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回音壁模式光学微腔通过介质的全内反射将光限制在极小模式体积内从而在低阈值微激光器、非线性光学、无标记单分子生物传感、腔电动力学以及光机械等应用中发挥着重要的价值。在众多微腔的应用中,对回音壁模式共振波长的精细调谐尤为重要。腔模的调谐一方面可以通过电光、热光效应调节介质的折射率从而改变腔内光子的传输路径来实现;另一方面,回音壁模式对于微谐振腔的几何尺寸非常敏感,可以利用机械压缩或拉伸的办法实现对微腔共振模式的调谐。然而,上述调谐手段通常都需要用到较为繁琐的实验设备,为了实现微腔应用上的便携化以及腔模调谐的简便化,将微腔与电光或热光调谐元件单步集成到同一功能芯片上对目前来说很有必要。 最近,飞秒激光直写技术在多种三维微结构的制造领域中(如光学波导、微流体、微机械、微电极等)已经成为了一种强有力的技术手段。将飞秒激光紧聚焦到玻璃或晶体材料内部后,在多光子吸收的影响下材料内部会受到空间选择性的修饰。因此,这可为同一芯片上多种光功能的集成提供了一个理想的解决办法。具体来说,利用飞秒激光直写技术在玻璃材料以及钕玻璃上成功制备出三维高品质(>106)回音壁模式光学微腔。同时,基于将飞秒激光直写技术可以在玻璃或晶体等透明材料材料表面或内部实现选择性的金属化从而构成微电极或微加热器。然而到目前为止,还没有系统的将这两种技术手段应用到同一功能芯片上。本论文将详细阐述如何利用飞秒激光微纳加工技术制作可调谐的集成微腔芯片,具体内容包括: 1.利用飞秒激光辅助的无电化学镀技术在石英玻璃上实现选择性的金属化。设计玻璃表面的金属化图案使嵌在玻璃上表面的金属丝构成为一个微加热器。微加热器的加热区域约为200×200μm2,电阻为9.6Ω,相应的电阻率为4.8×10-8Ω·m。 2.在含有微加热器的玻璃芯片上利用水辅助的飞秒激光烧蚀技术制备高品质光学微盘腔。微盘腔经过二氧化碳激光回流后所得的微芯环腔直径约80μm,利用光纤锥与微腔之间的倏逝波耦合技术测得微腔的自由光谱范围约为6nm,品质因子为1.2×106。 3.利用集成芯片上的微加热器实现微腔中心共振波长的调谐。实验结果表明,微腔中心共振波长的漂移与微加热两端所加电压的平方成线性关系,微加热器的调谐速率为1.8 GHz/V2。另外,由于微加热器的加热区域只有200μm×200μm且距离微腔只有200μm,集成芯片的响应时间小于10s,远远低于传统的外部电加热器。