納米線波導的光纖耦合及應用研究.pdf

1、在亞波長尺度上實現對光束的操控是光子器件的發(fā)展趨勢。微納光波導，特別是半導體納米線波導，作為在介觀尺度上對光子非常有效的二維約束結構吸引了眾多的研究熱情，并有望成為微納光子器件的基本元件之一。在最近幾年逐漸興起的一個新興領域——表面等離激元(SPP)光子學也對集成光學的發(fā)展有很重要的影響。SPP波導打破了衍射極限的限制，使得光信號可以以深亞波長尺度約束進行傳輸。在上述光子結構的研究和應用中，利用納米光纖耦合及傳輸光信號是近年來發(fā)展起來的

2、一種簡單高效的新方法，也是目前連接微納結構與宏觀器件的最有效方式之一。本工作對納米線波導與納米光纖探針的耦合做了深入研究，并利用這一結構的高效率耦合特性，研制成功帶有尾纖輸出的納米帶環(huán)形激光器，同時直接測量了SPP納米線的傳輸損耗。
　　 作為典型的微納光波導之一，半導體納米線具有制作方便、損耗低、增益強、非線性系數大和光約束能力強等優(yōu)異性能。本文在第二章介紹了半導體納米線的光學特性，將氧化鋅納米線近似看成圓柱形波導后對其模場求

3、解析解得到其模場特性:線偏振和圓偏振的導模的電場分布情況、納米線內部及周圍的電場和能量的分布及不同直徑的納米線的色散特性。之后我們用微擾理論從物理圖像上分析了納米線間的倏逝波耦合，并對不同參數的納米線之間的耦合做了分析。在第三章中，我們利用微操作將半導體納米線制備成帶有尾纖輸出的環(huán)形諧振腔來制作納米線激光器。使用的單根納米帶的橫截面積為600 nm×300 nm。當用超連續(xù)光對制備的環(huán)形腔進行泵浦時，在523 nm附近可以得到半高寬為0

4、.27 nm的多模激光輸出。這一結構的輸出具有大約為5∶1偏振比和3.7 nW的激光輸出功率。所獲得的激光輸出功率高于其他納米線激光器的結果。
　　 在第四章我們對SPP波導的導波特性進行研究。首先介紹了SPP的基本概念，接著對單根銀納米線在均勻介質中的導模進行分析，然后在實驗上對單根銀納米線的傳輸損耗進行直接測量。利用納米光纖探針的導波特性，我們實現了從納米光纖到銀納米線的穩(wěn)定高效的光子-SPP耦合。通過改變SPP在銀納米線中

5、的傳輸長度，我們對銀納米線中的SPP傳輸損耗進行了測量。測得的結果為:0.64 dB/μm(532 nm)，0.41 dB/μm(633 nm)和0.33 dB/μm(980nm)，該結果與有限元分析結果符合。這一結果證實了之前對銀納米線的傳輸損耗的間接實驗結果，表明之前的理論計算值偏高。
　　 綜上所述，基于納米線波導與納米光纖的高效率耦合特性，本論文工作在半導體納米線激光器輸出與SPP波導損耗特性表征方面獲得重要進展，研究結