發(fā)布時間：2021-06-16 18:42

　　回音壁模式微腔通常是尺寸在幾十到數(shù)百微米的介電微腔,例如微球、微盤和微環(huán),它們可以通過連續(xù)的全內(nèi)反射將光限制在微腔內(nèi)部。由于回音壁模式微腔具有高品質(zhì)因子和小模式體積的獨(dú)特物理特性,因此被廣泛應(yīng)用在傳感、低閾值激光、光學(xué)濾波和非線性光學(xué)等領(lǐng)域。近些年來,由于光子學(xué)中的法諾共振具有獨(dú)特的譜線形狀,其光譜線型可以通過調(diào)節(jié)法諾參數(shù)進(jìn)行改變,所以受到了研究者的重點(diǎn)關(guān)注。將法諾共振與回音壁模式微腔相結(jié)合,以研究其產(chǎn)生的現(xiàn)象和相關(guān)應(yīng)用,是目前比較熱門的研究方向。本論文研究了基于回音壁模式微腔的法諾共振應(yīng)用以及毫米級微腔中的法諾共振,本論文敘述的具體研究工作如下:（1）探究了高階法諾共振在薄壁液芯環(huán)形微腔中的應(yīng)用。首先理論上用數(shù)值仿真方法分析了不同高階模式在環(huán)形微腔中的滲透深度,以及靈敏度與品質(zhì)因子之間的關(guān)系。其次實(shí)驗(yàn)上用氫氟酸溶液減小毛細(xì)管壁厚,在其中通入乙醇溶液,通過用光纖錐耦合毛細(xì)管微腔激發(fā)法諾模式,控制液芯溫度,實(shí)現(xiàn)了法諾共振波長的可調(diào)諧。將這種波長可調(diào)諧性應(yīng)用在環(huán)形光纖激光器中,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)線性可調(diào)諧的激光輸出。（2）研究了錐形微腔中震蕩法諾模式的應(yīng)用。文中首先建立了光纖錐耦合錐形微腔的理論模... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）聲學(xué)回音壁模式

第一章緒論3傳感器可分為生物傳感器[52-56]、一般物理參數(shù)傳感器[57,58]、化學(xué)傳感器[59]，每種傳感器又可分為更具體的類別。圖1-2各種類型的回音壁模式微腔幾何結(jié)構(gòu)。（a）微球，（b）光流控微環(huán)，（c）微盤，（d）微芯環(huán)。回音壁模式微腔中和外部耦合器中的光都顯示為紅色[6]。1.1.2回音壁模式微腔的主要應(yīng)用1、傳感器基于回音壁模式微腔的傳感器的工作機(jī)理一般是監(jiān)測系統(tǒng)物理變化引起的回音壁模式共振波長的變化，超高的品質(zhì)因子和很強(qiáng)的倏逝波使回音壁模式共振波長的變化對周圍環(huán)境非常敏感。因此，回音壁模式微腔已經(jīng)發(fā)展為一種高靈敏度的傳感器[60,61-63,64]，如生化傳感器、折射率傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器。生化傳感器：當(dāng)分子與回音壁模式微腔表面結(jié)合時，由于微腔的倏逝場需要極化分子[65]，所以光學(xué)模式的共振頻率將發(fā)生偏移�；谶@一原理，Su等人開發(fā)了一種單分子傳感器，稱為鎖頻光學(xué)倏逝諧振腔，可用于檢測半徑從100nm到2.5nm的各種納米級物體，包括外體、核糖體、小鼠免疫球蛋白G和人體白細(xì)胞介素-2[65]。除了直接探測納米級物體外，回音壁模式微腔還可以通過表面功能化的方法，應(yīng)用于檢測特定的分析物。例如，Ghali等人研制了一種基于LysK功能化回音壁模式微盤的生物傳感器，對金黃色葡萄球菌進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，檢測極限為5pg/mL[66]。Swaim等人建立了一個理論模型，其中回音壁模式的共振頻移可以通過微環(huán)和金納米棒的結(jié)合而得到加強(qiáng)[67]。之后，基于金納米棒與微腔結(jié)合的傳感應(yīng)用得到了廣泛的研究。最近，Baaske和Vollmer建立了一個利用回音壁模式傳感方法

第一章緒論4去檢測水介質(zhì)中單個原子/離子的系統(tǒng)[68]。如圖1-3所示，將金納米棒結(jié)合在二氧化硅微球表面，以激發(fā)金納米棒的LSPR并在金納米棒尖端產(chǎn)生局部強(qiáng)度熱點(diǎn)。當(dāng)單個原子/離子與等離子體金納米棒相互作用時，這些熱點(diǎn)可以增加共振波長的頻移。圖1-3（a）回音壁模式傳感裝置。（b），（c）單個鋅或汞離子與金納米棒的瞬態(tài)相互作用及相應(yīng)的光譜位移[68]。除了檢測共振波長頻移外，還有一些基于強(qiáng)度的回音壁模式傳感器。例如，Heylman等人通過測量回音壁模式能量的變化演示了一種單粒子光熱吸收光譜儀[69]。該光譜儀采用片上光學(xué)回音壁模式微環(huán)作為超靈敏溫度計，法諾共振和回音壁模式的融合，使其具有超高的靈敏度，共振位移小于100Hz。折射率傳感器：微腔的共振波長與微腔和周圍介質(zhì)的折射率差有直接關(guān)系。因此，高品質(zhì)因子的微腔可以作為高靈敏度的折射率傳感器，這些微腔可分為無源微腔和有源微腔。與基于無源微腔的折射率傳感器相比[70,71]，例如，Zhu等人利用液芯光學(xué)環(huán)形腔研制了一種靈敏度為20nm/RIU的折射率探測器[72]，近年來利用有源微腔構(gòu)建折射率傳感器受到越來越多的關(guān)注，因?yàn)樗鼈兡軌驅(qū)崿F(xiàn)自由空間操作的實(shí)用優(yōu)勢。通過在半個有源微球上涂抹高折射率膠水，Kang等人演示了一種基于自由空間激勵模式分裂的折射率傳感器，該方法能夠區(qū)分周圍環(huán)境的折射率變化和溫度變化[27]。Wan等人基于自由空間光學(xué)測量裝置，利用染料摻雜聚合物微環(huán)激光器研制了一種靈敏度為75nm/RIU的穩(wěn)定折射率傳感器[73]。Krmmer等人利用自由空間光學(xué)方法證明，通過將染料摻雜聚合物微盤的厚度從0.9μm減小到0.21μm，可以將折射率靈敏度從60nm/RIU提高到150nm/RIU[74]。如圖1.4所示，Ren等人通過平行放置兩個相互耦合的薄壁二氧化硅毛細(xì)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Investigation of plasmonic whispering gallery modes of graphene equilateral triangle nanocavities[J]. Yixin HUANG,Weibin QIU,Shangxin LIN,Jing ZHAO,Houbo CHEN,Jia-Xian WANG,Qiang KAN,Jiao-Qing PAN.  Science China（Information Sciences）. 2016(04)



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