本文選題：光波導(dǎo)制備　切入點(diǎn)：一維微結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：微納米光波導(dǎo)作為構(gòu)建微納米光電器件的最基本單元,因其小尺寸效應(yīng)帶來(lái)的獨(dú)特光學(xué)特性備受關(guān)注。但無(wú)論在相關(guān)理論研究方面還是在微波導(dǎo)器件的應(yīng)用研究方面都存在一些有待解決的問題。為了實(shí)現(xiàn)微納米光波導(dǎo)功能多元化,進(jìn)而開拓微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)應(yīng)用領(lǐng)域,本論文開展對(duì)一維微納米光波導(dǎo)及其構(gòu)建的微小光學(xué)器件的研究。制備了激光染料改性的聚合物微波導(dǎo),并對(duì)自耦合微腔模式選擇機(jī)理進(jìn)行初步探索。同時(shí)研究了硅基柱形微波導(dǎo)和微空心光纖管與玻璃微球組成的微光體系的光學(xué)特性。利用硅基微波導(dǎo)作為導(dǎo)光介質(zhì),系統(tǒng)研究了脈沖激光在微波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。采用直接拉伸法制備了激光染料R6G摻雜的PMMA微波導(dǎo),波導(dǎo)直徑均勻,表面光滑。研究表明:隨著R6G摻雜濃度增大,微波導(dǎo)的發(fā)光強(qiáng)度有所增加,當(dāng)摻雜濃度達(dá)到8wt%時(shí),發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到飽和。通過顯微操作將微波導(dǎo)組成三種SCRs微型諧振腔,光泵浦三種SCRs微腔均產(chǎn)生了單模激光。對(duì)比三種SCRs微腔的品質(zhì)因子,激光閾值等參數(shù),構(gòu)成微腔的R6G-PMMA微波導(dǎo)間的耦合效率越高,Q值越高,相應(yīng)的激光閾值越低。直線型波導(dǎo)損耗常數(shù)α=302cm-1,此數(shù)值約為彎曲型微波導(dǎo)(α=605 cm-1)的1/2,損耗的主要原因來(lái)自材料本身的自吸收以及彎曲色散損耗。光波的諧振波長(zhǎng)同時(shí)滿足自耦合諧振腔左右兩側(cè)的封閉類環(huán)型微腔的固有諧振波長(zhǎng),諧振波能夠在SCRs腔內(nèi)得到增益和放大,從而產(chǎn)生單模激光。SCRs微腔具有較高的模式選擇能力。同時(shí)對(duì)幾種微腔進(jìn)行的FDTD仿真,場(chǎng)能量大部分被限制于微波導(dǎo)內(nèi)部,并無(wú)嚴(yán)重的散射泄露現(xiàn)象。FDTD仿真的模式切面沿微波導(dǎo)導(dǎo)光方向傳播,說(shuō)明微腔具有較高的耦合效率。采用直接拉伸法制備了空心微管,微管內(nèi)徑約為6.2μm,管壁厚度約為900nm,并用分散聚合法制備了激光染料Rh B摻雜的聚苯乙烯微球。利用顯微操作將微球置于空心微管內(nèi)部,通過光泵浦微球-微管體系觀察到體系受激發(fā)射產(chǎn)生WGMs模式光。在微球中Rh B的摻雜濃度相同的條件下,微球體積越大光譜強(qiáng)度越高。隨著體系尺寸的減小,WGMs諧振現(xiàn)象變得明顯。另外,隨著激發(fā)光平面沿微球球心截面向上移動(dòng),發(fā)射光強(qiáng)逐漸增大,當(dāng)激發(fā)光平面離開微球到達(dá)微管邊緣后,發(fā)射光強(qiáng)急劇下降。在光泵浦雙球-微管體系實(shí)驗(yàn)中觀察到WGMs模式分裂現(xiàn)象,模式分裂值Δλ=0.8 nm,由于兩個(gè)微球之間強(qiáng)耦合效應(yīng),雙球諧振腔的Q值與單球Q值相比降低了30%。通過改變激發(fā)光功率大小可以得到不同WGMs發(fā)射光強(qiáng)度;由于兩個(gè)尺寸相等微球之間的強(qiáng)場(chǎng)耦合,光子并不能夠完全被限制在微球的表面進(jìn)行全反射,因此雙連球-微管體系中損耗速率高于單球-微管體系。采用火焰加熱直接拉伸法制備硅基微波導(dǎo),通過顯微操作將玻璃微球與硅基微波導(dǎo)排列于顯微鏡下,導(dǎo)入脈沖激光后,在顯微鏡下觀察到波導(dǎo)尖端出射的脈沖激光推進(jìn)微球運(yùn)動(dòng),波導(dǎo)尖端直徑為2.6μm出射的單個(gè)脈沖光,將一個(gè)直徑為46μm的玻璃微球在7/1000s內(nèi)向前推進(jìn)298μm。根據(jù)加熱溫度及拉伸速度不同,制備的微波導(dǎo)直徑范圍從1.9μm到125μm,直徑為1.9μm的微波導(dǎo)尖端出射光功率密度最高。在微波導(dǎo)尖端直徑相同的條件下,隨著出射脈沖光能量的增加,被推進(jìn)微球的運(yùn)動(dòng)距離和速度增大。微波導(dǎo)尖端位置偏離微球中心,微球受到X和Y兩個(gè)方向上的作用力,微球沿著向上?=43°角運(yùn)動(dòng)了S=587μm;推動(dòng)力91.15 10xF-??N,91.08 10yF-??N。實(shí)驗(yàn)過程中并沒有產(chǎn)生熱損傷,端面出射532 nm光斑均勻性說(shuō)明微波導(dǎo)尖端端面平整。
[Abstract]:Micro nano optical waveguide as the basic unit of building micro nano optoelectronic devices, the unique optical properties due to its small size effect has attracted much attention. But no matter in the relevant theoretical research and the application of microwave semiconductor devices have some problems to be solved. In order to realize the function of micro nano optical waveguide is diversified, and then open up the micro structure of waveguide applications, this paper carried out micro optical devices on one dimensional micro nano optical waveguide and its construction. The preparation of laser dye polymer of microwave guide, and the self coupled cavity mode selection mechanism was preliminarily explored. At the same time the optical characteristics of micro system composed of silicon waveguide and micro micro column hollow fiber tube and glass microspheres was studied. As a guide light conducting medium using silicon based microwave system, studied the kinetic effect of microwave pulse laser guide produced. Using Direct tensile PMMA is prepared by microwave laser dye doped R6G waveguide, uniform diameter, smooth surface. The results show that: with the increase of R6G content, the luminescence intensity of microwave mediated increase when doping concentration reaches 8wt%, the luminescence intensity reaches saturation. By microscopic operation of microwave guide consists of three kinds of SCRs micro resonator three, optical pumping SCRs microcavity has a single-mode laser. The quality factor of the comparison