近年來,化學(xué)和生物物質(zhì)檢測在環(huán)境保護(hù)、疾病監(jiān)測和藥物發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域的重要性愈發(fā)凸顯,基于錐形光纖耦合光學(xué)微腔產(chǎn)生的回音壁模式（Whispering Gallery Mode,WGM）具有超高的品質(zhì)因數(shù)和較小的模式體積,使得WGM光學(xué)微腔耦合系統(tǒng)可對環(huán)境中的微小變化進(jìn)行檢測,并獲得比傳統(tǒng)微納光學(xué)傳感器更高的靈敏度和更低的探測極限,從而受到廣泛的關(guān)注。此外,與WGM微腔結(jié)合的法諾（Fano）共振效應(yīng)在生化傳感應(yīng)用方面,由于其不對稱且高斜率的Fano線型可實現(xiàn)對靈敏度和探測極限的進(jìn)一步提高,并且激發(fā)方法只需通過構(gòu)造連續(xù)態(tài)與WGM干涉即可,同時得到廣泛的研究。為了盡快將WGM光學(xué)微腔生化傳感器從實驗研究階段向商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推進(jìn),對傳感器的性能和工作穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文為了更好地應(yīng)用與Fano共振效應(yīng)結(jié)合的WGM微腔以實現(xiàn)性能提升的目的,一種更穩(wěn)定高效的Fano共振激發(fā)方式需要被提出;并且還需解決目前面臨的極小粒子誘導(dǎo)的模式劈裂現(xiàn)象不易識別問題;以及需要解決在生化傳感應(yīng)用中液相探測環(huán)境對耦合錐形光纖造成的不穩(wěn)定工作狀態(tài)問題。所以本文圍繞限制WGM光學(xué)微腔傳感器性能提升的因素和液相環(huán)境對錐形光纖... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 回音壁模式光學(xué)微腔及傳感應(yīng)用簡介
        1.1.1 回音壁模式光學(xué)微腔
        1.1.2 WGM微腔傳感對象
        1.1.3 WGM微腔傳感器形狀
    1.2 WGM傳感性能優(yōu)化和面臨問題
        1.2.1 傳感性能優(yōu)化方法
        1.2.2 法諾共振優(yōu)化效應(yīng)
        1.2.3 亟待解決的問題
    1.3 論文主要研究內(nèi)容及意義
    1.4 論文章節(jié)安排
第2章 回音壁模式微腔傳感器結(jié)構(gòu)與原理
    2.1 引言
    2.2 電磁場理論微腔模型
        2.2.1 球形微腔
        2.2.2 瓶形微腔
    2.3 幾何光學(xué)理論微腔模型
        2.3.1 柱形微腔
        2.3.2 錐形微腔
    2.4 回音壁傳感應(yīng)用性能參數(shù)及指標(biāo)
        2.4.1 回音壁模式表征參數(shù)
        2.4.2 傳感機(jī)制及分類
        2.4.3 傳感性能指標(biāo)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 回音壁模式微腔耦合系統(tǒng)的制備和表征
    3.1 引言
    3.2 回音壁模式微腔耦合理論
        3.2.1 微腔耦合方式簡介
        3.2.2 耦合模理論
        3.2.3 錐形光纖近場耦合
    3.3 回音壁模式微腔耦合系統(tǒng)的制備
        3.3.1 錐形光纖的制備
        3.3.2 球形微腔的制備
        3.3.3 柱(錐)形微腔的制備
        3.3.4 柱錐形微腔的制備
    3.4 回音壁模式微腔透過譜表征
        3.4.1 球形微腔的耦合模式譜
        3.4.2 柱(錐)形微腔的耦合模式譜
        3.4.3 柱錐形微腔的耦合模式譜
    3.5 本章小結(jié)
第4章 法諾共振的激發(fā)及對傳感性能的提升
    4.1 引言
    4.2 法諾共振激發(fā)方式
        4.2.1 雙腔系統(tǒng)激發(fā)法諾共振
        4.2.2 單腔系統(tǒng)激發(fā)法諾共振
    4.3 微腔Drop端與光纖臂干涉激發(fā)法諾共振
        4.3.1 理論基礎(chǔ)
        4.3.2 法諾共振激發(fā)實驗裝置
        4.3.3 實驗結(jié)果分析與討論
    4.4 法諾干涉調(diào)制模式劈裂傳感機(jī)制
        4.4.1 理論基礎(chǔ)
        4.4.2 模式劈裂識別系統(tǒng)的搭建
        4.4.3 實驗結(jié)果分析與討論
    4.5 本章小結(jié)
第5章 回音壁模式光學(xué)微腔傳感應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 基于球形微腔的重水濃度探測
        5.2.1 模式移動傳感機(jī)理
        5.2.2 微球腔耦合探測系統(tǒng)
        5.2.3 實驗結(jié)果分析與討論
    5.3 基于柱形微腔的軸向位置探測
        5.3.1 軸位探測理論模型
        5.3.2 柱腔軸位探測實驗
        5.3.3 實驗結(jié)果分析與討論
    5.4 基于柱錐形微腔的抗原濃度檢測
        5.4.1 柱錐形微腔檢測優(yōu)勢
        5.4.2 抗體表面修飾方法
        5.4.3 抗原檢測實驗與結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作不足與后續(xù)展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Polarization-modified Fano line shape spectrum with a single whispering gallery mode[J]. PengFa Chang,BoTao Cao,LiGang Huang,JiWei Li,Yue Hu,Feng Gao,WenDing Zhang,Fang Bo,XuanYi Yu,GuoQuan Zhang,JingJun Xu.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2020(01)
[2]單個回音壁微腔中Fano共振現(xiàn)象的觀測（英文）[J]. 郭舒婷,陳敏誠,張宇宏,吳柳樂,葉明勇,林秀敏.  光子學(xué)報. 2019(11)
[3]回音壁模式光學(xué)微腔傳感[J]. 唐水晶,李貝貝,肖云峰.  物理. 2019(03)
[4]Theoretical aspects and sensing demonstrations of cone-shaped inwall capillary-based microsphere resonators[J]. XIAOBEI ZHANG,YONG YANG,HUAWEN BAI,JIAWEI WANG,MING YAN,HAI XIAO,TINGYUN WANG.  Photonics Research. 2017(05)
[5]Experimental observation of Fano-like resonance in a whispering-gallery-mode microresonator in aqueous environment[J]. YAN-LEI SHANG,MING-YONG YE,XIU-MIN LIN.  Photonics Research. 2017(02)
[6]回音壁模式光學(xué)微腔:基礎(chǔ)與應(yīng)用[J]. 鄒長鈴,董春華,崔金明,孫方穩(wěn),楊勇,吳曉偉,韓正甫,郭光燦.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2012(11)

碩士論文
[1]Bottle光學(xué)微諧振腔與錐形光纖模式耦合相關(guān)研究[D]. 張昆.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2017
[2]基于微納光纖耦合器的高靈敏度無標(biāo)生物傳感器的研究[D]. 汪海.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 2016



本文編號：3193636