超高品質因數回音壁模式諧振器研究.pdf

1、回音壁模式是存在于圓形諧振器里面的一類特殊的電磁波諧振模式，依靠在諧振器邊界面上的全內反射，其能夠以極小的損耗沿著諧振器的弧形表面?zhèn)鞑??；匾舯谀Ｊ匠叩钠焚|因數，結合其極低的模式體積，使其被廣泛應用在微波光子學、非線性光學、量子光學等眾多領域。論文對超高品質因數回音壁模式諧振器進行了系統(tǒng)性的研究，研究工作從回音壁模式在諧振器中的場分布開始，詳細闡明了回音壁模式在諧振器中的形態(tài)特征，并通過豐富的理論計算和實驗研究，對超高品質因數回音壁模式

2、諧振器的光學和電學特性進行了全面深入的分析。
　　本研究主要內容包括：⑴提出了對回音壁模式諧振器進行計算與分析的保角變換和傳輸線方法。利用這種簡便高效的方法，對不同尺寸的諧振器中回音壁模式的場分布與諧振頻率進行了詳細的分析和研究，包括微米級的小尺寸微腔，以及毫米級的大尺寸諧振器。⑵建立了回音壁模式諧振器的二次諧波產生模型。從麥克斯韋方程組出發(fā)，利用回音壁模式諧振器的非線性效應，實現了回音壁模式諧振器中的二次諧波產生的建模與仿真。研

3、究了回音壁模式諧振器中的二次諧波的產生機理，詳細分析了基波和二次諧波的自脈沖效應，并從理論模型中計算求得了回音壁模式諧振器中自脈沖效應的閾值功率。⑶實現了超高品質因數回音壁模式光學諧振器的設計和制備，提出了回音壁模式諧振器的制備方法。成功完成了z切和x切鈮酸鋰(LiNbO3)諧振器，氟化鎂(MgF2)諧振器等多種不同類型的回音壁模式碟形諧振器的設計和制備。⑷完成了回音壁模式光學諧振器品質因數的測量，分析了諧振器品質因數的特性。利用線寬法

4、和CRD(cavity ring down)法，完成了多種不同類型的回音壁模式光學諧振器品質因數的測量。測量結果表明，z切和x切鈮酸鋰回音壁模式諧振器的品質因數分別為Q=1.2×107和Q=2.7×107，這一超高的品質因數，充分表明了鈮酸鋰回音壁模式諧振器優(yōu)良的光學性能。此外，分析比較了不同諧振器的品質因數及其測量方法，同時對諧振器品質因數的損耗機制及其影響因素進行了深入的研究。⑸研究了回音壁模式諧振器的光學特性。詳細分析了回音壁模式

5、耦合過程中的眾多因素，包括激光的入射角度、棱鏡與諧振器的耦合距離、入射激光的偏振態(tài)以及回音壁模式的熱效應等，研究了它們對諧振器中回音壁模式的作用機制及影響效果。⑹研究了回音壁模式諧振器的電學特性。對鈮酸鋰回音壁模式諧振器的電光效應，進行了理論和實驗上的研究，揭示了其優(yōu)良的電光特性。分析了回音壁模式諧振器的輻射特性，提出了基于回音壁模式輻射效應的射頻軌道角動量天線，闡明了從回音壁模式到軌道角動量模式的轉換機制，從仿真和實驗上揭示了該天線對