片上高品质因子边缘悬空硫化砷光学微盘腔

发布时间：2017-12-07 14:34

  本文关键词：片上高品质因子边缘悬空硫化砷光学微盘腔

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【摘要】：近年来,光学微腔,特别是回音壁模式光学微腔由于具有较高品质因子和较小模式体积等优点,在世界范围内被广泛地研究。其中基于氧化硅的回音壁模式光学微腔,由于其与CMOS工艺兼容的特性,较小的模式体积和极高的品质因子,使得其在光学微腔的研究中被广泛使用。但是由于氧化硅在中红外不透光和非线性系数小的特性,使得氧化硅光学微腔在这两个领域的研究存在着天然的劣势。为了在中红外波段利用回音壁模式光学微腔的优异特性,许多有着良好光学特性的新材料被发掘并用于片上光学微腔的研究。在这些材料里面,硫系玻璃由于其极宽的光学透光特性,优异的非线性光学性能脱颖而出,受到了广泛的研究。本文提出一种片上高品质因子边缘悬空硫化砷光学微盘腔的制备工艺,通过该工艺可以制备本征光学品质因子高达2.1×106的硫化砷光学微盘腔。该工艺基于标准光刻工艺,可以大规模制备片上高品质因子边缘悬空硫化砷光学微盘腔。本文主要包括以下几方面的内容：1.研究了热蒸发制备硫化砷薄膜的工艺。通过结合材料特性和薄膜生长特性改善镀膜所用的工艺参数,我们制备出了高品质硫化砷光学薄膜。SEM照片显示该薄膜具有极其平整的表面,十分有利于制备高品质光学微腔。同时简要论述了退火过程对硫化砷薄膜性质的影响,包括结晶,粘附性等问题。2.提出了一套完整的制备边缘悬空硫化砷光学微盘腔的制备方法。该方法基于标准光刻工艺,同时巧妙地避开了硫化砷会被刻蚀硅所用的氟化物腐蚀的问题,制备出不同直径的光学微腔。制备得到的光学微腔在SEM照片中呈现出较低的边缘粗糙度,有效降低了散射带来的光学损耗。3.通过使用氧化硅微光纤耦合。我们测试了制备得到的硫化砷微盘腔的品质因子,测得直径60μm,厚度900nm光学微盘腔的本征品质因子在1550nm波段可以高达2.1×106。由于微光纤的使用和硫化砷边缘悬空的特性,光纤与硫化砷微盘腔之间的相对位置可以自由调整,从而可以改变耦合状态。我们研究了耦合深度随光纤-微盘间隙的变化情况。在实验中使用一片50μm直径的硫化砷光学微盘腔实现了98.6%的耦合深度。实现该耦合的模式耦合深度为25%时,测得本征品质因子为8.4×105。同时外部损耗—本征损耗比值随耦合深度的变化与理论很好地契合。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN05

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本文编号：1262736