回音壁模式微腔具有品質(zhì)因子(Q值)高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、模式體積小、可在硅片集成等顯著優(yōu)勢(shì),因而在集成光子學(xué)、低閾值激光、高靈敏度生物傳感、腔光力學(xué)等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用�；诨匾舯谀Ｊ降挠性次⑶蚯痪哂懈逹值和易于加工制備的特點(diǎn),是低閾值微型激光器和高靈敏度傳感研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文以“高性能回音壁模式微球腔激光”為目標(biāo),圍繞著單一模式運(yùn)轉(zhuǎn)和多波段激射輸出兩個(gè)方面的性能,從理論和實(shí)驗(yàn)方面開(kāi)展了高品質(zhì)因子回音壁模式有源微球腔的設(shè)計(jì)、制備及高性能激光輸出的研究,具體的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1、高Q值回音壁模式有源微腔的設(shè)計(jì)與制備。理論研究分析微球腔的主要參數(shù)、腔內(nèi)模場(chǎng)分布、微球腔的高效耦合及激光輸出性能等,搭建回音壁模式光學(xué)微腔實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)多種加工技術(shù)制備出高Q值的回音壁模式微球腔,開(kāi)展微腔的耦合與測(cè)量實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)Q值不同的Er~(3+)/Yb~(3+)共摻磷酸鹽玻璃微柱腔和微球腔開(kāi)展初步激光實(shí)驗(yàn),均在1.5μm波段實(shí)現(xiàn)了低閾值多模式運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定激光輸出,理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高性能微腔激光的輸出由微腔Q值、增益系數(shù)以及泵浦光耦合狀態(tài)等多種因素共同決定。此部分研究為后續(xù)高性能微球激光研究的開(kāi)展奠定了理論設(shè)計(jì)、制備加工和實(shí)驗(yàn)探索的基礎(chǔ)。2、單一模式運(yùn)轉(zhuǎn)回音壁模式微球激光的設(shè)計(jì)與研究。回音壁模式的微球腔存在復(fù)雜的高階模式,導(dǎo)致輸出的微球激光以多模式運(yùn)轉(zhuǎn)。利用Er~(3+)/Yb~(3+)共摻磷酸鹽玻璃,成功制備Q值為10~6的微球,通過(guò)優(yōu)化球形度和構(gòu)建雙增益復(fù)合微球腔兩種方案,均有效實(shí)現(xiàn)1.5μm波段處單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)的激光輸出,閾值為100μW量級(jí),線寬1.8 MHz,邊模抑制比達(dá)45.1 dB,有效提高了微球激光的光束質(zhì)量。3、多波段激射回音壁模式微球激光的設(shè)計(jì)與研究。激射不同波段激光的微球激光器可極大擴(kuò)展微球激光的應(yīng)用領(lǐng)域�；诓煌⊥翐诫s離子的玻璃制備微球腔,實(shí)現(xiàn)不同激射波段的微球激光輸出,在實(shí)驗(yàn)中基于摻Y(jié)b~(3+)磷酸鹽玻璃、Er~(3+)/Yb~(3+)共摻磷酸鹽玻璃和摻Tm~(3+)鍺酸鹽玻璃的微球腔分別實(shí)現(xiàn)1.0μm、1.5μm和2.0μm多個(gè)波段的激光輸出,同時(shí)基于受激拉曼效應(yīng)的石英無(wú)源微球腔實(shí)現(xiàn)1.0μm波段激光輸出。并進(jìn)一步探索研究將不同有源玻璃混熔后制備微球腔,以期通過(guò)獨(dú)立諧振或級(jí)聯(lián)泵浦的方式實(shí)現(xiàn)單一微球腔實(shí)現(xiàn)激射多個(gè)波段的激光�；诓煌⊥翐诫s玻璃材料和光學(xué)非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多波段激光輸出,此部分研究?jī)?nèi)容極大豐富了微腔激光的輸出波段和拓展了相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TQ171.1;TN242
【部分圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論模式，最早被發(fā)現(xiàn)于聲學(xué)領(lǐng)域[1]，它描述了聲波在環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)式。當(dāng)聲源在環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)的一側(cè)發(fā)出微弱的聲波信號(hào)，在該結(jié)遠(yuǎn)，仍可以清晰地接收到聲源產(chǎn)生的信號(hào)。其原因是，聲波并不播，而是沿著環(huán)形建筑結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行全內(nèi)反射低損耗傳輸。類(lèi)似，光波也能夠基于全內(nèi)反射定律在環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)低損耗傳著回音壁模式微球腔赤道面的運(yùn)行軌跡：

本文以微球激光作為主要研究?jī)?nèi)容，通過(guò)不同材料的微出并作進(jìn)一步的性能優(yōu)化。微腔的簡(jiǎn)介及對(duì)比腔，具有微型化和強(qiáng)場(chǎng)局域化的特點(diǎn)，是近年來(lái)基礎(chǔ)光學(xué)研究有很多類(lèi)光學(xué)微腔被報(bào)道出來(lái)，如圖 1-2 所示[2]，主要有四種類(lèi)于微腔而言，Q 值是微腔最重要的參數(shù)，它是一種對(duì)微腔損耗的相關(guān)，因此，本節(jié)通過(guò) Q 值來(lái)對(duì)比四種微腔性能的優(yōu)劣，它的表0Stored energyQ=Power loss 1）是對(duì)微腔 Q 值的概念性描述，它是腔內(nèi)儲(chǔ)存的能量與注入光耗的比值，ω 是微腔的諧振頻率。

圖 1-3 微納光纖耦合微腔橫截面圖壁模式微腔中，球形腔、盤(pán)形腔以及環(huán)形腔這三種微腔的光場(chǎng)束縛 108以上，因此受到全球各地學(xué)者的廣泛關(guān)注，圖 1-4 為三種微圖 1-4 球形、盤(pán)形以及環(huán)形回音壁模式微腔的掃描電鏡圖片模式微腔包括有源微腔和無(wú)源微腔兩大類(lèi)。其中，無(wú)源腔是指在產(chǎn)生其他波段的激光，基于干涉諧波效應(yīng)只對(duì)注入光實(shí)現(xiàn)傳輸或主要應(yīng)用有濾波器[12-13]、高精度傳感[14-15]等。由于微腔的諧振效用窄線寬可調(diào)諧光源掃描微腔，可以得到微腔在不同波長(zhǎng)注入情
【參考文獻(xiàn)】

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1 鄒長(zhǎng)鈴;董春華;崔金明;孫方穩(wěn);楊勇;吳曉偉;韓正甫;郭光燦;;回音壁模式光學(xué)微腔:基礎(chǔ)與應(yīng)用[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2012年11期

本文編號(hào)：2838735