在纖式回音壁微腔關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、采用連續(xù)全反射原理實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)限制的回音壁微腔因具有超高的品質(zhì)因子已成為近年來光學(xué)諧振腔的研究熱點(diǎn)。目前通過消逝場(chǎng)耦合是無源回音壁微腔中回音壁模式激發(fā)與收集的主要手段，常用的耦合器包括束腰直徑小于2μm的拉錐光纖和棱鏡等。拉錐光纖的耦合效率高達(dá)99％但其物理強(qiáng)度低，易被污染且轉(zhuǎn)移困難，棱鏡耦合器的物理強(qiáng)度高但其體積龐大且不具有模式選擇性。除此之外，為了達(dá)到臨界耦合狀態(tài)，回音壁微腔和拉錐光纖或者棱鏡耦合器之間在空間上是分離的，因此整個(gè)諧振結(jié)構(gòu)

2、的穩(wěn)定性易受外界振動(dòng)或者空氣擾動(dòng)的影響。本文針對(duì)現(xiàn)有回音壁微腔存在的問題，按照回音壁微腔集成化和光纖兼容化的思路進(jìn)行研究，建立了在纖式回音壁微腔模型并研究其諧振特性和優(yōu)化方法。在此基礎(chǔ)上提出了三種不同結(jié)構(gòu)的在纖式回音壁微腔，論文的主要內(nèi)容包括：
　?、倮碚摲治隽嗽诶w式回音壁微腔中諧振腔材料、尺寸和外界折射率對(duì)回音壁模式諧振波長、有效折射率以及模場(chǎng)分布的影響。分析結(jié)果表明在纖式回音壁微腔的折射率大于其外界材料(包括空氣或者光纖包層)

3、的折射率且與纖芯基?？蓪?shí)現(xiàn)模式匹配時(shí)便可有效激發(fā)回音壁模式。在相同的耦合狀態(tài)下，回音壁微腔的尺寸越大越易激發(fā)高階回音壁模式，即回音壁微腔中的模場(chǎng)分布越復(fù)雜。
　?、谔岢霾⒃O(shè)計(jì)制作了一種基于普通單模光纖的在纖式回音壁微腔諧振結(jié)構(gòu)，其中光纖纖芯作為耦合器而利用飛秒脈沖激光加工的微結(jié)構(gòu)作為諧振腔。該回音壁微腔的特點(diǎn)為：(1)集成度高，該結(jié)構(gòu)將耦合器和回音壁微腔集成在一根光纖內(nèi)部，因此其尺寸不超過125μm；(2)易轉(zhuǎn)移，一體化的結(jié)構(gòu)使得

4、在纖式回音壁微腔的轉(zhuǎn)移更加便捷同時(shí)無需再次調(diào)節(jié)耦合器與回音壁微腔的間距；(3)光纖兼容化，基于平面波導(dǎo)的片上回音壁微腔需要額外的垂直光柵實(shí)現(xiàn)與外界光源的耦合，而在纖式回音壁微腔固有的光纖結(jié)構(gòu)使其與光源的耦合更加簡單。采用后處理或者其他微加工方法進(jìn)一步提高在纖式回音壁微腔表面光滑度后其品質(zhì)因子可進(jìn)一步提高，可作為窄帶濾波器和激光器諧振腔等。
　?、厶岢霾⒃O(shè)計(jì)制作了一種基于在纖式 Mach-Zehnder干涉儀和回音壁微腔耦合產(chǎn)生非對(duì)

5、稱譜線的結(jié)構(gòu)?；匾舯谖⑶慌c干涉儀耦合時(shí)在其諧振波長附近產(chǎn)生額外的相移并導(dǎo)致干涉譜中呈現(xiàn)非對(duì)稱譜線，因此非對(duì)稱譜線對(duì)相位異常敏感。該結(jié)構(gòu)通過將Mach-Zehnder干涉儀和回音壁微腔集成在光纖中提高回音壁微腔耦合的穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)了斜率為117dB/nm的非對(duì)稱譜線，可用于邊沿濾波、光開關(guān)以及超高分辨率生化檢測(cè)等。
　　④提出并設(shè)計(jì)制作了兩種基于微結(jié)構(gòu)光纖的在纖式熱光可調(diào)諧回音壁微腔，即化學(xué)腐蝕的柚子型微結(jié)構(gòu)光纖和飛秒脈沖激光微加工制

6、作的微結(jié)構(gòu)單模光纖。柚子型微結(jié)構(gòu)光纖耦合熱光系數(shù)為-1.2×10-4/K的聚甲基丙烯酸甲酯球形回音壁微腔的熱光調(diào)諧效率為460pm/K。由于該結(jié)構(gòu)將球形回音壁微腔集成在柚子型光纖內(nèi)部且與纖芯保持接觸，因此該回音壁微腔的品質(zhì)因子(5.9×104)在調(diào)諧過程中保持不變。飛秒脈沖激光微加工制作的微結(jié)構(gòu)單模光纖可打破柚子型微結(jié)構(gòu)光纖對(duì)回音壁微腔尺寸的限制同時(shí)具有與其相比擬的調(diào)諧效率。以上兩種可調(diào)諧在纖式球形回音壁微腔在可調(diào)諧濾波以及激光器線寬壓