基于開口微環(huán)諧振器的近場(chǎng)光子學(xué)捕獲.pdf

1、1970年，美國(guó)著名學(xué)者Ashkin在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了用一高斯光束對(duì)水溶液中的乳膠顆粒的束縛，這奠定了光學(xué)捕獲的基礎(chǔ)，也開啟了光學(xué)捕獲研究的先河。光學(xué)捕獲自被提出以來(lái)，因?yàn)榭煽夭僮?、精確定位和個(gè)體選擇等特性，在生物、醫(yī)學(xué)、物理、化學(xué)等諸多領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的生命力，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著信息、材料等學(xué)科的發(fā)展，納米尺寸粒子的捕獲成為光捕獲研究領(lǐng)域的重要方向之一，將傳統(tǒng)自由空間光捕獲直接應(yīng)用于納米尺寸粒子捕獲會(huì)遇到諸多的問(wèn)題和困難。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)

2、的近場(chǎng)光子學(xué)捕獲既能捕獲納米尺寸的粒子，又能實(shí)現(xiàn)捕獲裝置的集成化，具有更優(yōu)越的性能和更廣的應(yīng)用前景。本文設(shè)計(jì)了一種基于開口微環(huán)諧振器的近場(chǎng)光子學(xué)捕獲方法，為納米粒子光捕獲提供參考。本文的各章節(jié)內(nèi)容如下:
　　第一章中，我們首先介紹了光學(xué)捕獲的理論基礎(chǔ)和發(fā)展現(xiàn)狀;接著我們介紹了近場(chǎng)光子學(xué)捕獲的發(fā)展和主要的理論模型;最后我們概要介紹了本論文的主要工作。由于所提出的近場(chǎng)捕獲方法是基于微環(huán)諧振器件的，所以在第二章我們?cè)敿?xì)介紹了具有高Q值的

3、微環(huán)諧振器。本章主要從微型諧振器的基本原理、制作工藝和器件應(yīng)用等方面展開重要介紹了微環(huán)諧振器在光學(xué)捕獲中的應(yīng)用。
　　為了實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定捕獲點(diǎn)的微環(huán)光捕獲，第三章中我們提出和研究了一種基于開口微環(huán)諧振器的近場(chǎng)光子學(xué)捕獲方法。這種結(jié)構(gòu)由兩根波導(dǎo)和一個(gè)開口的微環(huán)組成，當(dāng)入射的兩束相干光具有特定的相位差時(shí)，可以在開口區(qū)域的中心點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光學(xué)捕獲。模擬計(jì)算的結(jié)果表明，相比于完整微環(huán)諧振器，此種結(jié)構(gòu)下的捕獲力可提高一個(gè)量級(jí)，而且還可以通過(guò)

4、入射的光功率來(lái)調(diào)節(jié)捕獲粒子的平衡位置。
　　第四章中，我們對(duì)開口微環(huán)諧振器光捕獲方法進(jìn)行了優(yōu)化，提出了兩種優(yōu)化的方法。根據(jù)微環(huán)的耦合理論可知，通過(guò)增加耦合長(zhǎng)度能提高耦合率。所以，我們將微環(huán)的形狀由圓形變成跑道形，通過(guò)這種方法捕獲力提高了兩倍。又因?yàn)殚_口對(duì)微環(huán)的諧振模式有破壞作用，導(dǎo)致波導(dǎo)和微環(huán)之間的耦合率降低。我們通過(guò)模擬計(jì)算得出，當(dāng)開口形狀為圓形時(shí)破壞作用最小。計(jì)算的結(jié)果表明，圓形開口的光學(xué)捕獲力是矩形開口捕獲力的兩倍。