本文關(guān)鍵詞：小孔圓盤復(fù)合結(jié)構(gòu)微腔諧振器的制備與研究

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【摘要】：當光在旋轉(zhuǎn)對稱腔體的邊緣傳播時發(fā)生全反射,光會被強烈地限制在電介質(zhì)微腔中振蕩從而產(chǎn)生離散的振動模式,我們通常稱這種模式為回音壁模式(Whispering Gallery Mode,WGM),這種腔為回音壁模式諧振腔。WGM微腔諧振器具有模式體積小,品質(zhì)因子高,激射閾值低和易于集成等特點,被廣泛地應(yīng)用于非線性光學(xué),量子動力學(xué),低閾值激光器等領(lǐng)域。然而,由于其光激射具有各向同性和模式數(shù)量多,限制了這種WGM微腔諧振器在廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。為了實現(xiàn)微腔的定向激射,研究者們提出了非旋轉(zhuǎn)對稱型的微盤結(jié)構(gòu),如柱狀腔,螺旋腔等。本文中,我們的主要工作是采用飛秒激光直寫技術(shù)制備小孔圓盤復(fù)合結(jié)構(gòu)微腔諧振器,并研究表征它們的激射性能。近年來,飛秒激光直寫技術(shù)由于其精度高、三維可加工、圖案可控等優(yōu)勢逐漸成為微納加工領(lǐng)域的主要技術(shù)手段。飛秒激光脈沖經(jīng)由高數(shù)值孔徑的浸油物鏡聚焦到摻有增益介質(zhì)的光刻膠材料內(nèi)部。材料在激光脈沖的焦點及附近發(fā)生雙光子吸收,進而引起有機單體的光致聚合效應(yīng)。通過程序控制激光焦點逐點移動掃描光刻膠,從而使材料內(nèi)部與設(shè)計的圖案對應(yīng)的特定區(qū)域發(fā)生光聚合。最后,用顯影液清除未曝光的區(qū)域即可得到設(shè)計的三維結(jié)構(gòu)。本文采用飛秒激光直寫技術(shù)誘導(dǎo)光刻膠材料的雙光子聚合,可制備出形狀可控的任意三維立體結(jié)構(gòu)。J.Wiersig于2006年提出在微盤上加一固定的空氣小孔能夠產(chǎn)生高Q模式的定向激射。本文從實驗上驗證了小孔圓盤復(fù)合結(jié)構(gòu)微腔諧振器的定向激射,并產(chǎn)生單模激射。微盤整體直徑為20微米,小孔直徑約0.6微米,小孔距離微盤的邊緣為1微米。制備微盤的材料為摻有增益介質(zhì)羅丹明B(Rhodamine B)的SU-8光刻膠,SU-8具有較好的光學(xué)性能和機械性能,并且對400納米以上的光吸收很低。首先,本文介紹了WGM微腔諧振器的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用。接著,介紹了飛秒激光直寫技術(shù)。然后,利用飛秒激光直寫制備小孔圓盤復(fù)合結(jié)構(gòu)微腔諧振器,并對小孔圓盤的幾何形貌進行表征。通過搭建的皮秒激光泵浦測試系統(tǒng)對小孔圓盤微腔的激射性能進行了表征。測試發(fā)現(xiàn),小孔圓盤微腔激光器的閾值比傳統(tǒng)微盤激光器的閾值更小,且有較高的Q值,其Q值大于2600,同時它的激射峰線寬很窄,僅有0.24納米。同時,小孔圓盤微腔激光器還實現(xiàn)了單一模式激射的定向輸出,其遠場發(fā)散角約為10度,并利用Rsoft軟件對實驗結(jié)果進行了理論模擬分析。由于聚合物的低耗與化學(xué)兼容性較好,本文制備的小孔圓盤微腔激光器所具有的優(yōu)點使其在集成有機光電器件方面有著巨大的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：飛秒激光直寫 回音壁模式 單模激光器 定向激射
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN248
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 概述10
• 1.2 回音壁模擬微腔的簡介10-16
• 1.2.1 回音壁模式微腔的主要參數(shù)12-14
• 1.2.2 回音壁模式微腔的發(fā)展與應(yīng)用14-16
• 1.3 本論文的主要內(nèi)容16-17
• 第二章 飛秒激光直寫技術(shù)17-25
• 2.1 飛秒激光直寫技術(shù)簡介17-18
• 2.2 飛秒激光直寫技術(shù)的基本原理與特點18-22
• 2.2.1 飛秒激光直寫技術(shù)的基本原理18-21
• 2.2.2 飛秒激光直寫的特點21-22
• 2.3 飛秒激光直寫加工系統(tǒng)22-25
• 第三章 小孔圓盤微腔諧振器的制備與表征25-38
• 3.1 小孔圓盤復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制備25-26
• 3.2 小孔圓盤微腔幾何形貌的表征26-28
• 3.3 測試系統(tǒng)的搭建28-29
• 3.4 測試結(jié)果與分析29-34
• 3.4.1 小孔大小不變、位置改變30-31
• 3.4.2 小孔位置不變、大小改變31-34
• 3.5 多孔圓盤微腔的制備與表征34-38
• 第四章 小孔圓盤微腔諧振器的理論模擬與分析38-46
• 4.1 FDTD的基本理論38-41
• 4.2 FDTD的穩(wěn)定性條件與模擬41-43
• 4.2.1 穩(wěn)定性條件41
• 4.2.2 Rsoft的模擬41-43
• 4.3 微腔模擬的結(jié)果與分析43-46
• 第五章 總結(jié)與展望46-48
• 參考文獻48-53
• 作者簡介及科研情況53-54
• 致謝54

【參考文獻】

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本文編號：743024