可固化和自然成型光學微腔的回音壁模特性及其應用研究.pdf

1、尺寸微米量級的光學微腔，能將光場限制在非常小的空間內(nèi)，相對于傳統(tǒng)的光學諧振腔具有小型化和易于集成的優(yōu)勢，是現(xiàn)代光學和器件應用的研究熱點。利用連續(xù)的全內(nèi)反射使光局限于電介質(zhì)界面的回音壁模(WGM)光學微腔，其腔內(nèi)諧振的WGM品質(zhì)因子高、模式體積小，能極大地增強光與物質(zhì)之間的相互作用。目前，各種不同形狀的WGM光學微腔，如球形、盤形、環(huán)形、圓環(huán)面形、瓶形、半球形和柱形等，已經(jīng)在微激光器、光和射頻通訊、病毒和納米顆粒探測、量子光學和電動力學、

2、生物傳感、光學頻率梳及光力效應等眾多領(lǐng)域取得廣泛應用。本論文以可固化和自然成型的球形、瓶形和半球形光學微腔為主要研究對象，對它們的制備方法、WGM特性和應用展開研究。主要的內(nèi)容和貢獻，可以概括為如下幾個方面:
　　1.設(shè)計和研制了利用雙光束CO2激光加熱熔融制備光學微球腔的裝置。
　　2.提出了一種利用求導法計算諧振模式間尺寸參數(shù)間隔的有效方法。在Lam求得的尺寸參數(shù)公式的基礎(chǔ)上，依據(jù)角模式數(shù)(l)為整數(shù)且遠遠大于1的性質(zhì)，

3、相鄰模式(△l=1)間的尺寸參數(shù)間隔可近似表示為相應尺寸參數(shù)的導數(shù)。相比于泰勒級數(shù)展開法，求導法得到的尺寸參數(shù)間隔值同利用Mie散射理論算得的精確值之間相對誤差更小，并且與實驗測量數(shù)據(jù)基本一致。求導法因不需要繁瑣的級數(shù)展開，會大大簡化計算程序。
　　3.基于紫外固化膠材料低損耗、寬透明窗口、液態(tài)和可光照固化等性質(zhì)，提出利用表面張力和光固化相結(jié)合的方法，首次制備和研究了紫外固化膠微球WGM諧振腔，并通過倏逝場耦合技術(shù)研究了這種微球腔

4、的WGM諧振光譜、耦合效率和品質(zhì)因子。然后，分別從實驗和理論上研究了腔內(nèi)諧振的WGM隨輸入光功率增加而發(fā)生的藍移現(xiàn)象，以及不同尺寸微球隨輸入光功率的變化情況。
　　4.依據(jù)紫外固化膠可在光纖上潤濕的特性，使用潤濕和光固化法制備了紫外固化膠微瓶諧振腔。與加熱拉伸和軟化壓縮法不同，它不需要精確控制熱源和被加工的樣品，是通過自然作用形成，不受機械或人為等外在因素的影響。制得的微瓶腔具有非常好的規(guī)整性和中心對稱性，并導致腔內(nèi)激發(fā)的回音壁瓶

5、子模式和品質(zhì)因子具有相對中心位置對稱和一致的特性。受所依托的SiO2光纖較高熱導率的影響，其諧振漂移靈敏度比微球腔的漂移靈敏度值小。
　　5.利用紫外固化膠與PVA之間的類疏水效應和自身的表面張力，獲得了自組裝形成的微半球。研究了基于Ag鏡和PVA類疏水層紫外固化膠微半球腔系統(tǒng)的WGM特性、諧振模式不隨入射泵浦電流增加或減小而發(fā)生漂移的高穩(wěn)定性和微半球腔系統(tǒng)的溫度傳感特性。
　　6.將光與微腔從腔內(nèi)的諧振相互作用拓展到腔外的