實施例中，桿體110例如可被固定於轉動單元220的中心，且微光纖MF的一端與光纖支架210相連結，且微光纖MF的另一端與高精度步進馬達230相連結。如此，當轉動單元220進行轉動時，可藉由控制轉動單元220轉軸的同心度以及高精度步進馬達230的移動於桿體110上形成多個微光纖線圈共振腔。並且，由於微光纖耦合結構的製作裝置200具有良好的同心度及穩定性，且藉由影像偵測裝置240的使用，將可對微光纖MF 纏繞於桿體110上的過程進行即時觀測，而有助於及早檢測出錯誤，因此可準確地控制各個微光纖線圈共振腔之間的間隙。更詳細而言，在本實施例中，桿體110具有一延伸方向E1，微光纖MF沿一纏繞方向DW纏繞於桿體110上，且纏繞方向DW與延伸方向E1的夾角θ角度落在85度至95度之間。應注意的是，上述各參數範圍僅作為例示說明，其並非用以限定本發明。如此，將可於桿體110形成如圖1A所示的微光纖耦合結構100。

更詳細而言，如圖1A所示，在本實施例中，微光纖MF纏繞於桿體110上，以形成一第一微光纖結構層120與一第二微光纖結構層130。第一微光纖結構層120圍繞桿體110，並包括多個第一微光纖線圈121。第二微光纖結構層130圍繞第一微光纖結構層120，並包括至少一第二微光纖線圈131。在本實施例中，第一微光纖線圈121的數量大於第二微光纖線圈131的數量。舉例而言，在本實施例中，第一微光纖線圈121的數量為二個，且第二微光纖線圈131的數量為一個，但本實施例不以此為限。

進一步而言，這些第一微光纖線圈121與至少一第二微光纖線圈131彼此耦合，以形成一微光纖線圈共振腔。更詳細而言，如圖1A所示，第一微光纖線圈121與第二微光纖線圈131彼此接觸。換言之，在本實施例中，可藉由多個微光纖結構層的結構設計來增加微光纖線圈(即第一微光纖線圈121與第二微光纖線圈131)之間的接觸面積，進而增加將光留在微光纖線圈共振腔中的機率，並藉此提高微光纖線圈共振腔的品質因素。

圖1C是圖1A的微光纖耦合結構的光譜圖。請參照圖1C，在本實施例中，微光纖線圈共振腔將可形成橫向電與磁模(transverse electric and magnetic modes,TEM)(如圖1C所示的凹陷處)。進一步而言，如圖1C所示，位於波長為1549.799nm處的共振凹陷(resonant dip)值相當地小，且其全寬半高(full width half maximum)為1.6皮米(pm)，而在本實施例中，品質因素的計算方式可透過將波長除以其全寬半高而求得。換言之，在本實施例中，品質因素可高達970000，而有利於應用在雷射系統、光纖感測與非線性光學等領域中。

在上述的實施例中，微光纖耦合結構100雖以第一微光纖線圈121的數量為二個，且第二微光纖線圈131的數量為一個為例示，但本發明並不以此為限。以下將搭配圖2，針對微光纖線圈數量的可能變化作出進一步的說明。

圖2是本發明另一實施例的一種微光纖耦合結構的示意圖。請參照圖2，在本實施例中，圖2的微光纖耦合結構300與圖1A的微光纖耦合結構100類似，而差異如下所述。具體而言，如圖2所示，在本實施例中，第一微光纖線圈121的數量為三個，且第二微光纖線圈131的數量為二個。如此一來，微光纖耦合結構300所形成的微光纖線圈共振腔亦可藉由彼此接觸的第一微光纖線圈121與第二微光纖線圈131來提高微光纖線圈之間的耦合程度，進而增加將光留在微光纖線圈共振腔中的機率，並藉此提高微光纖線圈共振腔的品質因素。舉例而言，在本實施例中，品 質因素亦可高達10⁶ 的數量級，而有利於應用在雷射系統、光纖感測與非線性光學等領域中。

綜上所述，本發明的微光纖耦合結構所形成的微光纖線圈共振腔可藉由使第一微光纖結構層的第一微光纖線圈與第二微光纖結構層的第二微光纖線圈彼此耦合，來增加將光留在微光纖線圈共振腔中的機率，並藉此提高微光纖線圈共振腔的品質因素。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧微光纖耦合結構

110‧‧‧桿體

120‧‧‧第一微光纖結構層

121‧‧‧第一微光纖線圈

130‧‧‧第二微光纖結構層

131‧‧‧第二微光纖線圈

MF‧‧‧微光纖

Claims (6)

1. 一種微光纖耦合結構，包括：一桿體；以及一微光纖，纏繞於該桿體上，以形成一第一微光纖結構層與一第二微光纖結構層，其中該第一微光纖結構層圍繞該桿體，並包括多個第一微光纖線圈，該第二微光纖結構層圍繞該第一微光纖結構層，並包括至少一第二微光纖線圈，且該些第一微光纖線圈與該至少一第二微光纖線圈彼此耦合，以形成一微光纖線圈共振腔。
2. 如申請專利範圍第1項所述的微光纖耦合結構，其中該些第一微光纖線圈的數量為二個，且該至少一第二微光纖線圈的數量為一個。
3. 如申請專利範圍第1項所述的微光纖耦合結構，其中該些第一微光纖線圈的數量為三個，且該至少一第二微光纖線圈的數量為二個。
4. 如申請專利範圍第1項所述的微光纖耦合結構，其中該些第一微光纖線圈與該至少一第二微光纖線圈彼此接觸。
5. 如申請專利範圍第1項所述的微光纖耦合結構，其中該桿體具有一延伸方向，該微光纖沿一纏繞方向纏繞於該桿體上，且該纏繞方向與該延伸方向的夾角角度落在85度至95度之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的微光纖耦合結構，其中該微光纖的直徑長度落在1微米至5微米的範圍內。