回音壁模式光学微腔的拉曼调制及其应用

发布时间:2018-10-18 11:06
【摘要】:回音壁模式光学微腔由于具有高品质因子、低模式体积和良好的可集成性,在高灵敏度传感器、非线性光学、微型激光器、光信息处理、腔光力学和量子信息等领域取得了重要的发展和应用。为提升微腔的品质因子等性能,人们在微腔中掺杂稀土离子等光学增益材料制成主动腔。然而主动腔的制作过程相对复杂,而且其泵浦光源和工作范围受到稀土离子等掺杂物质的泵浦带和发光带的限制。因此我们试图以微腔材料中普遍存在的拉曼过程代替增益物质的掺杂,减除额外的加工成本,避免掺杂引入的微腔损耗,同时放宽对泵浦激光和工作范围波长的限制。本论文围绕回音壁模式光学微腔的拉曼调制,主要开展了以下三方面的研究:一、利用回音壁微腔拉曼激光检测纳米粒子。我们同美国圣路易斯华盛顿大学的杨兰教授的研究组合作,利用二氧化硅回音壁微腔的拉曼增益补偿微腔损耗,提升粒子检测的分辨率,并通过微腔拉曼激光模式劈裂产生的自参照的拍频,实现了对半径低至10 nm的单个纳米粒子的检测和计数。实验达到了创纪录的极化率灵敏度(3.82×106μm3)。二、通过拉曼增益调控回音壁微腔系统的耦合机制。我们从理论和实验上研究了不同耦合条件下,波导耦合的回音壁微腔的透射谱随拉曼增益的变化。实验显示拉曼增益的大小不仅影响着透射谱的线宽,还能改变系统的耦合机制。在此基础上,我们通过施加拉曼增益,在不移动任何单个光学元件的前提下,实现对微腔-波导系统耦合机制的连续调控。这种调控达成了此前类似方法无法实现的从欠耦合向过耦合方向的调节,还在调控过程中提高了谱线的分辨率,对光学微腔系统的双向全光调节具有重要意义。三、利用二氧化硅的受激拉曼损耗调控回音壁微腔系统的耦合机制。我们首次研究了二氧化硅的受激拉曼损耗对回音壁微腔系统的影响,并在此基础上利用逆拉曼散射改变了微腔腔内损耗,实现了对光纤锥耦合的微芯圆环腔系统耦合机制的全光调节。我们在不改变微腔或光纤锥位置的前提下,通过注入低功率的泵浦光,将系统由深度过耦合调控到临界耦合。实验中共振透射率降低了19.58dB,远高于此前硅微环腔达到的9dB的对比度,而且相比硅微环腔,本方案不受双光子吸收和自由载流子吸收等效应的干扰。
[Abstract]:Echo wall mode optical microcavity has high quality factor, low mode volume and good integration, in high sensitivity sensor, nonlinear optics, micro laser, optical information processing, Cavity optics and quantum information have been developed and applied. In order to improve the quality factor and other properties of the microcavity, the active cavity is made by doping rare earth ions and other optical gain materials in the microcavity. However, the fabrication process of active cavity is relatively complex, and its pump source and working range are limited by the pump band and luminescent band of rare earth ions and other doped materials. So we try to replace the gain material doping with the Raman process which is widely used in the microcavity material, reduce the extra processing cost, avoid the microcavity loss caused by doping, and relax the restrictions on the pump laser and the operating range wavelength. In this thesis, we focus on the Raman modulation of echo-mode optical microcavity, which is mainly studied in the following three aspects: first, using the resonator Raman laser to detect nanoparticles. We are working with Professor Yang Lan of Washington University in St. Louis, USA, to use the Raman gain of the silicon dioxide echo wall microcavity to compensate for the loss of the microcavity and to improve the resolution of particle detection. By using the self-reference beat produced by the mode splitting of micro-cavity Raman laser, the detection and counting of a single nanoparticle with a radius of as low as 10 nm is realized. The experiment has achieved a record polarizability sensitivity (3.82 脳 106 渭 m ~ 3). Secondly, the coupling mechanism of the microcavity system is regulated by Raman gain. We have theoretically and experimentally studied the variation of the transmission spectrum of the waveguide coupled echo microcavity with the Raman gain under different coupling conditions. The experimental results show that the Raman gain not only affects the linewidth of the transmission spectrum, but also changes the coupling mechanism of the system. On this basis, we realize the continuous control of the coupling mechanism of microcavities and waveguides without moving any single optical element by applying Raman gain. This kind of regulation not only achieves the adjustment from undercoupling to over-coupling, but also improves the resolution of spectral lines in the process of regulation, which is of great significance to the bi-directional all-optical modulation of optical microcavity system. Thirdly, the coupling mechanism of microcavity system of echo wall is regulated by stimulated Raman loss of silicon dioxide. The effect of stimulated Raman loss of silicon dioxide on the microcavity system of echo wall is studied for the first time, and on this basis, inverse Raman scattering is used to change the loss of microcavity. The all-optical adjustment of the coupling mechanism of the microcore ring cavity system with fiber conical coupling is realized. Without changing the position of microcavity or fiber cone, the system is controlled from deep over-coupling to critical coupling by injecting low power pump light. The resonant transmittance is reduced by 19.58 dB, which is much higher than the contrast of 9dB achieved by the silicon microring cavity. Compared with the silicon microring cavity, the scheme is not interfered by the effects of two-photon absorption and free carrier absorption.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O43