of three kinds of SCRs micro cavity laser, the threshold parameter, a coupling efficiency of R6G-PMMA microwave cavity guide between the higher, the higher the Q value, the corresponding laser threshold value was lower. The linear loss of waveguide constant =302cm-1. This value is about bending type microwave guide (a =605 cm-1) 1/2, the main reasons of the loss of the material itself from the self absorption and bending loss. The resonant wavelength dispersion waves satisfy self coupled resonator on both sides of the closed ring type micro cavity The resonant wavelength, wave resonant gain can be obtained and amplified in SCRs cavity, mode selection ability to produce single-mode laser.SCRs micro cavity with high FDTD. At the same time the simulation of several micro cavity, most of the energy is limited to the field of microwave guided internal mode section no serious leakage of.FDTD scattering along the micro simulation the waveguide light propagation direction, indicating the coupling efficiency of micro cavity is higher. Microtubules were prepared by direct hollow stretching method, pipe diameter is about 6.2 m, the pipe wall thickness is about 900nm, and with Rh laser dye B doped polystyrene microspheres were prepared by dispersion polymerization. The microscopic operation internal hollow microspheres in microtubules and through the optically pumped microspheres of microtubule system observed system by emission WGMs mode light. Under the same B concentration in Rh microspheres, microspheres the larger volume of spectral intensity is higher with. A system of reduced size, WGMs resonance phenomenon becomes obvious. In addition, with the excitation light plane moving upward along the center section of microspheres, emission intensity increases gradually, when the excitation plane reaches the left edge of microspheres of microtubules, emission intensity decreased rapidly. In optically pumped double ball - microtubule system observed in WGMs mode splitting phenomenon. Mode splitting value delta lambda =0.8 nm, due to a strong coupling effect between the two spheres, double ball cavity Q value decreased by 30%. compared with different WGMs emission intensity by changing the excitation power and single ball size can be Q; because of the strong field coupling between two equal sized particles, photons can not completely be limit the total reflection on the surface of the microspheres, so double loss rate is higher than that of single - ball microtubule system ball. Microtubule system on silicon by micro waveguide by flame heating direct tensile method, through the glass micro operation Glass microspheres with silicon microwave discharge in the microscope, introduction of pulsed laser, under the microscope to waveguide tip pulse laser propulsion movement microspheres shot, the waveguide tip diameter of 2.6 m for a single pulse of light, a diameter of 46 m glass microspheres in 7/1000s in advance 298 M. according to the heating temperature and the drawing speed of different microwave prepared by diameters ranging from 1.9 m to 125 m, 1.9 m microwave guide tip output light power density is the highest in the condition of the same diameter. The diameter of the microwave guide tip, with the increase of the output pulse of light energy, is to promote the microsphere motion distance and velocity increases. The microwave guide tip position deviated from the center by X microspheres, microspheres and Y forces in two directions, microspheres upward along the angle of motion of S=587 =43? M; driving force 91.15 10xF-? N, 91.08? 10yF-?? N. in the course of the experiment did not produce heat The damage, the uniformity of the 532 nm light spot on the end surface indicates that the end surface of the microwave guide tip is flat.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN252

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本文編號(hào)：1675297