【摘要】：光沿著腔的邊緣利用全內(nèi)反射（Total Internal Reflection， TIR）傳播，如果光繞諧振腔一圈的光程剛好是其波長的整數(shù)倍，那么就會(huì)形成駐波。我們通常把這種駐波的模式稱為回音壁模式（Whispering Gallery Mode， WGM），而這種腔我們通常叫做回音壁模式諧振腔�；匾舯谀Ｊ街C振腔具有極高的品質(zhì)因子和極小的模式體積，它的應(yīng)用最主要就是基于以上兩點(diǎn)的。正是因?yàn)槿绱�，�?911年由Lord Rayleigh提出回音壁模式這一概念之后，學(xué)者對(duì)它進(jìn)行了不斷的研究。本文中，我們的主要工作就是利用飛秒激光微納加工制備回音壁模式諧振腔，并研究它們的應(yīng)用。 本文的主要內(nèi)容包括： 1.回音壁模式微盤激光器的制備。在此工作中，我們首先配制了具有增益材料的光刻膠。SU8光刻膠用環(huán)戊酮稀釋，而羅丹明B溶解于乙醇溶液中，最后將兩者均勻混合，形成羅丹明B占質(zhì)量比1%的摻雜SU8光刻膠。其次搭建了皮秒激光泵浦測(cè)試系統(tǒng)。泵浦光源使用的是1064nm倍頻后的532nm激光器，其脈寬為15皮秒，重復(fù)頻率為50KHz。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，微盤激光器的閾值很低，其閾值小于1mw，同時(shí)它的激射峰線寬很窄，只有0.38nm。不僅如此，在微環(huán)、微橢圓、多邊形等諧振腔上也都測(cè)試獲得了激射現(xiàn)象。 2.回音壁模式雙盤耦合單模激光器。第一部分工作里的激光器工作模式比較多，但是實(shí)際應(yīng)用中主要還是用單模激光器的。在微結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)單模并不容易，有人利用減小諧振腔的尺寸、使用分布式布拉格反射結(jié)構(gòu)等手段也能實(shí)現(xiàn)單模輸出，不過各自都有缺陷。本文利用兩個(gè)不同直徑的微盤上下疊加邊緣對(duì)齊的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了單模輸出。這種結(jié)構(gòu)工作時(shí)，只有波長同時(shí)滿足兩個(gè)諧振腔的諧振條件才能在該耦合腔中諧振。該單模激光器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸很小，便于集成，而且其品質(zhì)因子很高，激射峰的線寬很窄，只有0.25nm。 3.回音壁模式諧振腔傳感器。本部分工作分為兩個(gè)部分，第一部分的工作利用的是單盤諧振實(shí)現(xiàn)其傳感特性。當(dāng)光在回音壁模式諧振腔內(nèi)部傳播的過程中，有一部分光以消逝場(chǎng)的形式存在于諧振腔的外部。而當(dāng)諧振腔周圍的環(huán)境折射率發(fā)生變化時(shí)，這部分消逝場(chǎng)就會(huì)跟外界環(huán)境發(fā)生作用。就是利用這種作用，使得諧振腔內(nèi)部的模式發(fā)生微小的變化，通過測(cè)量這一變化即可以進(jìn)行探測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該諧振腔的靈敏度為30nm/RIU。由于回音壁模式諧振腔的品質(zhì)因子非常的高，在這種靈敏度下，這種類型的傳感器其檢測(cè)極限非常低。有報(bào)道稱，非標(biāo)識(shí)回音壁模式諧振腔能夠進(jìn)行單分子測(cè)量。第二部分的工作是雙盤耦合諧振腔的傳感研究工作。該諧振腔的微盤也是通過消逝場(chǎng)與外界聯(lián)系的，所不同的是該系統(tǒng)中兩個(gè)不同直徑的微盤之間會(huì)發(fā)生相互的作用。與游標(biāo)卡尺工作原理類似，利用兩個(gè)微盤的自由光譜區(qū)不同，與外界作用后其諧振波長的變化也不同，達(dá)到傳感目的。測(cè)試表明，該諧振腔的靈敏度達(dá)到500nm/RIU，相較于單盤傳感器，其靈敏度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。 4.理論及模擬工作。在本論文的第二章，我們具體講解了使用幾何光學(xué)法和電磁理論兩種方法分別計(jì)算得到了回音壁模式諧振腔內(nèi)的光場(chǎng)分布以及回音壁模式的一些特征。并且使用Rsoft軟件對(duì)微盤激光器、回音壁模式雙盤耦合單模激光器、單盤諧振腔的傳感分別進(jìn)行了模擬，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩者相互驗(yàn)證正確性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

拼接設(shè)備或者特定的圓柱形微爐也可以用于制備光纖錐。一個(gè)合格的光纖錐腰直徑可以小到 1 微米，這樣可以使得光纖錐里的模式明顯的延伸到光纖周去從而更容易的與諧振器進(jìn)行耦合。這種光纖錐典型的錐長可以達(dá)到 1 厘米要注意的是由于光纖錐的錐部分非常的細(xì)，因此十分脆弱，很容易壞。1.4.2集成波導(dǎo)耦合器集成波導(dǎo)耦合器如圖 1.1（b）所示是由一個(gè)直波導(dǎo)和一個(gè)回音壁模式微諧腔組成的。波導(dǎo)需要精心的設(shè)計(jì)使得它的消逝場(chǎng)與微腔有重疊。要想高效的合是非常困難的，因此需要非常細(xì)心的對(duì)齊，不過這個(gè)系統(tǒng)要比光纖錐耦合統(tǒng)要更加緊湊也更顯集成性。圖 1.1 回音壁模式微腔中幾種常見的耦合方式。（a）光纖錐耦合；（b）集成波導(dǎo)耦合器；（c）棱鏡耦合系統(tǒng)；（d）光纖拋光耦合器。

§1.5回音壁模式的應(yīng)用§1.5.1無源回音壁模式微諧振腔的應(yīng)用（1）光學(xué)單諧振腔濾波器最簡(jiǎn)單的基于諧振腔濾波器就是一個(gè)回音壁模式諧振腔加上一個(gè)光器，比如棱鏡耦合器，波導(dǎo)等，如圖 1.2 所示。對(duì)于圖 1.2（a）這樣的濾我們可以描述為00( )( )cciTi (1-11)此處T 代表的是透射的強(qiáng)度， 是吸收線寬，c 是耦合線寬，0 是諧

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本文編號(hào)：2737264