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李小红,朱遵略;微腔物理的现状及其发展前景[J];新乡师范高等专科学校学报;2003年02期

2 马凤英 ,刘星元 ,王立军;有机微腔发光的研究进展[J];液晶与显示;2001年04期

3 刘星元,冯纪蒙,刘云,梁春军,赵东旭,洪自若,赵家民,鄂树林,李文连,虞家琪,王立军;多模发射的单层有机光学微腔[J];发光学报;1999年04期

4 张春玉;刘星元;套格套;王立军;;耦合结构有机微腔的光致发光特性[J];发光学报;2007年03期

5 郑厚植;半导体微腔物理及其应用[J];半导体学报;1997年07期

6 赵红东,陈国鹰,张存善,张以谟,沈光地;量子阱垂直腔面发射激光器及其微腔物理[J];激光与光电子学进展;2001年04期

7 张春玉;陆景彬;孙成林;秦莉;肖力光;任慧;王成;;微腔有机电致发光器件的角度依赖性[J];发光学报;2009年06期

8 张春玉;陆景彬;郭树旭;郜峰利;王洪杰;曹军胜;;微腔有机电致发光器件的谐振腔反射镜性能[J];发光学报;2010年04期

9 刘祖刚,唐春玖,赵伟明,张志林,蒋雪茵,许少鸿;具有微腔结构的有机电致发光器件[J];光学学报;1997年07期

10 林金兰;范剑红;林金忠;陈春华;;基于贝塞尔函数的矩形微腔共振频率分析[J];莆田学院学报;2014年02期

相关会议论文 前10条

1 岳守振;王鹏;赵毅;;微腔有机电致发光器件光学特性的模拟研究[A];全国第15次光纤通信暨第16届集成光学学术会议论文集[C];2011年

2 王立军;宁永强;刘星元;;微腔物理及微腔激光[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年

3 杨立功;吴鹏;秦晓芸;顾培夫;陈海星;刘旭;;双金属镜微腔结构中单介质调谐层的设计[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

4 贾锐;江德生;谭平恒;孙宝权;;玻璃球形微腔中的量子点[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年

5 杨立功;吴鹏;秦晓芸;顾培夫;陈海星;刘旭;;双金属镜微腔结构中单介质调谐层的设计[A];2004年光学仪器研讨会论文集[C];2004年

6 刘涛;张天才;王军民;彭X墀;;微腔中的光学耦极俘获[A];第十届全国量子光学学术报告会论文论文集[C];2002年

7 谢泽锋;周翔;;高效率金属微腔OLEDs性能的研究[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年

8 王海华;孙贤明;类成新;;空心圆柱微腔谐振模式研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年

9 杨旭;龙桂鲁;彭博;SahinKaya 銉zdemir;杨兰;;超高品质因子光学微腔中的拉曼激光及其应用[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

10 蔡林涛;时喜喜;李莎;;多孔硅微腔光学晶体的结构调控和生化传感器[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年

相关博士学位论文 前10条

1 居冬泉;表面等离激元微腔共振特性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 范会博;基于溶胶凝股薄膜的新型片上氧化硅微型激光器[D];南京大学;2015年

3 王冠中;基于片上回音壁模光学微腔及微腔耦合系统的光力振荡[D];南京大学;2016年

4 杨旭;回音壁模式光学微腔的拉曼调制及其应用[D];清华大学;2016年

5 马凤英;有机微腔发光特性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年

6 杨勇;固态光学微腔的实验研究[D];中国科学技术大学;2008年

7 董广大;微腔与光学微纳结构的模式耦合研究[D];北京理工大学;2015年

8 仇善良;光学回音壁模微腔模式特性的理论研究与优化设计[D];中国科学技术大学;2010年

9 赵家民;有机微腔电致发光的物理与器件研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年

10 董春华;回音壁模式微腔量子电动力学的实验研究[D];中国科学技术大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 林秦;量子态的MIN和回音壁微腔实验研究[D];福建师范大学;2015年

2 张楠;内边界变形环形微腔的定向出射及其应用的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 顾进益;金属包覆圆柱微腔的表面等离子激元研究[D];南京大学;2014年

4 王聪;回音壁模式球微腔的制备及其应用研究[D];浙江师范大学;2015年

5 吴远武;微腔效应在有机电致发光二极管中的研究与应用[D];南京邮电大学;2015年

6 常龙;基于有源—无源光学微腔耦合系统的宇称时间对称与可调谐光学隔离[D];南京大学;2014年

7 徐俊杰;小孔圆盘复合结构微腔谐振器的制备与研究[D];吉林大学;2016年

8 韩效驰;光学塔姆态—微腔模式杂化态在聚合物太阳能电池中的应用[D];吉林大学;2016年

9 魏晓村;内置悬梁式光纤微腔的制备及其声波传感特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 沈梅霞;回音壁微腔的光学特性研究[D];福建师范大学;2016年



本文编号:2278937

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/2278937.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户589ea***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com