据光电期刊，于2022年09月06日报道，小器件，大用途：微光纤谐振器原理与应用概述。
背景
1966年，高锟（Charles Kuen Kao）首次从理论上提出石英纤维可以作为光传输介质。1970年代，康宁公司开发出损耗低于20 dB/km的光纤。此后，光纤及其相关器件便得到迅猛发展，其作为信息时代的基础血管，从底层深刻改变了人类的生产生活方式与社会形态，推动历史的车轮滚滚向前。
常见的光纤，可简化为包层包裹芯层的两层同心圆柱模型，在通讯波段下，光场几乎全部严格束缚在芯层，从而实现极低的传输损耗，但因此也限制了光与外界的相互作用，使其在非线性及传感领域的应用受到限制。针对这些特殊的需求，一种拓展光纤应用场景的方案应运而生，即通过将标准光纤熔融拉细，使其直径缩小至微米甚至百纳米级别，达到与光波长可比拟的大小，此时的光纤将不再对光场具有强束缚作用，我们将这种光场泄露至周围环境（倏逝场）、直径极细的光纤称为“微光纤”。
另一方面，光学谐振器是一种基础的光子学结构，被广泛应用于通信、传感、量子物理研究等领域。近十多年来，各种不同的回音壁式（Whispering Gallery Mode, WGM）微腔不断涌现，包括片上微环谐振腔、柱形腔、盘形腔、球形腔以及光子晶体缺陷腔等。这些结构大多基于微纳加工技术，制备工艺条件相对复杂。同时为了激发理想的模式，并与光纤光学系统兼容，这些谐振器对耦合状态的要求也极为苛刻。因此，伴随着微光纤的问世，具有全光纤特点的基于微光纤的微谐振器概念被提出并逐步发展。
德国的学者最早在1989年展示了已知的第一个微光纤光学谐振腔，但此时微光纤拉制技术并未成熟，损耗极大。2003年，低损耗石英微光纤问世，实验证明了它柔韧的机械特性，能够弯曲缠绕成多种形状，从而正式拉开了微光纤谐振器发展的序幕。此后，基于微光纤的结形、环形、线圈形等各种构型的微谐振器纷纷走入现实，相应的基于耦合波理论的谐振模型也趋于完善。在此基础上，微光纤谐振器在近十年开始被广泛应用于滤波器、传感器、光调制器和光纤激光等诸多领域，大大拓展了微光纤功能与应用的广阔天地，为各类场景提供了全光纤、易制备的光学微谐振器解决方案。
综述要点
南京大学现代工程与应用科学学院徐飞教授研究团队在《光电工程》2022年第8期上发表了题为“微光纤光学谐振器的原理与应用”的特邀综述文章，从微光纤光学谐振器的基本原理、器件制备、应用领域等方面展开系统性介绍，其中应用领域按照传感器、调制器和激光器三种应用场景分别综述了各个方向的研究历程和现状。最后对微光纤光学谐振器的发展做了展望。
文章首先从理论部分入手，介绍了微光纤的导波模型，进而归纳了微光纤谐振器的几何构型分类与耦合波模型，推导了微光纤谐振器自由光谱程、精细度、品质因子（Q值）等关键参数，并汇总了微光纤谐振器Q值的发展路线图。光纤谐振器可以达到105量级的高耦合、低损耗理想状态，但在理论极限之前还有很大挖掘的空间。
接着介绍了器件的制备工艺。为了获得微光纤，研究者们探索了“腐蚀法”和“热拉伸法”，其中热拉伸法简便安全，其定量化、自动化的成熟发展产物便是 “扫火法”，可将微光纤损耗降低至0.02 dB/mm以下。在微光纤拉制完成后，利用探针、步进电机、转轴等机械辅助设备，将微光纤腰区弯折交叠，则可相应地构成低损耗环形、结形与线圈形谐振器件。微光纤谐振器有时需要低折射率聚合物封装保护，典型的封装材料包括特氟龙、紫外胶、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、气凝胶等。
微光纤谐振器的应用则横跨传感、调制与激光三个主要领域：
在传感方面，微光纤赋予的大倏逝场与器件的谐振特性可以大大增强传感的灵敏度，因而被广泛应用于折射率、物质浓度、相对湿度、温度、电流、应力乃至加速度与磁场等参量传感，深入社会生活的方方面面。
在调制方面，光纤是光通信的血管，因而与光纤系统兼容的微光纤谐振器在信号处理领域也有着广泛的应用。基于微光纤谐振器的结构开发出了可调谐滤波器、波长选择光放大器、RZ到NRZ码的全光转换器，以及上下载滤波器等多种滤波式光信号处理系统。同时，谐振腔结构引入的长等效作用距离与微光纤的倏逝场使得微光纤谐振器成为开发光调制器的绝佳平台，其与金属薄膜集成的偏振器件，与二维材料集成的全光调制器和热调制器，均获得了较大的调制深度与较快的响应时间。除此之外，微光纤谐振器作为光纤延迟线与非线性增强等应用场景也被深入研究。
在激光方面，微光纤谐振器可以在光频域实现单波长和多波长的输出，当宽带滤波与饱和吸收结合时，根据谐振器Q值决定的滤波线宽的不同，可以在时域实现多波长传统锁模脉冲或者多波长耗散四波混频高重频锁模脉冲等多种复杂的调制，充分展现了其在激光与超快光学领域的应用价值与前景。
总结与展望
基于微光纤的谐振器件具有卓越的光学和机械特性，为全光纤、微型化的探测与调制应用提供了广阔的平台支撑。其低插入损耗、高品质因子、全光纤兼容性以及易于制备的优势，以及通过进一步与外部功能性材料和各种微纳加工技术结合，使得在微光纤谐振器上实现“纤环实验室”成为可能。无论是在传感、滤波、调制或者激光等实用领域，还是量子光学、非线性光学等研究领域，都可以实现丰富多彩的结构与功能。除了基于石英微光纤的谐振器，其它基于磷酸盐光纤、氟化物光纤、硫化物光纤、聚合物光纤的微光纤谐振器也在拓展器件在非线性和中红外波段领域应用的边界。
目前，愈加复杂和精细化的应用使得微光纤谐振器逐渐成为光学、材料学、电子学、力学乃至生物医学交叉的领域，进一步探索其潜在应用以及新的物理效应，仍将是有意义而又机遇和挑战并存的方向。
