基于锥形回音壁模式微腔的法诺共振研究

发布时间：2020-03-28 18:15

【摘要】：回音壁模式(whispering gallery mode,WGM)微腔由于其高品质因子和小模式体积,能极大地增强腔内光场和物质的相互作用,在微纳光学领域受到了研究人员很大的关注,并且被广泛地应用在高灵敏度传感、低阈值激光器、非线性光学等领域。近年来,随着WGM微腔理论和应用研究的不断深入,研究人员逐渐把各种新型的技术和传统的物理现象与WGM微腔结合,从理论和应用的层面对各种不同类型的WGM微腔进行了更加广泛深入的探究。而在这些工作中,由于与传统对称洛伦兹(Lorentz)线形的WGM共振谱线的区别,微腔中非对称线形的法诺(Fano)共振谱线受到了人们很大的关注。本论文研究了基于锥形WGM微腔的Fano共振。本论文的工作具体有以下两个方面:(1)首次从理论和实验上研究了光纤锥耦合锥形WGM微腔中的振荡型Fano共振谱。在理论上,我们建立了光纤锥和锥形微腔的耦合理论模型,并基于该耦合模型得到了耦合微腔的振荡型透射谱。该振荡型透射谱来自耦合区域从微腔耦合到光纤锥的离散光场(耦合场)和直接通过光纤锥的背景连续光场(透射场)的干涉。我们引入Fano参数表征耦合场与透射场的复振幅之比,通过改变Fano参数即可得到动态的Fano共振谱线。在实验中,我们通过连续改变耦合区域光纤锥的尺寸从而改变Fano参数,得到了动态的Fano共振谱。该动态Fano共振谱与理论曲线非常吻合。(2)首次在应用层面探索了锥形微腔中振荡型Fano共振谱的实际应用。在实验中我们通过调节耦合区域锥形微腔的尺寸,证明了其共振谱的波长可调性。我们还通过直径约1微米的细光纤锥耦合,得到了向上峰形的带通型透射谱。这个波长可调谐的带通型透射谱可以被应用于激光的可调谐带通滤波。基于该波长可调谐的带通型透射谱,我们把细光纤锥耦合锥形微腔作为可调谐带通光学滤波器,并且把它应用在光纤激光器中,实现了波长线性连续可调的激光输出。
【图文】：

光学微腔分为三种类型⑴：法布里－帕罗（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ，Ｆ－Ｐ）微腔、光子晶体逡逑（ｐｈｏｔｏｎｉｃ邋ｃｒｙｓｔａｌ）微腔以及回音壁模式（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ邋ｇａｌｌｅｒｙ邋ｍｏｄｅ，邋ＷＧＭ）微腔，逡逑相应的结构如图１－１所示。图１－１给出了这三种光学微腔的品质因子Ｑ和模式体逡逑积Ｖ。品质因子Ｑ是腔内所储存能量与每个光学周期耗散能量的比值，它表征逡逑了光学微腔的损耗。模式体积Ｖ是腔内光的总能量与能量密度最大值的比值，逡逑它表征了光场空间分布的大小。逡逑Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ逦Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ邋ｇａｌｌｅｒｙ逦Ｐｈｏｔｏｎｉｃ邋ｃｒｙｓｔａｌ逡逑Ｍ逦，痛邋？？逡逑ＯｒＺＯｄＯ逦Ｑ：邋１２，０００逦Ｑｕｆ．ｖ：邋７，０００逦Ｑ：邋１３，０００逡逑Ｖ：邋５邋（Ｘ／ｎ）３逦Ｖ：邋６邋（Ａ／ｎ）３逦ＱＰｏｌｙ：邋１．３ｘ１0ｓ逦Ｖ：邋１．２邋（＞．／ｎ）３逡逑ｔ邋＾逡逑Ｆ：邋４．８ｘ１０５逦Ｑ：邋８ｘ１０９逦Ｑ邋１０８逡逑逦逦Ｖ：邋１，６９０邋ｕｍ３逦Ｖ：邋３

光学微腔分为三种类型⑴：法布里－帕罗（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ，Ｆ－Ｐ）微腔、光子晶体逡逑（ｐｈｏｔｏｎｉｃ邋ｃｒｙｓｔａｌ）微腔以及回音壁模式（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ邋ｇａｌｌｅｒｙ邋ｍｏｄｅ，邋ＷＧＭ）微腔，逡逑相应的结构如图１－１所示。图１－１给出了这三种光学微腔的品质因子Ｑ和模式体逡逑积Ｖ。品质因子Ｑ是腔内所储存能量与每个光学周期耗散能量的比值，它表征逡逑了光学微腔的损耗。模式体积Ｖ是腔内光的总能量与能量密度最大值的比值，逡逑它表征了光场空间分布的大小。逡逑Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ逦Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ邋ｇａｌｌｅｒｙ逦Ｐｈｏｔｏｎｉｃ邋ｃｒｙｓｔａｌ逡逑Ｍ逦，痛邋？？逡逑ＯｒＺＯｄＯ逦Ｑ：邋１２，，０００逦Ｑｕｆ．ｖ：邋７，０００逦Ｑ：邋１３，０００逡逑Ｖ：邋５邋（Ｘ／ｎ）３逦Ｖ：邋６邋（Ａ／ｎ）３逦ＱＰｏｌｙ：邋１．３ｘ１0ｓ逦Ｖ：邋１．２邋（＞．／ｎ）３逡逑ｔ邋＾逡逑Ｆ：邋４．８ｘ１０５逦Ｑ：邋８ｘ１０９逦Ｑ邋１０８逡逑逦逦Ｖ：邋１，６９０邋ｕｍ３逦Ｖ：邋３
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O43

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本文编号：2604736