WGM光学微腔在传感及量子隧穿中的应用

发布时间：2021-04-14 06:44

　　自20世纪80年代以来,光学微腔中的回音壁模式一直是微纳光学领域中的一个研究热点,其独特的光谱特性,使回音壁模式的光学微腔在物理学和工程学的许多领域中得到应用。目前,对回音壁模式的光学微腔的研究主要集中在由其制备的光学器件的性能的改进与功能的探索上。它们的性能主要取决于光学微腔内光场能量的确切分布,由纳米级器件的几何形状限制和成形,而满足这些性能的关键是实现具有高品质因子的腔体。本文为探索光学微腔中的回音壁模式用于传感、量子隧穿等实验的研究,对微腔的回音壁模式特征进行近一步的实验与分析。本论文针对回音壁模式光学微腔存在的内部损耗导致Q值下降的问题,结合片上硅基器件制备技术,改进并实现了基于片上圆形微腔的高灵敏度传感器件。通过优化制备工艺、增加微腔尺寸等方法减少微腔内部损耗,实现了光学微腔的高灵敏度的温度传感应用,其灵敏度可达到0.1 nm/℃,这为低成本的传感器件和集成光子芯片提供了重要的实验和理论支持。除此之外,本文又探索了变形微腔在量子隧穿上的研究应用,设计了一种新型的变形腔结构,来实现同时观测混沌态到稳定态的以及稳定态到混沌态的两个隧穿过程。通过仿真建模计算以及光学实验测量结果的... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

声波与光波沿腔内壁经全内反射产生的WGM[15]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文制成了具有 1.5 mm 的大增益的微球谐振腔，利用锥形光纤将光并产生了激光发射，获得了 60 mW 的激光阈值泵浦功率和高达合输出功率[22]。Vahala 小组还研究了掺杂饵离子的氟锆酸盐玻输出 540 nm 的激光，此外，Yang 等人同样实现了在掺杂饵离射激光，线宽仅为 4 Hz[23]。随着量子点生长技术与刻蚀工艺的腔材料中掺杂量子点，实现激光出射[24]。Vahala 小组将化学 量子点涂覆在超高 Q 环形微腔的表面上，利用锥形光纤耦合使到环形微腔的有源增益区域来激发量子点，并在室温和液氮温图 1-2 a)所示，为涂覆了 QD 的环形微腔以及回音壁模式的 Q微镜照片，锥形光纤的使用大大降低了阈值能量，通过控制量数量，使激光阈值能量进一步降低至 9.9 fJ[25]。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文con-on-Insulator, SOI）制备的，因此建立了如图 2-1 所示的模算 SOI 微盘腔的有效折射率。仿真模型是为了简化计算，由化为二维模型得到的，其中，顶层硅（Si）圆形微盘的厚度为 2硅（SiO2）的厚度为 3 μm，底层 Si 作为基底，这些参数与实底的参数相同。此外，二维模型中微盘结构上方的介质设置为折射率受外界环境条件的改变影响不大，因此这里不考虑空空气折射率的值设置为 1，SOI 结构模型周围设置了完美-Matched Layer, PML）和散射边界条件，这样可以保证相邻层光波无反射地穿过 SOI 结构模型的交界面而进入 PML，可以的散射对腔内模式造成影响。

【参考文献】：
期刊论文
[1]回音壁模式光学微腔:基础与应用[J]. 邹长铃,董春华,崔金明,孙方稳,杨勇,吴晓伟,韩正甫,郭光灿.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(11)



本文编号：3136867