一维微结构光波导的制备及其光学性能研究
本文选题:光波导制备 切入点:一维微结构光波导 出处:《哈尔滨工业大学》2015年博士论文
【摘要】:微纳米光波导作为构建微纳米光电器件的最基本单元,因其小尺寸效应带来的独特光学特性备受关注。但无论在相关理论研究方面还是在微波导器件的应用研究方面都存在一些有待解决的问题。为了实现微纳米光波导功能多元化,进而开拓微结构波导应用领域,本论文开展对一维微纳米光波导及其构建的微小光学器件的研究。制备了激光染料改性的聚合物微波导,并对自耦合微腔模式选择机理进行初步探索。同时研究了硅基柱形微波导和微空心光纤管与玻璃微球组成的微光体系的光学特性。利用硅基微波导作为导光介质,系统研究了脉冲激光在微波导内产生的动力学效应。采用直接拉伸法制备了激光染料R6G掺杂的PMMA微波导,波导直径均匀,表面光滑。研究表明:随着R6G掺杂浓度增大,微波导的发光强度有所增加,当掺杂浓度达到8wt%时,发光强度达到饱和。通过显微操作将微波导组成三种SCRs微型谐振腔,光泵浦三种SCRs微腔均产生了单模激光。对比三种SCRs微腔的品质因子,激光阈值等参数,构成微腔的R6G-PMMA微波导间的耦合效率越高,Q值越高,相应的激光阈值越低。直线型波导损耗常数α=302cm-1,此数值约为弯曲型微波导(α=605 cm-1)的1/2,损耗的主要原因来自材料本身的自吸收以及弯曲色散损耗。光波的谐振波长同时满足自耦合谐振腔左右两侧的封闭类环型微腔的固有谐振波长,谐振波能够在SCRs腔内得到增益和放大,从而产生单模激光。SCRs微腔具有较高的模式选择能力。同时对几种微腔进行的FDTD仿真,场能量大部分被限制于微波导内部,并无严重的散射泄露现象。FDTD仿真的模式切面沿微波导导光方向传播,说明微腔具有较高的耦合效率。采用直接拉伸法制备了空心微管,微管内径约为6.2μm,管壁厚度约为900nm,并用分散聚合法制备了激光染料Rh B掺杂的聚苯乙烯微球。利用显微操作将微球置于空心微管内部,通过光泵浦微球-微管体系观察到体系受激发射产生WGMs模式光。在微球中Rh B的掺杂浓度相同的条件下,微球体积越大光谱强度越高。随着体系尺寸的减小,WGMs谐振现象变得明显。另外,随着激发光平面沿微球球心截面向上移动,发射光强逐渐增大,当激发光平面离开微球到达微管边缘后,发射光强急剧下降。在光泵浦双球-微管体系实验中观察到WGMs模式分裂现象,模式分裂值Δλ=0.8 nm,由于两个微球之间强耦合效应,双球谐振腔的Q值与单球Q值相比降低了30%。通过改变激发光功率大小可以得到不同WGMs发射光强度;由于两个尺寸相等微球之间的强场耦合,光子并不能够完全被限制在微球的表面进行全反射,因此双连球-微管体系中损耗速率高于单球-微管体系。采用火焰加热直接拉伸法制备硅基微波导,通过显微操作将玻璃微球与硅基微波导排列于显微镜下,导入脉冲激光后,在显微镜下观察到波导尖端出射的脉冲激光推进微球运动,波导尖端直径为2.6μm出射的单个脉冲光,将一个直径为46μm的玻璃微球在7/1000s内向前推进298μm。根据加热温度及拉伸速度不同,制备的微波导直径范围从1.9μm到125μm,直径为1.9μm的微波导尖端出射光功率密度最高。在微波导尖端直径相同的条件下,随着出射脉冲光能量的增加,被推进微球的运动距离和速度增大。微波导尖端位置偏离微球中心,微球受到X和Y两个方向上的作用力,微球沿着向上?=43°角运动了S=587μm;推动力91.15 10xF-??N,91.08 10yF-??N。实验过程中并没有产生热损伤,端面出射532 nm光斑均匀性说明微波导尖端端面平整。
[Abstract]:Micro nano optical waveguide as the basic unit of building micro nano optoelectronic devices, the unique optical properties due to its small size effect has attracted much attention. But no matter in the relevant theoretical research and the application of microwave semiconductor devices have some problems to be solved. In order to realize the function of micro nano optical waveguide is diversified, and then open up the micro structure of waveguide applications, this paper carried out micro optical devices on one dimensional micro nano optical waveguide and its construction. The preparation of laser dye polymer of microwave guide, and the self coupled cavity mode selection mechanism was preliminarily explored. At the same time the optical characteristics of micro system composed of silicon waveguide and micro micro column hollow fiber tube and glass microspheres was studied. As a guide light conducting medium using silicon based microwave system, studied the kinetic effect of microwave pulse laser guide produced. Using Direct tensile PMMA is prepared by microwave laser dye doped R6G waveguide, uniform diameter, smooth surface. The results show that: with the increase of R6G content, the luminescence intensity of microwave mediated increase when doping concentration reaches 8wt%, the luminescence intensity reaches saturation. By microscopic operation of microwave guide consists of three kinds of SCRs micro resonator three, optical pumping SCRs microcavity has a single-mode laser. The quality factor of the comparison of three kinds of SCRs micro cavity laser, the