可調(diào)諧光學(xué)回音壁模式微腔實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、可調(diào)諧光學(xué)回音壁模式微腔實(shí)驗(yàn)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）學(xué)生姓名：曾敬指導(dǎo)教師：朱濤教授學(xué)位類別：工程碩士（光學(xué)工程領(lǐng)域）重慶大學(xué)光電工程學(xué)院二O一五年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要近年來，基于光學(xué)微腔的回音壁模式（WhisperingGallerymode，WGM）吸引了眾多學(xué)者的研究興趣?？烧{(diào)諧的回音壁模式在濾波、光開關(guān)和傳感測量中有著極其重要的價(jià)值。本文利用硅基材料良好的熱光效應(yīng)、自由載粒子吸收和多光子吸收效應(yīng)，分

2、別以微管和光子晶體光纖作為光學(xué)諧振腔，對回音壁模式的諧振頻率和幅度調(diào)諧進(jìn)行了研究。主要的研究內(nèi)容如下：①采用傳輸矩陣法分析微管諧振腔振蕩頻率的傳輸特性，并利用有限元原理和COMSOL軟件理論仿真微光纖近場耦合激發(fā)諧振腔的回音壁模式，研究了耦合距離和微管壁厚對諧振模式的影響；實(shí)驗(yàn)研究了耦合距離和光波偏振態(tài)對回音壁模式的影響。②采用熔融拉錐技術(shù)，利用二氧化硅微管和電熱絲制作可調(diào)諧的回音壁模式電諧振腔，理論推導(dǎo)得知電致熱調(diào)諧可以實(shí)現(xiàn)回音壁模式

3、的大范圍調(diào)諧；實(shí)驗(yàn)測試電諧振腔獲得品質(zhì)因數(shù)104數(shù)量級，自由光譜范圍為0.8nm以及信噪比高達(dá)4.3dB的回音壁模式；通過對電熱絲通以恒定電流，實(shí)現(xiàn)回音壁模式0.57nm的漂移，對應(yīng)的電流大小為200mA，消耗的電功率約為0.1mW；實(shí)驗(yàn)測試可調(diào)諧電諧振腔作為光開關(guān)時(shí)，響應(yīng)速度在幾百ms數(shù)量級上，理論分析通過減少微管壁厚和增加微管長度可以提高響應(yīng)速度。③提出利用光子晶體光纖作為光學(xué)微腔獲得高Q、少模的回音壁模式。實(shí)驗(yàn)通過六個(gè)大孔的光子晶

4、體光纖，獲得Q值為104數(shù)量級的WGM和Fano模式，模式體積較二氧化硅微管少，并利用多光子吸收和自由載粒子吸收效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對光學(xué)回音壁模式和Fano模式的幅度光調(diào)諧；理論仿真光子晶體光纖作為諧振腔的模場分布，初步解釋光子晶體光纖產(chǎn)生的Fano模式，孔狀結(jié)構(gòu)致使腔體內(nèi)的高階模式被損耗，低階的回音壁模式在腔體外沿發(fā)生模式耦合效應(yīng)，最終形成Fano回音壁模式。綜上，熱光非線性效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)超大范圍的回音壁模式調(diào)諧，自由載粒子吸收和多光子吸收致使腔