摻有熒光物質(zhì)的MF微球和TiBa玻璃微球的研究.pdf

1、吸收系數(shù)較小的介電微球(直徑從幾微米到幾百微米之間)是品質(zhì)因數(shù)很高的光學(xué)微腔。這類介電微球能夠?qū)η騼?nèi)的光產(chǎn)生限制效應(yīng)，并在滿足特定條件時(shí)形成光學(xué)共振模，稱為回音壁模(whispering gallery modes，WGMs)，展現(xiàn)在光譜中即存在很窄的共振峰，這些峰的位置(波長)依賴于微球的形貌(尺寸、形狀和折射率)。微球腔因其特有的優(yōu)勢在腔量子電動(dòng)力學(xué)、微腔激光器、窄帶濾波器及微型傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 本論文首先從

2、Maxwell理論出發(fā)，應(yīng)用邊界條件，討論了微球腔內(nèi)電磁本征模的分布以及求解過程，導(dǎo)出其對應(yīng)的特征方程，計(jì)算了WGM共振峰位置的近似公式。同時(shí)，根據(jù)近似公式的特點(diǎn)，分析了腔模在微球腔內(nèi)的分布特點(diǎn)，并從散射，吸收，消光系數(shù)這些特征參量的角度研究了微球的形貌共振。 首次用Raman光譜儀測試了含有耐爾藍(lán)(NB)和羅丹明(RhB)的三聚氰胺甲醛樹脂(MF)微球的發(fā)光光譜，根據(jù)光譜測量數(shù)據(jù)對含有熒光染料的有機(jī)微球的發(fā)光機(jī)理及特性進(jìn)行了解

3、釋，并闡述了介質(zhì)微腔對球內(nèi)熒光的調(diào)制機(jī)理。 利用相同的測試儀器測量了幾種玻璃微球(包括SiO2、普通TiBa玻璃微球，以及摻雜Er3+的TiBa玻璃微球)的Raman光譜，對不同材料的光譜特征做了分析，發(fā)現(xiàn)在摻雜和未摻雜的TiBa玻璃微球的光譜中均存在共振現(xiàn)象，根據(jù)我們推出的峰位近似公式對光譜表現(xiàn)出的形貌共振特性進(jìn)行了驗(yàn)證；并與P.Chylek的近似公式進(jìn)行了比較。 從微球的共振峰位對外界環(huán)境的變化反應(yīng)靈敏這一特性出發(fā)，

4、推導(dǎo)了共振峰的位移與溫度的依賴關(guān)系，提出了一種可用于溫度傳感器的線性模型：基于TiBa玻璃微球的高折射率特征，分別用TiBa玻璃微球與摻稀土Er3+的TiBa玻璃微球作為溫度靈敏度元素，利用中國科學(xué)院物理所的實(shí)驗(yàn)設(shè)備搭建了簡單可行的測試平臺，使用532nm激光激發(fā)，通過測試變溫狀態(tài)下的共振譜，記錄下微腔的形貌共振對溫度變化的響應(yīng)過程，研究了微腔的溫度特性。并將我們的模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對比，證明所提出的線性模型是正確的。尤其通過對摻雜稀土離

5、子Er3+的玻璃微球進(jìn)行變溫測量，得到溫度感應(yīng)的靈敏度約為6 pm/℃，且標(biāo)準(zhǔn)誤差僅為0.0148。 本文嘗試性的探索了微腔的發(fā)光及散射光的形貌共振現(xiàn)象，并提出了將微球腔用于溫度傳感系統(tǒng)的概念。盡管受到技術(shù)條件的限制，在此領(lǐng)域應(yīng)用受到一定影響，但是光學(xué)微球諧振腔所具有的高品質(zhì)因數(shù)等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使其在高新技術(shù)領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用。隨著技術(shù)水平的不斷提高，光學(xué)微球的研究和應(yīng)用必將會(huì)有更快、更大的發(fā)展，在光電技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生重要的作