threshold parameter, a coupling efficiency of R6G-PMMA microwave cavity guide between the higher, the higher the Q value, the corresponding laser threshold value was lower. The linear loss of waveguide constant =302cm-1. This value is about bending type microwave guide (a =605 cm-1) 1/2, the main reasons of the loss of the material itself from the self absorption and bending loss. The resonant wavelength dispersion waves satisfy self coupled resonator on both sides of the closed ring type micro cavity The resonant wavelength, wave resonant gain can be obtained and amplified in SCRs cavity, mode selection ability to produce single-mode laser.SCRs micro cavity with high FDTD. At the same time the simulation of several micro cavity, most of the energy is limited to the field of microwave guided internal mode section no serious leakage of.FDTD scattering along the micro simulation the waveguide light propagation direction, indicating the coupling efficiency of micro cavity is higher. Microtubules were prepared by direct hollow stretching method, pipe diameter is about 6.2 m, the pipe wall thickness is about 900nm, and with Rh laser dye B doped polystyrene microspheres were prepared by dispersion polymerization. The microscopic operation internal hollow microspheres in microtubules and through the optically pumped microspheres of microtubule system observed system by emission WGMs mode light. Under the same B concentration in Rh microspheres, microspheres the larger volume of spectral intensity is higher with. A system of reduced size, WGMs resonance phenomenon becomes obvious. In addition, with the excitation light plane moving upward along the center section of microspheres, emission intensity increases gradually, when the excitation plane reaches the left edge of microspheres of microtubules, emission intensity decreased rapidly. In optically pumped double ball - microtubule system observed in WGMs mode splitting phenomenon. Mode splitting value delta lambda =0.8 nm, due to a strong coupling effect between the two spheres, double ball cavity Q value decreased by 30%. compared with different WGMs emission intensity by changing the excitation power and single ball size can be Q; because of the strong field coupling between two equal sized particles, photons can not completely be limit the total reflection on the surface of the microspheres, so double loss rate is higher than that of single - ball microtubule system ball. Microtubule system on silicon by micro waveguide by flame heating direct tensile method, through the glass micro operation Glass microspheres with silicon microwave discharge in the microscope, introduction of pulsed laser, under the microscope to waveguide tip pulse laser propulsion movement microspheres shot, the waveguide tip diameter of 2.6 m for a single pulse of light, a diameter of 46 m glass microspheres in 7/1000s in advance 298 M. according to the heating temperature and the drawing speed of different microwave prepared by diameters ranging from 1.9 m to 125 m, 1.9 m microwave guide tip output light power density is the highest in the condition of the same diameter. The diameter of the microwave guide tip, with the increase of the output pulse of light energy, is to promote the microsphere motion distance and velocity increases. The microwave guide tip position deviated from the center by X microspheres, microspheres and Y forces in two directions, microspheres upward along the angle of motion of S=587 =43? M; driving force 91.15 10xF-? N, 91.08? 