回音壁模式微腔具有品質(zhì)因子(Q值)高、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、模式體積小、可在硅片集成等顯著優(yōu)勢,因而在集成光子學(xué)、低閾值激光、高靈敏度生物傳感、腔光力學(xué)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用�；诨匾舯谀Ｊ降挠性次⑶蚯痪哂懈逹值和易于加工制備的特點(diǎn),是低閾值微型激光器和高靈敏度傳感研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文以“高性能回音壁模式微球腔激光”為目標(biāo),圍繞著單一模式運(yùn)轉(zhuǎn)和多波段激射輸出兩個(gè)方面的性能,從理論和實(shí)驗(yàn)方面開展了高品質(zhì)因子回音壁模式有源微球腔的設(shè)計(jì)、制備及高性能激光輸出的研究,具體的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1、高Q值回音壁模式有源微腔的設(shè)計(jì)與制備。理論研究分析微球腔的主要參數(shù)、腔內(nèi)模場分布、微球腔的高效耦合及激光輸出性能等,搭建回音壁模式光學(xué)微腔實(shí)驗(yàn)平臺,通過多種加工技術(shù)制備出高Q值的回音壁模式微球腔,開展微腔的耦合與測量實(shí)驗(yàn)。通過對Q值不同的Er~(3+)/Yb~(3+)共摻磷酸鹽玻璃微柱腔和微球腔開展初步激光實(shí)驗(yàn),均在1.5μm波段實(shí)現(xiàn)了低閾值多模式運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定激光輸出,理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高性能微腔激光的輸出由微腔Q值、增益系數(shù)以及泵浦光耦合狀態(tài)等多種因素共同決定。此部分研究為后續(xù)高性能微球激光研究的開展奠定了理論設(shè)計(jì)、制備加工和實(shí)驗(yàn)探索的基礎(chǔ)。2、單一模式運(yùn)轉(zhuǎn)回音壁模式微球激光的設(shè)計(jì)與研究�；匾舯谀Ｊ降奈⑶蚯淮嬖趶�(fù)雜的高階模式,導(dǎo)致輸出的微球激光以多模式運(yùn)轉(zhuǎn)。利用Er~(3+)/Yb~(3+)共摻磷酸鹽玻璃,成功制備Q值為10~6的微球,通過優(yōu)化球形度和構(gòu)建雙增益復(fù)合微球腔兩種方案,均有效實(shí)現(xiàn)1.5μm波段處單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)的激光輸出,閾值為100μW量級,線寬1.8 MHz,邊模抑制比達(dá)45.1 dB,有效提高了微球激光的光束質(zhì)量。3、多波段激射回音壁模式微球激光的設(shè)計(jì)與研究。激射不同波段激光的微球激光器可極大擴(kuò)展微球激光的應(yīng)用領(lǐng)域�；诓煌⊥翐诫s離子的玻璃制備微球腔,實(shí)現(xiàn)不同激射波段的微球激光輸出,在實(shí)驗(yàn)中基于摻Y(jié)b~(3+)磷酸鹽玻璃、Er~(3+)/Yb~(3+)共摻磷酸鹽玻璃和摻Tm~(3+)鍺酸鹽玻璃的微球腔分別實(shí)現(xiàn)1.0μm、1.5μm和2.0μm多個(gè)波段的激光輸出,同時(shí)基于受激拉曼效應(yīng)的石英無源微球腔實(shí)現(xiàn)1.0μm波段激光輸出。并進(jìn)一步探索研究將不同有源玻璃混熔后制備微球腔,以期通過獨(dú)立諧振或級聯(lián)泵浦的方式實(shí)現(xiàn)單一微球腔實(shí)現(xiàn)激射多個(gè)波段的激光�；诓煌⊥翐诫s玻璃材料和光學(xué)非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多波段激光輸出,此部分研究內(nèi)容極大豐富了微腔激光的輸出波段和拓展了相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ171.1;TN242
【部分圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論模式，最早被發(fā)現(xiàn)于聲學(xué)領(lǐng)域[1]，它描述了聲波在環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)式。當(dāng)聲源在環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)的一側(cè)發(fā)出微弱的聲波信號，在該結(jié)遠(yuǎn)，仍可以清晰地接收到聲源產(chǎn)生的信號。其原因是，聲波并不播，而是沿著環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行全內(nèi)反射低損耗傳輸。類似，光波也能夠基于全內(nèi)反射定律在環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)低損耗傳著回音壁模式微球腔赤道面的運(yùn)行軌跡：

本文以微球激光作為主要研究內(nèi)容，通過不同材料的微出并作進(jìn)一步的性能優(yōu)化。微腔的簡介及對比腔，具有微型化和強(qiáng)場局域化的特點(diǎn)，是近年來基礎(chǔ)光學(xué)研究有很多類光學(xué)微腔被報(bào)道出來，如圖 1-2 所示[2]，主要有四種類于微腔而言，Q 值是微腔最重要的參數(shù)，它是一種對微腔損耗的相關(guān)，因此，本節(jié)通過 Q 值來對比四種微腔性能的優(yōu)劣，它的表0Stored energyQ=Power loss 1）是對微腔 Q 值的概念性描述，它是腔內(nèi)儲存的能量與注入光耗的比值，ω 是微腔的諧振頻率。

圖 1-3 微納光纖耦合微腔橫截面圖壁模式微腔中，球形腔、盤形腔以及環(huán)形腔這三種微腔的光場束縛 108以上，因此受到全球各地學(xué)者的廣泛關(guān)注，圖 1-4 為三種微圖 1-4 球形、盤形以及環(huán)形回音壁模式微腔的掃描電鏡圖片模式微腔包括有源微腔和無源微腔兩大類。其中，無源腔是指在產(chǎn)生其他波段的激光，基于干涉諧波效應(yīng)只對注入光實(shí)現(xiàn)傳輸或主要應(yīng)用有濾波器[12-13]、高精度傳感[14-15]等。由于微腔的諧振效用窄線寬可調(diào)諧光源掃描微腔，可以得到微腔在不同波長注入情
【參考文獻(xiàn)】

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1 鄒長鈴;董春華;崔金明;孫方穩(wěn);楊勇;吳曉偉;韓正甫;郭光燦;;回音壁模式光學(xué)微腔:基礎(chǔ)與應(yīng)用[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2012年11期

本文編號：2838735