mba論文可調諧光學回音壁模式微腔實驗研究pdf

1、 可調諧光學回音壁模式微腔實驗研究 重慶大學碩士學位論文 （專業(yè)學位） 學生姓名：曾 敬 指導教師：朱 濤 教 授 學位類別：工程碩士（光學工程領域） 重慶大學光電工程學院 二 O 一五年五月 重慶大學碩士學位論文 中文摘要 I 摘 要 近年來，基于光學微腔的回音壁模式（Whispering Gallery mode，WGM）吸

2、引了眾多學者的研究興趣。可調諧的回音壁模式在濾波、光開關和傳感測量中有著極其重要的價值。本文利用硅基材料良好的熱光效應、自由載粒子吸收和多光子吸收效應，分別以微管和光子晶體光纖作為光學諧振腔，對回音壁模式的諧振頻率和幅度調諧進行了研究。主要的研究內容如下： 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

3、驗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， 利用二氧化硅微管和電熱絲制作可調諧的回音壁模式電諧振腔，理論推導得知電致熱調諧可以實現回音壁模式的大范圍調諧；實驗測試電諧振腔獲得品質因數 104 數量級，自由光譜范圍為 0.8nm 以及信噪比高達4.3dB 的回音壁模式；通過對電熱絲通以恒定電流，實現回音壁模式 0.57nm 的漂移， 對應的電流大小為 200mA， 消耗的電功率約為 0.1mW； 實驗測試可調

4、諧電諧振腔作為光開關時，響應速度在幾百 ms 數量級上，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速度。 ③ 提出利用光子晶體光纖作為光學微腔獲得高 Q、 少模的回音壁模式。 實驗通過六個大孔的光子晶體光纖，獲得 Q 值為 104 數量級的 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實現對光學回音壁模式和 Fano 模式的幅度光調諧； 理論仿真光子晶體光纖作為諧振腔的模場分布， 初

5、步解釋光子晶體光纖產生的 Fano 模式， 孔狀結構致使腔體內的高階模式被損耗， 低階的回音壁模式在腔體外沿發(fā)生模式耦合效應， 最終形成 Fano 回音壁模式。 綜上，熱光非線性效應能夠實現超大范圍的回音壁模式調諧，自由載粒子吸收和多光子吸收致使腔內損耗增加，諧振模式幅度減少；光子晶體光纖的特殊結構致使 Fano 回音壁模式的形成。 本文所設計的兩類回音壁模式可調諧器件在可調諧激光器、光濾波以及光開關等領域具有一定的應用價值。 關鍵詞