10yF-?? N. in the course of the experiment did not produce heat The damage, the uniformity of the 532 nm light spot on the end surface indicates that the end surface of the microwave guide tip is flat.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN252
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;光波导参数测试[J];中国光学与应用光学文摘;2007年01期
2 杨建义,江晓清,周伟勤,孙一翎,周强,王明华;金属覆盖型光波导极化器的分析和设计[J];光电子·激光;1996年06期
3 刘育梁,王启明;硅基光波导结构与器件[J];红外与毫米波学报;1996年01期
4 袁明权,胡礼中;任意截面光波导的模式计算[J];光学学报;2001年04期
5 李广波;龙文华;贾科淼;江晓清;王明华;王跃林;杨建义;;玻璃基硅光波导的研制[J];光学仪器;2005年06期
6 张夕飞;马长峰;;基于变量变换伽辽金法光波导半矢量分析[J];计算物理;2006年02期
7 徐建锋;薄中阳;白剑;杨国光;;弯曲光波导模拟优化研究[J];光电子·激光;2006年09期
8 张金令;刘永智;;掺钕激光材料制作光波导研究进展[J];科技咨询导报;2007年30期
9 严朝军;彭文标;万均力;;脊型光波导偏振模场有限差分分析[J];陕西理工学院学报(自然科学版);2007年04期
10 张金令;刘永智;张晓霞;;离子交换法制作掺钕玻璃光波导实验研究[J];半导体光电;2008年04期
相关会议论文 前10条
1 李广波;龙文华;贾科淼;江晓清;王明华;王跃林;杨建义;;玻璃基硅光波导的研制[A];浙江省光学学会第九届学术年会暨新型光电技术青年论坛论文集[C];2005年
2 汤恒晟;李毅刚;段文涛;刘丽英;徐雷;;溶胶-凝胶法制备掺铒光波导薄膜的研究[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年
3 费旭;万莹;崔占臣;;用于制作光波导器件的含氟光刻胶的合成与表征[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
4 费旭;胡娟;崔占臣;;含氟聚酯型聚合物光波导材料的合成[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
5 沈浩;李新碗;叶爱伦;;光波微环形腔的耦合特性及其在光交换网络中的应用研究[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年
6 万莹;费旭;周金山;崔占臣;;用于制作光波导器件的新型高含氟光刻胶的合成与表征[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
7 冷月华;贾连希;胡挺;杨林;杨华军;;亚微米SOI光波导的模式及偏振特性分析[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
8 石邦任;武继江;孔梅;刘支华;;退火质子交换LiNbO_3光波导的模式解[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
9 解琪;许荣国;范纪红;杨冶平;杨照金;;Y型光波导分束比和插入损耗测量[A];第十二届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2008年
10 冯莹;季家熔;钟钦;林亚风;黄宗升;魏文俭;;光波导偏振消光比测试仪[A];第九届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2001年
相关博士学位论文 前10条
1 张连;离子辐照光学晶体及硫系玻璃光波导制备及特性研究[D];山东大学;2015年
2 贾曰辰;介电晶体通道光波导的制备及其激光与二次谐波产生[D];山东大学;2015年
3 何小东;离子液体流体光波导的构建及其传输特性与光操控研究[D];兰州大学;2015年
4 仝晓刚;硅基纳米光波导谐振腔非线性光学特性及调控[D];中北大学;2016年
5 李爽;加载型光波导和新型纳米材料的制备与研究[D];山东大学;2016年
6 程亚洲;基于载能离子束辐照技术制备的脊形晶体波导光学特性研究[D];山东大学;2016年
7 李寒阳;一维微结构光波导的制备及其光学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
8 贾传磊;离子注入法与射频溅射法制备光波导的研究[D];山东大学;2006年
9 杨柳;基于强限制光波导的微环谐振器及其热光特性研究[D];浙江大学;2009年
10 金曦;氟化聚酰亚胺的合成、性能及其光波导制作工艺的研究[D];华中科技大学;2009年
相关硕士学位论文 前10条
1 尹姣;基于核壳结构铒镱共掺纳米晶的聚合物光波导放大器研究[D];吉林大学;2016年
2 袁伟浩;飞秒激光在透明介质材料内部制备光波导研究[D];山东大学;2016年
3 鲍海泓;二氧化硅光波导干涉微结构器件传感研究[D];电子科技大学;2016年
4 欧梅莲;微环谐振腔的滤波和传感特性研究[D];广西大学;2016年
5 余波;反射型铌酸锂光波导交错滤波器的研究[D];电子科技大学;2016年
6 王爽;基于沟槽耦合器的高效紧凑矩形环谐振腔光波导器件设计与仿真[D];北京工业大学;2016年
7 任洪;离子交换四分支光波导的设计,,制备与特性测试[D];吉林大学;2009年
8 李岩;亚微米硅基光波导的设计与模式特性研究[D];长春理工大学;2010年
9 杨纪超;硅光波导及器件结构的关键技术研究[D];浙江大学;2011年
10 柴立群;光波导数值模拟及实验研究[D];电子科技大学;2000年
本文编号:1675297
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1675297.html