【摘要】：光沿著腔的邊緣利用全內(nèi)反射（Total Internal Reflection， TIR）傳播，如果光繞諧振腔一圈的光程剛好是其波長的整數(shù)倍，那么就會形成駐波。我們通常把這種駐波的模式稱為回音壁模式（Whispering Gallery Mode， WGM），而這種腔我們通常叫做回音壁模式諧振腔。回音壁模式諧振腔具有極高的品質(zhì)因子和極小的模式體積，它的應(yīng)用最主要就是基于以上兩點的。正是因為如此，自1911年由Lord Rayleigh提出回音壁模式這一概念之后，學(xué)者對它進行了不斷的研究。本文中，我們的主要工作就是利用飛秒激光微納加工制備回音壁模式諧振腔，并研究它們的應(yīng)用。 本文的主要內(nèi)容包括： 1.回音壁模式微盤激光器的制備。在此工作中，我們首先配制了具有增益材料的光刻膠。SU8光刻膠用環(huán)戊酮稀釋，而羅丹明B溶解于乙醇溶液中，最后將兩者均勻混合，形成羅丹明B占質(zhì)量比1%的摻雜SU8光刻膠。其次搭建了皮秒激光泵浦測試系統(tǒng)。泵浦光源使用的是1064nm倍頻后的532nm激光器，其脈寬為15皮秒，重復(fù)頻率為50KHz。測試發(fā)現(xiàn)，微盤激光器的閾值很低，其閾值小于1mw，同時它的激射峰線寬很窄，只有0.38nm。不僅如此，在微環(huán)、微橢圓、多邊形等諧振腔上也都測試獲得了激射現(xiàn)象。 2.回音壁模式雙盤耦合單模激光器。第一部分工作里的激光器工作模式比較多，但是實際應(yīng)用中主要還是用單模激光器的。在微結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)單模并不容易，有人利用減小諧振腔的尺寸、使用分布式布拉格反射結(jié)構(gòu)等手段也能實現(xiàn)單模輸出，不過各自都有缺陷。本文利用兩個不同直徑的微盤上下疊加邊緣對齊的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了單模輸出。這種結(jié)構(gòu)工作時，只有波長同時滿足兩個諧振腔的諧振條件才能在該耦合腔中諧振。該單模激光器不僅結(jié)構(gòu)簡單，尺寸很小，便于集成，而且其品質(zhì)因子很高，激射峰的線寬很窄，只有0.25nm。 3.回音壁模式諧振腔傳感器。本部分工作分為兩個部分，第一部分的工作利用的是單盤諧振實現(xiàn)其傳感特性。當光在回音壁模式諧振腔內(nèi)部傳播的過程中，有一部分光以消逝場的形式存在于諧振腔的外部。而當諧振腔周圍的環(huán)境折射率發(fā)生變化時，這部分消逝場就會跟外界環(huán)境發(fā)生作用。就是利用這種作用，使得諧振腔內(nèi)部的模式發(fā)生微小的變化，通過測量這一變化即可以進行探測。實驗結(jié)果表明，該諧振腔的靈敏度為30nm/RIU。由于回音壁模式諧振腔的品質(zhì)因子非常的高，在這種靈敏度下，這種類型的傳感器其檢測極限非常低。有報道稱，非標識回音壁模式諧振腔能夠進行單分子測量。第二部分的工作是雙盤耦合諧振腔的傳感研究工作。該諧振腔的微盤也是通過消逝場與外界聯(lián)系的，所不同的是該系統(tǒng)中兩個不同直徑的微盤之間會發(fā)生相互的作用。與游標卡尺工作原理類似，利用兩個微盤的自由光譜區(qū)不同，與外界作用后其諧振波長的變化也不同，達到傳感目的。測試表明，該諧振腔的靈敏度達到500nm/RIU，相較于單盤傳感器，其靈敏度提高了一個數(shù)量級。 4.理論及模擬工作。在本論文的第二章，我們具體講解了使用幾何光學(xué)法和電磁理論兩種方法分別計算得到了回音壁模式諧振腔內(nèi)的光場分布以及回音壁模式的一些特征。并且使用Rsoft軟件對微盤激光器、回音壁模式雙盤耦合單模激光器、單盤諧振腔的傳感分別進行了模擬，與實驗結(jié)果進行對比，兩者相互驗證正確性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248
【圖文】：

拼接設(shè)備或者特定的圓柱形微爐也可以用于制備光纖錐。一個合格的光纖錐腰直徑可以小到 1 微米，這樣可以使得光纖錐里的模式明顯的延伸到光纖周去從而更容易的與諧振器進行耦合。這種光纖錐典型的錐長可以達到 1 厘米要注意的是由于光纖錐的錐部分非常的細，因此十分脆弱，很容易壞。1.4.2集成波導(dǎo)耦合器集成波導(dǎo)耦合器如圖 1.1（b）所示是由一個直波導(dǎo)和一個回音壁模式微諧腔組成的。波導(dǎo)需要精心的設(shè)計使得它的消逝場與微腔有重疊。要想高效的合是非常困難的，因此需要非常細心的對齊，不過這個系統(tǒng)要比光纖錐耦合統(tǒng)要更加緊湊也更顯集成性。圖 1.1 回音壁模式微腔中幾種常見的耦合方式。（a）光纖錐耦合；（b）集成波導(dǎo)耦合器；（c）棱鏡耦合系統(tǒng)；（d）光纖拋光耦合器。

§1.5回音壁模式的應(yīng)用§1.5.1無源回音壁模式微諧振腔的應(yīng)用（1）光學(xué)單諧振腔濾波器最簡單的基于諧振腔濾波器就是一個回音壁模式諧振腔加上一個光器，比如棱鏡耦合器，波導(dǎo)等，如圖 1.2 所示。對于圖 1.2（a）這樣的濾我們可以描述為00( )( )cciTi (1-11)此處T 代表的是透射的強度， 是吸收線寬，c 是耦合線寬，0 是諧

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本文編號：2737264