回音壁模式微腔的耦合与传输特性及其应用研究

发布时间：2021-09-27 23:39

　　在光信息科学发展的道路上,对光的感知、传输和控制提出了越来越高的要求,而传统的光子学器件显然不能满足需要,能够传输和操纵光信息的新型光子学器件受到人们关注。在众多的光子学平台当中,回音壁模式（WGM）微腔由于具有极高的品质因子（Q值）和极小的模式体积（V）,增强了光-物质之间的相互作用,为大量基础物理研究和应用光子学器件研发提供了一个非常棒的平台,在光学通信、传感、微波光子学和量子计算等领域有重要应用。基于WGM微腔平台,我们可以产生、感知、传输和调控光信息,且随着微纳加工和封装技术的完善,微腔平台可以向微型化、实用化方向发展。本文主要以准柱形腔、微球腔为载体,深入探究微腔的基本原理、耦合与传输特性以及制备方法,开展了 WGM微腔平台在窄带滤波、纳米粒子探测、电磁诱导透明和群延迟器件领域的应用研究。具体有以下几个方面:（1）搭建了 WGM光学微腔耦合实验系统。论文完整阐述了在实验室进行微球腔、准柱形腔、晶体微腔以及耦合器光纤锥的制备过程。特别的,我们在实验室搭建了集晶体腔磨削、抛光、清洁、检测的光机电一体化实验体系,摸索出一套针对晶体微腔的粗磨、粗抛和精抛工艺过程。另外,我们构建了基本... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２全内反射支持的声波（左）和光波（右）ＷＧＭｓ［７７］??

Ｋｅｒｒ频率梳在各种几何形状、各种材料的ＷＧＭ微腔中被报道，梳状频??谱间隔从几个ＧＨｚ到几个ＴＨｚ不等，中心波长从可见光［１２１］到中红外［１２２］，范??围扩展到一个倍频程［１２３］，如图１．４。主要有两种对频率梳建模的方法，一是频??谱时间模型：稱合波方程（ＣＭＥ）方法，二是空间时间模型：Ｌｕｇｉａｔｏ－Ｌｅｆｅｖｅｒ方程??（ＬＬＥ）方法。取决于群速色散（ＧＶＤ）的正负和泵浦功率，系统可以产生多种类型??的Ｋｅｒｒ频率梳，如图灵环，明／暗／呼吸孤子，呼吸子态或者时空域中的混沌，分??别适用不同的场合。??基于ＷＧＭ微腔的频率梳广泛应用于超稳定微波产生，光学相干通信，光谱??学，以及量子领域。以微波产生为例，超稳定微波信号可以在Ｋｅｒｒ非线性微腔??中通过探测光学差频信号产生，如图１．５。考虑短期稳定性，早期报道的微腔频??率梳平台产生的微波相位噪声－１１３ｄＢｃ／Ｈｚ?（ｏｆｆｓｅｔ?１０ｋＨｚ，＠２２ＧＨｚ）［１２４］，平台采??用品质因子大于ｌ〇６的ＷＧＭ微盘腔。如今

?Ｓｉｌｉｃａ?Ｃｒｙｓｔａｉｌｉｎ？??图１．４基于光学微腔的频率梳［５１］，（ａ）氧化硅ｔｏｒｏｉｄ微腔内产生的一个倍频程宽带的频率??梳，（ｂ）ＣａＦ２晶体腔内产生的频率梳，（ｃ）ＳｉＮ微环腔产生的频率梳，（ｄ）产生频率梳的微腔??系统。??Ｐｕｍｐ?Ｋｅｒｒ?ｃｏｍｂ??—＿｜＿?．ｉｌｌ．??Ｎ?卜???［ｊ－＞?Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ??ＣＷ，ａＳｅｒ?ＷＧＭＲ?Ｐ〇??图１．５?Ｋｅｒｒ频率梳用于微波产生示意图［１１７］，稳定相干的Ｋｅｒｒ频率梳可以产生超高频谱纯??度微波。??值得注意的是，Ｋｅｒｒ频率梳产生的频率可扩展超过一个倍频程。例如，文献??［１２６］报道的Ｋｅｒｒ频率梳从９９０ｎｍ到２１７０?ｎｍ，?ＦＳＲ为０．８５?ＴＨｚ。文献［１２３］报道??的一个倍频程Ｋｅｒｒ频率梳扩展到１２８ＴＨｚ，频率间距２２６ＧＨｚ。最近的一些实验??报道证明了?Ｋｅｒｒ频率梳可以扩展到多个倍频程［１２７］。因此，Ｋｅｒｒ频率梳可以自??参考并用在测量学领域。??１．３．２超窄线宽滤波??基于ＷＧＭ微腔的光学Ａｄｄ－ｄｒｏｐ滤波器（ＡＤＦ）由微腔与两个波导輔合构成


本文编号：3410830